聚羟基乙酸

聚羟基乙酸

摘要：聚羟基乙酸（PGA）是一种具有优异的气体阻隔性、生物兼容性和可降解性的热塑性聚合物和最简单的线性脂肪族聚酯，因此是一种重要的生物医用高分子材料。本文介绍了聚羟基乙酸的背景，性质，制备方法，并讨论了聚羟基乙酸的应用，展望了其发展前景。

关键词：聚羟基乙酸；背景；性质；制备；应用；前景

生物医用材料是用于人体组织修复、替换和人工器官制造的一类重要材料。从本世纪30年代首次发现该类材料，至今已研制

出几十种可降解吸收的高分子聚合物，但能够满足医用所需要的力学性能、加工性能及生物降解性，并真正在临床上得到应用的不过十余种。其中以聚羟基乙酸(PGA)、聚乳

酸(PLA)及其共聚物最为重要。

聚羟基乙酸(PGA)又称为聚乙醇酸或聚

乙交酯，在线性脂肪族聚酯中其结构最简单，是最早用于商用的体内可降解高分子材料【1】。随着化学合成技术的不断发展，它也有了不断更新的合成方法，应用和更加广阔的发展前景。所以本文着重介绍PGA这一生物医用高分子材料。

1.聚羟基乙酸的发展背景

聚羟基乙酸是一种简单的聚酯,它具有

优异的可生物降解性和生物相容性,其最终

降解产物为羟基乙酸、草酸、二氧化碳和水,通过机体正常的新陈代谢排出体外[2]。所以认为是理想的完全的生物降解材料。PGA还

具有优良的机械性能、优异的生物兼容性和出色的可生物降解性。可安全地用作可吸收性手术缝合线、药物控释载体、骨折固定材料和组织工程支架等．是一类较重要的医用生物降解高分子材料{3}。

1930 年，Carothers首次合成了聚己内酯，Uninon和Carbide发现这种聚合物可被组织器官降解而成为可吸收性聚合物[4]。但其降解速度较慢，完全吸收需1年甚至更多时间。

1962年，由乙交酯(GA)和丙交脂(LA)开环聚合，分别制得相对高分子质量的PGA和

聚乳酸(PLA)，由于其容易降解并且降解产

物可被人体吸收，研究人员将其作为可降解手术线取代应用欠佳的胶原手术线。但在最开始它的使用收到了自身水解的不稳定性

的限制。并且其用作可吸收固定物如小板、棒、螺钉等时，其力学强度不够理想。1984年,Tormala等通过在PGA母体中编入PGA缝

线纤维，制得了自身加强的PGA

(self-reinforced Polyglycolide SR-PGA),作为内固定物的应用取得了成功[5]。近年来，脂肪族聚酯类生物降解材料成为了一个研

究热点，这使得PGA更加引人注目。

2.聚羟基乙酸的性质

2.1 聚羟基乙酸的物理性质

聚羟基乙酸的化学式为(C2H2O2)n 。其密

度为1.530 g/cm3（25 ℃）。聚羟基乙酸的玻璃化转变温度大概在35℃至40℃之间，熔点在225℃到230℃之间。摩尔质量为（58.04）

n。并且PGA有在45%-55%之间的较高的结晶度，因此导致了其不溶于水[6]。PGA的溶解

性是有些奇怪的，对于高分子量的PGA其不

溶于大多数常见有机溶剂，例如丙酮，二氯甲烷，氯仿，乙酸乙酯，四氢呋喃等。但是低分子量的PGA的物理性质却有很大不同，

其溶解度就相对来说更高。但是PGA溶于高

浓度的氟化溶剂，如六氟-异丙醇（HFIP）[7]。PGA纤维表现出很高的强度和模量（7 GPA），并且特别不易弯曲[8]。当聚合物的

平均分子量在20000—145000时能制成纤维状，并且因为聚合物的分子排列具有方向性，同时也增强了PGA的强度。PGA还能做成薄膜和不同的形状【9】。

2.2 聚羟基乙酸的化学性质

PGA的基

本结构单元

如右图所示。

它可以来自

单体乙醇酸的缩聚。

PGA在线性脂肪族聚酯中是结构最简单的，且具有优良的机械性能、优异的生物兼容性和出色的可生物降解性。聚羟基乙酸的降解速度又与聚合物分子量，结晶度，熔点，试样的形状以及环境有关。

大量实验表明，聚羟基乙酸在体内完全降解而不需特殊酶的参与，而且降解后的产物可在体内吸收代谢，最终从尿及呼吸道排出。（具体代谢途径如下所示）【10】。

3 聚羟基乙酸的合成

3.1 羟基乙酸的熔融缩聚法

简单的熔融缩聚即在常压下加热羟基乙酸，保持温度在175～185℃进行反应，并在水分蒸馏停止后把压力降低到2×104Pa，继续反应2h后得到相对分子质量在几十至几

千的低聚物。这种方法虽然简便，但是不能有效地控制聚合物的相对分子质量，而且聚合温度高，常导致产物带颜色[11]。

20世纪80年代末，日本相继出现用缩合的

方法直接制备高分子量PGA的专利报道。以

含锡或含锗的化合物作为引发剂，在惰性气流和减压脱水的情况下，当相对分子量达到2000—6000时，加入含磷的化合物或液体石蜡，阻止反应体系粘度升高，有效地提高水扩散速率，得到高分子量聚合物，或者在某一步反应、或者在全部反应过程中使用膜式干燥器，聚合物的相对分子量可达到十几万。Takahashi和Kimura采用羟基乙酸直接熔融

/凝固法制备高分子量PGA。通过比较不同的锌类、锡类催化剂，认为Zn（CH3CO2)2·2H20 是羟基乙酸本体缩聚获得高分子量的理想

催化剂，相对分子量可达90000以上[12]。

另外，日本化学技术研究所的增田,隆志以CO和甲醛为原料，在高温高压催化剂存在下，一步反应制备PGA，而且CO来自塑料燃

烧废料，原料便宜易得。

3.2 开环乙交酯的聚合

乙交酯开环聚合是制备高分子量PGA的常用方法。此方法首先需要制备乙交酯，然后在催化剂的作用下通过聚合反应制取得到

聚羟基乙酸。乙交酯是乙醇酸脱水的二聚体，乙醇酸在Sb2O2存在下，压强5kPa温度180℃

得到低聚物，然后升高温度降低压强脱水得乙交酯[13]。乙交酯的开环聚合可以使用不同的催化剂来催化，包括锑化合物，

如三氧化