聚磷腈在生物医学材料领域的研究与应用概况.pdf

第 4 4卷第 9期 2 0 1 6年 9月 塑料工业 CHI NA P LA S ， I 1 CS I NDU S T RY 聚磷腈在生物医学材料领域的研究与应用概况 徐亭，宋升，吴勇，何琦 ( 中蓝晨光化工研究设计院有限公司，四川 成都 6 1 0 0 4 1 ) 摘要：根据聚磷腈材料的生物可降解性、相容性等特性，以聚磷腈材料的生物可降解性、共聚、共混及复合等制 备方法以及微球、纳米纤维和水凝胶等应用形式为主线，综述了自2 0 0 0 年以来 国内外有关聚磷腈在生物医学材料领 域的研究与进展概况。 关键词：聚磷腈；可降解生物材料；合成；应用 d o i ：1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 5 - 5 7 7 0 2 0 1 6 0 9 0 0 1 中图分类号：T Q 3 2 4 4 文献标识码 ：A 文章编号：1 0 0 5 - 5 7 7 0( 2 0 1 6 )0 9 - 0 0 0 1 - 0 7 P r o g r e s s o f Re s e r a c h e s a n d Ap p l i c a t i o n o f P o l y p h o s p h a z e n e i n Bi o ma t e r i a l s X U T i n g ，S O N G S h e n g ，WU Y o n g ，HE Q i ( C h i n a B l u e s t a r C h e n g r a n d C o ，L t d ，C h e n g d u 6 1 0 0 4 1 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：B a s e d o n t h e b i o d e g r a d a b i l i t y a n d b i o c o mp a t i b i l i t y o f p o l y p h o s p h a z e n e s ma t e r i a l s ， t h i s r e v i e w s i n v o l v e d t h e r e s e r a c h e s a n d a p p l i c a t i o n s o f p o l y p h o s p h a z e n e i n b i o me d i c a l ma t e r i als a t h o me an d a b r o a d s i n c e 2 0 0 0 w i I h t h e p r e p a r a t i o n me t h o d s o f c o p o l y me ri z a t i o nb l e n d i n g a n d c o mp o u n d i n g a n d t h e a p p l i c a t i o n s i n t h e f o r m o f mi c r o s p h e r e s ，n a n o fi b e r s a n d h y d r o g e l s a s t h e ma i n l i n e Ke y wo r d s ：P o l y p h o s p h a z e n e s ；D e g r a d a b l e Bi o ma t e r i a l s ； S y n t h e s i s ；Ap p l i c a t i o n 聚磷腈是其骨架主链上含有磷与氮交替排列组成 单元一PN 一 的一大类高分子材料 ，属于杂化 的无 机一 有机高分子材料。由于其与磷原子连接的氯原子 可以通过与醇类 、胺类 、酚类等试剂反应而被诸如氨 基酸、多肽、维生素等多种基团所取代，继而赋予其 较佳的生物相容性、可生物降解性等综合性能，使其 可以在生物惰性到生物活性的较大范围内变化 ，因而 在生物医学材料研究领域得到迅速发展 。此外 ，由于 一 PN 一交替的无机骨架使该类大分子材料具有较 佳的可扰性。而连接在 P原子上的侧基从很大程度 上影 响了所 得聚合物 的性 能。比如 ，亲z k 疏 水性 、 可溶解 、热性能 ( 玻璃化转变温度、熔点等) 、粘接 性、生物相容性、酸 碱性及水解性等 J 。 聚磷腈材料在生物医学材料领域迅速且广泛的应 用 ，是该类材料 自进入实用性阶段几十年以来除其在 航空航天等工程领域获得成功应用以外的又一成就。 多位研究者已对此做了较有价值和全面的综述L 4 引， 本文拟 以材料 的应用形式 ( 微球 、纳米纤 维、微胶 囊、凝胶、膜、纳米复合材料等)及应用领域 ( 骨 科材料 、组织工程 、 自愈合材料 等) 为主线 ，综述 近十余年来该类材料在生物医学材料领域的研究与应 用进展 。 1 聚磷腈化合物的基本合成路线 以下 反应 式 给 出 了合成 聚磷 腈 的基 本路 线 与 过程 ： 。 。一 十 靠 一 l - a 一 式中，R和 R 代表烷基 、芳基等各种取代基。 