高分子材料(1)

1、连云港职业技术学院可降解手术材料可降解手术材料概述概述分类分类降解机理降解机理影响及发展影响及发展拓展拓展总述：总述：什么是可降解手术材什么是可降解手术材料呢？料呢？ 医用生物降解塑料是生物医用材料中最重要的 一类,是指那些在植入人体并经过一段时间后,能 逐渐被分解或破环的塑料。被植入的这种异物在 完成使命后,会自动分解成无毒无害的物质,从体 内排出。概述概述医用生物降解塑料的 1. 天然生物降解塑料天然生物降解塑料 需要具备以下条件: 原料来源丰富,便宜易得; 可用常规方法加工成型; 具有与合成材料相当的物理力学性能; 不引起异体免疫反应。 典型的材料： 胶原蛋白、纤维蛋白、甲壳素、壳聚纤维

2、素衍生物。 主要用做可吸收缝线、药物控释载体、人工皮肤、组织修复和替代、组织隔离膜等。分类分类2. 合成生物降解塑料合成生物降解塑料 从化学结构上分从化学结构上分: 侧链带有易水解基团的聚合物侧链带有易水解基团的聚合物,水解后生成羟基、羧基等亲水性侧基水解后生成羟基、羧基等亲水性侧基,这些这些新的基团使聚合物变的易溶于水；新的基团使聚合物变的易溶于水； 立体交联固化的水溶性高分子立体交联固化的水溶性高分子,植入人体内交联基团被水解植入人体内交联基团被水解,还原为水溶性还原为水溶性聚合物；聚合物； 主链中含有易水解链段的聚合物主链中含有易水解链段的聚合物,这些链段被水解后这些链段被水解后,大分子

3、链断开大分子链断开,降解为降解为溶于水的齐聚物或单体；溶于水的齐聚物或单体；典型的合成生物降解塑料：典型的合成生物降解塑料：聚羟基乙酸聚羟基乙酸(PGA) 、聚乳酸、聚乳酸(PLA)、聚已内酯、聚已内酯(PCL) 聚聚- 羟基丁酸酯羟基丁酸酯(PHB)/羟基戊酸酯羟基戊酸酯(PHV)、聚酸酐。聚酸酐。 第一阶段为物理转变： 即材料与水接触后首 先吸收水分子而自身溶胀，同时渗出低分子的物质(单 体、增塑剂等)。这一过程的作用是破坏材料本体的氢 键和范德瓦耳斯键，使其失去原有的二级及三级结构。 第二阶段发生化学键的断裂： 在体内环境下主要发生的化学降解是水解和酶解，在有炎症时也发生微生物降解，电解

4、质的存在和适当pH也会催化水解和酶解过程。 降解机理降解机理 聚- 羟基丁酸酯PHB是一种存在于某些细菌（固氮菌、产碱菌和肠杆菌等）细胞质内的一类颗粒状内含物，由许多羟基丁酸分子聚合而成，具有贮存能源、碳源和降低细胞内渗透压等功能。可用于制造可降解塑料。PHB 与聚羟基戊酸(PHV) 的共聚物是具有低结晶度、高柔软性并易于加工的材料。PHB/PHV 共聚物已经有产品出售,商品名为Biopol 。Biopol 是一系列不同材料组成的,其中PHV 的含量最高不超过30% ,PHB/PHV 为89/11的共聚物是强度和韧性达到最佳的匹配。 常用作药物控释、缝线、人工皮肤等。生物降解塑料Biopol

5、英国ICI公司推出的一种由糖类发酵制造,可熔融加工的线型聚醋,现在的商品名为BioPol。 在BioPol中基本聚合物是PHB,也属于天然产物,是1926年由巴黎巴斯德研究院首先鉴定的。 ICI公司一直利用非病原性细菌真养产碱菌进行发酵来生产PHB。然而,PHB这种均聚物性质刚硬,比较容易脆裂, 为此ICI公司开发了新的工艺,其革新的特点是在葡萄糖溶液中添加简单的有机酸,使细菌产生一无规共聚物。 聚乳酸（PLA）又称聚丙交酯是一种新型的生物降解材料，使用可再生的植物资源（如玉米）所提出的淀粉原料制成。 聚乳酸有两种立体规整型构型,左旋聚乳酸和右旋聚乳酸。 前者分子中的不对称碳链为非规整结构,是

