生物降解材料聚乙醇酸及乙醇酸共聚物的新发展.docx

生物降解材料聚乙醇酸及乙醇酸共聚物的新发展段久芳 , 郑玉斌 , 徐亮( 大连理工大学高分子材料系 , 辽宁 大连 ,116012)摘 要 : 介绍了生物降解性材料聚乙醇酸及乙醇酸共聚物的发展现状 ,综述了聚乙醇酸的合成 、乙交酯的纯化 、乙醇酸聚合催化剂的选择 、乙醇酸聚合物的降解机理 、乙醇酸均聚和共聚改性及乙醇酸共聚物在生物医学领域 和生态学领域的应用 ,并讨论了乙醇酸共聚物的发展前景 。关键词 : 乙交酯 ;聚乙交酯 :生物降解性材料 ;药物释放体系中图分类号 : O 633文献标识码 : A降解产物始是 CO2 和 H2O , 不会在重要器官聚集 。它的共聚物开始越来越广的应用于生物体吸收性缝合材 料 、骨科固定 、组织修复材料及药物控制释放体系等 。 聚乙醇酸由于本身良好的生物降解性和生物相容性而 越来越受到重视 。1前言聚乙醇酸 ( PGA ,又称聚羟基乙酸) 作为医用的生物可吸收高分子材料是目前生物降解高分子材料中最活跃的研究领域 ,当代生物材料的发展不仅强调材料 自身理化性能和生物安全性 、可靠性的改善 ,而且更强 调赋予其生物结构和生物功能 ,以使其在体内调动并 发挥机体自我修复和完善的能力 ,重建或康复受损的 人体组织或器官 。聚乙醇酸是生物降解材料类高分子 中结构最简单的一个 ,也是体内可吸收高分子最早商 品化的一个品种 。早在上世纪 3 0 年代 , Corothers 在 研究合成纤维时就合成过聚乙醇酸 ,但由于所得聚合 物分子量较低 ,机械性能差 ,作为强度材料几乎没什么 用途 。70 年代起大量的聚乙醇酸用作可吸收手术缝合 线的制备 ,它是将合成出的乙醇酸聚合物与染色料混 合 、加 热 熔 融 纺 织 制 成 纤 维 后 编 织 而 成 , 以 商 品 名 Dexon 出售 ,将乙醇酸和乳酸以 90 :10 的比例共聚制得 商品名为 Vicryl 的可吸收缝合线 ,其强度高于聚乙醇 酸线 ,用聚乙醇酸与三亚甲基碳酸酯共聚可制得商品 名为 Maxon 的可吸收缝合线 ,其拉伸强度和结节强度 比聚丙烯线和尼龙线还高 ,且在体内强度下降较聚乙 醇酸慢 ,在 28 天时仍可维持其原始强度的 59 % ,而聚 乙醇酸线在组织内 14 天后强度下降 50 %以上 。聚乙醇酸是一种无毒 、可生物降解的聚合物 ,最终2聚乙醇酸的合成聚乙醇酸是简单的线性型脂肪族聚酯 ,有较高的结晶度 ,是非常坚韧的聚合物 。分子量达 10000 以上的聚乙醇酸 ,其强度完全能满足可吸收缝合线的使用要 求 ,但用作骨折或其它内固定物时 ,强度不够 ,自增强 后的聚乙醇酸的力学强度有大幅度提高 ,一般为聚乙 醇酸母体的 2 - 3 倍或更多 。通常聚乙醇酸的合成有直接缩聚和开环聚合 。直接缩聚法一般情况下是乙醇酸的直接脱水缩聚 ,其聚 合工艺短 ,对聚合单体的要求与普通缩聚单体的要求 一致 ,但所得聚乙醇酸分子量小 ,产品性能差 ,易分解 , 没什么实用价值 。如果将乙醇酸先熔融缩聚而后再固 态缩聚 ,就可得到高分子量的聚乙醇酸 ,但分子量不容1 易控制。所以通常采用乙交酯 ( 聚乙醇酸的二元环状缩聚物 ) 的开环聚合来制备高分子量聚乙醇酸 ,其 反应式如下 :收稿日期 : 200320921554段久芳 ,等生物降解材料聚乙醇酸及乙醇酸共聚物的新发展O的纯度往往不能达到医用降解高分子 (如缝合线) 所需要的高分子量 、高拉伸强度 。对于缝合线级的乙交酯 ,纯度一般应大于 99 . 9 % ,理想情况下纯度应高于 99 .93 % 。使用乙酸乙酯进行两次重结晶 ,以获得纯度大于99 %的乙交酯 。