Biologisch afbreekbare materialen en hun toepassingen in de biogeneeskunde

Biologisch afbreekbare materialen en hun toepassingen in de biogeneeskunde

Met de voortdurende ontwikkeling van medische technologie en de toenemende verbetering van de levensstandaard van mensen, worden verschillende soorten medische materialen op grote schaal gebruikt in menselijke weefsels. De compatibiliteit, bloedcompatibiliteit en afbreekbaarheid tussen medische materialen en menselijke weefsels. Mensen besteden steeds meer aandacht aan andere zaken. Het volgende is een systematische analyse en discussie over de toepassing van biologisch afbreekbare materialen op biomedisch gebied. Eerst wordt een voorlopige analyse gemaakt van het afbraakprincipe van biologisch afbreekbare materialen, en vervolgens worden de gangbare biologisch afbreekbare materialen op biomedisch gebied geanalyseerd volgens de proces- en bronnormen. Classificeer en introduceer de toepassing van enkele typische materialen in de biogeneeskunde.

1. Afbraakprincipe van biologisch afbreekbare materialen

Biologisch afbreekbare materialen interageren met de biologische omgeving van verschillende factoren, zoals lichaamsvloeistoffen, organische macromoleculen, enzymen, vrije radicalen, cellen, enz., En worden geleidelijk afgebroken tot verbindingen met een laag molecuulgewicht door een reeks reacties zoals hydrolyse, enzymolyse en oxidatie. monomeer. Na opname, vertering en metabolische reacties worden de afbraakproducten uit het lichaam uitgescheiden of nemen ze deel aan het normale metabolisme van het lichaam om door het lichaam te worden opgenomen om het afbraakproces te voltooien. Als de lichaamsvloeistof vanuit het weefsel het biologische materiaal binnendringt of een bepaald bestanddeel van het biologische materiaal wordt opgelost in de lichaamsvloeistof, zal het materiaal door de toename in volume uitzetten en zijn eigen substantie afscheiden. Dit proces vernietigt de waterstofbinding en van der Waals-kracht van het materiaal zelf. , Veroorzaakt scheuren of holtes in het materiaal en uiteindelijk zal het materiaal geleidelijk chemische afbraak ondergaan in de biologische omgeving. In de klinische praktijk hopen mensen dat de geïmplanteerde biologisch afbreekbare materialen ook de differentiatie- en degradatiereacties zullen voltooien tijdens de biologische weefselbehandelingsperiode volgens dezelfde procedure, om de ontsteking of stressreactie van het lichaam als gevolg van de geïmplanteerde&# 39 te vermijden. materialen. We weten dat de behandeltijd voor huidweefsel gewoonlijk binnen 3 tot 10 dagen ligt, de behandeltijd voor visceraal weefsel gewoonlijk tussen 1 en 2 maanden en de behandeltijd voor grote orgaanweefsels vaak 6 maanden of meer. Nadat biologisch afbreekbare biomaterialen in het menselijk lichaam zijn geïmplanteerd, hebben hun afbraakprestaties en afbraakproducten een grote invloed op de biologische omgeving, materiaalreacties en reacties van het menselijk lichaam. De langzame afbraaksnelheid of de lange verblijftijd van afbraakproducten kan gemakkelijk ontstekingen in menselijke weefsels veroorzaken. , Trombose en andere bijwerkingen. Studies [6] hebben aangetoond dat het afbraakproces en de voortgang van de meeste biologisch afbreekbare materialen niet consistent zijn met de best verwachte resultaten. Daarom moeten bij het onderzoek en de klinische toepassing van biologisch afbreekbare materialen de afbraakgerelateerde problemen van biologisch afbreekbare materialen met de nodige voorzichtigheid worden behandeld, met name de afbraaksnelheid en afbraakproducten.

2. Basisclassificatie en toepassing van biologisch afbreekbare materialen

Biologisch afbreekbare materialen worden gebruikt in het menselijk lichaam en moeten aan strikte voorwaarden voldoen wat betreft het materiaal zelf en de effecten ervan op het menselijk lichaam: gemakkelijk te verwerken, lage prijs, gemakkelijk te steriliseren, duidelijke afbraaktijd, biologische stabiliteit en mechanische eigenschappen om te voldoen aan de behoeften van de implantatieplaats, goede histocompatibiliteit, bloedcompatibiliteit en mechanische compatibiliteit, geen pyrogeenreactie, genetische toxiciteit, teratogeniteit en carcinogeniteit, geen irritatie en sensibilisatie.

Momenteel kunnen biologisch afbreekbare materialen worden geclassificeerd volgens verschillende processen en bronnen, waaronder natuurlijke polymeer afbreekbare materialen, microbiële synthetische afbreekbare polymeermaterialen en chemisch gesynthetiseerde afbreekbare polymeermaterialen [3,9]. De specifieke classificatie en toepassing worden als volgt samengevat:

1. Natuurlijke polymeer biologisch afbreekbare materialen

Momenteel omvatten de meest algemeen gebruikte biologisch afbreekbare materialen van natuurlijk polymeer op biomedisch gebied voornamelijk gelatine, collageen, polysacchariden en zijdefibroïne.

(1) Gelatinemateriaal

Gelatine is meestal afkomstig van zoogdierhuid, botten, pezen, staart en ander weefsel. Het meest opvallende kenmerk is in water oplosbaar polymeer, dat langzaam uitzet en zachter wordt na het absorberen van water, en biocompatibiliteit, gelering en biologische afbreekbaarheid heeft. Gebruikmakend van de eigenschappen van gelatine, gemakkelijk te vormen, afbreekbaar door enzymen en gemakkelijk op te nemen door het menselijk lichaam, kan het worden gebruikt als materiaal met langzame afgifte in dragers van geneesmiddelen, excipiënten of omhulsels met langzame afgifte; vanwege zijn goede luchtdoorlaatbaarheid en waterdoorlaatbaarheid. Als wondverband en kunsthuidmateriaal kan het vocht uit de wond of het optreden van secundaire infectieverschijnselen voorkomen; bovendien zijn gelatineplasmasubstituten afbreekbaar, niet-toxisch en niet-immunogeen, enz. Klinisch voordeel.