通过上述反应路线进行 的近 2 5 0种侧基亲核取代 反应 ，人们 已经制备 出数百种具有不 同性能的聚磷腈 高分子材料 。 联系人 1 1 3 4 7 1 5 3 0 5 q q c o rn 作者简介：徐亭，男，1 9 7 5年生 ，主要从事有机氟高分子材料合成研究。 塑料工业 2 0 1 6在 2 聚磷腈的合成及其在生物医学材料应用方 面的进展 卜 由于聚磷腈诸多优异的应用性能 ，使其在 1 0 0余 年的发展历史 中取得了显著 的进展。尤其是 自2 0世 纪 6 0年代 A l l e o e k课题组及其他研究人员的出色研究 工作及所取得的诸多成果 ，从某种程度上奠定 了聚磷 腈研究的基础 ，使该类聚合物的合成和应用得到了全 面 、快速 的发展【 l H J 。聚磷腈材料除 了具有 十分优 异的力学性能、耐高低温性能及耐溶剂腐蚀性能外， 通过取代基的改变可以使其具备优异的生物相容性、 可生物降解性等性能 ，从而在生物医学材料研究领域 获得广泛应用 。聚磷腈作为生物医学材料使用除具有 上述优点外，还具有降解产物对人体无害、可参与人 体正常代谢活动等优点。近 2 0年来研究人员在该领 域研究所取得了显著的进展与应用成果更是证 明了这 一 点。 2 1 可生物降解聚磷腈材料 生物 医学材料至今 已得到了快速充分 的研究与开 发 ，比如在人工脏器 、药物缓释等领域。但随着技术 的不断进步以及医学 、医药领域对生物医学材料要求 与需求的不断增加 ，研究人员面临急需研制性能更加 优异的生物医学材料的困难局面与挑 战。尤其是在可 生物降解 、材料与生物组织 间的相互作用 、药物释放 特性以及材料的物理化学与力学性能等。 可降解高分子材料可以是天然的或人工合成的。 从化学的角度来看 ，这类高分子材料具有在生理条件 下或生物体液环境中降解为低分子链段从而被身体代 谢 。虽然天然 可降解 高分子材料具有某些 独特 的优 点，但 由于其成分 的不确定性 ，抗微生物侵蚀能力 、 力学性能差 以及降解 的不可控性 ，限制了其 的应用。 而合成可降解高分子材料则具有诸多优点使其更适宜 可降解生物医学材料的应用。 目前已获得较好应用的合成可降解生物医学材料 主要有 ，聚酯 、聚氨基酸、聚酸酐 、聚乳酸以及乳酸 与乙醇酸的共聚物 ( P L A G A)等。但 由于上述材料 降解产物的有害性 、力学性能的局限性 以及可功能化 改性性能差等缺点 ，在某些领域的应用受到限制 。而 聚磷腈材料因其具有较佳综合应用性能 ( 比如，降 解产物无毒并可参与体内代谢被人体吸收，降解速率 可以通过取代侧基的种类及 比率调节 ，易于通过功能 化改性制备各种性能材料等 )而受到研究人员 的高 度关 注，对其可生物降解性进行 了深人 的研究。 N i c h o l 等 2 设计合成 了一种新 的聚磷腈 聚合物 ，考 察了其作为韧带和肌腱组织工程支架的可能性。在制 备过程 中丙氨酸和苯丙氨酸 的羧基被具有 58个碳 原子 的烷基酯所保护。该材料将氨基酸酯对降解 的敏 感性与长脂肪链赋予材料的弹性结合起来 ，所制备材 料的玻璃化转变温度为 1 1 62 4 2 o C，在人生理环 境条件下研究 了材料的降解性 能。T i a n等 采用 静 电纺丝工艺制备了一种纳 微米 的可降解聚磷腈纤 维，其含有氟喹诺酮抗生素取代基， 研究了其水解可 释放性。为 了增加其水溶性及易 于抗 生素的控制 释 放 ，在低分子主链上引人了诸如氨基酸酯 ( 甘氨酸 、 丙氨酸 及 苯丙 氨 酸 )共 取 代基 团。大 约摩 尔 分 数 2 5 的抗生素可以引入到聚磷腈材料 中。随着材料所 含氨基酸种类及比率的不同，其在六周当中，p H为 5 96 8范 围内，3 7下质量损失 5 一2 3 ，可 释放 出4 一3 0 的抗 生素。由于该材料是 以纳米 微米的形式使用 ，其所具有 的较大表面积明显增加了 材料的降解速率。S i n g h等 研究了对一 苯基甲氧基 和对苯基苯氧基侧基化学性能对丙氨酸取代聚磷腈可 生物降解性能的影响。研究结果表明，聚合物的玻璃 化转变温度 、水解性 、材料表面润湿性 、拉伸强度和 弹性模量随主链上共取代侧基种类的不同可在一较宽 范围内变化 。材料七周内的质量损失在 4 一 9 0 之 间，玻璃化转变温度为一 l 03 5，水接触角为 6 3 。 1 0 7 。 ，当共取代侧基为丙氨酸 乙酯和对一 苯基苯氧 基时具有最 高接触 角，此外 ，该 材料的拉伸强度 为 2 47 6 MP a ，弹性模量为 3 1 4 4 5 5 9 MP a 。研究 结果说 明所制备 的材料具有较佳 的生物降解性和综合 力学性能，适宜生物医学应用。We ik e l 等 制备了 具有双肽侧基的可降解聚磷腈材料，先通过混合酸酐 液相肽反应 ，合成了双肽丙氨酸一 甘氨酸 乙酯 、缬氨 酸一 甘氨酸乙酯和苯丙氨酸一 甘氨酸乙酯 ，双肽末端 的游离 N原子作为反应点用于与聚二氯磷腈上 的氯 进行亲核取代反应。丙氨酰一 胱氨酸 乙酯可以完全取 代聚二氯磷腈上 的氯原子 ，为了防止单独使用缬氨酸 一 甘氨酸乙酯或苯丙氨酸一 甘氨酸 乙酯进行取代反应 中出现的沉淀问题 ，采用 了具有缬氨酰 、苯丙氨酰乙 酯共取代 。