用这种乙交酯进行聚合 ,再通过挤压可 形成薄膜和纤维4 。使不纯的乙交酯经受重结晶和升华两个顺序步骤处理 ,可获得缝合线级的乙交酯5 。采 用气助法将聚乙醇酸解聚成高纯态的乙交酯 ,其纯度高达 99 . 9 %6 。采用气助蒸发法纯化诸如乙交酯 、丙交酯及其混合物的环酯 ,此方法能使环酯作为气流中 的蒸气组分而迅速地与杂质相分离 ,所得乙交酯纯度 可满足缝合线级的要求7 。2 . 2 乙交酯的聚合聚乙醇酸是半晶型的聚合物 , X 射线衍射显示 :结晶度为 46 % - 52 % ,熔点 Tm 为 200 ,玻璃转化温 度 Tg 为 3 6 左右8 。乙醇酸直接加热缩合是制备聚乙醇酸的简单方法 ,科学家们一直认为由于聚合反应的平衡常数不大 , 反应过程中无法保证很高的脱水度 ( 99 . 2 8 % ) 以 及单官能度杂质的存在 ,合成的聚合物往往是分子量只有几千的低聚物 ,其力学强度远不能满足外科手术 缝线 、外科植入材料的使用要求9 。且聚合温度高 ,常 导致产物带颜色10 。所以目前较高分子质量聚乙醇酸 主要是通过乙交酯单体开环聚合制备的 。2 . 3 乙交酯聚合催化剂的选择2 . 3 . 1 常用引发体系近年来对引发乙交酯等内酯开环聚合的催化剂体系的研究工作不断深入 ,不同的催化剂体系 ,引发内酯 开环聚合的反应机理不同 。根据聚合机理 ,可分为如下 三种类型 :(1) 阳离子开环聚合催化剂 阳离子开环聚合的催化剂为 Lewis 酸 ,如羧酸 、对甲苯磺酸 、SnCl2 、SnCl4 、TiCl4 、SbF2 、CF3 SO3 H 、CF3 SO3Me等 ,这类催化剂只能引发内酯本体聚合 ,且产物分子量 不高 。(2) 阴离子开环聚合催化剂阴离 子 开 环 聚 合 型 催 化 剂 为 强 碱 , 如 BzOK 、PhOK、tBuOK 及 BuLi 等 ,这类催化剂催化反应速度快,活性高 ,可进行溶液或本体聚合 ,但副反应极为明COCH2 CH2 COOCH2CO CH2 OCO2. 1乙交酯的制备及纯化乙交酯能够聚合成高分子量的树脂 ,这种树脂在 医学应用上有很好的前景 ,例如用作伤口帖敷材料 、矫 形植入物和控制给药载体 。这就要求乙交酯有很高的 纯度 ,以便聚合成长链的聚合物 。2 . 1 . 1乙交酯的制备乙交酯的合成有两条途径 ,第一条途径 ,利用乙 醇酸分子间可相互反应酯化脱水生成较低分子质量的聚乙醇酸 , 继而高温裂解环化生成乙交酯 。其合成路线如下 :HOCH2 COOHH OCH2 COOCH2 CO O+ H2OCOCH2CH2 OCO第二条途径是利用卤代乙酸的金属盐 (如钾) 脱除金属卤化物形成乙交酯2 ,3 。其合成路线如下:CH2 ClCOOH + KOHCH2 ClCOOKOCl CH2O KCH2 ClCOOKCOCH2 COO Cl CH2 CO KCH2COO2 . 1 . 2乙交酯纯化利用乙醇酸分子间相互反应酯化脱水生成较低分 子质量的聚乙醇酸 ,继而高温裂解环化生成乙交酯的方法生产的乙交酯粗制品中含有大量的酸和其他杂 质 ,使用溶剂洗涤 ,活性炭处理和合适溶剂的多次重结晶可以分离掉这些杂质 。但是由这种方法获得的产物 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 55段久芳 ,等生物降解材料聚乙醇酸及乙醇酸共聚物的新发展显 ,不利于制备高分子量聚合物 。(3) 配位开环聚合催化剂 配位开环聚合型催化剂有烷基金属化物 Et的永久性课题 ,生物相容性包括血液相容性和组织相容性 ,是生物材料应用的基本要求 。