(2) Collageen

Collageen is het belangrijkste bestanddeel van bindweefsel, dat ongeveer 1/3 van het eiwitgehalte bij dieren uitmaakt. Het wordt voornamelijk aangetroffen in dierlijke weefsels, huid, ligamenten en kraakbeen. Het heeft de functies van het ondersteunen van lichaamsorganen, het handhaven van mechanische stabiliteit, elasticiteit en sterkte. Als natuurlijke biologische hulpbron heeft het de kenmerken van goede biocompatibiliteit, lage immunogeniteit en biologische afbreekbaarheid; klinisch gebruik heeft aangetoond dat collageen de reparatie, regeneratie en reconstructie van defecte weefsels aanzienlijk kan bevorderen; maar het ontbreekt aan voldoende. De mechanische sterkte kan worden verbeterd door modificatie van crosslinking of gebruik van composiet met andere biologische materialen]. Op dit moment wordt collageen op grote schaal gebruikt bij de bereiding van biologisch afbreekbare hechtingen, hemostatische middelen en wondverbanden, biologische pleisters, botreparatiematerialen, hemodialysemembranen, hemostatische middelen, dragers voor geneesmiddelafgifte en als steigers voor weefselmanipulatie, verschillende oogheelkundige behandelingen en andere aspecten. Gezien de complexiteit van klinische problemen en de behoefte aan productupgrades, zijn er echter nog veel problemen die moeten worden opgelost bij het toepassingsonderzoek van collageen, zoals de mogelijke immuunrespons van heteroloog collageen, de mogelijke cytotoxiciteit van residuele verknoping. agent, en implantatie. De mechanische sterkte en de beheersbaarheid van de afbraak van collageenachtige producten.

(3) Polysaccharidematerialen

Polysaccharidematerialen zijn meestal afgeleid van zetmeel, hyaluronzuur, heparine, chitine en andere ingrediënten, en hun biocompatibiliteit en biologische afbreekbaarheid zijn zeer ideaal. In de natuur is chitine rijk aan inhoud en is het een grote klasse van belangrijke polysacchariden behalve cellulose. Het is niet giftig en heeft geen bijwerkingen. Het heeft een goede affiniteit voor menselijke cellen, veroorzaakt geen afstoting en heeft een goede biocompatibiliteit en afbreekbaarheid. Bovendien heeft het ook de kenmerken van antibacterieel, antiviraal, antitumor, bevorderend voor wondgenezing en een sterk adsorptievermogen. Omdat chitine veel polaire groepen bevat, zoals waterstofbruggen en een hoge kristalliniteit heeft, is het onoplosbaar in zuur en alkali en onoplosbaar in water, dus het is moeilijk te gebruiken door het lichaam. Chitine kan echter worden opgelost in verdund zuur en lichaamsvloeistoffen nadat het is gedeacetyleerd tot chitosan, en kan door het menselijk lichaam worden gebruikt. Chitine en chitosan hebben een hoge chemische reactiviteit en hun derivaten na amidering, carboxylering, cyanering, verzuring en andere modificaties worden veel gebruikt op medisch gebied, zoals hemostatische middelen, flocculanten, absorbeerbare chirurgische hechtingen, kunsthuid, wondverbanden, langzame afgifte middelen tegen kanker of chemotherapeutica, geïmmobiliseerde enzymdragers, scheidingsmembraanmaterialen, enz.

(4) Zijdefibroïne

Zijdefibroïne is meestal afgeleid van zijde en bevat binnenin zeer rijke aminozuren, dus het heeft een goede biocompatibiliteit en het is bewezen dat het niet-allergeen of kankerverwekkend is, met uitstekende transparantie en luchtdoorlatendheid en een goed filmvormend effect. Vanwege de moleculaire structuur van zijdefibroïne zijn de hydrofiliciteit van zijdefibroïne en de mechanische eigenschappen na filmvorming echter niet goed. Door de mengmodificatiemethode kunnen de waterstofbruggen en andere krachten die worden gevormd tussen de gemengde macromoleculen en zijdefibroïne, zijdefibroïne-moleculen induceren om de structuur te veranderen, waardoor de mechanische eigenschappen, thermische eigenschappen en wateroplosbaarheid van zijdefibroïne-materialen effectief kunnen worden verbeterd. Momenteel wordt het op het gebied van de biogeneeskunde veel gebruikt in wondbekledingsmaterialen, kunsthuid, kunstmatige peesbanden, contactlenzen, geneesmiddeldragers, kunstmatige bloedvatdragers en andere gebieden.

2. Microbiële synthese van afbreekbare polymeermaterialen

Microbiële synthese van afbreekbare polymeermaterialen verwijst naar het gebruik van bepaald organisch materiaal (zoals glucose of zetmeel) als voedselbron om organisch materiaal uit koolstofbron te synthetiseren tot een polyester met differentieerbare eigenschappen onder een reeks complexe reacties zoals de fermentatie van micro-organismen Of polysaccharidepolymeren. Op dit moment omvatten microbiële synthetische biologisch afbreekbare polymeren die veel worden gebruikt in de klinische praktijk voornamelijk twee soorten: biopolyester (PHA) en polyhydroxybutylester (PHB). Neem PHB als voorbeeld. PHB is een hoogmoleculair polymeer dat wordt gesynthetiseerd door microbiële cellen. De structuur en prestaties zijn anders dan natuurlijke macromoleculaire afbreekbare materialen, maar lijken meer op alifatische polyesterpolymeren, met natuurlijke en chemische synthese afbreekbaar.Het voordeel van polymeer, de afbraakproducten worden uiteindelijk uitgescheiden als kooldioxide en water door metabolisme, zonder enige giftige stoffen die kan worden geproduceerd door de synthese van chemische grondstoffen. Bovendien hebben Tang Suyang en andere onderzoeken aangetoond dat PHB een uitstekende biocompatibiliteit heeft. Momenteel wordt het op grote schaal gebruikt in absorbeerbare chirurgische hechtingen, orthopedische materialen en medicijncontrolesystemen.

