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【摘要】 性能优异的高分子化合物向医学提供大量的医用材料、医用辅料，为防病治病提供了新的手段。本文着重从高分子化合物在医疗用品、组织工程、药物控缓释体系、骨内固定装置等的应用方面进行综述。
【关键词】 合成高分子;材料;医学;应用
Application of synthetic macromolecular compounds in medicine
CHEN Feng-lei，WUYu，CHEN Li，et al.
Chengdu Medical College，Chengdu610083，China
【Abstract】 High-quality macromolecular compounds are applied in lage quantities in the production of medical materials and supplementaries and provide a new medium to prevent and cure diseases.This article is emphasized on the general application of macromolecular compounds in medical products，tissue engineering medicine-controlling slow discharging system，and retainers laid in bones.
【Key words】 synthetic macromolecular;material;medicine;application
1 前言
人类的活动与高分子化合物有着密切的关系。在日常生活中，人们一直在应用天然的高分子化合物，如日常膳食的淀粉和蛋白质，衣着的棉、麻、丝、毛和皮等，都是天然的高分子化合物。生物体也依赖各种生物高分子，如蛋白质、核酸、糖类等维持其生理功能。20世纪30年代以后，人工合成了众多的高分子化合物，并逐渐应用于医学领域。目前信息技术、能源技术和生命科学已构成当今科学发展的三大领域，与之相适应的“新材料革命”也在蓬勃发展，具有优异性能的高分子材料发挥了重要作用，高分子科学的发展促进了医药学的进步，向医学提供了越来越多的医用材料、医用辅料，为防病治病提供了新的手段。高分子化合物特别是应用于机体内的医用高分子，应满足下述要求:化学稳定性高;能经受消毒措施并且与体液接触不发生变化;不致癌;不溶血;不凝血;不过敏;不引起炎症以及长期植入体内不会丧失原有的机械性能等。据统计:目前高分子材料在医学上应用的有90多个品种，1800余种制品。西方国家在医学上耗用的高分子材料每年以10%～15%的速度增长 ［1］ 。
2 应用
2.1 医疗器件 高分子材料制的医疗器件有一次性医疗用品（注射器、输液器、检查器具、护理用具、麻醉及手术室用具等）、血袋、血液导管、尿袋及矫形材料等。一次性医疗用品多采用常见高分子材料如聚丙烯和聚4-甲基-1-戊烯制造。血袋一般由软PVC或LDPE制成。由PUQ制的绷带固化速度快，质轻层薄，不易使皮肤发炎，可取代传统的固定材料—石膏用于骨折固定。硅橡胶、聚酯、聚四氟乙烯、聚酸酐及聚乙烯醇等都是性能良好的矫形材料，已广泛用于假肢制造及整形外科等领域。
据美国马萨诸塞州的Lowell大学统计分析，年消耗价值达三十多亿美元的医用高分子制品中，90%以上的塑料消耗于制造体外医疗用品。
2.2 组织工程 ［2］ 组织工程是在1987年由美国麻省理工学院化学系Robert Langer和波士顿儿童医院Jospb P.Vacantj正式提出。组织工程的出现为现代医学的发展和进步开辟了一个新领域。组织工程研究是利用生物相容性材料和生物机体材料组合成生物人工替代的技术学科。其目的是使用包括活细胞和细胞外基质的复合构建物来开发可移植组织和部件或体外装置以达到修复和重建缺失功能的目的 ［3］ 。组织工程构建物一般包括细胞支架和活细胞成分。细胞支架是由生物相容性天然材料（如胶原、琼脂糖和甲壳素等）或合成材料制备而成。目前已在肝细胞、皮肤细胞 ［4］ 、软骨、血管修复、神经修复 ［5］ 、视网膜色素上皮（RPE）细胞 ［6］ 和骨 ［7］ 等方面做过尝试。Beumar等用PLLA制成底层多孔、顶层致密的双层膜作皮肤替代品基材，底层供粘附皮肤及伤口，顶层作细胞培养，可用于三级烧伤及大规模皮肤缺陷的治疗，在移植部位及整个动物无过敏反应。RPE功能失调无有效治疗方法，但移植其上皮细胞可恢复其功能。Thomson等用溶液成型法制备PLGA致密少孔、弹性好、厚度为（12±3）μm的薄膜，移入胎儿的RPE细胞，在体外培养一段时间后植入可治疗因RPE丧失功能的眼病。合成高分子材料在组织工程中起着至关重要的作用。主要表现在:（1）用于细胞移植的免疫隔离膜;（2）非免疫细胞移植的骨架载体;（3）辅助组织再生的载体;（4）防止细胞附着和蛋白质通透的障碍。
