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医用纺材开卷内容
生物医用材料定义
生物医用材料(biomaterials)也称为生物材料,是用于生命系统接触和发生相互作用的,并能对其细胞、组织和器官进行诊断治疗、替换修复或诱导再生的一类天然或人工合成的特殊功能材料。
发展:
黄金、棉花、马鬃、银、锡、汞、铂、硫酸钙、硬橡木、不锈钢、钴镍合金、钛合金、生物陶瓷、高分子PMMA
分类
材料
a.医用金属材料:
包括不锈钢、钴基合金,钛及合金等,广泛应用于人工假体、人工关节、医疗器械等。
b.医用无机材料:
主要是生物陶瓷。
分为惰性生物陶瓷,如氧化铝生物陶瓷;表面生物活性陶瓷,如磷酸钙基生物陶瓷;可降解生物陶瓷,如β-磷酸三钙陶瓷等。
c.医用高分子材料:
根据来源分为天然的和合成的,天然的如多糖类、蛋白类,合成的聚氨酯、聚乙烯、聚乳酸、聚四氟乙烯等,用于人体器官、组织、关节、药物载体等。
d.医用复合材料:
不同种材料的混合或结合,克服单一材料的缺点,可获得性能更优的材料。
功能
a.硬组织相容性材料:
主要用于生物机体的关节、牙齿及其他骨组织
b.软组织相容性材料:
主要用于人工皮肤、人工气管、人工食道等
c.血液相容性材料:
主要用于人工血管、人工心脏、血浆分离膜、血液灌流用吸附剂、细胞培养基材等
d.生物降解材料:
主要用于吸收型缝合线、药物载体、愈合材料、粘合剂以及组织缺损用修复材料。
来源
a.自体组织:
如人体听骨、血管等替代组织
b.同种异体器官及组织:
如不同人体之间的器官移植
c.异种器官及组织:
如动物骨、肾替换人体器官
d.天然生物材料:
如动物骨胶原、甲壳素、珊瑚等
e.人工合成材料:
如各种人工合成的新型材料
部位
a.硬组织材料:
骨、牙齿用材料
b.软组织材料:
软骨、脏器用材料
c.心血管材料:
心血管以及导管材料
d.血液代用材料:
人工红血球、血浆等
e.分离、过滤、透析膜材料:
血液净化、肾透析以及人工肺气体透过材料等
1.x生物医用纤维材料
定义:
用于对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的一类功能纤维。
分类
生物医用纤维分类:
•属性:
高分子、无机、金属
•生物降解:
可降解和不可降解
•与活体组织作用:
惰性和活性
•原料来源:
天然纤维和化学纤维
按材料与活体组织的相互作用关系:
生物惰性(bioinert)纤维
指在体内不降解、不变性、不引起长期组织反应的生物医学高分子材料,适合长期植入体内。
生物活性(bioaciive)纤维
指植入高分子材料能够与周围组织发生相互作用,一般指有益的作用。
(甲壳素,促伤口愈合)
按来源分类:
(1)天然纤维
如胶原、明胶、丝蛋白、角质蛋白、纤维素、粘多糖、甲壳素及其衍生物等。
(2)化学纤维
如聚乳酸、聚氨酯、聚酯等。
应用
体内用:
•人工器官:
人工肾、人工肝、血管
•辅助治疗:
缝线、敷料、止血海绵
•药物制剂:
纳米纤维膜缓释材料
体外用:
•外科衣物、外科覆盖布类、床上用品、失禁用品、外科袜类等
1.4生物医用纤维材料
1.4.1天然医用高分子纤维材料
概述:
天然高分子自身含有大量羟基、氨基、羧基等亲水基团,具有类似于细胞外基质的结构。