3. Chemische synthese van afbreekbare polymeermaterialen

In vergelijking met natuurlijke polymeren kunnen biologisch afbreekbare polymeermaterialen die met chemische methoden zijn gesynthetiseerd, worden geselecteerd op basis van de behoeften van de daadwerkelijke toepassingen, door geschikte monomeren te selecteren of door de reactieomstandigheden in het syntheseproces te beheersen, of door eenvoudige en goedkope fysieke of chemische modificatie uit te voeren , enz., om zijn structuur en prestaties te ontwerpen en aan te passen om het doel van het synthetiseren van het doelmateriaal te bereiken. Door middel van chemische controlemethoden kunnen bijvoorbeeld de sterkte, afbraaksnelheid, microporeuze structuur en permeabiliteit van polymeermaterialen worden verbeterd om het toepassingsgebied uit te breiden. In de chemisch gesynthetiseerde biologisch afbreekbare polymeren die momenteel worden ontwikkeld en onderzocht, bevat de hoofdketen in het algemeen hydrolyseerbare estergroepen, amidogroepen of ureumgroepen. Het volgende is het meest onderzochte en meest gebruikte type chemisch gesynthetiseerde afbreekbare polymeermaterialen in de huidige klinische biomedische praktijk: alifatische polyestermaterialen, zoals polyglycolide (PGA), polymelkzuur (PLA) en polymelkzuur-glycolzuurcopolymeer (PLGA ), polycaprolactone (PCL), enz. zullen worden geïntroduceerd.

(1) Polyglycolide (PGA)

PGA is de lineaire alifatische polyester met de eenvoudigste structuur. Het gebruikt glycolzuur als basisbron en heeft een breed scala aan grondstoffen, voornamelijk suikerbieten, onrijp druivensap en suikerriet. Onder de bestaande biologisch afbreekbare polymeren is de afbraaksnelheid van PGA relatief snel, vooral de sterkte neemt snel af in korte tijd. PGA is het eerste biologisch afbreekbare polymeermateriaal dat wordt toegepast om chirurgische hechtingen te absorberen. De metabolieten van het afbraakproduct glycolzuur kunnen uiteindelijk volledig uit het lichaam worden uitgescheiden zonder schade toe te brengen aan het menselijk lichaam. Sommige literatuur laat zien dat nadat PGA-hechtingen 2 weken in het lichaam zijn gelaten, de treksterkte met de helft kan worden verminderd en het lichaam in ongeveer 4 maanden een toestand van volledige afbraak en absorptie kan bereiken. Het PGA-materiaal bereid door glycolzuur heeft een molecuulgewicht van meer dan 10.000 en kan worden gebruikt voor chirurgische hechtingen. Vanwege zijn hoge kristalliniteit (46% -50%) heeft het echter de nadelen van moeilijke verwerking, lage sterkte en snelle afbraaksnelheid, maar het kan niet voldoen aan de prestatie-eisen van implanteerbare materialen. Daarom passen mensen het aan via verschillende methoden om de fysische en chemische eigenschappen te optimaliseren en het toepassingsgebied uit te breiden. Bijvoorbeeld door copolymerisatiemodificatie om een ​​copolymeer te vormen dat de eigenschappen van de twee integreert om de afbreekbaarheid, biocompatibiliteit, mechanische eigenschappen van PGA, enz .; of mengmodificatie implementeren om een ​​mengsel te vormen door zijn eigen polymeervezels of additieven, enz. toe te voegen. Om de sterkte en andere eigenschappen van PGA te verbeteren. Momenteel wordt gemodificeerde PGA op grote schaal gebruikt in absorbeerbare hechtingen, weefselmanipulatie, medicijncontrolesystemen, absorbeerbare botnagels, botplaten en chirurgische correctiematerialen.

(2) Polymelkzuur (PLA)

In 1966 schreven Kulkarni et al. vond dat PLA met een laag molecuulgewicht en een hoog molecuulgewicht een uitstekende biocompatibiliteit heeft. De uiteindelijke afbraakproducten zijn H2O en CO2. Het tussenproduct melkzuur is ook een normale suikermetaboliet in het lichaam, die geen nadelige effecten heeft op het organisme. Dit leidde tot het onderzoek en de toepassing van PLA als biomedisch materiaal [29-30]. In 1997 werd PLA door de FDA goedgekeurd voor klinisch gebruik als farmaceutische hulpstoffen en medische hechtingen. PLA is een homopolymeer van melkzuurmonomeer. Omdat lactide (LA) een chiraal molecuul is, zijn er twee soorten optisch actieve stoffen, dus PLA heeft ook L-polymelkzuur (PLLA), rechtshandig polymelkzuur (PDLA), racemisatie polymelkzuur (PDLLA) deze drie drie- dimensionale configuraties. Onder hen zijn PLLA en PDLA semi-kristallijne polymeren met een hoge treksterkte en een langzame afbraaksnelheid. Het zijn ideale materialen voor chirurgische plastic materialen, chirurgische hechtingen en implantaatmaterialen; terwijl PDLLA een amorf copolymeer is met een lage sterkte en afbraaksnelheid. Snel, vaak gebruikt in dragers voor medicijnafgifte en steigers voor weefselregeneratie met een lage sterkte. De degradatiesnelheid van PLA' is echter moeilijk onder controle te houden, bros en heeft een slechte slagvastheid, wat het toepassingsbereik ernstig beperkt. In de afgelopen jaren hebben mensen verschillende modificatiemethoden gebruikt, zoals modificatie door copolymerisatie, bereiding van zelfversterkt polymelkzuur of vorming van composietmaterialen met andere stoffen om de afbraaksnelheid te beheersen en de flexibiliteit van PLA te verbeteren, zodat de toepassing ervan voortdurend wordt uitgebreid. velden. Polymelkzuur is bijvoorbeeld een hydrofoob polymeer, wat de toepassing ervan in geneesmiddeldragers beperkt. Daarom verbeteren mensen de hydrofiliteit ervan door polymelkzuur te copolymeriseren met hydrofiele stoffen (zoals polyethyleenglycol, polyglycolzuur, polyethyleenoxide, enz.). Momenteel worden PLA / PLGA-implantaten op grote schaal gebruikt als dragers voor langzame en gecontroleerde afgifte voor antitumormiddelen, polypeptiden, eiwitgeneesmiddelen en Chinese medicijnen. Bovendien worden PLA en gemodificeerd PLA veel gebruikt in oftalmische materialen, chirurgische hechtingen, interne fixatiematerialen voor fracturen en reparaties aan weefseltechniek.