6、无定性共聚物,降解和吸收速度较快,一般为36 个月,有利于药物均匀分布在基质中,适用于药物控释系统,主要做药物控释的载体和软组织修复材料。 后者具有优良的力学性能并且降解吸收时间很长(一般3315 年) ,适用于承载的装置,是制作内植骨固定装置的理想材料。 聚乳酸缝合线聚乳酸缝合线1.为提高缝合线的机械强度，需合成高分子量聚乳酸，改进聚乳酸的加工工艺。2.光学活性聚合物的合成，半结晶PDLA 、 PLLA比无定形PDLLA具有较高的机械强度、较大的拉伸比率及较低的收缩率，更合用于手术缝合线。3.缝合线多功能化，在缝合线中掺入非甾体抗炎药来抑制局部炎症及异物排斥反应；4.在缝合线中加入增塑剂，如

7、骨胶原低分子量聚乳酸及其它无机盐增加缝合线的韧性和调节聚合物的降解速率普通玉米变身普通玉米变身“可吸收骨钉可吸收骨钉” 以普通玉米为原料，通过一系列技术提取、加工，最终提炼出以普通玉米为原料，通过一系列技术提取、加工，最终提炼出医用聚乳酸，又以聚乳酸加工制成医用聚乳酸，又以聚乳酸加工制成“可吸收骨钉可吸收骨钉”替代金属骨替代金属骨钉、骨板。钉、骨板。 这种这种“可吸收骨钉可吸收骨钉”，通过生物降解代谢出体外，避免了二次，通过生物降解代谢出体外，避免了二次手术的痛苦。手术的痛苦。 由于聚乳酸材料的特殊性，在降解过程中，一部分会沉积成骨，由于聚乳酸材料的特殊性，在降解过程中，一部分会沉积成骨，有益

8、于患者的康复。有益于患者的康复。缝合线缝合线 纤维素衍生聚氨酯纤维素衍生聚氨酯中所用的纤维素大都为乙酸纤维素。 例如，二异氰酸知作为偶联剂，含有端羟基的三 乙酸纤维素和聚酯、聚醚等其他含有羟系的聚合物发生偶联反应，即可制成乙酸纤维嵌段共聚物，具有良好的生物降解性能。可用其纺丝，用于手术缝合线。 可吸收手术缝合线的研究进展 医用可吸收手术缝合线是生物材料的一种，它主要用于普医用可吸收手术缝合线是生物材料的一种，它主要用于普通外科和整形外科等需要内缝合的手术中。它既能为机体通外科和整形外科等需要内缝合的手术中。它既能为机体提供暂时的支架或屏障，又能通过降解吸收而避免体内的提供暂时的支架或屏障，又能

9、通过降解吸收而避免体内的排异反应、非感染性炎症及其他一些不良影响，同时降低排异反应、非感染性炎症及其他一些不良影响，同时降低了二次手术的可能。因而在医学及动物医学上，它与其它了二次手术的可能。因而在医学及动物医学上，它与其它手术缝合线相比具有明显的优势，得到了广泛的临床应用，手术缝合线相比具有明显的优势，得到了广泛的临床应用，是一种极具发展潜力的可吸收型植入材料。是一种极具发展潜力的可吸收型植入材料。 可吸收手术缝合线的研究进展 随着科技的发展，人们对可吸收手术缝合线的研究越来越深入。随着科技的发展，人们对可吸收手术缝合线的研究越来越深入。 理想的手术缝合线应满足下列条件：理想的手术缝合线应满

10、足下列条件： (1) 可以进行彻底的消毒杀菌处理；可以进行彻底的消毒杀菌处理； (2) 有一定的柔软性和弹性回复，有一定的湿润强度和摩擦系数有一定的柔软性和弹性回复，有一定的湿润强度和摩擦系数 (3) 缝合、打结时操作方便，作结后持结性能良好；缝合、打结时操作方便，作结后持结性能良好； (4) 缝合线在体内一定时间内保持一定的强度；缝合线在体内一定时间内保持一定的强度； (5) 对人体组织有适应性，不致因异物反应而发生炎症；对人体组织有适应性，不致因异物反应而发生炎症； (6) 产品质量稳定可靠，制作容易，价廉易得。产品质量稳定可靠，制作容易，价廉易得。 天然可吸收缝合线天然可吸收缝合线 1

11、1、羊肠线羊肠线 在所有天然可吸收缝合线中，羊肠线是最传统的一种在所有天然可吸收缝合线中，羊肠线是最传统的一种, ,从最早的医学记录开始，在外科手术中即已使用羊肠线，从最早的医学记录开始，在外科手术中即已使用羊肠线，它取自羊肠黏膜下层的黏膜加工而成。它取自羊肠黏膜下层的黏膜加工而成。 在体内的降解和吸收主要取决于给巨噬细胞的活动提供在体内的降解和吸收主要取决于给巨噬细胞的活动提供能量的组织蛋白酶的存在情况。能量的组织蛋白酶的存在情况。 羊肠线至今仍是一般体内缝合线的材料，因为它来源广羊肠线至今仍是一般体内缝合线的材料，因为它来源广且制作工艺相对简单，成本低廉。且制作工艺相对简单，成本低廉。 可