所制 备 的聚合 物 在 中性 或碱 性( p H： 1 0 0 )条件下对水解不敏感 ，但在 p H= 4 0时则快 速水解 。除采用氨基酸烷基酯取代对聚磷腈进行水解 改性外，研究人员还对其它一些生物亲和性较好的化 合物进行聚二氯磷腈的亲核取代反应 ，以求获得降解 性能更佳 的材料。M o r o z o w i c h等 从 制备能用 于组 织支架材料要求出发 ，采用 了生物相容性较佳 、具有 各种生物功能 、可在某种程度上增加所得产物力学性 能的维生素 E、维生素 B 及维生素 L 。 作 为侧基反应 第 4 4卷第9期 徐亭，等：聚磷腈在生物医学材料领域的研究与应用概况 3 试剂。由于所用维生素空 间位阻较大 ，采用胱氨酸乙 酯或甘氨酸乙酯或乙醇钠 、苯丙氨酸乙酯作为共取代 基团。合成产 物 的玻璃 化转 变 温度为 一 2 4 04 4 0 ，在去离子水 中，3 7下 ，p H 约为 2 59时 ， 六周内材料水解的质量损失为 1 0 一1 0 0 。为了人 为控制可生物降解材料在人体内或人体外的降解速 率，Wi lf e r t _ 3 采用活性阳离子聚合工艺合成了一系 列性能优异的水溶性聚有机磷腈材料并通过 G P C 、P N MR光谱 、U V V i s 技术测定 了材料水解性 能。表 明 通过对所制备材料结构的适当调节 ，可 以将材料的降 解时间范围控制在数 天到数月之间。还 同时观察到 p H值的变化可 以促进材料的水解 ，即在较低 p H值 时可以显著加快材料的水解速率。由于具有可降解、 水溶性 、摩尔质量和分子结构可调节控 制这些特性 ， 该材料有望应用于聚合物疗法等水性生物医学领域。 2 2 共聚 、共混、复合聚磷腈材料 由于对生物医学材料应用条件要求 十分 的苛刻 ， 单一材料所具备 的性能条件往往不能满足一些特殊应 用要求 ，这就促使研究人员通过多种材料的共聚、共 混、复合或接枝等途径来获得应用性能较为全面的生 物医学材料。D e n g等 将可生物降解的双肽取代聚 磷腈材料与聚酯进行共混改性 ，以期获得一种可用于 再生工程的材料 。将该材料用作细胞 、组织生长的暂 时支架 ，在细胞、组织生 长过程 中或完成后 自行降 解 。为了允许生长过程中的组织及营养液运输 ，必须 采用具有一定孔度的材料来制备该支架 。该研究所采 用的聚磷腈被亲水甘氨酰甘 氨酸和疏水 4 一 苯基苯氧 基共取代 ，得到的聚舍物具有较强的氢键键合能力。 从而使材料具有较佳的生物相容性和降解性。同时， 共混物 中的聚酯在使用环境下可迅速水解在原位形成 尺寸在 1 O一1 0 0 Ix m的微孔结构 ，孔洞 中则充满 自组 装聚磷腈微球。在体内用大鼠皮下进行以埋植模型试 验 ，第 十二周后材料 的孔率达到 8 2 8 7 ，考察 了细胞及胶原的生长情况。所获得的材料实现了材料 降解与细胞、组织形成的平衡。羟基磷灰石是一种应 用十分广泛的骨科材料，将聚磷腈与其进行复合可以 制备性能更为优异 的先进骨科材 料。G r e i s h等 3 引研 究了在 3 7生理温度条件下羟基磷灰石 与聚磷腈聚 合物复合材料形成， 采用 x一 射线衍射和红外光谱测 定了材料的结构。G r e i s h等- 3 9 则 研究 了低温条件 下 羟基磷灰石一 聚磷腈复合材料的制备。由于与骨科骨 磷灰石十分类似，磷酸钙类生物陶瓷羟基磷灰石常被 用作硬组织替代的生物材料 。生物陶瓷与生物医用聚 合物所制备的复合材料能够模仿骨结构和性质。考察 了在低温条件下该复合材料的制备工艺以及产物的特 性。研究了不同温度 、不 同时间条件下材料的组成、 溶液化学及微观结构。聚磷腈聚合物的存在增强了骨 组织的延性。K r o g m a n等。柏 曾研究了共混可生物降 解聚磷腈 与聚乳酸 乙醇 酸 ( P L G A)的可行性 ，证 明聚磷腈的降解产物可以有效中和 P L G A的酸性降解 产物 。在 目前的研究 中合成了五种新 的双肽取代聚磷 腈材料 ，制备了它们与 P L G A的共混物。采用示差扫 描量热法 、扫描电镜分析了共混物的相容性。表明共 混物 中聚磷腈所含有的氢键在共混物相容性上取到很 大作用； 共混物的玻璃化转变温度均比各自 单独时要 低 ，说明两种共混物成分互为注塑剂。共混物的水解 实验表明，没有共混的固体氨基酸酯取代聚磷腈在不 到一周内水解，而共混物的水解速率却比未共混的两 种聚合物母体要慢。这主要归咎于聚磷腈水解产物的 缓冲能力，即其将降解介质的 p H值由2 5提高到了 4 0 ，从而降低了P L G A降解速率。P L G A是一类应用 十分广泛的可降解传统生物医学材料 ，但 由于其在人 体内降解产物具有酸性，对人体具有一定的危害性 ， 使其的应用受到限制 。上述研究则通过其与某些聚磷 腈材料的共混 ，在提高材料综合性能的同时又在某种 程度上解决 了这一 问题。Mo d z e l e w s k i 等 制备 了一 系列的具有负电荷侧基 的 b 一 丙氨 ( b A l a ) 、C 一 氨基 丁酸 ( G A B A)侧基的聚磷腈 ，并将羟基磷灰石沉积 在聚磷腈的表面。