除了设计 、制造性 能优异的新材料外 ,通过对传统材料进行表面化学处 理 (表面接枝大分子或基团) 、表面物理改性 ( 等离子 体 、离子注人或离子束) 和生物改性是有效途径 。聚乙醇酸的高结晶性 、高熔点 、难于加工成型等特 点限制了它的应用 。为了改善聚乙醇酸的力学性能 、生 物降解性能及其它各种物理化学性能 ,以使其适合不同的医用要求 ,人们尝试采用共聚的方法对聚乙醇酸 进行改性 。对传统生物降解型聚酯的亲水改性及功能化大致 可通过以下方法进行 : (1) 引入亲水链段 ,如聚乙二醇 、 聚乙烯醇形成嵌段或接枝共聚物 ,乙醇酸通过与第二 单体共聚改变材料的亲水性 ,结晶性等 ,聚合物的降解 速度可根据共聚物的分子量及共聚单体种类及配比等加以控制 ,合成二嵌段 、多嵌段及星型等特定结构的共 聚物 ,可把不同材料的特点结合起来 , 赋予特殊的性2 Zn 、Bu2 Zn 、Al Et3 、SnPh4 、Al ( i - Bu) 3 等 、烷氧基金属化物Al ( OPr - i ) 3 、Zn ( OBu ) 2 、Ti ( OBu ) 4 、Zr ( Opr ) 4 、Zn (OEt) 2 、Sn ( OEt ) 2 等 以 及 双 金 属 催 化 剂 ZnEt 2 - Al (OPr - i) 3 、( EtO) 2AlOZnOAl (OEt) 2 等 。2 . 3 . 2 开环聚合催化剂研究热点在开环聚合反应过程中 ,即使经过纯化 ,催化剂也会残留在聚合产物中 ,因此要求催化剂对生物组织是 非毒性的 ,美国 FDA 允许辛酸亚锡作为食品添加剂 , 因此辛酸亚锡是目前应用最多的引发剂体系 ,寻找低 毒性且含有能参与人体新陈代谢的金属离子 ( 如 Ca 、 Mg 、Fe 等) 的引发剂体系是有益的 。Kricheldorf 11 用乳酸锌引发了乙交酯与丙交酯及 - 己内酯的共聚反应 。Piotor Dobrzynski 12 用乙酰丙酮 钙为引发剂获得了高分子量的乙交酯的共聚物及均聚 物 。Piotr Dobrzynski 13 用 Fe ( acac) 3 和 Fe (OEt ) 3 引发了 乙交酯和丙交酯的共聚 。Teyysie 等研究了金属铝与不 同配位体 形 成 的 配 位 化 合 物 如 Al ( Qi Pr ) 3 , Et2Al ( Oi Pr) 等对内酯的开环聚合 ,用带官能基 ( 如烯基等 ) 的 有机铝催化剂引发左旋乳酸 (LA) 开环聚合得到聚乳 酸 ( PLA) 远螯聚合物 ,进而可制备接枝 、星形等结构的 共聚物 。近年来对稀土化合物催化剂的研究非常活跃 , 其反应机理与烷氧基铝相似 ,但反应速度要高得多 。2. 4 聚乙醇酸的降解聚和物的降解从物理角度考虑 ,有非均相和均相 降解两种机制 ,即降解反应是仅发生在聚合物表面 ,还是在整个聚合物内发生 ; 从化学角度看 , 存在三种机制 : (1) 疏水性聚合物通过主链上不稳定键的水解变成 低分子量的水溶性分子 ; (2) 不溶于水的聚合物通过侧 链基团的水解 、离子化或质子化 ,变成水溶性聚合物 ; (3) 不溶于水的聚合物通过水解将不稳定的交联链变 成可溶于水的线型聚合物 。聚乙醇酸的生物降解过程 是间接的 ,是通过主链上不稳定的 C - O 键水解而成 的低 聚 物 , 然 后 在 酶 的 作 用 下 进 一 步 降 解 为 CO2 和 H2O 。(2) 在交酯和内酯单体中引入官能团对单体进行修质 。饰 ,再进行缩聚或开环聚合 ; (3) 将乙交酯 ,丙交酯或己内酯单体与亲水性单体共聚合 。