高分子材料 (1)

1、連云港職業(yè)技術(shù)學(xué)院可降解手術(shù)材料可降解手術(shù)材料概述概述分類分類降解機理降解機理影響及發(fā)展影響及發(fā)展拓展拓展總述：總述：什么是可降解手術(shù)材什么是可降解手術(shù)材料呢？料呢？ 醫(yī)用生物降解塑料是生物醫(yī)用材料中最重要的 一類,是指那些在植入人體并經(jīng)過一段時間后,能 逐漸被分解或破環(huán)的塑料。被植入的這種異物在 完成使命后,會自動分解成無毒無害的物質(zhì),從體 內(nèi)排出。概述概述醫(yī)用生物降解塑料的 1. 天然生物降解塑料天然生物降解塑料 需要具備以下條件: 原料來源豐富,便宜易得; 可用常規(guī)方法加工成型; 具有與合成材料相當(dāng)?shù)奈锢砹W(xué)性能; 不引起異體免疫反應(yīng)。 典型的材料： 膠原蛋白、纖維蛋白、甲殼素、殼聚纖維

2、素衍生物。 主要用做可吸收縫線、藥物控釋載體、人工皮膚、組織修復(fù)和替代、組織隔離膜等。分類分類2. 合成生物降解塑料合成生物降解塑料 從化學(xué)結(jié)構(gòu)上分從化學(xué)結(jié)構(gòu)上分: 側(cè)鏈帶有易水解基團的聚合物側(cè)鏈帶有易水解基團的聚合物,水解后生成羥基、羧基等親水性側(cè)基水解后生成羥基、羧基等親水性側(cè)基,這些這些新的基團使聚合物變的易溶于水；新的基團使聚合物變的易溶于水； 立體交聯(lián)固化的水溶性高分子立體交聯(lián)固化的水溶性高分子,植入人體內(nèi)交聯(lián)基團被水解植入人體內(nèi)交聯(lián)基團被水解,還原為水溶性還原為水溶性聚合物；聚合物； 主鏈中含有易水解鏈段的聚合物主鏈中含有易水解鏈段的聚合物,這些鏈段被水解后這些鏈段被水解后,大分子

3、鏈斷開大分子鏈斷開,降解為降解為溶于水的齊聚物或單體；溶于水的齊聚物或單體；典型的合成生物降解塑料：典型的合成生物降解塑料：聚羥基乙酸聚羥基乙酸(PGA) 、聚乳酸、聚乳酸(PLA)、聚已內(nèi)酯、聚已內(nèi)酯(PCL) 聚聚- 羥基丁酸酯羥基丁酸酯(PHB)/羥基戊酸酯羥基戊酸酯(PHV)、聚酸酐。聚酸酐。 第一階段為物理轉(zhuǎn)變： 即材料與水接觸后首 先吸收水分子而自身溶脹，同時滲出低分子的物質(zhì)(單 體、增塑劑等)。這一過程的作用是破壞材料本體的氫 鍵和范德瓦耳斯鍵，使其失去原有的二級及三級結(jié)構(gòu)。 第二階段發(fā)生化學(xué)鍵的斷裂： 在體內(nèi)環(huán)境下主要發(fā)生的化學(xué)降解是水解和酶解，在有炎癥時也發(fā)生微生物降解，電解

4、質(zhì)的存在和適當(dāng)pH也會催化水解和酶解過程。 降解機理降解機理 聚- 羥基丁酸酯PHB是一種存在于某些細(xì)菌（固氮菌、產(chǎn)堿菌和腸桿菌等）細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的一類顆粒狀內(nèi)含物，由許多羥基丁酸分子聚合而成，具有貯存能源、碳源和降低細(xì)胞內(nèi)滲透壓等功能。可用于制造可降解塑料。PHB 與聚羥基戊酸(PHV) 的共聚物是具有低結(jié)晶度、高柔軟性并易于加工的材料。PHB/PHV 共聚物已經(jīng)有產(chǎn)品出售,商品名為Biopol 。Biopol 是一系列不同材料組成的,其中PHV 的含量最高不超過30% ,PHB/PHV 為89/11的共聚物是強度和韌性達到最佳的匹配。 常用作藥物控釋、縫線、人工皮膚等。生物降解塑料Biopol