研究了将其暴露在模拟体液环境下 引发羟基磷灰石生长的能力。所合成的多种聚磷腈材 料均能水解降解 ，其水解速率取决于所带侧基的种类 ( G A B A b A LI a ) 。采用环境扫描电镜 ( E S E M)耦合 能量色散 X射线光谱 ( E D S )测定 了材料表 面矿质 化程度；采用 x射线衍射鉴定了矿质化物质的构成。 具有氨基酸酯侧基的聚磷腈材料具有无毒、降解产物 呈中性等优点，是一种理想的可用于体内的候选骨科 材料。N u k a v a r a p u等 采用纳米羟基磷灰石 与聚磷 腈材料制备出可应用于骨组织工程的复合微球支架。 合成了具有亮氨酸、缬氨酸和苯并氨酸乙酯侧基 的可 生物降解聚磷腈材料。其中，苯并氨酸乙酯取代 的聚 磷腈具有最高的玻璃化转变温度 ( 4 1 6) ，将其与 羟基磷灰石复合成 1 0 0 n m大小 的微球 ，将该微球进 行烧结成三维孔性支架 。以该工艺制备 的复合微球孔 性支架的压缩模量为 4 6 8 1 M P a ，平均孔径在 8 6 1 4 5 m范围内。该复合微球支架表现出较佳的成骨 细胞黏合 、增殖和碱性磷酸酶表达 ，具有较大的骨科 组织工程应用潜力 。 塑料工业 2 0 1 6焦 2 3 纳米颗粒及微球 圳J 由于在生物医学工程 、纳米技术、纳米器件 中具 有巨大的潜在应用 ，具有可控制组分 、结构和外观尺 寸的聚合物纳米颗粒 ( 微球)在近些年受到研究人 员的高度重 视。特别是在 药物释放领域 。纳米颗粒 ( 微球 )具有亚细胞 、亚微米尺寸 ，其可 以通过精细 的毛细血管穿透进入人体组织 ，还可以透过上皮组织 使其所释放药物成分得到细胞 的有效吸收。Wa n g 等 采用沉淀聚合工艺 ，以六氯环三磷腈 ( HC C P ) 单体为原料制备 了可控粒径 范 围在 0 5 74 3 3 m 之间的氟化交联聚磷腈微米一 纳米微球。通过扫描 电 镜、傅里叶变换红外光谱、能量散射 x射线光谱、 核磁共振以及 x射线衍射检测 ，表征 了所制备微米 一 纳米微球的特性。没有 观察到微球 的玻璃 化转变温 度 ，其热降解温度是 3 6 6 o C，接触角约为 1 3 7 。 。实 验发现 ，通过调节原料 H C C P的浓度 、聚合温度及超 声波强度 ，可 以有效控制微球粒径。X u e等 。 。 采用 静 电雾化技术 ( E HD A)制备 了具有氨基 酸酯取代聚 磷腈微粒 ，为制备可生物降解用于药物释放系统的聚 磷腈微球提供了一条新的途径。随溶解种类 、聚磷腈 摩尔质量 、聚合物溶液浓度不同，所制备的微球 的外 观形态也不相同 ，可以是珠体、环形或有皱纹。实验 还发现 ，根据聚磷腈在不同溶剂里的溶解度不同，产 物外观从颗粒到纤维状过渡。而聚合物浓度对产物外 观具有显著影响。Z h a n g 等 通过两性聚磷腈 自组 装技术制备了一种温度诱导纳米微球。合成了一种两 性聚磷腈聚合物 ，其水溶液在 1 7 2 3 3 7 8温度范 围内呈现出温度诱导相转变现象，据此可以通过 自 组 装过程制备出微球。在低温时将疏水的药物布洛芬溶 解于微球聚集态 ，使药物成功负载在微球上 。在体外 的释放实验表明，该释放系统可以持续进行药物 的释 放。研究结果说明，所研制的聚合物在药物释放载体 方面具有潜在的用途 ，特别是对于疏水药物成分的负 载与释放 。Z h a n g等 在不加 任何表面 活性剂 的前 提下 ，以六 氯环三磷腈 ( HC C P)和 4 ，4二氨基 二 苯醚 ( O D A )为原料，以乙腈为分散介质，采用沉 淀聚合工艺一步合成了在其表面具有活性氨基的交联 型微球。通过傅里叶变换红外光谱、扫描电镜、示差 扫描量热等检测手段表征了微球特性。结果显示微球 具有光滑 的表面 ，粒 径范 围在 0 52 5 m 之 间。 可以通过改变 HC C P O D A的比率来调节微 球表面的 氨基含量 ，HC C P在溶液中的浓度及单体 比率对微球 外观形态有明显的影响。 2 4 聚磷腈水凝胶 目前 ，在组织工程中有可能应用 的水凝胶分为天 然和人工合成两大类 ，前者 已获得较为广泛 的应用。 然而 ，由于该类大分子难于对其进行改性 ，从而限制 了其应用 。因而，研究人员把研究重点放在 了可以在 较大范 围内进行各种物理 、化学改性 的合成聚合物领 域。研究人员可 以模仿天然细胞外基质的生理和生物 化学特性 ，来设计合成在生理条件下具有可降解性 、 降解速率可以调节和细胞相容性 的水凝胶 。并对水凝 胶在包括控制生物活性分子释放 、可控三维细胞增殖 微胶囊化 、组织工程等领域在 内的生物工程中的应用 进行了深入 的研究。 A l l c o c k等 合成 了含有 甲氧基 乙氧基和 肉桂 酸 酰基侧基的聚磷腈， 对其用做水凝胶嵌入在微米大小 尺寸生物传感器阵列中的应用可行性进行 了考察。采 用标准光刻技术使所制备 的聚合物暴露在波长为 3 2 0 4 8 0 n m的紫外光下 ，然后交联形成粒径为 5 0 5 0 0 m的凝胶微粒。应用光学显微镜、扫描电镜和轮廓 测定法检测 了凝胶微粒的分辨率和外观尺寸。