(3) Polycaprolacton (PCL)

PCL is een semi-kristallijne lineaire polyester met een laag smeltpunt en glasovergangstemperatuur, zeer lage treksterkte (23 MPa), hoge rek bij breuk (700%) en is gemakkelijk oplosbaar in veel organische oplosmiddelen. Gecopolymeriseerd met een verscheidenheid aan polymeren, heeft het een goede thermoplasticiteit en vormverwerkbaarheid; Bovendien zijn PCL-grondstoffen gemakkelijk verkrijgbaar, is de afbraaksnelheid laag en heeft het een uitstekende geneesmiddelpermeabiliteit en biocompatibiliteit. Daarom wordt het veel gebruikt als chirurgische hechtingen, interne fixatie-instrumenten voor bottransplantaten, medische apparatuur en biologisch afbreekbare dragers voor gecontroleerde afgifte. Door PLA te modificeren om de hydrofiliteit en afbraaksnelheid te verbeteren, kan het toepassingsbereik verder worden uitgebreid, zoals materialen voor orgaanherstel, kunstmatige huid, chirurgische antikleefmembranen en weefsel- en celtechnologie.

3. Conclusie

Biologisch afbreekbare materialen vertonen goede fysische en chemische eigenschappen, biologische eigenschappen en biomechanische eigenschappen, en kunnen worden aangepast en verwerkt op basis van de feitelijke omstandigheden, die zo goed mogelijk voldoen aan de functionele behoeften van de biogeneeskunde, en ze bruikbaar maken op vele gebieden van de biogeneeskunde. Op grote schaal gebruikt, in dit stadium, begint de onderzoeks-hotspot van biologisch afbreekbare materialen op het gebied van biomedische geneeskunde over te gaan van hechting en fixatie naar meer complexe gebieden zoals weefselmanipulatiematerialen. In praktische toepassingen hebben de hoge kosten van biologisch afbreekbare materialen echter nog steeds een zekere invloed op hun basispromotie. Met name het probleem van het regelen van de degradatiesnelheid die geschikt is voor verschillende objecten, moet dringend worden opgelost. Bijvoorbeeld, hoe de afbraaksnelheid van PCL kan worden aangepast aan de behoeften van kortdurende geneesmiddeldragers, en hoe de afbraaksnelheid van PLA kan worden aangepast aan de behoeften van botweefseltechniek. Maar in het algemeen wordt aangenomen dat met de voortdurende ontwikkeling en vooruitgang van verwante disciplines en technologieën, de problemen met betrekking tot de beheersing van de afbraaksnelheid van biologisch afbreekbare materialen en materiaalkosten geleidelijk zullen worden opgelost. Het onderzoek en de ontwikkeling van biologisch afbreekbare materialen op het gebied van biogeneeskunde. De toepassing zal ook verder worden ontwikkeld.

1. Afbraakprincipe van biologisch afbreekbare materialen

Biologisch afbreekbare materialen interageren met de biologische omgeving van verschillende factoren, zoals lichaamsvloeistoffen, organische macromoleculen, enzymen, vrije radicalen, cellen, enz., En worden geleidelijk afgebroken tot verbindingen met een laag molecuulgewicht door een reeks reacties zoals hydrolyse, enzymolyse en oxidatie. monomeer. Na opname, vertering en metabolische reacties worden de afbraakproducten uit het lichaam uitgescheiden of nemen ze deel aan het normale metabolisme van het lichaam om door het lichaam te worden opgenomen om het afbraakproces te voltooien. Als de lichaamsvloeistof vanuit het weefsel het biologische materiaal binnendringt of een bepaald bestanddeel van het biologische materiaal wordt opgelost in de lichaamsvloeistof, zal het materiaal door de toename in volume uitzetten en zijn eigen substantie afscheiden. Dit proces vernietigt de waterstofbinding en van der Waals-kracht van het materiaal zelf. , Veroorzaakt scheuren of holtes in het materiaal en uiteindelijk zal het materiaal geleidelijk chemische afbraak ondergaan in de biologische omgeving. In de klinische praktijk hopen mensen dat de geïmplanteerde biologisch afbreekbare materialen ook de differentiatie- en degradatiereacties zullen voltooien tijdens de biologische weefselbehandelingsperiode volgens dezelfde procedure, om de ontsteking of stressreactie van het lichaam als gevolg van de geïmplanteerde&# 39 te vermijden. materialen. We weten dat de behandeltijd voor huidweefsel gewoonlijk binnen 3 tot 10 dagen ligt, de behandeltijd voor visceraal weefsel gewoonlijk tussen 1 en 2 maanden en de behandeltijd voor grote orgaanweefsels vaak 6 maanden of meer. Nadat biologisch afbreekbare biomaterialen in het menselijk lichaam zijn geïmplanteerd, hebben hun afbraakprestaties en afbraakproducten een grote invloed op de biologische omgeving, materiaalreacties en reacties van het menselijk lichaam. De langzame afbraaksnelheid of de lange verblijftijd van afbraakproducten kan gemakkelijk ontstekingen in menselijke weefsels veroorzaken. , Trombose en andere bijwerkingen. Studies [6] hebben aangetoond dat het afbraakproces en de voortgang van de meeste biologisch afbreekbare materialen niet consistent zijn met de best verwachte resultaten. Daarom moeten bij het onderzoek en de klinische toepassing van biologisch afbreekbare materialen de afbraakgerelateerde problemen van biologisch afbreekbare materialen met de nodige voorzichtigheid worden behandeld, met name de afbraaksnelheid en afbraakproducten.