另外天然高分子一般都含有特殊信息(如特殊的氨基酸序列),可促进细胞的粘附、增殖和分化,因此是一种重要的组织工程支架材料。
同时,由于其特有的生物相容性,使其作为生物材料有着广泛的应用前景。
多糖类
纤维素
定义:
纤维素(cellulose)是由葡萄糖组成的大分子多糖,不溶于水及一般有机溶剂。
植物细胞壁的重要成分,纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖,资源丰富,原料易得,价格低廉,是地球上最大一类天然高分子。
羧甲基纤维素:
一种水溶性纤维素衍生物,它是在碱性条件下用氯乙酸处理纤维素得到的。
羧甲基化处理可以用来把棉和粘胶纤维制成具有高吸湿性的羧甲基纤维素纤维,这种改性处理使传统的以棉或粘胶纤维为原料的医用敷料的结构性能得到了很大的改善,对脓血的伤口护理具有很好的实用价值。
甲壳素
定义:
甲壳素(chitin)又名几丁质、甲壳质、壳多糖,广泛存在于节足动物(蜘蛛类、甲壳类)的翅膀或外壳及真菌和藻类的细胞壁中。
在自然界中,甲壳质的年生物合成量约100亿吨,是地球上除纤维素以外的第二大有机资源,是人类可充分利用的巨大自然资源宝库。
化学改性:
甲壳素含有乙酰基和羟基,壳聚糖含有羟基和氨基。
二者通过羟基、氨基的酰化、羟基化、氰化、醚化、烷化、硫酸酯化、接枝与交联等化学改性生成系列衍生物,这为甲壳素和壳聚糖的化学改性提供了方便。
通过化学改性,甲壳素和壳聚糖分别引入了不同性质的基团,可得到不同性能和功效的甲壳素类物质,从而拓宽了甲壳素及壳聚糖的应用领域,提高了它们的应用价值。
降解性能:
甲壳素/壳聚糖及其衍生物具有良好的生物降解性能。
它们可以被甲壳素酶,脱乙酰甲壳素酶,溶菌酶,蜗牛酶等生物降解。
酶解部位发生在甲壳素或壳聚糖分子中的β-1-4糖苷键上。
酶解的最终产物是氨基葡萄糖,一般对人体无毒副作用,在体内不会有累积作用,产物也不与体液反应;对组织无排异反应,因此有良好的生物相容性。
生物活性:
甲壳素及壳聚糖都有良好的生物活性,现已证实,壳聚糖具有广谱抑菌作用,这可能是因为壳聚糖分子中的氨基与细胞壁结合,从而抑制了细菌生长。
壳聚糖对植物病原菌也有抑制作用。
甲壳素及壳聚糖具有刺激免疫细胞释放出生长因子的功能,能抑制成纤维细胞生长,促进上皮细胞的生长,从而促进伤口愈合。
壳聚糖带有正电荷,可以从血清中分离出血小板因子-4,增加血清中PH6的水平,或促进血小板聚集有止血功能。
壳聚糖能增强巨噬细胞的吞噬作用和水解酶的活性,刺激巨噬细胞产生淋巴因子,启动免疫系统,且不增加抗体的产生。
现状:
从20世纪80年代以来,美国和日本等国都已经投入了大量人力、物力进行这方面的开发与研究。
我国的甲壳质资源极其丰富,而且曾是研究开发甲壳质制品较早的国家之一。
早在1958年,就对甲壳质的性能及生产进行过研究。
进入20世纪80年代后期,甲壳质资源的开发利用引起了一些科研院所的重视,并开始了在医疗和保健等领域的研究与开发。
制备:
以虾蟹壳为原料,通过以下步骤制备:
①原料预处理
将虾蟹壳的肉质、污物尽可能剔除,后用水洗净,注意虾蟹壳一定要新鲜的,腐败的应去掉。
②浸酸
取洗净的新鲜虾蟹壳,加HCI溶液浸泡,除去其中CaCO3、Ca3(PO4)2等矿物质成分。
③碱煮