制备 的 三维凝胶微粒被用于生物传感器的酶微胶囊化 。C HO 等 制备 了一种含有水飞蓟素的可注射 、可生物降 解聚磷腈凝胶 ，将其用做疏水性药物水飞蓟素载体 以 克服其有限的生物利用度。与该药在磷酸一 盐缓 冲溶 液里的溶解度相 比，聚磷腈聚合物水溶液可以使其溶 解度提高 2 0 0 0倍。随着温度的不同，含有或不含水 飞蓟素的聚合物溶液均能 出现溶液一 凝胶 的转变。在 3 7下进行的水凝胶体外 降解 和药物释放速率实验 表明，其在 p H为 6 8时要 比7 2时快。水飞蓟素在 水凝胶中的持续释放机理是扩散控制机理。药理实验 证明，该凝胶所释放水飞蓟素对癌症肿瘤具有较好 的 治疗，有望应用于局部注射水飞蓟素药物的载体。较 低的机械强度一直是可注射水凝胶的缺点，虽然可以 采用添加较为坚固的材料 以期克服这种水凝胶这方面 的不足 ，但由于所添加材料的非生物降解性而限制材 料的应用。H u a n g等 印 从混合取代 聚磷腈材料 采用 主客包合技术合成并 自组装制备了一种可注射 、可交 联的用 于空间填充支架的聚磷腈水凝胶 。将水凝胶转 变成 固体状采用了光交联工艺 。由此制备的聚磷腈凝 胶的机械强度 、抗水溶性能满足应用的要求 。还可以 通过改变聚磷腈取代侧基的种类使凝胶表面亲水或者 疏水 。Q i u _ 6 采用对一 氨基苯 甲酸乙酯 与聚二氯磷腈 进行亲核取代反应 ，紧接着用碱进行水解反应 ，制备 了一种含有羰基 的水溶性聚磷腈材料 ，I R、 H- N MR、 示差扫描量热和元素检测分析表明，取代反应较为完 第 4 4卷第9期 徐亭，等：聚磷腈在生物医学材料领域的研究与应用概况 。 5。 全 ，聚磷腈骨架上 的氯原子基本上被羰基取代。用该 水溶性聚磷腈制备 的水凝胶珠体可以在较为温和的条 件下用钙交联。通过在制备过程 中增加水溶性聚磷腈 或C a C I ， 的浓度，水凝胶珠体的水解时间可以明显延 长。研究表明 ，所制备 的凝胶珠体对环境 p H值十分 敏感。凝胶珠体所具有这些性能使有望应用于药物控 制释放 ，包括肠道特异性 口服药药物释放系统。 2 5 纳米纤维 随着静 电纺丝技术的不断完善 ，通过该技术制备 纳米级纤维获得 了极大的发展。同时，由于纳米纤维 所具有 的独特物理、化学性能及纳米效应 ，作为一种 直径在纳米一 微米范围的新型纤维近年来也获得 了广 泛的应用。采用静电纺丝技术制备聚磷腈纳米纤维除 可以获得上述性质外 ，因其具有较好 的生物相容性 、 可降解性以及无毒等独有特性和纳米纤维形式，使其 在生物医学各个领域中应用的研究得到研究人员极大 的关注。 L i n等 合成了丙氨酸乙酯和甘氨酸乙酯混合取 代的聚磷腈材料并采用静 电纺丝工艺制备出聚磷腈纳 米纤维。研究了包括应用电压 、聚合物浓度及环境温 度等因素对纳米纤维直径及外观形态的影响。研究结 果表明 ，纳米纤维的直径与所施加的电压成反 比，溶 液中聚合物浓度的增加及较低的环境温度则会因为纤 维的粘连而对纺丝不利。已经有大量采用天然或合成 高分子材料作为支架而用于不同类型细胞的引种和生 长探索实验。如要制备一种可用于合成细胞外基质的 支架材料 ，关键的问题是要复制出了天然纳米尺寸的 细胞外基质 。静电纺丝技术能够制备出非常细的纳米 纤维 ，适宜用来制备此类用于组织工程的支架 。C a r a m p i n 等 首先采用苯并氨酸乙酯和甘氨酸乙酯对 聚磷腈进行共取代反应 ，制备了具有较佳生物相容性 的材料 ，然后采用静电纺丝技术制备出一种可以使大 鼠内皮细胞增殖的聚磷腈纳米纤维。可以将所制备的 纳米纤维制作成管状或平板状的应用形式。考察 了各 种工艺参数对纤维成型及外观形态 ( 包括纤维直径 等 )的影响 ，研究表 明大 鼠血管 内皮 细胞可 以在 由 直径约 8 5 0 n m纤维制作 的平板 或管状支架装置上黏 合和增殖。该可生物降解纤维或许可以用于构造诸如 人体血管 、心瓣膜等组织。N a i r 等 采用静 电纺丝 技术合成了一种甲基苯氧基取代的聚磷腈纳米纤维材 料 ，由于这种纤维具有较大的表面积可望应用于生物 医学领域 。研究了静电纺丝工艺参数对所制备纤维各 种性能的影 响，在最佳条件下获得 的纤 维直径约为 1 2 m。采用该纤维制作的纤维垫可 以与牛冠状动 脉内皮细胞产生黏合，还可以促进小鼠成骨细胞的黏 合与增殖。 3 展望与挑战 由于聚磷腈聚合物的生物相容性 、可生物降解性 以及其降解产物无毒并可以被人体吸收代谢，近 2 0 年来受到相关研究人员的高度关注 ，合成 出大量可应 用于生物医学工程的生物医学材料 ，获得 了众多的研 究成果。可以展望该类材料在今后 的发展中可在以下 几个研究领域获得较大的突破和应用。 1 )用于牙科 和心 血管 的生物惰 性弹性 体 ；2 ) 用于药物释放及组织工程的可生物降解聚合物；3 ) 用于生物医学的表面定制； 4 )高分子药物血红素加 氧酶聚合物模型；5 )可响应的口服药和疫苗释放； 6 )用于药物释放 的胶束 。