12、吸收缝合线可吸收缝合线 胶原是从动物骨骼、筋膜中经浸煮、胶原是从动物骨骼、筋膜中经浸煮、水解等多道工序提炼，再经过加捻水解等多道工序提炼，再经过加捻和交联剂的作用而制成。和交联剂的作用而制成。胶原医用手术缝合线的研制，就在胶原医用手术缝合线的研制，就在于胶原的性质。于胶原的性质。应力应力应变试验表明，天然胶原表应变试验表明，天然胶原表现出弹性态和粘弹态两个阶段的力现出弹性态和粘弹态两个阶段的力学行为；学行为； 并且，胶原的抗原性相当低，具有并且，胶原的抗原性相当低，具有天然可降解性，并能促进细胞生长。天然可降解性，并能促进细胞生长。胶原的这些性质使它能够成功地用胶原的这些性质使它能够成功地用来

13、制备医用手术缝合线。来制备医用手术缝合线。 2、胶原纤维、胶原纤维3、甲壳素、壳聚糖可吸收缝合线、甲壳素、壳聚糖可吸收缝合线 以甲壳素为原料制作可吸收缝合线始于以甲壳素为原料制作可吸收缝合线始于20世纪世纪70年代，日本在年代，日本在该领域的研究处于世界前列，著名的尤尼吉卡公司已有多项专利该领域的研究处于世界前列，著名的尤尼吉卡公司已有多项专利和产品问世。国内相关研究工作始于和产品问世。国内相关研究工作始于90年代。年代。 目前，甲壳素缝合线的制作技术已较为成熟，一般采用湿法纺丝目前，甲壳素缝合线的制作技术已较为成熟，一般采用湿法纺丝工艺，采用的原料多为高纯度的甲壳素粉末，常用的溶剂有六氟工艺

14、，采用的原料多为高纯度的甲壳素粉末，常用的溶剂有六氟丙酮、六氟异丙醇、三氯乙酸等。通过选择不同溶剂、凝固剂。丙酮、六氟异丙醇、三氯乙酸等。通过选择不同溶剂、凝固剂。改进纺丝和处理工艺改进纺丝和处理工艺，可制备出多种型号且能满足不同需求的可，可制备出多种型号且能满足不同需求的可吸收甲壳素缝合线。吸收甲壳素缝合线。 高分子材料对生物体的高分子材料对生物体的 高分子材料对生物组织的影响因素：高分子材料对生物组织的影响因素： 降解速度；降解速度； 产物毒性；产物毒性； 降解的持续期限；降解的持续期限； 材料的物理形态；材料的物理形态； 植入材料与生物组织相对运动，导致力学的刺激；植入材料与生物组织相对

15、运动，导致力学的刺激；影响影响 1. 聚聚- 羟基丁酸酯羟基丁酸酯 PHB是一种生物合成材料，是一种生物合成材料，PHB具有良好降解性具有良好降解性,其降解其降解产物属于天然产物。产物属于天然产物。 随着对随着对PHB深入研究人们认识到了深入研究人们认识到了PHB是一种作为微生是一种作为微生物能量储存参与代谢的天然产物。物能量储存参与代谢的天然产物。 PHB的分子结构具有高度立构规整性的分子结构具有高度立构规整性,这使得它具有特殊这使得它具有特殊的溶解性。的溶解性。PBH不溶于甲醇、水、乙醇、丙酮、醚、己烷、不溶于甲醇、水、乙醇、丙酮、醚、己烷、盐酸、硫酸等盐酸、硫酸等,部分溶于二氧六环、甲苯、辛醇部分溶于二氧六环、甲苯、辛醇,而溶于三而溶于三氯甲烷、二氯乙烷、二氯乙酸、二甲基甲酰胺、乙基乙酰氯甲烷、二氯乙烷、二氯乙酸、二甲基甲酰胺、乙基乙酰乙酸、三油酸甘油酯乙酸、三油酸甘油酯拓展拓展 2.聚原酸酯聚原酸酯 PHB PHB是一种人工合成的生物可降解高分子材料，通过多元原是一种人工合成的生物可降解高分子材料，通过多元原酸或多元原酸酯与多元醇类经在无水条件下缩合形成原酸