将浸酸后的软壳浸泡于NaOH溶液中煮沸1h左右,目的是使蛋白质被碱液溶解,油脂皂化溶于碱水中,同时色素也遭到破坏。
④氧化脱色
将碱煮后的虾蟹壳浸于清水中,滴入KMnO4酸性溶液,以氧化原料中的色素和一些未被碱除去的杂质。
⑤还原
将氧化后的原料浸泡清水中,并滴入草酸溶液,直至蟹虾壳的褐色完全褪尽,色泽呈纯白为止。
滤干后干燥,得到甲壳质。
⑥脱乙酰基
将甲壳质浸泡于NaOH溶液中可达到脱乙酰目的。
脱乙酰基后滤干后干燥,即得壳聚糖。
纤维制备:
甲壳素类纤维纺丝原液的制备
以壳聚糖为原料时,多选用5%以下的醋酸水溶液作为溶剂。
甲壳素纺丝原液的制备多采用溶解性能优异的有机溶剂,加适当的氯化锂助溶。
甲壳素类纤维的成型
制备甲壳素类纤维可采用干法纺丝、湿法纺丝和干-湿法纺丝等不同的成型工艺。
)甲壳素类纤维的后处理
甲壳素类纤维的后处理包括拉伸和还原等工序。
拉伸可在纺丝成型时连续进行,也可以在制成初生纤维后再进行后拉伸。
对于某些甲壳素衍生物纺制的纤维,可将该类纤维直接应用,也可根据需要
特性:
目前甲壳素纤维和壳聚糖纤维的断裂强度较低,特别是湿强远低于干强,这使它们的加工和应用受到一定的限制。
应用:
目前国外的甲壳素类纤维主要用于医疗卫生领域,特别是日本和美国利用甲壳素及其衍生物制成可吸收医用缝合线和医用敷料。
近年日本开发了服装用的甲壳素/纤维素共混纤维蟹鳖纶,该纤维具有抗菌、防霉、去臭、吸湿、保温柔软、染色性好等优点,已引起纤维工作者的高度重视。
透明质酸
蛋白质类
胶原蛋白
定义:
胶原蛋白是一种纤维状蛋白质,具有棒状螺旋结构,物理机械性能很优越。
制备:
(1)分子自组装:
胶原分子本身可以配制成特殊的有组织结构。
首先,多个胶原分子头尾相连,聚集成很稳定的、韧性很强的原纤维。
在骨等组织中,5根原纤维轴向平行地聚集在一起,形成直径约为4nm的微纤维。
微纤维进一步组装成直径在10~300nm的胶原纤维,具体直径或厚度取决于原料的类型和年龄。
原纤维也可以直接聚合成原胶纤维。
(2)湿法纺丝:
将胶原蛋白溶于水制成纺丝溶液,然后通过湿法纺丝工艺固化为纤维,这是制备胶原纤维的主要方法。
目前,有多种方法用于纺丝溶液的准备。
例如,美国专利提出:
将牛皮或肌腱置于纯碱中分解,再放到乙酸中软化,制得纺丝溶液,此溶液通过挤压、纺丝、捻制、干燥即制成再生胶原纤维。
(3)静电纺丝:
静电纺丝法近年来广泛地应用于组织工程支架中。
Matthews等将原蛋白溶液在六氟异丙醇中,采用静电纺技术成功地制备了胶原蛋白纤维膜。
该膜中的胶原蛋白纤维直径与天然的细胞外基质中的胶原纤维直径接近,比较适合作为细胞培养支架。
研究表明,该纤维支架对平滑肌细胞的生长和繁殖有促进作用,是一种较理想的组织工程支架材料。
特性:
胶原纤维几乎与人的皮肤组成相同,具有最好的亲和性和穿着舒适性,其干强度和湿强度都超过了羊毛,弹性也远远超过了羊毛,还具有抑菌作用。
应用:
胶原纤维可制成外科手术缝合线,当伤口愈合时,不需拆线,可被人体吸收。
胶原纤维还特别适合制作贴身穿着的内衣和内裤。
纤维蛋白
定义:
纤维蛋白是纤维蛋白原的聚合产物。
纤维蛋白原是一种血浆蛋白质,存在于动物体的血液中。
人和牛的纤维蛋白原分子量在330000~340000之间,二者之间的氨基酸组成差别很小。
纤维蛋白原由三对肽链构成,每条肽链的分子量在47000~63500之间。