5、英國ICI公司推出的一種由糖類發(fā)酵制造,可熔融加工的線型聚醋,現(xiàn)在的商品名為BioPol。 在BioPol中基本聚合物是PHB,也屬于天然產(chǎn)物,是1926年由巴黎巴斯德研究院首先鑒定的。 ICI公司一直利用非病原性細(xì)菌真養(yǎng)產(chǎn)堿菌進行發(fā)酵來生產(chǎn)PHB。然而,PHB這種均聚物性質(zhì)剛硬,比較容易脆裂, 為此ICI公司開發(fā)了新的工藝,其革新的特點是在葡萄糖溶液中添加簡單的有機酸,使細(xì)菌產(chǎn)生一無規(guī)共聚物。 聚乳酸（PLA）又稱聚丙交酯是一種新型的生物降解材料，使用可再生的植物資源（如玉米）所提出的淀粉原料制成。 聚乳酸有兩種立體規(guī)整型構(gòu)型,左旋聚乳酸和右旋聚乳酸。 前者分子中的不對稱碳鏈為非規(guī)整結(jié)構(gòu),是

6、無定性共聚物,降解和吸收速度較快,一般為36 個月,有利于藥物均勻分布在基質(zhì)中,適用于藥物控釋系統(tǒng),主要做藥物控釋的載體和軟組織修復(fù)材料。 后者具有優(yōu)良的力學(xué)性能并且降解吸收時間很長(一般3315 年) ,適用于承載的裝置,是制作內(nèi)植骨固定裝置的理想材料。 聚乳酸縫合線聚乳酸縫合線1.為提高縫合線的機械強度，需合成高分子量聚乳酸，改進聚乳酸的加工工藝。2.光學(xué)活性聚合物的合成，半結(jié)晶PDLA 、 PLLA比無定形PDLLA具有較高的機械強度、較大的拉伸比率及較低的收縮率，更合用于手術(shù)縫合線。3.縫合線多功能化，在縫合線中摻入非甾體抗炎藥來抑制局部炎癥及異物排斥反應(yīng)；4.在縫合線中加入增塑劑，如

7、骨膠原低分子量聚乳酸及其它無機鹽增加縫合線的韌性和調(diào)節(jié)聚合物的降解速率普通玉米變身普通玉米變身“可吸收骨釘可吸收骨釘” 以普通玉米為原料，通過一系列技術(shù)提取、加工，最終提煉出以普通玉米為原料，通過一系列技術(shù)提取、加工，最終提煉出醫(yī)用聚乳酸，又以聚乳酸加工制成醫(yī)用聚乳酸，又以聚乳酸加工制成“可吸收骨釘可吸收骨釘”替代金屬骨替代金屬骨釘、骨板。釘、骨板。 這種這種“可吸收骨釘可吸收骨釘”，通過生物降解代謝出體外，避免了二次，通過生物降解代謝出體外，避免了二次手術(shù)的痛苦。手術(shù)的痛苦。 由于聚乳酸材料的特殊性，在降解過程中，一部分會沉積成骨，由于聚乳酸材料的特殊性，在降解過程中，一部分會沉積成骨，有益

8、于患者的康復(fù)。有益于患者的康復(fù)?？p合線縫合線 纖維素衍生聚氨酯纖維素衍生聚氨酯中所用的纖維素大都為乙酸纖維素。 例如，二異氰酸知作為偶聯(lián)劑，含有端羥基的三 乙酸纖維素和聚酯、聚醚等其他含有羥系的聚合物發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)，即可制成乙酸纖維嵌段共聚物，具有良好的生物降解性能。可用其紡絲，用于手術(shù)縫合線。 可吸收手術(shù)縫合線的研究進展 醫(yī)用可吸收手術(shù)縫合線是生物材料的一種，它主要用于普醫(yī)用可吸收手術(shù)縫合線是生物材料的一種，它主要用于普通外科和整形外科等需要內(nèi)縫合的手術(shù)中。它既能為機體通外科和整形外科等需要內(nèi)縫合的手術(shù)中。它既能為機體提供暫時的支架或屏障，又能通過降解吸收而避免體內(nèi)的提供暫時的支架或屏障，又能

