生物降解高分子在医疗方面的应用研究

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1、生物降解高分子材料在医药领域中的应用王小飞指导老师：张巧玲（长江大学化学与环境工程学院，高材11201）摘要：本综述简要介绍生物降解高分子材料的定义、降解机理及影响因素的基础上，较为全面的阐述了当前生物降解高分子材料在临床医疗、缓控释放材料、骨折固定材料、手术缝合线及组织工程中的应用。关键词：生物化学；生物降解；医用高分子材料；降解机理^组织工程1.前言近年来，高分子材料在医学及药物领域得到了广泛应用。而高分子药物缓释材料在对药物医疗剂量进行有效控制、降低药物毒副作用、提高药物稳定性和有效利用率、实现药物靶向输送及减轻患者痛苦等方面的功能倍受关注。药物缓释材料

2、延长了药物的治疗效果，同时又可使药物浓度维持在最低药效浓度和引起屮毒浓度Z内。这类材料不仅具备可生物降解性和生物相容性，还可通过自身具有的可生物降解重复单元与药物和目标受体产生相互影响，用作引导神经再生的修复架、骨折I古I定材料、脉管移植材料和药物缓释载体等。2.生物降解高分子材料定义降解机理生物降解高分了材料（Biodegradablepolymericmate-rials）是指在一定的条件下，一定的时间内能被细菌、霉菌、藻类等微生物降解的高分子材料。真正的生物降解高分子在有水存在的环境下，能被酶或微生物水解降解，从而高分子主链断裂，分子量逐渐变小，以致最终

3、成为单体或代谢成C02和H20o生物降解性高分子材料的生物降解通常是指以化学方式进行的，即在微生物活性（有酶参与）的作用下，酶进入聚合物的活性位置并渗透至聚合物的作用点后，使聚合物发牛水解反应从而使聚合物的大分子骨架结构发生断裂，成为小的链段，并最终断裂成稳定的小分子产物，完成降解过程。聚合物能保持一定的湿度是其可生物降解的首要和必要的条件。表1为一些生物降解高分子的水解反应情况。一般高分子材料的生物降解可分为完全生&I生物即解件髙分子的水解怖况名称水解侑况活性CV络合高分r2COOR->；+

4、H2O^—aijOCNClhCOOR聚扯胺•聚屮娠内烯ll2or—ROH+HOC^HiGhOH无机髙分子物降解机理和光-生物降解机理。完全生物降解机理大致有三种途径：（1）生物物理作用：由于牛物细胞增长而使聚合物组分水解，电离质子化而发生机械性的毁坏，分裂成低聚物碎片；（2）生物化学作用：微生物对聚合物作用而产生新物质（CH4,C02和H20）;⑶酶直接作用：被微生物侵蚀部分导致材料分裂或

5、氧化崩裂。而光-牛物降解机理则是材料中的淀粉等生物降解剂首先被生物降解，增大比表而积，同时，日光、热、氧引发光敏剂等使高聚物生成含氧化物，并氧化断裂，分子量下降到能被微生物消化的水平。严海标等研究含双组分光敏剂PE的光降解产物表明，在双组分光敏剂的协同作用下,PE的光氧化程度加深,分子量急剧下降,有利于微生物进一步降解。3•影响微生物降解的因素环境因素是指水、温度、PH值和氧浓度。水是微牛物牛成的基木条件，只有在一定湿度下微生物才能侵蚀材料。毎一种微生物都有其适合生长的最佳温度。通常真菌的适宜温度为2（rc〜28°C,细菌则为28°C〜37°Co并且一般来说，

6、真菌宜生长在酸性环境中，而细菌适合生长在微碱性条件下。真菌为好氧型的，而细菌则可在有氧或无氧条件下生长。材料的结构是决定其是否可生物降解的根本因素。合成高分子多为憎水性的，一般不能生物降解，只有能保持一定湿度的材料才有可能生物降解。含有亲水性基团-NH,-COOH,-OH,-NCO的高分子可保持一定的湿度，宜生物降解，同时含有亲水和憎水基的聚合物生物降解性好。一般分子量大的材料较分子量小的更难生物降解,脂肪族聚合物比相应的芳香族聚合物容易生物降解。支化和交联会降低材料的生物降解性。另外，材料表面的特性对牛物降解也有影响，粗糙表面材料比光滑表面材料更易降解。4.

7、生物降解高分子材料的应用对医用材料而言，不仅要求有医疗功能，还要求其无毒、对人体安全、具有优良的生物相容性，即良好的血液相容性和组织相容性。近年来发展的生物降解性吸收高分子材料是指材料完成医疗功能后，在一定时间内能被水解或酶解成小分子，参与正常的代谢循环，从而被人体吸收或排泄。生物降解塑料已被用在血管外科、矫形外科、体内药物释放基体和吸收性缝合线等医疗领域。通常可分为以下四个方面：（1）代替病变或失去功能的组织；（2）组织的协助修复，如明显的缝合线、骨折夹板、韧带和筋复键装置；（3）部分或全部替代某些器官的功能，如代替肾的血液渗析功能；（4）药物控制释放到指定

8、位置（如肿瘤处）或维持特定的药物浓度（