目前文献已经公开的 乙交酯共聚物大致有如下几种 : 乙交酯 - - 己内酯 、 聚乙丙交酯 、丙交酯 - 乙交酯与聚乙二醇共聚物 、乙交 酯 - 丙交酯 - 己内酯 、乙交酯 - 二氧环己酮 、6 - 甲基- 2 ,5 - 二羟基吗啉与乙交酯二元共聚物 、乙交酯与 2- 氢 - 2 - 氧 - 1 ,3 ,2 - 二氧磷杂环己烷共聚物等 。3. 1乙交酯 - - 己内酯共聚物乙交酯 - - 己内酯是乙交酯和己内酯聚合而成 的共聚物 ,兼有两种聚酯材料的优势 ,此类化合物有较好的通透性 ,适于作长效药物载体 。乙交酯结晶度高 ,在许多有机溶剂中溶解度不好 ,与乙交酯比较 ,己内酯 因结晶性太强其降解速率要慢得多 。R. Sobry14 等也对 乙交酯 - - 己内酯共聚物进行了研究 ,以烷氧基铝为 引发剂 , 合 成 乙 交 酯 - - 己 内 酯 , 分 子 量 在 5700 42000 之间 , = Mn/ Mn的比值在 1 . 513 . 1 之间 ,PCL PGA很好的实现了分子量和组成可控 。为改善乙交酯 - -己内酯的亲水性还可引入乙二醇生成 ABA 三嵌段共 聚物 。3 . 2 聚乙丙交酯乙交酯结晶度高 ,在许多有机溶剂中溶解度不好 ,由于乙交酯有亲水性 ,作为手术缝线其机械强度在体 内耗损较快 ,与乙交酯相比 ,丙交酯的亲水性和结晶度3聚乙醇酸的共聚物材料表面改性的新方法和新技术是生物材料研究 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 56段久芳 ,等 生物降解材料聚乙醇酸及乙醇酸共聚物的新发展都较低 ,机械强度较好 ,根据两种单体的生物降解性 、熔点 、硬度 、水解性能等的不同进行适当配聚 ,可合成 综合性能良好的聚合物 ,巴斯夫公司也在开发可降解聚酯共聚物15 ,采用开环聚合法由乙醇酸 ( 实际用氯乙酸 ) 和乳酸两种单体聚合成的聚乙丙交酯具有两种 聚酯的优势 ,其结晶性大大降低 ,力学性能改善 ,生 物降解速度也得以提高 。目前聚乙丙交酯的制备多采用开环聚合法 。常见 的开环聚合是将乙醇酸和乳酸分别脱水环化 ,合成乙 交酯 ( GA) 、丙交酯 (LA) 两种单体 ,再由 GA 和 LA 开 环聚合得乙丙交酯无规共聚物16 ,17 。另一开环聚合路 线是将乙醇酸和乳酸两种单体制成一六元环状交酯 , 再开环聚合得乙丙交酯的交替共聚物 。该聚合物结构 规整 、组成固定 、降解性能较稳定 。聚乙丙交酯通过调 节组成 、分子量和增强改性 , 可应用于如生物体吸收 性缝合材料 、骨科固定 、组织修复材料18 及药物控制 释放体系等19 ,20 。3. 3 丙交酯 - 乙交酯与聚乙二醇共聚物可生物降解低分子量三嵌段 ( 丙交酯 - 乙交酯 -聚乙二醇共聚物 ,具有可逆热胶凝性质及水溶性 ,可用 于药物载体 ,有效浓度的三嵌段聚合物和药物可以均 匀地含于水相中形成药物释放组合物 。药物的释放速 率可通过改变各种参数如三嵌段聚合物的疏水性/ 亲 水性组份含量 、聚合物浓度 、分子量和多分散性来进行 调整 。由于三嵌段聚合物具有两亲性质 ,可用于增加在 组合物中的药物溶解度和稳定性21 ,22 。3. 4 乙交酯 - 丙交酯 - 己内酯共聚物为进一步提高乙丙交酯的力学性能和生物降解性 能 ,还可以在聚合物中引入己内酯 , 用- 己内酯或其衍生物同丙交酯的混合物 ,在催化剂异辛酸亚锡或钛酸丁酯的作用下 ( 用 量 为 投 料 反 应 物 料 总 重 量 的 0 .001 % - 1 . 5 %) ,在真空 ( 低于 15Pa) 条件下 ,得到乙交 酯 - 丙交酯 - 己内酯三元共聚物 。此聚合物具有优良 生物降解性能和力学性能 ,生物降解速度可以调节 ,且 制备方法简易 ,便于生产 。