关于可降解生物材料的试验.docx

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关于可降解生物材料的试验

关于可降解生物材料的试验

　　篇一：

可降解生物材料　　合成高分子材料具有质轻、强度高、化学稳定性好以及价格低廉等优点，与钢铁、木材、水泥并列成为国民经济的四大支柱。

然而，在合成高分子材料给人们生活带来便利、改善生活品质的同时，其使用后的大量废弃物也与日俱增，成为白色污染源,严重危害环境,造成地下水及土壤污染,危害人类生存与健康，给人类赖以生存的环境造成了不可忽视的负面影响。

另外，生产合成高分子材料的原料——石油也总有用尽的一天，因而，寻找新的环境友好型材料，发展非石油基聚合物迫在眉睫，而可生物降解材料正是解决这两方面问题的有效途径。

　　生物降解材料,亦称为“绿色生态材料”,指的是在土壤微生物和酶的作用下能降解的材料。

具体地讲,就是指在一定条件下,能在细菌、霉菌、藻类等自然界的微生物作用下,导致生物降解的高分子材料。

理想的生物降解材料在微生物作用下,能完全分解为CO2和H2O。

　　生物降解材料的分解主要是通过微生物的作用,因而,生物降解材料的降解机理即材料被细菌、霉菌等作用消化吸收的过程。

　　首先,微生物向体外分泌水解酶与材料表面结合,通过水解切断表面的高分子链,生成小分子量的化合物,然后降解的生成物被微生物摄入体内,经过种种代谢路线,合成微生物体物或转化为微生物活动的能量,最终转化成CO2和H2O。

在生物可降解材料中,对降解起主要作用的是细菌、霉菌、真菌和放线菌等微生物,其降解作用的形式有3种:

生物的物理作用,由于生物细胞的增长而使材料发生机械性毁坏；生物的生化作用,微生物对材料作用而产生新的物质；酶的直接作用,微生物侵蚀材料制品部分成分进而导致材料分解或氧化崩溃。

　　根据降解机理生物降解材料可分为生物破坏性材料和完全生物降解材料。

生物破坏性材料属于不完全降解材料,是指天然高分子与通用型合成高分子材料

　　共混或共聚制得的具有良好物理机械性能和加工性能的生物可降解材料,主要指掺混型降解材料；完全生物降解材料主要指本身可以被细菌、真菌、放线菌等微生物全部分解的生物降解材料,主要有化学合成型生物降解材料、天然高分子型和微生物合成型降解材料等。

