可降解生物医用材料的临床应用

范光龙（烟台市北海医院设备科，山东 烟台265701）

1 可降解生物医用材料的类别

1.1 高分子可降解生物医用材料

1.1.1 天然可降解材料

在生物体内，酶是一种具有重要作用的物质，因为它具有催化降解作用。生物体内的多糖核苷酸等天然生物高分子，都可以通过酶的作用迅速降解。这样的天然可降解高分子物质与人体组织结构非常相似，但是其进一步应用却得到了限制，因为在人体不同组织不同部位，酶的浓度通常不相同，所以研究者无法准确核算人体内物质的降解速率[1]，而这些天然可降解物质又具有高强度的活性，一旦进入人体可能产生排斥作用。天然高分子材料主要有胶原、丝蛋白、纤维素、壳聚糖及天然高分子的衍生物等。

1.1.2 合成可降解材料

在实际的化工生产中，通过控制生产条件的方式，可以制备出医疗需求的可降解医用高分子材料。相较传统的天然高分子材料来说，合成出的可降解高分子材料，可以经过物理或化学方式方法进行简单的处理，使这些材料具有不同的性能，从而满足不同的需求[2]。目前来看，化工企业大多进行合成可降解高分子材料的研究和生产。合成高分子材料主要有，聚氨酯，聚酯，聚乳酸以及其他医用合成塑料和橡胶等。

1.2 可降解生物陶瓷材料

可降解生物陶瓷材料主要由磷酸三钙陶瓷构成，这种材料进入生物组织后，会逐渐被降解吸收或排出，生物新生组织将会替代植入的生物陶瓷材料。目前，研究较深入的可降解生物陶瓷名为β-Ca3(PO4)2，简称β-TCP[3]。这种材料虽然由于降解性能极好，可作为优良的骨组织修复材料，但是由于它的性质决定其力学性能不足以承受足够的力，所以它的应用范围多数是承受力较小的位置。

1.3 可降解医用金属材料

可降解医用金属材料分为美及美系合金和铁及铁系合金。镁的密度接近与人体骨质密度，断裂韧性以及承力能力都要胜过生物陶瓷材料，因此是最为理想的骨组织修复材料。美作为人体内含量为第四的营养元素，在骨骼中的分布比例占到55%[4]。

而铁及铁系合金，在研究中表现出优良的力学性能，并且降解速率较慢，可以保证植入部位在身体内长期发挥作用。根据铁元素密度较大的特点，决定了其优良的示踪性，这也是铁元素在可降解生物医用材料中脱颖而出的关键之处。

1.4 可降解医用复合材料

可降解医用生物材料则是将两种或两种以上可降解医用材料进行复合，形成的新型材料结合了各成分的长处，平衡了各类成分材料的物理及力学特点，将不同的可降解医用材料的优点结合在一起。

2 可降解生物医用材料的应用现状

2.1 天然高分子可降解材料的应用

2.1.1 明胶

由哺乳动物皮肤，骨，肌腱，尾巴等组织中提取出的明胶[5]，生物相容性非常好，并且容易成型，可被人体内的酶降解，还具有容易被人体吸收的优点，在医学中多被用作缓释材料，比如说，用作药物载体；另外明胶透气、透水性能也十分出色，所以也可以用作伤口敷料和人造皮肤的材料；在另外一些领域，明胶还用作血浆替代品，即使大量使用也不会出现免疫作用，在临床应用当中具有非常多的优势。

2.1.2 胶原蛋白

胶原蛋白在动物体内蛋白质含量占1/3，在临床应用中，展现出对组织的修复再生及重建有着明显的促进作用；因为其机械强度不够优良，所以有时和其他生物材料进行复合，而后再进行使用。目前胶原蛋白已经得到了广泛的应用，但由于医学的快速发展，对于胶原蛋白的应用，依然存在很多需要解决的问题。

2.1.3 多糖

在临床应用中，主要来源于淀粉，透明质酸，肝素，甲壳质中的多糖材料，不仅具有良好的生物相容性，其降解性也十分理想。甲壳质作为除纤维素外的重要多糖，其在临床应用中展现出的优点十分可观，不仅能够抗菌抗病毒，抗肿瘤，加快伤口愈合，还具有良好的吸附能力。甲壳质在经过改性之后，其衍生物可用于医学中的多个领域：比如止血剂，可吸收外科缝线。