除了氨基酸之外,纤维蛋白原还含有糖基。
凝血:
在凝血过程中,凝血酶切除纤维蛋白原中的血纤肽A和B而生成的单体蛋白质。
易于平行交错聚集形成可溶性血纤蛋白多聚体,在凝血因子XⅢa作用下转变为不溶性血纤蛋白多聚体,形成血凝块。
纤维蛋白原在人体内的主要功能是参与凝血过程。
纤维蛋白具有良好的生物相容性,具有止血、促进组织愈合等功能。
纤维蛋白的降解包括酶降解和细胞吞噬两种过程,降解产物可以被肌体完全吸收。
降解速度随产品不同从几天到几个月不等。
通过交联和改变其聚集状态是控制其降解速度的重要手段。
应用:
纤维蛋白粉可用作止血粉、创伤辅料、骨填充剂(修补因疾病或手术造成的骨缺损)等。
纤维蛋白飞沫由于比表面大,适于用作止血材料和手术填充材料。
纤维蛋白膜在外科手术中用作硬脑膜置换、神经套管等。
丝素蛋白&丝素纤维
定义:
丝,通常是指由昆虫或蜘蛛所产生的纤维,也称“天然丝”。
桑蚕是人类最早驯化的饲养的昆虫,蚕丝也是人类利用最早、目前产量最最大的天然纤维之一,其蛋白质是迄今为止利用最早、研究最广泛的天然纤维蛋白。
组成:
蚕丝蛋白是由丝素蛋白(Silkfibroin)和丝胶蛋白(sericin)两部分组成
疏水性的丝胶包覆在丝素蛋白的外部,约占重量的25%
亲水性的丝素蛋白是蚕丝中的主要组成部分,约占重量的70%
蚕丝中还有5%左右的杂质。
在丝素蛋白中含有18种氨基酸,以甘氨酸、丙氨酸和丝氨酸为主。
特性:
丝素蛋白是很早就为人类所重视的天然生物高分子,但自古以来,它的主要应用是在纺织业上。
从蚕丝中提取的丝素蛋白具有独特的分子结构,优异的机械性能、良好的吸湿和保湿性能以及抗微生物性能,同时可以方便地做成粒状,纤维状及膜状等形态,具有良好的生物相容性,无毒,无污染,可生物降解。
为丝素蛋白在生物材料的开发利用提供了依据。
应用:
作为固定化酶载体、药物缓释、抗凝血物质、组织工程支架、
明胶
1.4.2合成医用高分子纤维材料
概述:
合成高分子生物材料是指利用聚合方法制备的一类生物材料。
由于合成高分子可以通过组成和结构控制而具有多种多样的物理和化学性质。
人工器官、软硬组织修复体、医用粘结剂、缝合线、人造血液
PGAPLAPGLAPDS
聚氨酯(PU,纤维、织物、膜、微球)
即:
聚氨基甲酸酯是聚醚、聚酯和二异氰酸酯的总称。
-[-O-CONH-]n-
特性:
具有良好的延伸性和抗挠曲性,强度高、耐磨损,血液相容性、抗血栓性能好,且不损伤血液成分,使其在医疗领域得到广泛应用。
应用
主要用于人工心脏搏动膜、心血管医学元件、人工心脏、辅助循环、人工血管、体外循环血液路、药物释放体系、缝合线与软组织粘合剂绷带、敷料、吸血材料、人工软骨和血液净化器具的密封剂等。
弹性机理
与橡胶丝相比
线密度低、强度高、弹性好、耐热性好、吸湿性强、染色性良。
橡胶丝除在残余伸长方面特别出色外,其强度、模量、耐老化、染色性、回弹力、纤度和热稳定性等都不如氨纶。
生产
氨纶的生产分三部分:
嵌段共聚物合成、纺丝及后处理。
生产聚氨酯弹性纤维一般选用芳香族二异氰酸酯,以满足硬链段的硬度。
常用的芳香族二异氰酸酯有二苯基甲烷4,4ˊ-二异氰酸酯(MDI)或2,4-甲苯二异氰酸酯(TDI)。
二苯基甲烷二异氰酸酯可以用苯胺与甲醛反应缩合,生成二苯基甲烷二胺,再将其光气化,得到粗MDI