2. Basisclassificatie en toepassing van biologisch afbreekbare materialen

Biologisch afbreekbare materialen worden gebruikt in het menselijk lichaam en moeten aan strikte voorwaarden voldoen wat betreft het materiaal zelf en de effecten ervan op het menselijk lichaam: gemakkelijk te verwerken, lage prijs, gemakkelijk te steriliseren, duidelijke afbraaktijd, biologische stabiliteit en mechanische eigenschappen om te voldoen aan de behoeften van de implantatieplaats, goede histocompatibiliteit, bloedcompatibiliteit en mechanische compatibiliteit, geen pyrogeenreactie, genetische toxiciteit, teratogeniteit en carcinogeniteit, geen irritatie en sensibilisatie.

Momenteel kunnen biologisch afbreekbare materialen worden geclassificeerd volgens verschillende processen en bronnen, waaronder natuurlijke polymeer afbreekbare materialen, microbiële synthetische afbreekbare polymeermaterialen en chemisch gesynthetiseerde afbreekbare polymeermaterialen [3,9]. De specifieke classificatie en toepassing worden als volgt samengevat:

1. Natuurlijke polymeer biologisch afbreekbare materialen

Momenteel omvatten de meest algemeen gebruikte biologisch afbreekbare materialen van natuurlijk polymeer op biomedisch gebied voornamelijk gelatine, collageen, polysacchariden en zijdefibroïne.

(1) Gelatinemateriaal

Gelatine is meestal afkomstig van zoogdierhuid, botten, pezen, staart en ander weefsel. Het meest opvallende kenmerk is in water oplosbaar polymeer, dat langzaam uitzet en zachter wordt na het absorberen van water, en biocompatibiliteit, gelering en biologische afbreekbaarheid heeft. Gebruikmakend van de eigenschappen van gelatine, gemakkelijk te vormen, afbreekbaar door enzymen en gemakkelijk op te nemen door het menselijk lichaam, kan het worden gebruikt als materiaal met langzame afgifte in dragers van geneesmiddelen, excipiënten of omhulsels met langzame afgifte; vanwege zijn goede luchtdoorlaatbaarheid en waterdoorlaatbaarheid. Als wondverband en kunsthuidmateriaal kan het vocht uit de wond of het optreden van secundaire infectieverschijnselen voorkomen; bovendien zijn gelatineplasmasubstituten afbreekbaar, niet-toxisch en niet-immunogeen, enz. Klinisch voordeel.

(2) Collageen

Collageen is het belangrijkste bestanddeel van bindweefsel, dat ongeveer 1/3 van het eiwitgehalte bij dieren uitmaakt. Het wordt voornamelijk aangetroffen in dierlijke weefsels, huid, ligamenten en kraakbeen. Het heeft de functies van het ondersteunen van lichaamsorganen, het handhaven van mechanische stabiliteit, elasticiteit en sterkte. Als natuurlijke biologische hulpbron heeft het de kenmerken van goede biocompatibiliteit, lage immunogeniteit en biologische afbreekbaarheid; klinisch gebruik heeft aangetoond dat collageen de reparatie, regeneratie en reconstructie van defecte weefsels aanzienlijk kan bevorderen; maar het ontbreekt aan voldoende. De mechanische sterkte kan worden verbeterd door modificatie van crosslinking of gebruik van composiet met andere biologische materialen]. Op dit moment wordt collageen op grote schaal gebruikt bij de bereiding van biologisch afbreekbare hechtingen, hemostatische middelen en wondverbanden, biologische pleisters, botreparatiematerialen, hemodialysemembranen, hemostatische middelen, dragers voor geneesmiddelafgifte en als steigers voor weefselmanipulatie, verschillende oogheelkundige behandelingen en andere aspecten. Gezien de complexiteit van klinische problemen en de behoefte aan productupgrades, zijn er echter nog veel problemen die moeten worden opgelost bij het toepassingsonderzoek van collageen, zoals de mogelijke immuunrespons van heteroloog collageen, de mogelijke cytotoxiciteit van residuele verknoping. agent, en implantatie. De mechanische sterkte en de beheersbaarheid van de afbraak van collageenachtige producten.

(3) Polysaccharidematerialen

Polysaccharidematerialen zijn meestal afgeleid van zetmeel, hyaluronzuur, heparine, chitine en andere ingrediënten, en hun biocompatibiliteit en biologische afbreekbaarheid zijn zeer ideaal. In de natuur is chitine rijk aan inhoud en is het een grote klasse van belangrijke polysacchariden behalve cellulose. Het is niet giftig en heeft geen bijwerkingen. Het heeft een goede affiniteit voor menselijke cellen, veroorzaakt geen afstoting en heeft een goede biocompatibiliteit en afbreekbaarheid. Bovendien heeft het ook de kenmerken van antibacterieel, antiviraal, antitumor, bevorderend voor wondgenezing en een sterk adsorptievermogen. Omdat chitine veel polaire groepen bevat, zoals waterstofbruggen en een hoge kristalliniteit heeft, is het onoplosbaar in zuur en alkali en onoplosbaar in water, dus het is moeilijk te gebruiken door het lichaam. Chitine kan echter worden opgelost in verdund zuur en lichaamsvloeistoffen nadat het is gedeacetyleerd tot chitosan, en kan door het menselijk lichaam worden gebruikt. Chitine en chitosan hebben een hoge chemische reactiviteit en hun derivaten na amidering, carboxylering, cyanering, verzuring en andere modificaties worden veel gebruikt op medisch gebied, zoals hemostatische middelen, flocculanten, absorbeerbare chirurgische hechtingen, kunsthuid, wondverbanden, langzame afgifte middelen tegen kanker of chemotherapeutica, geïmmobiliseerde enzymdragers, scheidingsmembraanmaterialen, enz.