蔡晴等23 用简单的催化剂辛酸亚锡 ,将三种单体直接进行共聚 ,得一系列具有 不同力学性能 、不同降解行为和不同药物释放速率的 生物降解性三元共聚物 。3 . 5 乙交酯 - 二氧环己酮共聚物乙交酯 - 二氧环己酮是一种有良好生物相容性的生物降解聚酯 ,分子链柔顺 ,加工工艺性优良 。80 年代中期 ,美国 ETHICON 公司研制出了乙交酯与二氧环己 酮嵌段共聚物缝合线24 ,缩短了线的吸收期 ,增加了 线的柔顺性 。付国瑞25 等成功合成了二氧环己酮与乙 交酯无规共聚物并研究了它的化学结构 ,热性能及体 外降解性能等 。3 . 6 6 - 甲基 - 2 , 5 - 二羟基吗啉与乙交酯二 元共聚物聚 6 - 甲基 - 2 ,5 - 二羟基吗啉由于含有亲水性 较强且易水解酯键所间隔的酰胺键 ,因此具有较快的 降解速率且呈无定型状态 ,将其和乙交酯单体共聚可 提高乙交酯的降解速率 ,杜福胜等合成了一系列的组 成不同的聚 6 - 甲基 - 2 ,5 - 二羟基吗啉和乙交酯的 共聚物 ,并对其各种性能进行了表征26 。3. 7乙交酯与 2 - 氢 - 2 - 氧 - 1 , 3 , 2 - 二氧磷 杂环己烷共聚物聚乙醇酸的高度可结晶性 ,使其不溶于包括三氟 乙酸在内的几乎所有的有机溶剂 ,因此通过共聚来改 进其物理化学性质 ,乙醇酸与磷酸酯的共聚物是一类 无毒 、有良好的生物相容性和生物可降解材料 ,聚磷 酸酯作为药物载体不仅能增强药物对细胞膜的通透性27 ,而且还可以增加细胞对药物的胞饮能力 ,范昌烈以三异丁基铝 (i - C4 H9) 3 Al ,TIBA 为催化剂 ,合成了乙交酯与 2 - 氢 - 2 - 氧 - 1 , 3 , 2 - 二氧磷杂环己 烷的共聚物 ,得到既含有聚乙醇酸结构单元 ,又含有聚磷酸酯链节的共聚物 ,并对共聚物的一系列性能进行了考察 。3. 8 其它乙醇酸和丙烯酸甲酯共聚 ,聚乙醇酸接枝到聚酯 主链上 ,通过控制共聚物主链上单体的化学组成 ,单体分配顺序 ,平均组成及接枝的长短来改善聚乙醇酸的物理和机械性能 ,M. Furch 等通过自由基共聚将聚乙 醇酸接枝到聚丙烯酸甲酯主链上 ,得到具有两相形态 的共聚物28 。聚乙醇酸 ,聚乳酸作为人体植入材料降 解后 ,形成酸性环境 ,聚磷腈/ 聚2羟基酸共混物的降 解产物的酸性与聚2羟基脂降解产物的酸性相比 ,对 周围环境的 PH 影响较小 ,减少降解产物对系统的损 伤 ,在长期植入人体的系统中有重要的应用29 。4聚乙醇酸及乙醇酸共聚物的应用聚乙醇酸是一种具有良好生物降解性和生物相溶 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 57段久芳 ,等 生物降解材料聚乙醇酸及乙醇酸共聚物的新发展性的合成高分子材料 ,与传统的性能稳定的高分子材料 ,例如塑料 、橡胶等不同 , 聚乙醇酸材料在使用到 一定时间后逐渐降解 ,并最终变成对人类 、动植物和 自然环境无害的水和二氧化碳 。聚乙醇酸的应用主要表现在生态学和生物医学两个方面 。4. 1 生物医学应用当代生物材料在医学上的应用强调其生物相容 性 ,包括血液相容性和组织相容性 ,聚乙醇酸以及其改性后的聚合物在材料自身理化性能和生物安全性 、可 靠性方面都能满足 ( 这是生物材料应用的基本要求) ,使这一类材料在医学领域有着越来越广泛的应用 。生物医用材料是用来对于生物体进行诊断 、治疗 、修复或 替换其病损组织 、器官或增进其功能的新型高技术材 料 。随着生物技术的蓬勃发展和重大突破 ,生物材料已 成为各国科学家竞相研究和开发的热点 。当代生物材 料已处于实现重大突破的边缘 ,不远的将来 ,科学家有 可能借助于生物材料设计和制造整个人体器官 ,生物 用材料和制品产业将成为本世纪世界经济的一个支柱 产业 。