医用高分子材料的应用及其发展前景

生物医用高分子材料的应用及发展前景

摘要：由于生物医学工程、材料科学和生物技术的发展，生物医用高分子材料及其制品正以其特有的生物相容性、无毒性等优异性能而获得越来越多的医学临床应用。本文主要介绍了医用高分子材料的分类和应用,综述医用高分子材料在生物医学上的研究进展，并展望其研究前景。

关键词：生物医用高分子材料；应用；发展

Application and Prospects of the Biopolymer Materials Abstract：Biomedical polymer materials and produets have increasingly found clinical application owing to their excellent perfomences such as unique biological histocompatibility, and non-toxicity with the development of biomedical engineering, materials science and biotechnology.This article introduces biomedical polymer material development and the research achievement of biomedical polymer materials,.The trend of biomedical polymer materials in the future was also prospected.

Keywords：Polymeric biomaterials; Application; Development

医用高分子材料是一门介于现代医学和高分子科学之间的新兴学科。它涉及到物理学、化学、生物化学、病理学、血液学等多种边缘学科。目前医用高分子材料的应用已遍及整个医学领域。

1 生物医用高分子材料的发展。

所谓生物医用高分子材料(Polymeric biomaterials)是指在生理环境中使用的高分子材料[1]，它们中有的可以全部植入体内，也可以部分植入体内而部分暴露在体外，或置于体外而通过某种方式作用于体内组织。生物医用高分子材料分合成和天然两大类，本文主要讨论合成医用高分子材料。

生物医用高分子材料的研究和临床应用已经历了三个发展阶段。

第一代生物医用高分子材料主要有硅橡胶、高分子量聚乙烯等有机高分子材料。其最大特点是材料本身的―生物惰性‖，它们在人体内相对稳定，不易分解或生物降解；同时材料本身具有良好的生物相容性和理想的免疫反应性，而且其力学强度和物理性能适宜，能与人体环境很好地相匹配，保证植入材料与生物组织的形变相协调[2]。

第二代生物医用高分子材料有两期。第一期，是医用级有机硅橡胶的出现，随后又发展了四种聚(醚-氨)酯心血管材料，从此进入了以分子工程研究为基础的发展时期。该阶段的特点是在分子水平上对合成高分子的组成、配方和工艺进行优化设计，有目的地开发所需要的高分子材料。20世纪60年代，美国DuPont 公司生产出热塑性聚氨酯，它具有比硅橡胶更好的耐屈挠疲劳性，广泛应用于植入生物体的医用装置及人造器官，如人工瓣膜[3]、人工心脏[4]、人工心脏辅助装置[5]、人工血管[4, 6]、介入导管[7]、人工关节[8]、人工软骨[9]及人工输尿管[10]等。

第二期是生物降解性高分子材料及其他无机物材料。其特点是材料在机体中

随着主体器官的修复、组织的再生和伤口的愈合而逐渐被生物降解和吸收，并最终为机体再生的组织和器官所替代。

第三代生物医用高分子材料在生物体内能被降解，最终为机体所吸收，同时材料本身又具有生物活性，能参与机体的生理活动，在分子水平上激活基因，刺关细胞产生响应，从而诱导组织和器官的形成，是细胞和基因的活性化材料(Cell and Gene Activating Materials)[11]。另一焦点是从寻找替代生物组织的合成材料转向研究一类具有主动诱导、激发人体组织器官再生修复的新材料[12]。

2 生物医用高分子材料的基本要求

医用高分子材料需长期与人体体表、血液、体液接触,有的甚至要求永久性植入体内。除了作为材料在力学强度等方面的普遍要求之外，生物医用高分子材料的要求可以综合概括为以下几个方面[13]：

(l)生物功能性：因各种生物材料的用途而异，但生物材料植入体内都必须发挥所期望的功能或诱发预期的反应，如：作为缓释药物时，药物的缓释性能；

(2)生物相容性：可概括为材料和活体之间的相互关系，主要包括血液相容(抗凝血性)和组织相容性(无毒性、无致敏性、无遗传毒性、无致癌性、无热原反应、无免疫排斥反应等)；

(3)化学稳定性：耐生物老化性(特别稳定)或可生物降解性(可控降解)；在化学上是不活泼的，不会因与体液或血液接触而发生变化；

(4)可加工性：能够成型、消毒(紫外灭菌、高压煮沸、环氧乙烷气体消毒、酒精消毒等)。

3 生物医用高分子材料的分类及研究进展

3.1 药用高分子材料

药用高分子系指利用功能高分子聚合物的主链或支链，结合具有药理活性的某些药物基团，使其成为在体内容易降解控释，有足够药理活性的高分子药物，这类新型药物具有低毒、高效、长效、定向、控释等特点。高分子药物系指在药物制造过程中，根据功能高分子聚合物的物化特性，分别用于药物的稀释剂、粘合剂、包埋材料、微型胶囊、包衣或内外包装材料等，其本身并不具有药效，只是在药物成品过程中，起着不可缺少的从属辅助作用或者强化作用。实际上两者并没有严格界限[14]。

根据药用高分子结构与制剂的形式，可分三类：(l)具有药理活性的高分子药物。(2)低分子药物的高分子化。(3)药用高分子微胶囊。

所用高分子材料有天然高分子，如骨胶、明胶、海藻酸钠、琼脂等；半合成的高分子有纤维素衍生物等；合成高分子有聚葡萄糖酸、聚乳酸及乳酸与氨基酸的共聚物等。包覆方法有原位聚合法、界面聚合法、相分离法和溶液干燥法等。