(4) Zijdefibroïne

Zijdefibroïne is meestal afgeleid van zijde en bevat binnenin zeer rijke aminozuren, dus het heeft een goede biocompatibiliteit en het is bewezen dat het niet-allergeen of kankerverwekkend is, met uitstekende transparantie en luchtdoorlatendheid en een goed filmvormend effect. Vanwege de moleculaire structuur van zijdefibroïne zijn de hydrofiliciteit van zijdefibroïne en de mechanische eigenschappen na filmvorming echter niet goed. Door de mengmodificatiemethode kunnen de waterstofbruggen en andere krachten die worden gevormd tussen de gemengde macromoleculen en zijdefibroïne, zijdefibroïne-moleculen induceren om de structuur te veranderen, waardoor de mechanische eigenschappen, thermische eigenschappen en wateroplosbaarheid van zijdefibroïne-materialen effectief kunnen worden verbeterd. Momenteel wordt het op het gebied van de biogeneeskunde veel gebruikt in wondbekledingsmaterialen, kunsthuid, kunstmatige peesbanden, contactlenzen, geneesmiddeldragers, kunstmatige bloedvatdragers en andere gebieden.

2. Microbiële synthese van afbreekbare polymeermaterialen

Microbiële synthese van afbreekbare polymeermaterialen verwijst naar het gebruik van bepaald organisch materiaal (zoals glucose of zetmeel) als voedselbron om organisch materiaal uit koolstofbron te synthetiseren tot een polyester met differentieerbare eigenschappen onder een reeks complexe reacties zoals de fermentatie van micro-organismen Of polysaccharidepolymeren. Op dit moment omvatten microbiële synthetische biologisch afbreekbare polymeren die veel worden gebruikt in de klinische praktijk voornamelijk twee soorten: biopolyester (PHA) en polyhydroxybutylester (PHB). Neem PHB als voorbeeld. PHB is een hoogmoleculair polymeer dat wordt gesynthetiseerd door microbiële cellen. De structuur en prestaties zijn anders dan natuurlijke macromoleculaire afbreekbare materialen, maar lijken meer op alifatische polyesterpolymeren, met natuurlijke en chemische synthese afbreekbaar.Het voordeel van polymeer, de afbraakproducten worden uiteindelijk uitgescheiden als kooldioxide en water door metabolisme, zonder enige giftige stoffen die kan worden geproduceerd door de synthese van chemische grondstoffen. Bovendien hebben Tang Suyang en andere onderzoeken aangetoond dat PHB een uitstekende biocompatibiliteit heeft. Momenteel wordt het op grote schaal gebruikt in absorbeerbare chirurgische hechtingen, orthopedische materialen en medicijncontrolesystemen.

3. Chemische synthese van afbreekbare polymeermaterialen

In vergelijking met natuurlijke polymeren kunnen biologisch afbreekbare polymeermaterialen die met chemische methoden zijn gesynthetiseerd, worden geselecteerd op basis van de behoeften van de daadwerkelijke toepassingen, door geschikte monomeren te selecteren of door de reactieomstandigheden in het syntheseproces te beheersen, of door eenvoudige en goedkope fysieke of chemische modificatie uit te voeren , enz., om zijn structuur en prestaties te ontwerpen en aan te passen om het doel van het synthetiseren van het doelmateriaal te bereiken. Door middel van chemische controlemethoden kunnen bijvoorbeeld de sterkte, afbraaksnelheid, microporeuze structuur en permeabiliteit van polymeermaterialen worden verbeterd om het toepassingsgebied uit te breiden. In de chemisch gesynthetiseerde biologisch afbreekbare polymeren die momenteel worden ontwikkeld en onderzocht, bevat de hoofdketen in het algemeen hydrolyseerbare estergroepen, amidogroepen of ureumgroepen. Het volgende is het meest onderzochte en meest gebruikte type chemisch gesynthetiseerde afbreekbare polymeermaterialen in de huidige klinische biomedische praktijk: alifatische polyestermaterialen, zoals polyglycolide (PGA), polymelkzuur (PLA) en polymelkzuur-glycolzuurcopolymeer (PLGA ), polycaprolactone (PCL), enz. zullen worden geïntroduceerd.

(1) Polyglycolide (PGA)

PGA is de lineaire alifatische polyester met de eenvoudigste structuur. Het gebruikt glycolzuur als basisbron en heeft een breed scala aan grondstoffen, voornamelijk suikerbieten, onrijp druivensap en suikerriet. Onder de bestaande biologisch afbreekbare polymeren is de afbraaksnelheid van PGA relatief snel, vooral de sterkte neemt snel af in korte tijd. PGA is het eerste biologisch afbreekbare polymeermateriaal dat wordt toegepast om chirurgische hechtingen te absorberen. De metabolieten van het afbraakproduct glycolzuur kunnen uiteindelijk volledig uit het lichaam worden uitgescheiden zonder schade toe te brengen aan het menselijk lichaam. Sommige literatuur laat zien dat nadat PGA-hechtingen 2 weken in het lichaam zijn gelaten, de treksterkte met de helft kan worden verminderd en het lichaam in ongeveer 4 maanden een toestand van volledige afbraak en absorptie kan bereiken. Het PGA-materiaal bereid door glycolzuur heeft een molecuulgewicht van meer dan 10.000 en kan worden gebruikt voor chirurgische hechtingen. Vanwege zijn hoge kristalliniteit (46% -50%) heeft het echter de nadelen van moeilijke verwerking, lage sterkte en snelle afbraaksnelheid, maar het kan niet voldoen aan de prestatie-eisen van implanteerbare materialen. Daarom passen mensen het aan via verschillende methoden om de fysische en chemische eigenschappen te optimaliseren en het toepassingsgebied uit te breiden. Bijvoorbeeld door copolymerisatiemodificatie om een ​​copolymeer te vormen dat de eigenschappen van de twee integreert om de afbreekbaarheid, biocompatibiliteit, mechanische eigenschappen van PGA, enz .; of mengmodificatie implementeren om een ​​mengsel te vormen door zijn eigen polymeervezels of additieven, enz. toe te voegen. Om de sterkte en andere eigenschappen van PGA te verbeteren. Momenteel wordt gemodificeerde PGA op grote schaal gebruikt in absorbeerbare hechtingen, weefselmanipulatie, medicijncontrolesystemen, absorbeerbare botnagels, botplaten en chirurgische correctiematerialen.