但该类材料 的进一步发展 也存在诸多挑战 ，比如用于制备各种功能化聚磷腈材 料 的关键材料一聚二氯磷腈 的工业化生产技术还未获 得突破 ；侧基亲核取代反应 的可控性操作等问题还有 待于在今后的研究中加于解决。 参考文献 1 K U MB A R S G，B H A T r A C H A R Y Y A S ，N U K A V A R A P U S P， e t a1 I n v i t r o a n d i n v i v o c h a r a c t e riz a t i o n o f b i o d e g r a d a b l e p o l y( o r g a n o p h o s p h a z e n e s )f o r b i o m e d i c a l 印- p l i c a t i o n s J 3 J I n o r g O r g a n o m e t P o l y m Ma t e r ，2 0 0 6 ，1 6 ( 4 ) ：3 6 5 - 3 8 5 2 A L L C O C K H R C h e m i s t r y a n d a p p l i c a t i o n s o f p o l y p h o s p h a z e n e s M N e w Y o r k ：Wi l e y ，2 0 0 2 ：6 2 - 8 9 3G L E R I A M，J A E G E R D R P o l y p h o s p h a z e n e s ：A r e v i e w M M A J O R A L J P N e w a s p e c t s i n p h o s p h o r u s c h e mi s t ry V B e r l i n ： S p rin g e r - Ve r l a g B e r l i n He i d e l b e r g ， 2 0 0 5，2 5 0： 1 6 5 - 2 5 1 4 A N D R I A N O V A K P o l y p h o s p h a z e n e s fo r b i o m e d i c al a p p l i - c a t i o n M N e w Y o r k ：Wi l e y ，2 0 0 9 5 L A K S H MI S ， K A T r I D S ， L A U R E N C I N C T B i o d e gra d abl e p o l y p h o s p h a z e n e s for d r u g d e l i v e r y a p p l i c a t i o n s J A d v D r u g D e l i v e ry R e v ，2 0 0 3 ，5 5( 4 ) ：4 6 7 4 8 2 6 A L L C O C K H R，MO R O Z O WI C H N L B i o e r odi b l e p o l y p h o - s p h a z e n e s a n d t h e i r m e d i c al p o t e n t i al J P o l y m C h e m， 2 0 1 2 ，5 7 8 ( 3 ) ：5 7 8 - 5 9 0 7 D E N G M，K U MB A R S G，WA N Y Q，e t a1P o l y p h o s p - h a z e n e p o l y me r s for t i s s u e e n g i n e e ri n g ： An a n aly s i s o f m a t e r i al s y n t h e s i s ，c h a r a c t e ri z a t i o n and a p p l i c a t i o n s J S o f t Ma t t e r ，2 0 1 0，6：3 1 1 9- 3 1 3 2 8 S A B IR MI ，X UXX，L I L A r e v i e w O i l b i ode g r a d a b l ep o l y me fi c ma t e ri al s f o r b o n e t i s s u e e n gi n e e r i n g a p p l i c a t i o n s J J Ma t e r S c i ，2 0 0 9，4 4( 2 1 ) ：5 7 1 3 5 7 2 4 9 A L L C O C K H R G e n e r a t i o n o f s t r u c t u r a l d i v e r s i t y i n 6 塑料工业 2 0 1 6焦 p o l y p h o s p h a z e n e s J A p p l O r g a n o m e t C h e m，2 0 1 3 ，2 7 ： 62 062 9 1 0 A L L C O C K H R T h e e x p a n d i n g fi e l d o f p o l y