2.1.4 丝素蛋白

丝素蛋白中含有非常丰富的氨基酸成分，所以具有良好的生物相容性，并且根据临床应用研究，不仅不会导致过敏，没有致癌性，还具有良好的透明度和透气性，能够快速成膜。但是，丝素蛋白也有力学性能不足的缺点，所以需要通过与其他材料的复合进行改良。目前主要应用于人造皮肤、隐形眼镜及药物载体。

2.2 化学合成高分子可降解材料的应用

生物可降解材料是根据材料的特点选择合适的领域使用，而化学合成的可降解生物医用材料，则是根据需求，选择合适的原材料，通过化工生产方法，进行物理改性或化学改性，对该原料的结构和性能进行相应的调整。从而生产出适合医学领域的可降解生物医用材料。

2.2.1 聚乙交酯（PGA）

聚乙交酯作为结构简单的线性脂肪族聚酯，通常由羟基乙酸制得，材料来源也十分广泛。在医学领域，聚乙交酯是第一种用作可吸收手术缝合线的降解高分子材料，在缝合四个月之后即可完全降解并最终排出体外，最重要的是整个过程中不对人体造成任何伤害。但是由于这种有机物的结晶度较高，所以其加工过程较难，强度较低，针对这些缺点，研究者通过共聚反应改善它的降解性能。目前在医学中，应用十分广泛。

2.2.2 聚乳酸（PLA）

聚乳酸不仅具有良好的生物相容性，并且最终降解产物是水和二氧化碳，中间产物是对身体没有任何伤害的乳糖。所以是外科整形材料以及内植材料的良好选择。针对他的一些缺陷，比如降解速率难以控制，结构容易被破坏，抗冲击性能不够良好，人们通过共聚改性或与其他材料进行复合的方式，改善了这些缺点，不断开拓了他的使用范围。

2.2.3 聚己内酯（PCL）

聚己内酯是一种半结晶线性聚酯，熔点较低，玻璃化转变温度也较低，易溶于多种有机溶剂，能够和很多高分子形成共聚物[6]，热塑性和成型加工性较强，并且这种材料在实际生产中容易得到，降解速率慢，药物透过性强。所以被广泛应用为手术缝合线，内指骨固定装置类医疗器材、生物降解性控释载体。目前正在进行进一步的研究，未来可能应用于器官修复，和组织细胞工程。

3 化工领域中可降解生物医用材料的发展

3.1 可降解医用材料生产现状

就目前来看，已有90多个品种的可降解生物医用材料投入医学应用中，涵盖了很多的医学领域，尤其是设计组织器官的治疗过程中可降解生物医用材料应用占到了很大比例。根据这一发展趋势，不少化工企业都开辟了生产可降解医用材料的生产线，因此，我国可降解医用材料的发展步入快车道。

但是与世界其他发达国家相比，我国可降解生物医用材料产业的产业基础不够坚实，医用材料和医用器械种类比较单一，没有实现科研与产业的顺利对接，对于一些高精尖的产品，大多数依然需要进口，而本土产品在市场上所占的比例依旧很低。

3.2 可降解医用材料未来发展展望

目前，对于可降解生物医用材料，我国主要集中力量进行对材料的深入研究，但与此同时，我国也面临着该产业发展能力弱，抗市场风险能力低，产品研发与更新能力不够，同时对这方面人才的培养也没有足够的重视。可降解生物医用材料的发展，结合了医学，化工学，材料学以及力学等多个学科，研究者要加强跨学科合作。

4 结语

没有任何学科的发展不是建立在基础性研究之上，所以我们还要针对材料的生物相容性和力学特性进行进一步的研究；建立健全该材料产业的行业标准，使这种新型的材料。得到更广泛的应用。未来对于可降解生物医用材料，我们要做到不仅仅是将现在所使用的材料进行不断的优化，而是要把重点放在开发研究新型可降解生物材料。