高分子材料在医学中的应用

高分子材料在医学中应用

摘要：本文简要介绍了高分子材料医用情况,详细介绍了生物可降解

医用高分子材料分类及应用现状,并简要介绍了生物降解高分子材料定义、分类和降解机理。

关键词：高分子材料、医学领域应用

引言：合成高分子材料，特别是塑料、橡胶、纤维这三大合成材料

发现及工业化生产，为人类提供了大量价廉易得而性能优异新材料，它们在人们日常生活和社会经济发展中发挥着重要作用。

降解高分子材料[1]是指在使用后特定环境条件下,在一些环境因素如光、氧、风、水、微生物、昆虫以及机械力等因素作用下,使其化学结构能在较短时间内发生明显变化,从而引起物性下降,最终被环境所消纳高分子材料。根据降解机理[1,2]不同,降解高分子材料可分为光降解高分子材料、生物降解高分子材料、光-生物降解高分子材料、氧化降解高分子材料、复合降解高分子材料等,其中生物降解高分子材料是指在自然界微生物或在人体及动物体内组织细胞、酶和体液作用下,使其化学结构发生变化,致使分子量下降及性能发生变化高分子材料。

1 生物降解高分子材料定义和分类

生物降解高分子材料是指在一定条件下, 一定时间内, 能被微生物或其分泌物在酶或化学分解作用下发生降解高分子材料[2]。生物降解高分子材料具有以下特点: 易吸附水, 含有敏感化学基团, 结晶度低,分子量低, 分子链线性化程度高和较大比表面积等[3]。按照来源,

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生物可降解高分子材料可分为天然高分子和人工合成高分子两大类; 按照用途, 分为医用和非医用生物降解高分子材料两大类; 按照原料组成和制造工艺不同可分为天然高分子合成材料、微生物合成高分子材料和化学合成生物可降解高分子材料[4]。 1.1天然高分子材料[5,6]

价格低廉,特别是天然产量居首位纤维素和甲壳素,年生物合成量超过1010吨。利用它们制备生物高分子材料可完全降解、具有良好生物相容性、安全无毒,由此形成产品兼具天然再生资源充分利用和环境治理双重意义。

天然高分子材料虽然具有价格低廉、完全降解等诸多优点,但是它热力学性能较差,不能满足工程高分子材料加工性能要求。 1.2微生物合成高分子材料[5,6,7]

微生物合成高分子材料是由生物通过各种碳源发酵制得一类高分子材料,主要包括微生物聚酯、聚乳酸及微生物多糖,产品特点是能完全生物降解。

微生物合成高分子材料有良好降解性和热塑性,易加工成型,但在耐热和机械强度方面还需改进,而且成本较高,现在只在医药、电子等附加值较高行业得到广泛应用。 1.3化学合成高分子材料[8]

由于在自然界中酯基容易被微生物或酶分解,所以化学合成生物降解高分子材料大多是分子结构中含有酯基结构脂肪族聚酯。聚酯及其共聚物可由二元醇和二元酸、羟基酸逐步聚合来获得,也可由内酯

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环开环聚合来制备。缩聚反应因受反应程度和反应过程中产生水或其他小分子影响,很难得到高分子量产物。开环聚合只受催化剂活性和外界条件影响,可得到高分子量聚酯,相对分子量高达106,单体完全转化聚合。因此,开环聚合成为内酯、乙交酯、丙交酯均聚和共聚合成生物降解高分子材料理想聚合方法。

合成高分子材料比天然高分子材料具有更多优点,它可以从分子化学角度来设计分子主链结构,从而来控制高分子材料物理性能,而且可以充分利用来自自然界中提取或合成各种小分子单体。不过在如何精确通过设计分子结构控制其性能方面还有待进一步研究。 1.4掺混型高分子材料[9]

掺混型高分子材料主要是指将两种或两种以上高分子物共混或共聚,其中至少有一种组分是可生物降解,该组分多采用淀粉、纤维素、壳聚糖等天然高分子。

2 生物降解高分子材料降解机理

一般高分子材料生物降解可分为完全生物降解机理和光—生物降解机理[10]。完全生物降解机理大致有三种途径: ①生物物理作用: 由于生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、CO2和 H2O) ; ③酶直接作用:被微生物侵蚀部分导致材料分裂或氧化崩裂。

而从化学角度考虑，聚合物降解存在下列3种机制[11]：①疏水性聚合物通过主链上不稳定键水解变成低相对分子质量、水溶性分子。

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