人工合成聚己内酯体内降解的研究

1、    人工合成聚己内酯体内降解的研究        【摘要】目的探讨新型可降解材料聚己内酯(PCL)生物体内的降解性质。方法采用重量、分子量以及弯曲强度和弯曲模量、热力学性质等指标，观察植入兔背部肌肉中3、6、9、12周的聚己内酯材料的降解性能。结果材料在植入12周时，重量变化不明显，分子量下降不到15%，材料弯曲强度由植入前的(30.52±2.94)mPa变化为(31.96±1.33)mPa；弯曲模量由植入前的(242.32±16.06)mP

2、a变化为(231.05±23.30)mPa；超微形态及热力学性质改变也比较缓慢。结论PCL降解速度慢，初始强度高、力学强度持续时间长，更适于作为骨折内固定物的生物材料。【关键词】聚己内酯生物降解性热力学力学超微形态 Biodegradation of polycaprolactone in vivoSUN Lei*, GAN Zhihua, XU Xinxiang, et al. * Department of Orthopedics, First Teaching Hospital of Norman Bethune University of Medical Sciences,

3、Changchun 130021【Abstract】ObjectiveTo investigate the biodegradation of synthetic polycaprolactone (PCL). MethodNewly synthesized PCL were implanted into muscles of rabbits. After 3,6,9 and 12 weeks, weight lose, molecular weights, and thermodynamic and mechanical changes were measured to observe th

4、e biodegradation of PCL. ResultThe weight lose of PCL had no obvious change 12 weeks after operation, molecular weights were decreased by less than 15%, bending strength decreased from 30.52±2.94 Mpa to 31.96±1.33 mPa, bending model decreased from 242.32±16.06 mPa to 231.05±23.30

5、 MPa. Ultramicromorphological and thermodynamic changes of PCL were slight. ConclusionBiodegradation of PCL was slower than PLA and PGA. PCL had a higher initial mechanics and was maintained longer. PCL might be applied as a kind of material more suitable to internal fixation.【Key words】Polycaprolac

6、toneBiodegradationThermodynamicsMechanicsUltramicromorphology我们将聚己内酯(PCL)材料植入兔背部肌肉中，观察重量、分子量以及弯曲强度和弯曲模量、热力学性质等指标的变化，探讨PCL材料在生物体内的降解性质，结果报道如下。材料和方法1. PCL材料成型和消毒以国产-CL为原料，新的稀土络合化物催化下开环聚合，提纯。 在规格为27mm×4mm×6mm的长方条型四氟乙烯模具中模压成型。置于干燥器中，以4500mg/L的环氧乙烷，熏蒸8小时以上消毒灭菌。2. 动物分组、植入方法及取材24只成年日本大耳白兔，体重3.04.

7、0kg，随机平均分为3、6、9、12周共四个时间组。1%戊巴比妥钠3ml/kg体重静脉麻醉。将2枚长方条形PCL材料置于兔背部两侧骶脊肌中。分别于3、6、9、12周以过量戊巴比妥钠麻醉处死动物。取出肌肉旁的材料。3. 材料样品重量、分子量、力学变化测定在植入前及按期取出后分别以万分之一的光电分析天平测量材料重量变化。用INSTRON-1121材料力学试验机，以低速500mm/min、压速20mm/min、最大负荷FS200N、跨距15mm、压头半径r=2mm，测量长条棒材料的弯曲强度和弯曲模量。4. 样品分子量测定聚合物的粘均分子量M以乌氏粘度计测定，以一定浓度的苯溶液、一定温度下测定粘度，根

8、据如下关系式计算出粘均分子量M： =9.94×10(-5)M0.825. 材料的热性能分析用PE公司的DSC-7示差扫描量热仪来进行热性能分析。测试条件从室温以10/min加热到80，记录热流变化。6. 材料表面及内部扫描电镜采用日本电子公司(JEOL)生产的JXA-840扫描电镜在15kv、1000倍及3000倍条件下观察材料表面及内部的形态。结果1. 样品重量及分子量变化结果见1。     1样品重量增加百分比和分子量变化2. 热性能测量结果PCL植入肌肉组织中熔融温度变化不大： 植入前及植入后3、6、9、12周熔点分别为66.30、66.

9、80、67.57、68.11、68.04()；结晶度较植入前略有增高： 植入前，3、6、9、12周结晶度分别为54.23%、57.13%、59.89%、57.93%、59.63%。3. 材料机械性能的变化材料在植入9周之前抗弯强度和弯曲模量随植入时间延长而略有增加，植入9周以后抗弯强度和弯曲模量有所下降。植入前和植入后各时期的弯曲强度、弯曲模量变化见2。     2材料植入后力学性能的变化4. 材料扫描电镜结果表面情况： 植入3周时材料表面较光滑，不易见到被腐蚀的现象；6周时，材料可见点状的侵蚀；9周时侵蚀渐大，12周后表面侵蚀现象十分明显。被腐蚀的现象

10、逐渐密集、逐渐深大。各时间组均见软组织吸附。断面情况： 各时间组断面均未见侵蚀现象。讨论1. PCL的生物降解性本实验结果显示，随着植入时间的延长，PCL分子量呈下降趋势。植入前平均分子量为81.2×103，12周后下降到69.4×103，三个月分子量下降不到15%。与PLA、PGA及国内生产的聚乳酸材料相比较而言，PCL的降解速度是缓慢的1。本实验中PCL材料在植入体内相当长的一个时期内超微形态变化是不明显的，PCL在12周后表面形态发生了轻微改变而材料内部则没有变化。PCL的形态变化程度也比PLA和PGA缓慢2。由于PCL是一种半晶型(结晶度54.28%)的聚合物，结晶

11、相分子间自由活动性受到限制的程度比非结晶区域大，因而非结晶区域的部分首先降解，所以PCL的结晶度在早期可以稍有升高。但是随着植入时间的延长，结晶区的分子也开始降解。但从总体上，材料这一性能的变化也比较缓慢。PCL在植入后重量并没有减少，这是由于材料在体内植入后，材料吸收了组织中的水份，增加了重量；更主要的是由于PCL降解速度缓慢，使重量的损失现象被掩盖了。但是，随着植入时间的延长，材料重量增加的百分比逐渐下降，说明材料实际上还在发生缓慢的降解。2. PCL的力学性质PCL材料初始强度为30mPa，接近或稍高于非加强PLA和PGA的水平3，4。这种比较还是在PCL的分子量(810万)水平远低于P

12、LA和PGA(26万左右)的情况下进行的。所以可以认为，PCL初始强度高，力学性能持续时间长也是PCL的一个特点。3. 迟发性、非特异性组织炎症反应4PCL在12周内没有引起类似的反应，是由于PCL降解慢，降解物析出少，能够很快被组织吸收，未导致长期局部积聚而剌激局部组织产生炎性反应的缘故。作者单位： 130021长春，白求恩医科大学第一临床学院(孙磊、徐莘香)；中国科学院长春应用化学研究所(甘志华、景遐斌)参考文献1阮狄克，沈根标，邹洪恩，等. 可吸收聚乳酸植入材料的实验观察. 中华骨科杂志，1994，14：370-373.2Majola A, Vainnionpaa S, Rokkanen P. Absorbable self-reinforced polylactide composite rods for fracture fixation: strength and strength retention in the bone and subcutaneous tissue of rabbits. J Mater Sci Mater Med, 1992,3:43-47.3Suuronen R, Ponjone T, tanrio R, Strergth retention of self-reinforced poly-L-lactide screws and pl