纺丝方法
熔融挤压纺丝、化学反应纺丝、湿法纺丝和干法纺丝。
氨纶的纺丝方法与纤维的最后形成的结构有关:
如果纤维是由物理交联型结构的线型嵌段共聚物制备,则可采用熔融挤压、干法和湿法纺丝法;
如果纤维是由化学交联型的非线性嵌段高聚物所制备,则必须采用化学反应纺丝法。
聚酯(PET,纤维、织物、膜)
即:
涤纶的热性能
涤纶的熔点比较高,涤纶纤维的耐热性和绝热性较好。
无定形PET:
Tg为67℃;
部分结晶PET:
Tg为81℃
玻璃化温度
热收缩
弹性优良
具有良好的弹性,表现在两个方面:
一方面是具有比较大的弹性模量,大约为25~160克/旦;另一方面即使纤维受到外力作用而发生了一定的形变,放松后,回复原状的能力也高。
吸湿性不好
化学
因为有酯键,耐酸不耐碱。
对氧化剂还原剂稳定性好。
聚丙烯纤维(PP,用做微孔薄膜和中空纤维膜)
即
是以聚丙烯树脂为原料制得的一种合成纤维。
熔点168~174℃,
热分解温度为350~380℃
纺丝方法
熔融纺丝
熔融纺丝的温度控制在220~280℃,纺丝用聚丙烯相对分子质量一般为120000左右,如纺制高强力丝和单丝,则相对分子质量一般为200000左右。
生产
性能
质地轻
强伸性
吸湿性很小
染色性差
可采用原液着色,纤维改性,在熔融纺丝前掺混染料络合剂。
耐酸耐碱(除了浓硝酸和浓NaOH)过滤材料和包装材料。
耐光差
热稳定差(加防老化剂)加入1%~3%石墨对防止光敏老化最为有效
绝缘好
强度高(仅此锦纶)
用途
在医疗上用作纱,作外科手术衣服而耐高温高压消毒。
聚氯乙烯(PVC,氯纶)
即
是由单体氯乙烯聚合而成的合成树脂,是用量最大的医用高分子材料。
特性
原料丰富、聚合容易、抗凝血性能良好,但耐热性不高(<70℃)。
通过添加物的应用可使改变为具有可屈挠性能。
应用
在医学中用量最大的是制作塑料输血输液袋,可提高红细胞和血小板的生存率;还可用于医用导管、人工输尿管、胆管和心脏瓣膜、血泵隔膜、增补面部组织、青光眼引流管和中耳孔等。
软质PVC的毒性问题仍有争议,目前只能用于制造与人体短期接触的制品。
聚四氟乙烯(PTFE,用做微孔织物和薄膜)
即
又名泰氟隆(Teflon),热塑性塑料,最好的耐高温塑料,结晶熔点高达327℃,几乎完全是化学惰性的,具有自润滑性或非粘性,不易被组织液浸润。
应用
主要用于人工输尿管、胆管、气管、喉、韧带和肌腱人工血液、人工心脏瓣膜、下颌骨、髋关节和皮肤、增强皮肤、修复眼眶骨、组织引导再生材料、人工血管、涤纶缝线和涂层、外科用引流管及插管、巩膜的系扣和在耳鼻手术上作为插入的薄膜以防止粘连;食管扩张器、心脏瓣膜的缝合环、血液相容性丝绒、修补肺动脉和室间隔的缺损、血管闭塞物、缝线及动脉修补、包裹动脉癌及内淋巴液分流器等。
聚丙烯腈(PAN,用做中空纤维膜)
聚酰胺纤维(PA,纤维,织物)
合成生物可降解纤维材料
聚乳酸(PLA)
原料
以乳酸为基本原料制得的。
所有碳水化合物富集的物质,例如粮食、有机废弃物(如玉米芯或其它农作物的根、茎、叶、皮,城市有机废物,工业下脚等)都是乳酸生产的原料。
合成
聚乳酸的合成方法通常有两种,即丙交酯(乳酸的环状二聚体)的开环聚合和乳酸的直接聚合(工艺简单,但得到的聚合物分子量低,且所得聚合物分子量分布较宽,其力学性能、降解性能等不能满足生物医学的需要)。
