智能与新型功能高分子材料.doc

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1、智能生物医用功能高分子材料摘要：智能高分子材料能够响应外界环境的微小刺激，引起自身构象，极性，相结构，组成结构等物理化学变化，表现出“智能”的特性，已被广泛应用于生物医学和纳米技术领域。文中将以智能水凝胶体系，智能载药体系和智能识别体系为例，综述智能高分子材料在生物医学上的研究进展，以及我国近年来的研究情况和存在的问题，并展望其应用前景,了解智能生物医用功能高分子材料。关键词：功能高分子材料、智能、生物医用高分子材料。1.引言智能高分子材料又称智能聚合物、机敏性聚合物、刺激响应型聚合物、环境敏感型聚合物，所以被定义为“能感知环境变化并随外

2、部条件的变化，通过自我判断和结论，进行相应动作的高分子材料”。为了实现这样的高分子材料的合成，高分子材料必须具备感知特定的外界刺激和自身部状态变化并坐车响应的功能以及响应速度快，外界刺激撤除后恢复自我的能力，其特性决定于分子结果的复杂性与多样性，以此决定了智能化[1]。由蛋白质，多糖，核酸等生物高分子所构筑的生物体系，能够精确地响应外界环境微小的变化，而行使其相应的生物学功能（如单个细胞的生命活动）。许多合成高分子也具有类似的外界刺激响应性质，而且已经被广泛研究用于智能或仿生体系，特别是在生物医学方面，可用于药物控制释放，生物分离，生物分

3、子诊断，生物传感器和组织工程等领域。常见的刺激敏感型高分子材料有温度敏感，pH敏感，光敏感，电敏感，生物活性分子敏感等，以及混合敏感型。本文将着重介绍智能水凝胶体系，智能纳米载药体系，以及智能识别体系。含智能响应高分子的水凝胶，能够响应外界环境的刺激，呈现收缩-溶胀的体积变化，或者Sol-Gel的相转变，能够用于组织工程，生物传感器和药物控制释放等[2]。智能载药体系以载药高分子纳米粒子(包括胶束,微囊等)为例，在外界刺激下，能够使纳米粒子形变、分散(胶束，微囊)，或溶胀、收缩(微凝胶，核/壳交联的粒子)，从而实现在病灶部位定点，持续性的

4、控制释放[3,4]。将智能高分子和具有分子识别功能的生物活性分子结合而成的智能识别体系，不但能够识别相应的靶分子，而且在外界刺激后，体系会发生相分离等，可用于生物分离，生物传感器，癌症分子诊断等[5]。2.生物医用功能高分子材料研究现状生物医用高分子材料的发展经历了三个阶段，第一阶段始于1937年，其特点是所用高分子材料都是已有的现成材料，如用丙烯酸甲酯制造义齿的牙床。第二阶段始于1953年，其标志是医用级有机硅橡胶的出现，随后又发展了聚羟基乙酸酯缝合线以及四种聚(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

5、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。目前的研究焦点已经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，这标志着生物医用高分子材料的发展进入了第三个阶段。其特点是这种材料一般由活体组织和人工材料有机结合而成，在分子设计上以促进周围组织细胞生长为预想功能，其关键在于诱使配合基和组织细胞表面的特殊位点发生作用以提高组织细胞的分裂和生长速度在国外，生物医用高分子材料研究已有50多年的历史，早在1947年美国已发表了展望性论文。随后,美国、日本、欧洲等工

6、业发达国家不断有文章报道，有些并已在临床上得到应用。2.1天然生物材料天然生物材料是指从自然界现有的动、植物体中提取的天然活性高分子，如从各种甲壳类、昆虫类动物体中提取的甲壳质壳聚糖纤维，从海藻植物中提取的海藻酸盐，从桑蚕体分泌的蚕丝经再生制得的丝素纤维与丝素膜，以及由牛屈肌腱重新组构而成的骨胶原纤维等[6-10]。这些纤维都具有很高的生物功能，具有很好的生物适应性，在保护伤口、加速创面愈合方面具有强大的优势，已引起国外医务界广泛的关注。2.2合成高分子材料合成高分子材料因与人体器官组织的天然高分子有着极其相似的化学结构和物理性能，因而可

7、以植入人体，部分或全部取代有关器官，因此在现代医学领域得到了最为广泛的应用，成为现代医学的重要支柱材料[11]。与天然生物材料相比，合成高分子材料具有优异的生物相容性，不会因与体液接触而产生排斥和致癌作用，在人体环境中的老化不明显。通过选用不同成分聚合物和添加剂，改变表面活性状态等方法可进一步改善其抗血栓性和耐久性，从而获得高度可靠和适当有机物功能响应的生物合成高分子材料。目前，使用于人体植入产品的高分子合成材料包括聚酰胺、环氧树脂、聚乙烯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚甲醛、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯酯、硅橡胶、硅凝胶等。应用场合涉

8、及组织粘合、手术缝线、眼科材料（人工玻璃体、人工角膜和人工晶状体等）、软组织植入物（人工心脏、人工肾、人工肝等）和人工管形器（人工器官、食道和膀胱）等。2.3可降解高分子材料随着环保概念的提出