在组织工程发展的早期，医学家和生物学家从机体的正常组分考虑，首先选用了天然高分子材料，例如天然的细胞外载体———胶原。但他们很快发现胶原难以成型加工，力学性质欠佳，来源不同性质差异较大，动物来源的胶原还有不同程度的免疫性。合成高分子材料除可以精确控制材料的分子量外，降解时间和疏水性太强，不利于细胞营养物质向材料内部扩散。因此，设计合成新的高分子材料体系，通过对不同材料的复合，合成出具有中等极性的生物降解高分子材料，是材料工作者面临的重大课题。
对高分子材料在组织工程中的应用，材料性能与生物医学效能方面还有许多问题需要深入研究 ［8］ :（1）如何设计对细胞无粘附作用的材料;（2）如何设计合成对所有细胞类型都具有粘附性的材料 ［6］ ;（3）如何设计仅对特定细胞具有粘附性的材料;（4）如何通过CAD设计构建三维细胞附着支架材料;（5）如何通过改变材料结构诱导某种细胞行为和 表型应答;（6）如何使材料降解之后形成的碎片不引起炎症和毒性反应;（7）如何通过细胞行为诱导材料降解;（8）如何实现材料通透性的适时控制;（9）探索克服在使用同种异体组织或细胞及异种组织或细胞时产生的免疫排斥反应的方法等 ［7］ 。
2.3 外科缝合线 ［9］ 外科缝合线可分为非吸收型和可吸收型。聚羟基乙酸、聚乳酸及其共聚物等可吸收型高分子用作外科缝合线，由于其具有生物降解性，在伤口愈合后自动降解并吸收，无需二次手术。1975年PLGA（LA/GA:90/10）用作手术缝合线（商品号Vicryl）投放市场，即受到医生青睐 ［10］ 。近来研究主要集中在以下几方面:（1）为提高缝合线的机械强度，需合成高分子量PLA，改进缝线加工工艺。Pennings等考察了聚合条件对分子量的影响，Postema等考察了干纺、湿纺及拉伸条件等对缝线结晶度、抗张强度的影响。同时，Benicewice等认为熔融纺丝的PLLA纤维能在更长的时间内维持其强度和稳定性;（2）光学活性聚合物的合成。半结晶的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，更适合于手术缝合线;（3）缝合线的多功能化。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，在缝线中加入增塑剂（如骨胶原、低分子量PLA及其他无机盐）增加缝线的韧性和调节聚合物的降解速率 ［11］ 。此外，用丙交酯与己内酯共聚物做可吸收手术纱布，Kricheldrof等已成功临床用于30位病人。
2.4 骨内固定装置 ［12］ 长期以来国内外一直采用不锈钢金属材料（如金属板、金属螺钉、髓内针等）作骨折内固定材料，由于其应力遮挡保护易形成骨质疏松，且愈合后需二次手术。早在1977年Kulkarni在美国军方的资助下将开环聚合得到的PLA制成棒状样品，初始强度达42～51MPa，并将2mm厚的PLA片用于猴踝骨试验，Getter等将PLA制成骨板和骨钉应用于狗骨折固定。但由于聚合物材料强度不够，采用常规的注模法、压模法制造的骨折内固定装置机械强度仍有不足。进入80年代以来，PLA类骨折内固定材料研究活跃，Bostman等5年内用PLA作骨科固定材料治疗了881例不同类型的骨折病人，在治疗同时与金属板钉比较，结果无明显差异 ［13］ 。概括起来有三方面的进展:（1）立体选择性合成PLLA。Claes等用PLLA作骨折内固定材料临床研究了57位病人，被认为是最有希望的骨折内固定材料。但近来报道PLLA植入后3年，在缓慢降解的后期出现炎症和肿胀并发症 ［14］ ，可能是由于降解速度慢，长期存在的未降解部分产生副作用。（2）高分子量PDLLA的合成。PDLLA具有更好的生物相容性，但难于获得高分子量的材料一直阻碍其发挥作用。（3）增强技术的应用。用PGA纤维、PLA纤维、碳纤维等增强PLA，可大幅度提高固定材料的初始强度，具有相当的承载能力，可与金属螺钉的强度相媲美。最近报道的超高强度拉伸PLLA的弯曲强度可以达到240MPa ［14］ 。
3 研究展望
近年来，医用高分子材料的研究与发展突飞猛进，从人工器官到高效、定向的高分子药物控缓释体系的研究 ［15］ ，几乎遍及生物医学各个部门。医用高分子是一门生命科学、材料科学与高分子化学交叉的新兴学科，它是功能高分子中最重要和发展最快的一个领域，也是高分子科学的前沿。
目前在医用可生物降解高分子材料的研究中，有以下几方面趋势:（1）医用可生物降解高分子材料的应用领域将进一步拓宽;（2）各种性能更优异的共聚物、微孔材料、复合材料的研究将得到强化;（3）对可生物降解材料的特性和降解产物的生物效应的研究尚需加强;（4）生物技术在医用高分子的合成方面具有很大的应用前景。
此外，开发安全的生物降解材料添加剂及不需添加剂的降解性高分子材料也是这一领域的重要研究课题。预计21世纪生物医学材料及其制品的发展将成为国民经济的支柱产业。
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作者单位:1 610081四川成都，成都医学院化学教研室
2 610041四川成都，四川省产品质量监督检验检测院
（编辑:一 坤）