生物医用高分子聚乳酸

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1、生物医用高分子——聚乳酸厦门大学化学化工学院苏巧云04300064摘要：聚乳酸由于其突出特点如生物相容性好，可降解且对人体无毒等而倍受重视，并且在生物医学领域的应用中获得了良好的效果。本文对聚乳酸的合成及生物医学应用做了简介，并对其在医学领域中的应用做了展望。关键词:聚乳酸;生物医用;生物降解；生物相容性材料〔1〕1.引言聚乳酸(PLA)是一种具有优良生物相容性和可生物降解的聚合物,是美国食品和药物管理局(FDA)认可的一类生物医用材料。20世纪50年代,由丙交酯(LA)开环聚合制得了高分子量的聚乳酸,但由于这类脂肪族聚酯对热和水比较敏感,长时间未引

2、起人们的足够重视。直到20世纪60年代,科学工作者重新研究PLA对水敏感这一特性时,发现聚乳酸适合作为可降解手术缝合线材料。1966年,Kulkarni等提出:低分子量的PLA能够在体内降解,最终的代谢产物是CO2和H2O,中间产物乳酸也是体内正常代谢的产物,不会在体内积累,因此PLA在生物体内降解后不会对生物体产生不良影响。随后报道了高分子量的PLA也能在人体内降解,由此引发了以这类材料作为生物医用材料的开端。在生物医学材料领域中,聚乳酸广泛应用于药物释放材料、眼科材料、外科手术缝合线、骨折内固定材料以及组织工程材料等等。〔2〕2.聚乳酸的合成聚乳

3、酸的制备以乳酸为原料进行，较为成熟的方法有两种：一种是乳酸直接缩聚法,另一种是先由乳酸合成丙交酯,再在催化剂作用下开环聚合。2．1乳酸直接聚合法直接聚合法早在20世纪30～40年代就已经开始研究,但是由于涉及反应中产生的水的脱除等关键技术还未能完全解决,故产物的分子量较低(均低于4000),强度极低,易分解,无实用性。日本昭和高分子公司采用将乳酸在惰性气体中慢慢加热升温并缓慢减压,使乳酸直接脱水缩合,并使反应物在220～260℃,133Pa下进一步缩聚,得到相对分子质量4000以上的聚乳酸。但是该法反应时间长,产物在后期高温下会老化分解,变色,且不均

4、匀。日本三井东压化学公司采用溶液聚合法使乳酸直接聚合得到聚乳酸。日本还拥有多项制造无催化剂的高分子聚乳酸专利技术。直接法的主要特点是合成的聚乳酸不含催化剂,但反应条件相对苛刻。近几年来,通过技术创新与改进,直接聚合法取得了一定的进展,离真正大批量工业化生产为期不远了。2．2开环聚合法开环聚合法是目前全球使用较多的生产方法。早在20世纪中叶,杜邦公司的科研人员就用开环聚合法获得了高分子量的聚乳酸。近年来,国外对聚乳酸合成的研究主要集中在丙交酯的开环聚合上。德国BoeheringerZngelhelm公司用此法生产的聚乳酸系列产品以商品名Resomer出

5、现在市场上;美国Cargill公司用此法生产的聚乳酸经熔喷与纺粘后加工,开发了医用元纺布产品;而我国能够合成高分子聚乳酸的仅有中山大学高分子研究所等3家。开环聚合多采用辛酸亚锡作引发剂,分子量可达上百万,机械强度高,聚合分两步进行:第一步是聚乳酸经脱水环化制得丙交酯;第二步是丙交酯经开环聚合制得聚丙交酯;3.聚乳酸的性质〔3〕3．1基本性质乳酸有两种旋光异构体即左旋(L)和右旋(D)乳酸,聚合物有三种立体构型:聚右旋乳酸(PDLA)、聚左旋乳酸(PLLA)、聚消旋乳酸(PDLLA).这些聚乳酸的性质如表1所示：表1聚乳酸的基本物化性质项目聚乳酸(PL

6、A)聚-D-乳酸聚-L-乳酸聚-D,L-乳酸溶解性可溶于二恶烷，已睛，氯仿，二氯甲烷不溶于脂肪烃，已醇，已醚等固体结构结晶性结晶性非结晶性。熔点（C）170～180170～180－。玻璃化温度（C）50～6050～6050～60。热分解温度（C）200200200。水解性（37C生理盐水中的强力减半时间d）120～180120～18069～90〔4〕3．2PLA的生物相容性PLA具有良好的生物相容性,在体内,PLA分解成乳酸,再经酶的代谢生成CO2和H2O,由人体排出,没有发现严重的急性组织反应和毒理反应,但PLLA仍会导致一些温和的无菌性炎症反应.

7、如颧骨固定术后3年产生了无痛的局域肿块,皮下组织出现了缓慢降解的结晶PLLA颗粒引发的噬菌作用.产生组织反应的真正原因没有定论,Sugonuma认为PLA降解所产生的碎片是导致迟发性无菌性炎症反应的根本原因.植入部位也决定组织反应类型和强度,皮下植入时炎症发生率较高,在吞噬细胞较少的髓内固定组织反应发生率较低.4.聚乳酸的应用聚乳酸无毒，且具有优良生物相容性和可生物降解性，可制成具有相当强度的成型制件，故〔5〕可广泛用于医药治疗上，其主要用途归纳于表2。表2聚乳酸在医药医疗上的主要用途目的应用实例接合、固定缝合线、夹钳、接骨材料（板、螺钉）、粘接剂、

8、销钉止血、填充止血剂、骨和软组织缺损部位填充剂（网状物、不织布等）重建、辅助皮肤、胸壁网络、韧带、血管、神经