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科学研发    

可完全生物降解聚酯材料研究

   

聚氨酯材料以其优异的力学强度、高弹性、耐磨性、润滑性、耐疲劳性、生物相容性、可加工性等而被广泛用于长期植入的医用装置及人工器官,比如心脏起博器绝缘线、人工血管、介入导管等。在长期植入体内的材料中,目前仍没有哪种材料具有聚氨酯一样优异的综合性能。但聚氨酯作为生物吸收材料的主要问题是目前所使用的硬段异氰酸酯(主要是芳香族异氰酸酯)的降解产物具有生物毒性。对于医用可生物降解聚氨酯材料,无毒、更好的生物相容性是广大科技工作者需要解决的难题。近年来,随着人们对健康和环境问题的日益关注,对医用可生物降解聚氨酯材料的要求愈来愈高。因此,笔者对目前国内外出现的可生物降解聚氨酯材料在医用方面的研究进行综述。
  
1 可生物降解聚氨酯的结构


聚氨酯是大分子主链中含有重复的氨基甲酸酯链段的高聚物。通常聚氨酯主链是由玻璃化转变温度(Tg)低于室温的柔软链段(即软段)和Tg高于室温的刚性链段(即硬段)嵌段而成。软段由低聚物多元醇(如聚酯、聚醚)构成,硬段由二异氰酸酯和低分子扩链剂(如二胺和二醇)构成。在聚氨酯的合成过程中,可以通过选择不同的嵌段和调节软硬段间的比例对聚氨酯进行设计(如刚性的、柔性的、线性的或支形的),构造出适应不同要求的聚氨酯。目前医用生物降解型聚氨酯材料的合成主要是通过共混或共聚的方法引入可生物降解成分或基团作为软段,如聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚羟基乙酸(PGA)及其共聚物等;以聚二异氰酸酯作为硬段,如2,6-二异氰酸酯、1,4-二异氰酸酯等,形成软硬段的嵌段结构,通过调节软硬段的比例来控制其降解速率、弹性模量、结晶度等主要性能。
另一方面,在聚氨酯弹性体中,由于硬段的极性强,相互之间引力大,在热力学上具有自发分离的倾向,属热力学不相容体系,可引起微相分离。其微相表面结构与生物膜极为相似,由于存在着不同表面自由能分布状态,改进了材料对血清蛋白的吸附力,抑制了血小板的粘附,减少了血栓的形成,因此聚氨酯具有比其它材料更好的生物相容性。
   
2 可生物降解聚氨酯的类型及特点


脂肪族聚酯属可完全生物降解塑料,是生产一次性日常消费品和一次性医疗用品的主要材料之一。随着人们生活水平的提高和对健康、环保类用品的追求,使得脂肪族聚酯的市场需求逐年提升。但由于脂肪族聚酯热变形温度低,造型其制品的使用和运输湿度都不能高于60度;而在医疗卫生领域,传统的消毒方法不能完全杀灭该材料内部的病菌,极易产生二次污染。为此,如何提升脂肪族聚酯的耐热性,研发出高级的消毒方法,使该材料在更广泛领域得到应用,更好地造福人民,日益成为国家的重要需求。
   

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