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科學研發    

可完全生物降解聚酯材料研究

   

聚氨酯材料以其優異的力學強度、高彈性、耐磨性、潤滑性、耐疲勞性、生物相容性、可加工性等而被廣泛用于長期植入的醫用裝置及人工器官,比如心臟起博器絕緣線、人工血管、介入導管等。在長期植入體內的材料中,目前仍沒有哪種材料具有聚氨酯一樣優異的綜合性能。但聚氨酯作為生物吸收材料的主要問題是目前所使用的硬段異氰酸酯(主要是芳香族異氰酸酯)的降解產物具有生物毒性。對于醫用可生物降解聚氨酯材料,無毒、更好的生物相容性是廣大科技工作者需要解決的難題。近年來,隨著人們對健康和環境問題的日益關注,對醫用可生物降解聚氨酯材料的要求愈來愈高。因此,筆者對目前國內外出現的可生物降解聚氨酯材料在醫用方面的研究進行綜述。
  
1 可生物降解聚氨酯的結構


聚氨酯是大分子主鏈中含有重復的氨基甲酸酯鏈段的高聚物。通常聚氨酯主鏈是由玻璃化轉變溫度(Tg)低于室溫的柔軟鏈段(即軟段)和Tg高于室溫的剛性鏈段(即硬段)嵌段而成。軟段由低聚物多元醇(如聚酯、聚醚)構成,硬段由二異氰酸酯和低分子擴鏈劑(如二胺和二醇)構成。在聚氨酯的合成過程中,可以通過選擇不同的嵌段和調節軟硬段間的比例對聚氨酯進行設計(如剛性的、柔性的、線性的或支形的),構造出適應不同要求的聚氨酯。目前醫用生物降解型聚氨酯材料的合成主要是通過共混或共聚的方法引入可生物降解成分或基團作為軟段,如聚乳酸(PLA)、聚己內酯(PCL)、聚羥基乙酸(PGA)及其共聚物等;以聚二異氰酸酯作為硬段,如2,6-二異氰酸酯、1,4-二異氰酸酯等,形成軟硬段的嵌段結構,通過調節軟硬段的比例來控制其降解速率、彈性模量、結晶度等主要性能。
另一方面,在聚氨酯彈性體中,由于硬段的極性強,相互之間引力大,在熱力學上具有自發分離的傾向,屬熱力學不相容體系,可引起微相分離。其微相表面結構與生物膜極為相似,由于存在著不同表面自由能分布狀態,改進了材料對血清蛋白的吸附力,抑制了血小板的粘附,減少了血栓的形成,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類型及特點


脂肪族聚酯屬可完全生物降解塑料,是生產一次性日常消費品和一次性醫療用品的主要材料之一。隨著人們生活水平的提高和對健康、環保類用品的追求,使得脂肪族聚酯的市場需求逐年提升。但由于脂肪族聚酯熱變形溫度低,造型其制品的使用和運輸濕度都不能高于60度;而在醫療衛生領域,傳統的消毒方法不能完全殺滅該材料內部的病菌,極易產生二次污染。為此,如何提升脂肪族聚酯的耐熱性,研發出高級的消毒方法,使該材料在更廣泛領域得到應用,更好地造福人民,日益成為國家的重要需求。
   

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