　　掺混型生物降解材料

　　掺混型生物降解材料是指将两种或两种以上高分子物

　　聚己内酯是一种无毒、具有良好生物相容性和血液相容性的生物降解材料，近年来广泛应用于现代医学中。

　　通常认为，要进入商业流通渠道的生物降解材料的热稳定温度应不低于60°C，而PCL在60°C之前就已经软化熔融，这严重影响了它在医药领域的应用。

　　聚乳酸

　　聚乳酸是一种比较实用的生物降解材料。

它的原料是淀粉和纤维素等，属于绿色产品，因此深受环境保护者的关注。

乳酸在自然条件下容易生物降解而不带来任何环境问题，因此PLA在自然界中看不到。

　　与其它可降解聚合物相比，在自然条件下PLA显示出相当慢的降解速率。

通过对PLA的改性可以控制其降解速率。

　　PLA降解的早期阶段被认为是化学水解，因此加入一些亲水性成分到聚合物中可以加速PLA的降解。

另外一种方法是通过共混降低PLA的结晶度以达到同样目的。

　　聚乙醇酸

　　纤维由于强度较高、无毒性，与机体相容性良好，作为缝合线已在临床得到应用。

但由于PGA柔性较差，作为手术缝合线可能会给人体组织带来损伤。

　　聚乳酸乙醇酸共聚物

　　聚乳酸乙醇酸共聚物是采用高新化工技术，由乳酸和乙醇酸按一定配比共聚所得到的

　　一种新型高聚物材料。

　　由于PGLA具有良好的抗张强度、生物相容性和良好的降解性，对人体无毒、无积累，所以经再

　　加工可制成人体可吸收医用缝合线。

它是一种在医学上很有应用前景的高分子生物医用材料，因此具有极高的商业价值和社会效益。

　　PGLA共聚物纤维具有强度较高、伸长适中、无毒性、无刺激、生物相容性好、柔韧性好，吸收

　　周期为60～75天。

　　PGLA共聚物随着其共聚比例的不同形成了多种产品，可用于不同场合。

一般来说，用于生产医

　　用缝合线的原料希望其结晶度小些。

而用于正骨材料则希望其强度大些。

　　二氧环己酮聚合物

　　美国Ethicon公司于70年代后期又开发了商品名为PDS的聚对二氧环己酮单纤维缝合线。

由于PDS大分子链中有醚键，分子链柔性大，故可制成各种尺寸的单丝缝合线。

　　与PGLA相似，PDS在体内靠水解来降解。

　　伤口敷料

　　甲壳质及其衍生物

　　1823年－Odier从虾、蟹壳中得到了含氮很高的类纤维多糖物质，并命名为甲壳质。

　　1859年－Rouget将CHITIN用浓碱加热处理，得到了脱乙酰化甲壳质，即甲壳胺。

　　甲壳质及其衍生物具有独特的无毒、抗菌、良好的生物相容性、良好的可吸收性以及抗炎、不

　　过敏、能促进伤口愈合等优异的生物特性。

　　骨胶原纤维

　　骨胶原纤维是通过重新组构牛屈肌腱的骨胶原悬浮液制成的。

　　作为医用材料的特点在于：

生物适应性优良、无抗原性、生物体吸收性良好等，因此国内外正

　　将其开发和应用于伤口保护。

　　海藻酸

　　海藻酸是从海藻植物中提炼的多糖物质。

　　当海藻酸用于伤口接触层时，它与伤口之间相互作用，会产生海藻酸钠、海藻酸钙凝胶。

这种

　　凝胶是亲水性的，可使氧气通过而细菌不能通过，并促进新组织的生长。

　　骨钉－聚乳酸

　　传统的骨钉为金属材料，但需进行二次手术。

　　以乳酸聚合物为材料的新型骨钉表面有造型，能够牢牢地固定住骨头，其稳定性和安全性完全可与钛合金媲美。

　　采用聚乳酸为骨钉原料，这种新型螺钉可以在人体内经过2～5年的时间后自行分解，避免了骨折患者进行二次手术。

　　这种可被人体吸收的骨钉安全程度不亚于原先一般骨外科医生所使用的钛合金骨钉，并且新型骨钉不像钛合金骨钉那样容易受到温度及气候的影响。

　　聚乳酸骨钉尤其适用于小骨和软骨的固定。

　　新骨钉固定后同样可用X光观察外科手术成功与否。

　　材料昂贵，骨钉成本偏高。

　　血管支架－聚乳酸

　　血管内支架植入术是目前用于治疗血管狭窄性病变最为快捷有效的方法之一。

　　传统的金属支架会对血管的慢性损伤和机械性刺激，成为临床亟待解决的问题。

　　采用聚乳酸制作支架基杆，通过材料改性控制支架在体内的降解时间，使支架在完成血管的支撑后自然降解为二氧化碳和水排出体外，对人体无任何不良影响。

　　组织工程支架

　　“组织工程”一词是美国国家科学基金会于1987年正式提出和确定的。

目前，美国已有相当数量的研究机构、大学以及许多公司参与了组织工程的研究，发展迅猛，在许多方面取得了重大进展。

组织工程载体材料的研究主要涉及两方面的内容：

生物可降解材料的选用和多孔载体材料的制备。

　　其它－药物可控缓释、治肝癌用的栓塞剂

　　篇三：

生物可降解金属材料体外腐蚀测试体系综述　　由于生物降解性金属材料，所带来的负面效应的永久在体内存在的植入物的减少，如炎症引起的心血管支架，再狭窄和应力遮挡引起的骨科植入物。