(2) Polymelkzuur (PLA)

In 1966 schreven Kulkarni et al. vond dat PLA met een laag molecuulgewicht en een hoog molecuulgewicht een uitstekende biocompatibiliteit heeft. De uiteindelijke afbraakproducten zijn H2O en CO2. Het tussenproduct melkzuur is ook een normale suikermetaboliet in het lichaam, die geen nadelige effecten heeft op het organisme. Dit leidde tot het onderzoek en de toepassing van PLA als biomedisch materiaal [29-30]. In 1997 werd PLA door de FDA goedgekeurd voor klinisch gebruik als farmaceutische hulpstoffen en medische hechtingen. PLA is een homopolymeer van melkzuurmonomeer. Omdat lactide (LA) een chiraal molecuul is, zijn er twee soorten optisch actieve stoffen, dus PLA heeft ook L-polymelkzuur (PLLA), rechtshandig polymelkzuur (PDLA), racemisatie polymelkzuur (PDLLA) deze drie drie- dimensionale configuraties. Onder hen zijn PLLA en PDLA semi-kristallijne polymeren met een hoge treksterkte en een langzame afbraaksnelheid. Het zijn ideale materialen voor chirurgische plastic materialen, chirurgische hechtingen en implantaatmaterialen; terwijl PDLLA een amorf copolymeer is met een lage sterkte en afbraaksnelheid. Snel, vaak gebruikt in dragers voor medicijnafgifte en steigers voor weefselregeneratie met een lage sterkte. De degradatiesnelheid van PLA' is echter moeilijk onder controle te houden, bros en heeft een slechte slagvastheid, wat het toepassingsbereik ernstig beperkt. In de afgelopen jaren hebben mensen verschillende modificatiemethoden gebruikt, zoals modificatie door copolymerisatie, bereiding van zelfversterkt polymelkzuur of vorming van composietmaterialen met andere stoffen om de afbraaksnelheid te beheersen en de flexibiliteit van PLA te verbeteren, zodat de toepassing ervan voortdurend wordt uitgebreid. velden. Polymelkzuur is bijvoorbeeld een hydrofoob polymeer, wat de toepassing ervan in geneesmiddeldragers beperkt. Daarom verbeteren mensen de hydrofiliteit ervan door polymelkzuur te copolymeriseren met hydrofiele stoffen (zoals polyethyleenglycol, polyglycolzuur, polyethyleenoxide, enz.). Momenteel worden PLA / PLGA-implantaten op grote schaal gebruikt als dragers voor langzame en gecontroleerde afgifte voor antitumormiddelen, polypeptiden, eiwitgeneesmiddelen en Chinese medicijnen. Bovendien worden PLA en gemodificeerd PLA veel gebruikt in oftalmische materialen, chirurgische hechtingen, interne fixatiematerialen voor fracturen en reparaties aan weefseltechniek.

(3) Polycaprolacton (PCL)

PCL is een semi-kristallijne lineaire polyester met een laag smeltpunt en glasovergangstemperatuur, zeer lage treksterkte (23 MPa), hoge rek bij breuk (700%) en is gemakkelijk oplosbaar in veel organische oplosmiddelen. Gecopolymeriseerd met een verscheidenheid aan polymeren, heeft het een goede thermoplasticiteit en vormverwerkbaarheid; Bovendien zijn PCL-grondstoffen gemakkelijk verkrijgbaar, is de afbraaksnelheid laag en heeft het een uitstekende geneesmiddelpermeabiliteit en biocompatibiliteit. Daarom wordt het veel gebruikt als chirurgische hechtingen, interne fixatie-instrumenten voor bottransplantaten, medische apparatuur en biologisch afbreekbare dragers voor gecontroleerde afgifte. Door PLA te modificeren om de hydrofiliteit en afbraaksnelheid te verbeteren, kan het toepassingsbereik verder worden uitgebreid, zoals materialen voor orgaanherstel, kunstmatige huid, chirurgische antikleefmembranen en weefsel- en celtechnologie.

3. Conclusie

Biologisch afbreekbare materialen vertonen goede fysische en chemische eigenschappen, biologische eigenschappen en biomechanische eigenschappen, en kunnen worden aangepast en verwerkt op basis van de feitelijke omstandigheden, die zo goed mogelijk voldoen aan de functionele behoeften van de biogeneeskunde, en ze bruikbaar maken op vele gebieden van de biogeneeskunde. Op grote schaal gebruikt, in dit stadium, begint de onderzoeks-hotspot van biologisch afbreekbare materialen op het gebied van biomedische geneeskunde over te gaan van hechting en fixatie naar meer complexe gebieden zoals weefselmanipulatiematerialen. In praktische toepassingen hebben de hoge kosten van biologisch afbreekbare materialen echter nog steeds een zekere invloed op hun basispromotie. Met name het probleem van het regelen van de degradatiesnelheid die geschikt is voor verschillende objecten, moet dringend worden opgelost. Bijvoorbeeld, hoe de afbraaksnelheid van PCL kan worden aangepast aan de behoeften van kortdurende geneesmiddeldragers, en hoe de afbraaksnelheid van PLA kan worden aangepast aan de behoeften van botweefseltechniek. Maar in het algemeen wordt aangenomen dat met de voortdurende ontwikkeling en vooruitgang van verwante disciplines en technologieën, de problemen met betrekking tot de beheersing van de afbraaksnelheid van biologisch afbreekbare materialen en materiaalkosten geleidelijk zullen worden opgelost. Het onderzoek en de ontwikkeling van biologisch afbreekbare materialen op het gebied van biogeneeskunde. De toepassing zal ook verder worden ontwikkeld.