(高分子量10万、昂贵丙交酯聚合)
生物合成法制取聚乳酸
即培养、筛选合适的微生物,在体内直接合成聚乳酸,并通过一定的方法提取聚乳酸。
该法可达到清洁生产,同时可进一步降低生产成本、提高产品的各种性能指标,扩大市场应用范围。
聚乳酸的结构与性能
聚乳酸也称为聚丙交酯,是一种线型聚酯类高分子。
由于原料乳酸是光活性物质,有D型和L型两种光学结构体。
因此聚乳酸亦有:
聚D-乳酸(PDLA)
聚L-乳酸(PLLA)
聚D,L-乳酸(PDLLA)
降解
分子量越高,降解越慢。
降解首先发生在聚合物无定型区。
随后(约21d),结晶区大分子开始降解,随着分子量的降低和一些疏水性甲基从大分子链上断裂,聚合物的机械强度减弱,亲水性和溶解性增加,随着水分子扩散进入材料的速度加快,水解反应自动加速。
50d后,结晶区完全消失,随后,材料明显失重和溶解直至完全消失。
聚乳酸制成的塑料和纤维,废弃在自然界中能在六个月内被常见的微生物完全分解而消失。
聚乳酸水解的中间产物为乳酸,它是体内糖的正常代谢产物,可循乳酸的代谢途径参与体内生化代谢,最终生成无害的小分子水和二氧化碳。
故该聚合物无毒、无刺激性、体内可吸收,具良好的生物相容性。
而且其降解产物二氧化碳和水通过光合作用又可变成淀粉,这样可在自然界中循环。
制备技术
聚乳酸及其共聚物的纺丝可采用溶液纺丝和熔融纺丝来实现。
聚乳酸的溶液纺丝主要采用干纺-热拉伸工艺。
通过干纺制得的纤维的机械性能要优于熔纺纤维。
但由于溶液纺丝法的工艺较为复杂,溶剂回收困难,纺丝环境恶劣。
同时所采用的溶剂有毒,这在聚乳酸合成的成本较高的情况下,使其最终产品成本更高,从而限制了其应用。
由于熔纺同溶液纺丝相比具有经济上的优势,因此熔纺领域的研究非常活跃,工艺和设备正在不断地改进和完善,它已成为乳酸纺丝成形加工的主流。
应用
1)外科手术缝线
PLA及其共聚物由于具有生物降解性和体内可吸收性,用作外科手术缝线能够促进伤口愈合并随后降解吸收。
理想的手术缝线材料应具有较强的初始抗张强度和与伤口愈合时间相吻合的降解速率。
1975年上市的聚乙交酯-丙交酯手术缝合线Vicryl手感好,具有良好的力学性能及组织相容性。
近年的研究主要集中在:
合成高分子量的PLA,改进缝线加工工艺,提高缝线机械强度;
合成光活性聚合物PDLA、PLLA,因为半结晶的PDLA、PLLA比无定形PDLA具较高的机械强度、较大的拉伸比率及较低的收缩率,更适合作手术缝线;
设计多功能化的PLA缝合线。
2)骨内固定装置
PLA纤维可用来增强PLA,大幅度提高固定材料的初始强度。
3)组织工程材料
以PLA纤维为原料可以编织或组织工程支架,通过对支架微环境的调节,实现对细胞生长和功能的控制,从而开发可移植组织和部件或体外装置,以达到可修复和重建缺失功能的目的。
4)牙周再生片
牙周片是一种引导性组织再生器具,即采用膜状物作为屏障,阻控龈组织与根面的接触,腾出空间供骨膜韧带及(或)齿槽骨的原有细胞生长,达到牙周病痊愈的效果。
以PLA纤维为原料可以编织为人体吸收的牙周再生片。
5)神经导管
6)其他
由于PLA纤维具有很好的力学性能和生物可降解性,因此用作尿布、绷带和用即弃工作服等,其废弃物埋入土壤后可在6个月内被分解掉。
(二)聚乙交酯(PGA)纤维
概述