p h o s p h a z e n e h i g h p o l y m e r s J D a l t o n T r a n s ，2 0 1 6 ，4 5：1 8 5 6 1 86 2 1 1 A L L C O C K H R C h e m i s t r y a n d a p p l i c a t i o n s o f p o l y p h o s p - h a z e n e s M N e w Y o r k ：Wi l e y ，2 0 0 2 ：6 2 8 9 1 2 S MI T H D W，I A C O N O S T ，I Y E R S S H a n d b o o k o f fl u o r o p o l y m e r s c i e n c e a n d t e c h n o l o g y M N e w Y o r k ： W i l e y ，2 0 1 4： 1 - 2 0 1 3 MA R T I N A M， HU T MA C H E R D W B i o d e g r a d a b l e p o l y me r s a p p l i e d i n t i s s u e e n g i n e e rin g r e s e a r c h：A r e v i e w J 】 P o l y m I n t ，2 0 0 7 ，5 6 ：1 4 5 - 1 5 7 1 4 J A E G E R D R，G L E R I A MP o l y( o r g a n o p h o s p h a z e n e )s a n d r e l a t e d c o mpou n d s ：S y n t h e s i s ，p r o p e r t i e s a n d a p p l i c a t i o n s J P r o g P o l y m S c i ，1 9 9 8 ，2 3 ：1 7 9 - 2 7 6 1 5 A MI N A M，WA N G L，Y U H J ，e t a1S y n t h e s i s a n d c h a r a c t e ri z a t i o n o f p o l y b i s ( e t h y l s a l i c y l a t e ) p h o s p - h a z e n e s a n d p o l y b i s( e t h y l s al i c y l a t e d i e t h y l a m i n o ) p h o s p h a z e n e s a n d t h e i r h y d r o l y t i c d e g r a d a t i o n J J I n o r g Or g a n o me t P o l y m， 2 01 2，2 2：1 9 62 0 4 1 6 WE I K E L A L ，C H O S Y，MO R O Z O WI C H N L ，e t a1 Hy d r o l y s a b l e p o l y l a c t i d e p o l y p h o s p h a z e n e b l o c k c o po l y me r s f o r b i o me d i c al a p p l i c a t i o n s ： S y n t h e s i s ， c h a r a c t e r i z a t i o n ，a n d c o m p o s i t e s w i t h p o l y ( 1 a c t i c - c o g l y c o l i c a c i d ) J P o l y m C h e m，2 0 1 0 ，1( 9 ) ：1 4 5 9 1 4 6 6 。 1 7 WI L F E R T S ，I T U R ME N D I A，S C H O E F B E R G E R W，e t a1 Wa t e r s o l u b l e ， b i o c o mp a t i b l e p o l y p h o s p h a z e n e s wi t h c o n t r o l l a b l e a n d p h - p r o m o t e d d e gra d a t i o n b e h a v i o r J J P o l y m S c i ，P a r t A：P o l y m C h e m，2 0 1 4，5 2：2 8 7 2 9 4 1 8 D E N G M，K U MB A R S G，N A I R L S ，e t a1B i o m i me t i e s t r u c t u r e s ： B i o l o g i c al i mp l i c a t i o n s o f d i p e p t i d e s u b s t i t u t e d p