9、通過降解吸收而避免體內(nèi)的排異反應(yīng)、非感染性炎癥及其他一些不良影響，同時降低排異反應(yīng)、非感染性炎癥及其他一些不良影響，同時降低了二次手術(shù)的可能。因而在醫(yī)學(xué)及動物醫(yī)學(xué)上，它與其它了二次手術(shù)的可能。因而在醫(yī)學(xué)及動物醫(yī)學(xué)上，它與其它手術(shù)縫合線相比具有明顯的優(yōu)勢，得到了廣泛的臨床應(yīng)用，手術(shù)縫合線相比具有明顯的優(yōu)勢，得到了廣泛的臨床應(yīng)用，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ目晌招椭踩氩牧稀Ｊ且环N極具發(fā)展?jié)摿Φ目晌招椭踩氩牧稀?可吸收手術(shù)縫合線的研究進展 隨著科技的發(fā)展，人們對可吸收手術(shù)縫合線的研究越來越深入。隨著科技的發(fā)展，人們對可吸收手術(shù)縫合線的研究越來越深入。 理想的手術(shù)縫合線應(yīng)滿足下列條件：理想的手術(shù)縫合線應(yīng)滿

10、足下列條件： (1) 可以進行徹底的消毒殺菌處理；可以進行徹底的消毒殺菌處理； (2) 有一定的柔軟性和彈性回復(fù)，有一定的濕潤強度和摩擦系數(shù)有一定的柔軟性和彈性回復(fù)，有一定的濕潤強度和摩擦系數(shù) (3) 縫合、打結(jié)時操作方便，作結(jié)后持結(jié)性能良好；縫合、打結(jié)時操作方便，作結(jié)后持結(jié)性能良好； (4) 縫合線在體內(nèi)一定時間內(nèi)保持一定的強度；縫合線在體內(nèi)一定時間內(nèi)保持一定的強度； (5) 對人體組織有適應(yīng)性，不致因異物反應(yīng)而發(fā)生炎癥；對人體組織有適應(yīng)性，不致因異物反應(yīng)而發(fā)生炎癥； (6) 產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠，制作容易，價廉易得。產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠，制作容易，價廉易得。 天然可吸收縫合線天然可吸收縫合線 1

11、1、羊腸線羊腸線 在所有天然可吸收縫合線中，羊腸線是最傳統(tǒng)的一種在所有天然可吸收縫合線中，羊腸線是最傳統(tǒng)的一種, ,從最早的醫(yī)學(xué)記錄開始，在外科手術(shù)中即已使用羊腸線，從最早的醫(yī)學(xué)記錄開始，在外科手術(shù)中即已使用羊腸線，它取自羊腸黏膜下層的黏膜加工而成。它取自羊腸黏膜下層的黏膜加工而成。 在體內(nèi)的降解和吸收主要取決于給巨噬細(xì)胞的活動提供在體內(nèi)的降解和吸收主要取決于給巨噬細(xì)胞的活動提供能量的組織蛋白酶的存在情況。能量的組織蛋白酶的存在情況。 羊腸線至今仍是一般體內(nèi)縫合線的材料，因為它來源廣羊腸線至今仍是一般體內(nèi)縫合線的材料，因為它來源廣且制作工藝相對簡單，成本低廉。且制作工藝相對簡單，成本低廉。 可

12、吸收縫合線可吸收縫合線 膠原是從動物骨骼、筋膜中經(jīng)浸煮、膠原是從動物骨骼、筋膜中經(jīng)浸煮、水解等多道工序提煉，再經(jīng)過加捻水解等多道工序提煉，再經(jīng)過加捻和交聯(lián)劑的作用而制成。和交聯(lián)劑的作用而制成。膠原醫(yī)用手術(shù)縫合線的研制，就在膠原醫(yī)用手術(shù)縫合線的研制，就在于膠原的性質(zhì)。于膠原的性質(zhì)。應(yīng)力應(yīng)力應(yīng)變試驗表明，天然膠原表應(yīng)變試驗表明，天然膠原表現(xiàn)出彈性態(tài)和粘彈態(tài)兩個階段的力現(xiàn)出彈性態(tài)和粘彈態(tài)兩個階段的力學(xué)行為；學(xué)行為； 并且，膠原的抗原性相當(dāng)?shù)?，具有并且，膠原的抗原性相當(dāng)?shù)?，具有天然可降解性，并能促進細(xì)胞生長。天然可降解性，并能促進細(xì)胞生長。膠原的這些性質(zhì)使它能夠成功地用膠原的這些性質(zhì)使它能夠成功地用來