镁合金和铁合金两种生物降解这是研究人员所关注的金属。

动物实验和临床试验的已经证明的安全性和可行性生物可降解金属作为植入物，但同时有些缺点也暴露无遗。

尽管巨大的这两种合金，快速降解率的潜力镁为基础的生物医学植入物和缓慢降解在铁基生物医学植入率生理环境中施加严格的限制许多临床应用。

为了开发新种合金和评估的生物腐蚀特性材料，有一定的体外腐蚀系统应建立了可以模拟的降解过程金属植入物在体内。

　　体外腐蚀试验模拟并评估在体内通过一系列的体外方法，可降解过程如电化学测试，失重试验和氢进化试验。

研究人员在体外构建不同各种电解质溶液和模拟系统样品表面的不同比例，以溶液的体积，这会导致数据的不可比性。

因此，除了主观处理的材料，如元件的选择，表面涂层，并且处理技术，客观条件应尽可能一致可能和接近体内条件。

为了建立一个更合适的体外试验系统中，四个方面进行了讨论如下：

1）电解质溶液选择;2）表面粗糙度的影响力;3）测试方法：

电化学测试和浸泡试验;4）评价腐蚀速率的方法.

　　镁合金

　　镁的溶解在水环境中一般通过电化学与水反应所得产生的Mg2和H2。

全面腐蚀镁合金的反应还没有被研究系统。

然而，这是合理的预期镁合金的腐蚀反应是类似的纯镁。

李等人报道的主要腐蚀产品的镁合金在体内和体外Mg2。

在体外培养体系中，腐蚀过程主要包括化学反应如下：

　　Mg→Mg2++2e

（1）2H2O+2e→H2↑+2OH

（2）Mg2++2OH→Mg（OH）2↓（3）

　　Li等揭示了腐蚀过程并且在随后的羟基磷灰石的形成镁钙的在合金/水溶液生物腐蚀模型接口，如图1所示。

也可以用该模型描述其它镁合金的腐蚀过程。

　　Fe合金

　　从析氢反应不同镁合金，Fe合金出现氧化吸收腐蚀在水性环境中。

基于该浸泡在汉克的解决方案中的Fe的测试结果，该降解的作用机理是通过moravej等人的建议如下。

当铁浸渍在溶液中或暴露于该溶液流，它被氧化成Fe2+的基础上反应式如下：

Fe→Fe2++2e（4）

　　一些Fe2+的可以下转化为Fe3+碱性pH和氧的环境条件Hank溶液和Fe3的制备：

1/2O2+H2O+2e→2OH（5）Fe2++2OH→Fe（OH）2（6）

　　Fe2+→Fe3++e（7）

　　Fe3++3OH→Fe（OH）3（8）

　　当溶液被充气并且在存在氯离子，铁3的水解和针铁矿）沉淀。

Fe2会再与FeO的一部分反应和磁铁矿形成：

　　Fe（OH）2+2FO（OH）→Fe3O4+H2O（9）

　　从溶液中析出的Ca和P元素随着氢氧化物和氧化物形成的表面铁负责的最初几天之后减少。

图2示出的Fe-Mn的降解机理在修改的降解动态试验过程中合金Hank溶液。

　　图1.合金/溶液腐蚀的接口原理图：

Mg和Mg2Ca相之间的电偶腐蚀；部分保护膜覆盖Mg2Ca合金表面；将镁吸附的氯离子2为氯化镁；羟基磷灰石的形成由消耗的Ca2+和3PO4；瓦解掉颗粒形状的残留体衬底

　　图2.Fe-Mn系合金的腐蚀机理：

初始腐蚀反应;氢氧化物层的形成;坑的形成;钙/磷层的形成

　　电解质溶液的选择

　　通过体外试验获得体内的腐蚀数据，最重要的因素是合适的电解质解决方案系统。

各种溶液的系统已经在过去的十年里用来模拟体液。

该主要类型的解决方案，包括：

％NaCl水溶液解决方案，SBF，汉克的，PBS，DMEM培养基等。

表1总结了不同的模拟人体的组成。

　　材料显示不同的腐蚀行为的不同的解决方案。

表2列出了电化学数据AZ91镁合金在不同模拟人体的解决方案。

服用AZ91D例如，腐蚀电流密度在％NaCl水溶液解决方案由姚等人测试过小于数量级。

即使在类似的解决方案，结果可能有很大的差距。

在M-SBF的Jcorr为μ

　　A/cm2，而在M-SBF是μA/cm2。

这样的电解质溶液中的某些组合物是必不可少的到测试系统。

　　表1组成的不同模拟体液

　　表2AZ91合金在各种电化学数据模拟体解决方案