生物医学材料应用广泛 ,全世界仅高分子材料在 医学上应用的就有 90 多个品种 、1800 余种制品 ,西方 国家在医学上消耗的高分子材料每年以 10 % 20 % 的速度增长 。随着现代科学技术的发展尤其是生物技 术的重大突破 ,生物材料的应用将更加广泛 。4 . 1 . 1 医用缝合线在外科手术中 ,传统使用的可吸收缝合线是肠线 ,这种肠线是用羊肠粘膜加工制备的 ,在体内组织反应 大 ,柔软性和韧性都很差 ,遇到消化液和感染 ,强度会很快降低 , 甚至断裂 。生物降解材料作为外科手术缝线 ,在伤口愈合会自动降解并吸收 ,无需二次手术 。而 聚乙醇酸 , 聚乙丙交酯及其共聚物等 ,通过融熔纺丝 和溶液纺丝 , 聚乙醇酸可制成纤维缝合线材料 ,这种 缝合线具有较强的初始拉伸强度且能稳定的维持一段 时间 ,同时能有效的控制聚合物降解速率 ,既能满足缝 孔强度要求 ,又能随伤口愈合而被机体缓慢分解吸收 , 无须拆线 , 特别适合人体 深 部 组 织 的 伤 口 缝 合 。1975 年聚乙丙交酯作为手术缝合线投放市场 ,立即获得了 广泛的应用30 。4 . 1 . 2 药物控释载体药物控释系统是近三十年来发展起来的精密给药 方法 ,是药剂学 ,药物动力学 ,高分子化学与临床医学 相结合产生的一门新技术 。它在眼科 ,心血管 ,计划生育 ,抗癌治疗等领域已广泛应用 。强生公司以市值 105亿美元兼并美国 ALZA 公司后 ,将在 ALZA 公司的基础 上加强药物释放技术的研究和开发 ,一方面在研究新 药物时应用药物释放技术 ,另一方面力争使更多的现 有药物能够采用这种新型技术 。药物释放技术是提高 医疗质量的关键环节之一 ,一些疾病患者需要定时定 量服用或注射药物 , 这给患者带来很多痛苦和不便 。 ALZA 公司在药物释放技术研究领域处于世界前列 ,该 公司已经研究出一种新型皮肤渗透方式 ,可将药物释放到患者体内 。某些疾病患者只需将像膏药一样的药 物释放器贴在皮肤上 ,药物就会逐渐地渗透到患者体内 。这种方式已在促红血球生长剂和止痛剂等药物的 释放方面获得成功 。控制释放就是将药物或其它生物活性物质和基材 结合在一起使药物通过扩散等方式在一定时间内 ,以 某一速率释放到环境中 。以生物降解材料为载体的药 物可控释放 ,可通过载体在体内的缓慢降解逐渐释放药物 ,以达到药物的最佳疗效 。许多药物具有稳定性 差 、毒副作用大等特点 ,采用药物控释制剂可以有效 地解决这个问题 。聚乳酸 、聚乙醇酸及其共聚物作为药 物控释制剂的可蚀性基材载体 ,可以有效地拓宽给药 途径 ,通过减少给药次数和给药量 ,最大限度地减少 药物对人体器官和组织特别是肝和肾的毒副作用 。聚 乙丙交酯类商品已被广泛地应用于多肽和蛋白类药物的释放 ,如胰岛素的聚乙丙交酯双层缓释片31 ,孕酮/ 聚乙丙交酯缓释胶囊32 等 , 生物降解材料作为载体 还可应用于抗癌 、戒毒 、消炎 、免疫 、避孕以及促进组织 再生等各种药物体系 。4 . 1 . 3 骨折固定材料骨折和骨缺损疾病是骨科临床上的常见病 ,临床 治疗的内置物材料基本上是不锈钢和钛合金 ,但金属 内置物材料存在许多缺点 ,生物降解高分子材料用作 骨科内固定材料 ,一个明显的优点是避免了二次手术 对患者产生的身体上的痛苦和经济上的负担 。生物降 解材料用于骨折固定要求在创伤愈合过程中缓慢降 解 ,在长时间缓慢降解过程的初期或某一特定时间内在材料上培养出组织细胞 , 让其生长成组织或器官 。Kilpikari 33 把聚乙醇酸和聚乳酸的熔融共混物制成棒 材应用于兔子后腿骨折固定 ,材料初始弯曲强度为 4070MPa 。