13、制備醫(yī)用手術(shù)縫合線。來制備醫(yī)用手術(shù)縫合線。 2、膠原纖維、膠原纖維3、甲殼素、殼聚糖可吸收縫合線、甲殼素、殼聚糖可吸收縫合線 以甲殼素為原料制作可吸收縫合線始于以甲殼素為原料制作可吸收縫合線始于20世紀(jì)世紀(jì)70年代，日本在年代，日本在該領(lǐng)域的研究處于世界前列，著名的尤尼吉卡公司已有多項專利該領(lǐng)域的研究處于世界前列，著名的尤尼吉卡公司已有多項專利和產(chǎn)品問世。國內(nèi)相關(guān)研究工作始于和產(chǎn)品問世。國內(nèi)相關(guān)研究工作始于90年代。年代。 目前，甲殼素縫合線的制作技術(shù)已較為成熟，一般采用濕法紡絲目前，甲殼素縫合線的制作技術(shù)已較為成熟，一般采用濕法紡絲工藝，采用的原料多為高純度的甲殼素粉末，常用的溶劑有六氟工藝

14、，采用的原料多為高純度的甲殼素粉末，常用的溶劑有六氟丙酮、六氟異丙醇、三氯乙酸等。通過選擇不同溶劑、凝固劑。丙酮、六氟異丙醇、三氯乙酸等。通過選擇不同溶劑、凝固劑。改進紡絲和處理工藝改進紡絲和處理工藝，可制備出多種型號且能滿足不同需求的可，可制備出多種型號且能滿足不同需求的可吸收甲殼素縫合線。吸收甲殼素縫合線。 高分子材料對生物體的高分子材料對生物體的 高分子材料對生物組織的影響因素：高分子材料對生物組織的影響因素： 降解速度；降解速度； 產(chǎn)物毒性；產(chǎn)物毒性； 降解的持續(xù)期限；降解的持續(xù)期限； 材料的物理形態(tài)；材料的物理形態(tài)； 植入材料與生物組織相對運動，導(dǎo)致力學(xué)的刺激；植入材料與生物組織相對

15、運動，導(dǎo)致力學(xué)的刺激；影響影響 1. 聚聚- 羥基丁酸酯羥基丁酸酯 PHB是一種生物合成材料，是一種生物合成材料，PHB具有良好降解性具有良好降解性,其降解其降解產(chǎn)物屬于天然產(chǎn)物。產(chǎn)物屬于天然產(chǎn)物。 隨著對隨著對PHB深入研究人們認(rèn)識到了深入研究人們認(rèn)識到了PHB是一種作為微生是一種作為微生物能量儲存參與代謝的天然產(chǎn)物。物能量儲存參與代謝的天然產(chǎn)物。 PHB的分子結(jié)構(gòu)具有高度立構(gòu)規(guī)整性的分子結(jié)構(gòu)具有高度立構(gòu)規(guī)整性,這使得它具有特殊這使得它具有特殊的溶解性。的溶解性。PBH不溶于甲醇、水、乙醇、丙酮、醚、己烷、不溶于甲醇、水、乙醇、丙酮、醚、己烷、鹽酸、硫酸等鹽酸、硫酸等,部分溶于二氧六環(huán)、甲苯、辛醇部分溶于二氧六環(huán)、甲苯、辛醇,而溶于三而溶于三氯甲烷、二氯乙烷、二氯乙酸、二甲基甲酰胺、乙基乙酰氯甲烷、二氯乙烷、二氯乙酸、二甲基甲酰胺、乙基乙酰乙酸、三油酸甘油酯乙酸、三油酸甘油酯拓展拓展 2.聚原酸酯聚原酸酯 PHB PHB是一種人工合成的生物可降解高分子材料，通過多元原是一種人工合成的生物可降解高分子材料，通過多元原酸或多元原酸酯與多元醇類經(jīng)在無水條件下縮合形成原酸