o l y p h o s p h a z e n e p o l y e s t e r b l e n d n a n o fi b e r ma t ric e s f o r l o a d b e a r i n g b o n e r e g e n e r a t i o n J A d v F u n c t Ma t e r ， 201 1，21：2 6 41-2 651 1 9 A N D R I A N O V A K，MA R I N A，P E T E R S O N P Wa t e r s o l u b l e b i o d e gra d ab l e p o l y p h o s p h a z e n e s c o n t a i n i n g N- e t h y l p y r - r o l i d o n e gro u p s J Ma c r o m o l e e u l e s ，2 0 0 5 ，3 8 ：7 9 7 2 - 79 76 2 0C H E N G X J ，P E N G C，Z H A N G D H，e t a 1 A f a c i l e me t h o d f o r the p r e p a r a ti o n o f t h e r ma l l y r e me n d a b l e c r o s s - l i n k e d p o l y p h o s p h a z e n e s J J P o l y m S c i ，P a rt A： P o l y m C h e m ，2 01 3，51 ： 1 2 0 5- 1 2 1 4 2 1 H U L ，C H E N G X J ，Z H A N G A Q，e t a1A f a c i l e m e t h o d t o p r e p are UV l i g h t t ri g g e r e d s e l f - h e a l i n g p 0 l y p h o s p h a z e n e s J J Ma t e r S c i ，2 0 1 5 ，5 0 ：2 2 3 9 - 2 2 4 6 2 2 H E Y D E M，M O E N S M，v a n V A E C K L，e t a1 S y n t h e s i s a n d c h ara c t e ri z a t i o n o f n o v e l p o l y (o r g a n o) p h o s p h a z e n e s w i th c e l l a d h e s i v e s i d e gro u p s J B i o ma c romo l e c u l e s ，2 0 o 7， 8： 1 4 3 6 1 4 4 5 2 3 A MI N A M，WA N G L ，Y u H J ，e t a1S y n t h e s i s a n d c h ara c t e ri z a t i o n o f p o l y b i s( e t h y l s ali c y l a t e ) p h o s p h a z e n e s a n d pol y b i s( e thy l s al i c y l a t e d i e t h y l a mi n o) p h o s p h a z e n e s and t h e i r h y d r o l y t i c d e g r a d a t i o n J J I n o r g O r g a n o me t P o l y m ，2 0 1 2，2 2： 1 9 6 - 2 0 4 2 4 B I Y M，Y I N Y F，HU A N G R，e t a1S y n the s i s ，c h ara c t e r i z a fi o n，i n v i t r o d e gra d a t i o n an d c y t o t o x i c i t y o f p o l y p h o s - p h a z e n e s c o n t a i n i n g N e t h o x y p y r rol i d o n e s i d e g r o u p s J P o l y m I n t ，2 01 0，5 9：2 6 9 2 7 5 2 5 D O P P A L A P U D I S ，J A I N A，K H A N W，e t a1 B i ode g r a d a b l e pol y m e rs -a n o v e r v i e w J P o l y m A d v T e c h n o l ， 2 0 1 4，2 5：4 2 7 - 4 3 5 2 6A N D R I A N O V A K，C H E N J P ，L E G O L V A N M P P o l y ( d i c h l