Christed 和 Vert 33 首次报道聚乙丙交酯纤维 增强聚乳酸骨板用于骨折内固定 ,制成的板材初始弯 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 58段久芳 ,等 生物降解材料聚乙醇酸及乙醇酸共聚物的新发展曲模量由增强前的 4 GPa 提高到增强后的 6 GPa 。4 . 1 . 4 组织工程支架组织工程是指应用生命科学与工程的原理和方 法 ,构建一个生物装置 ,来维护 、增进人体细胞和组织的生长 ,以恢复受损组织或器官的功能 。它的主要任务 是实现受损组织或器官的修复和再建 ,延长寿命和提高健康水乎 。其方法是 ,将特定组织细胞“种植 于一种生物相容性良好 、可被人体逐步降解吸收的生物材料(组织工程材料) 上 ,形成细胞 - 生物材料复合物 ;生物 材料为细胞的增长繁殖提供三维空间和营养代谢环 境 ;随着材料的降解和细胞的繁殖 ,形成新的具有与自 身功能和形态相应的组织或器官 ; 这种具有生命力的 活体组织或器官能对病损组织或器宫进行结构 、形态 和功能的重建 ,并达到永久替代 。生物材料在组织工程中占据非常重要的地位 ,同 时组织工程也为生物材料提出问题和指明发展方向 。 在组织工程体系中生物材料和活性细胞的混合体系 , 作为支架材料的聚合物应当是无毒的具有合适的生物 降解性和良好的生物相容性及和某些细胞有一定的相互作用能力 。聚乙丙交酯等共聚物可满足上述要求 , 用作支撑材料 ,可移植上器官组织的生长细胞用于组 织修复 。4 . 1 . 5 缝合补强材料心脏外科 、血管外科缺损部位及脆弱部分的补强 和止血需使用四氟乙烯纤维编织物或无纺布 ,若有轻微炎症不取出埋入材料则无法治愈 。而用聚乙醇酸或聚乙丙交酯替代 ,由于其具有良好的生物降解性则可 避免上述问题的出现 。聚乙丙交酯已应用于肺纵膈 , 内脏 ,脊柱及腹壁等病患的被覆 ,补强及填补材料 。4 . 2 生态学应用聚乙醇酸在生态学上的应用是作为环境友好的完 全生物降解性塑料取代在塑料工业中广泛应用的生物稳定的通用塑料 。聚乙醇酸主要用作缓释体系控制除 草剂的释放速度 。通过降低合成成本 ,一些机械性能良好的共聚物有望作为农膜 ,减少白色污染 。使用聚乙醇酸塑料农用薄膜最明显的优点是不象目前大量使 用的聚乙烯和聚氯乙烯那样造成环境的污染 ,这种薄 膜在使用几年后可自动降解 ,不会污染土地和水源 。 聚乙醇酸塑料还可用作林业木材 、水产用材和土壤 、沙 漠绿化的保水材料 。含羟基乙酸的聚酯酰胺类有望成 为多层复合材料及环境友好材料 。5展望聚乙醇酸及其共聚物是一类具有高附加值的医用可完全吸收/ 降解的高分子材料 。单在美国市场上用聚乙醇酸制成的手术缝合线年销售额就约为 12 亿 - 15 亿美元 。而目前在国内各医院大量的外科手术仍然以 使用丝线 、涤纶线以及羊肠线为主 。由于可吸收医用缝合线全部需要进口 ,价格高 ,病人难以承受 ,如一根长1m 的医用可吸收缝合线 ,仅重 0 . 2 克 ,售价为 50 . 6 美 元 ,约合人民币 400 余元 ,因此合成可吸收医用缝合线 的使用受到很大限制 。可见 ,在国内开展医用可吸收手 术缝合线的研制与开发 ,有着可观的经济效益和良好 的应用前景 。合成分子量可控的聚乙醇酸类聚合物并研究其降 解性与分子量的关系 , 机械性能与分子量的相互关 系 ,降低合成成本 ,找到最佳的合成条件 , 将其在国 内商品化 ,仍是今后的工作重点 。参考文献 :1K. 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