聚乙交酯是由羟乙酸为单体,通过其二聚体的开环体聚合而成的。
与PLA一样,它也可以制成复丝,然后编织成手术缝合线。
这种缝合线的强度大于肠衣线,而且与普通肠衣线相比,其炎症反应也少得多。
它在活组织内大约在10~18周被吸收,其吸收周期比PGLA缝合线长,但其强度保持情况比PGLA缝合线差。
早在20世纪60年代,它就以“Dexon”的商品名投放市场。
由乙交酯或丙交酯开环聚合得到的聚酯PGA或PLA的反应式如下式所示。
1.聚b-羟基丁酸酯及其共聚物
聚b-羟基丁酸酯(PHB)是一种微生物合成的聚酯。
PHB及其共聚物通称为聚羟基脂肪酸酯(PHA),是将糖类喂入细菌培养产生的。
PHA存在于细胞内,通过萃取取出,PHA重量可占细菌重的90%。
PHB和PHA具有生物降解性,主要发生酶降解反应,在其它条件下,降解速度很慢或步降解。
PHB和PHA已用在医疗、农业和日常生活用品上。
在医疗领域可作中长期降解用的手术缝合线、骨钉、棒、板、医用敷料、长效药物的控制释放载体。
与PLA一样,PHB和PHA可通过熔体纺丝制成长丝,然后编织成手术缝合线。
2.聚已内酯纤维
聚已内酯(PCL)是一种半结晶性聚合物,其熔点为59~640C,玻璃化温度为-600C。
其结构重复单元上有五个非极性亚甲基和一个极性酯基,这样的结构使得PCL具有很好的柔韧性和加工性,其力学性能与聚烯烃相似。
这种材料具有很好的生物相容性和生物降解性。
PCL可纺制成长丝,然后编织成手术缝合线,降解时间在2年左右,常通过共聚改性而加快其生物吸收速率。
应用
外科缝合线
伤口敷料
固定装置
牙科
组织工程
①骨修复
1.4.3可生物吸收纤维材料
定义:
广义上,是指生物体内能逐渐被破坏,最后完全从生物体内消失的一类材料。
狭义上,应用于医学领域内,能在机体生理环境下,通过水解、酶解,从高分子物质降解成对机体无害的小分子物质,并且这些小分子通常是体内自身就存在的,如氨基酸等最后通过新陈代谢完全吸收和排泄,并对机体无毒副作用的一类聚合物或聚合物复合材料。
应用:
可吸收缝合线和补片、药物控释体系的载体材料、骨折固定材料、医用抗粘剂、组织工程支架材料
功能:
四种类型的可降解材料(Fourmaintypesofdegradableimplants)
thetemporarysupport短期的支撑材料:
PGAPGLAPDS
thetemporarybarrier短期抗粘连材料
thedrugdeliverydevice药物控释载体
multifunctionaldevices多功能复合材料
降解机理:
高分子材料在体内最常见的降解反应为水解反应,包括酶催化水解和非酶催化水解。
能够通过酶专一性反应降解的高分子称为酶催化降解高分子;
而通过与水或体液接触发生水解的高分子称为非酶催化降解高分子。
生物材料在体内的酶解机制
酶促水解作用
酶促氧化作用
自由基作用
易水解的键:
酸酐Anhydrides:
R1(CO)O(CO)R2
酯Esters:
R1(CO)OR2
碳酸酯Carbonates:
R1O(CO)OR2
酰胺Amides:
R1(CO)NHR2
本体降解bulkdegradation:
水分子侵入材料
引起材料内
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