1. Afbraakprincipe van biologisch afbreekbare materialen

Biologisch afbreekbare materialen interageren met de biologische omgeving van verschillende factoren, zoals lichaamsvloeistoffen, organische macromoleculen, enzymen, vrije radicalen, cellen, enz., En worden geleidelijk afgebroken tot verbindingen met een laag molecuulgewicht door een reeks reacties zoals hydrolyse, enzymolyse en oxidatie. monomeer. Na opname, vertering en metabolische reacties worden de afbraakproducten uit het lichaam uitgescheiden of nemen ze deel aan het normale metabolisme van het lichaam om door het lichaam te worden opgenomen om het afbraakproces te voltooien. Als de lichaamsvloeistof vanuit het weefsel het biologische materiaal binnendringt of een bepaald bestanddeel van het biologische materiaal wordt opgelost in de lichaamsvloeistof, zal het materiaal door de toename in volume uitzetten en zijn eigen substantie afscheiden. Dit proces vernietigt de waterstofbinding en van der Waals-kracht van het materiaal zelf. , Veroorzaakt scheuren of holtes in het materiaal en uiteindelijk zal het materiaal geleidelijk chemische afbraak ondergaan in de biologische omgeving. In de klinische praktijk hopen mensen dat de geïmplanteerde biologisch afbreekbare materialen ook de differentiatie- en degradatiereacties zullen voltooien tijdens de biologische weefselbehandelingsperiode volgens dezelfde procedure, om de ontsteking of stressreactie van het lichaam als gevolg van de geïmplanteerde&# 39 te vermijden. materialen. We weten dat de behandeltijd voor huidweefsel gewoonlijk binnen 3 tot 10 dagen ligt, de behandeltijd voor visceraal weefsel gewoonlijk tussen 1 en 2 maanden en de behandeltijd voor grote orgaanweefsels vaak 6 maanden of meer. Nadat biologisch afbreekbare biomaterialen in het menselijk lichaam zijn geïmplanteerd, hebben hun afbraakprestaties en afbraakproducten een grote invloed op de biologische omgeving, materiaalreacties en reacties van het menselijk lichaam. De langzame afbraaksnelheid of de lange verblijftijd van afbraakproducten kan gemakkelijk ontstekingen in menselijke weefsels veroorzaken. , Trombose en andere bijwerkingen. Studies [6] hebben aangetoond dat het afbraakproces en de voortgang van de meeste biologisch afbreekbare materialen niet consistent zijn met de best verwachte resultaten. Daarom moeten bij het onderzoek en de klinische toepassing van biologisch afbreekbare materialen de afbraakgerelateerde problemen van biologisch afbreekbare materialen met de nodige voorzichtigheid worden behandeld, met name de afbraaksnelheid en afbraakproducten.

2. Basisclassificatie en toepassing van biologisch afbreekbare materialen

Biologisch afbreekbare materialen worden gebruikt in het menselijk lichaam en moeten aan strikte voorwaarden voldoen wat betreft het materiaal zelf en de effecten ervan op het menselijk lichaam: gemakkelijk te verwerken, lage prijs, gemakkelijk te steriliseren, duidelijke afbraaktijd, biologische stabiliteit en mechanische eigenschappen om te voldoen aan de behoeften van de implantatieplaats, goede histocompatibiliteit, bloedcompatibiliteit en mechanische compatibiliteit, geen pyrogeenreactie, genetische toxiciteit, teratogeniteit en carcinogeniteit, geen irritatie en sensibilisatie.

Momenteel kunnen biologisch afbreekbare materialen worden geclassificeerd volgens verschillende processen en bronnen, waaronder natuurlijke polymeer afbreekbare materialen, microbiële synthetische afbreekbare polymeermaterialen en chemisch gesynthetiseerde afbreekbare polymeermaterialen [3,9]. De specifieke classificatie en toepassing worden als volgt samengevat:

1. Natuurlijke polymeer biologisch afbreekbare materialen

Momenteel omvatten de meest algemeen gebruikte biologisch afbreekbare materialen van natuurlijk polymeer op biomedisch gebied voornamelijk gelatine, collageen, polysacchariden en zijdefibroïne.

(1) Gelatinemateriaal

Gelatine is meestal afkomstig van zoogdierhuid, botten, pezen, staart en ander weefsel. Het meest opvallende kenmerk is in water oplosbaar polymeer, dat langzaam uitzet en zachter wordt na het absorberen van water, en biocompatibiliteit, gelering en biologische afbreekbaarheid heeft. Gebruikmakend van de eigenschappen van gelatine, gemakkelijk te vormen, afbreekbaar door enzymen en gemakkelijk op te nemen door het menselijk lichaam, kan het worden gebruikt als materiaal met langzame afgifte in dragers van geneesmiddelen, excipiënten of omhulsels met langzame afgifte; vanwege zijn goede luchtdoorlaatbaarheid en waterdoorlaatbaarheid. Als wondverband en kunsthuidmateriaal kan het vocht uit de wond of het optreden van secundaire infectieverschijnselen voorkomen; bovendien zijn gelatineplasmasubstituten afbreekbaar, niet-toxisch en niet-immunogeen, enz. Klinisch voordeel.

(2) Collageen

Collageen is het belangrijkste bestanddeel van bindweefsel, dat ongeveer 1/3 van het eiwitgehalte bij dieren uitmaakt. Het wordt voornamelijk aangetroffen in dierlijke weefsels, huid, ligamenten en kraakbeen. Het heeft de functies van het ondersteunen van lichaamsorganen, het handhaven van mechanische stabiliteit, elasticiteit en sterkte. Als natuurlijke biologische hulpbron heeft het de kenmerken van goede biocompatibiliteit, lage immunogeniteit en biologische afbreekbaarheid; klinisch gebruik heeft aangetoond dat collageen de reparatie, regeneratie en reconstructie van defecte weefsels aanzienlijk kan bevorderen; maar het ontbreekt aan voldoende. De mechanische sterkte kan worden verbeterd door modificatie van crosslinking of gebruik van composiet met andere biologische materialen]. Op dit moment wordt collageen op grote schaal gebruikt bij de bereiding van biologisch afbreekbare hechtingen, hemostatische middelen en wondverbanden, biologische pleisters, botreparatiematerialen, hemodialysemembranen, hemostatische middelen, dragers voor geneesmiddelafgifte en als steigers voor weefselmanipulatie, verschillende oogheelkundige behandelingen en andere aspecten. Gezien de complexiteit van klinische problemen en de behoefte aan productupgrades, zijn er echter nog veel problemen die moeten worden opgelost bij het toepassingsonderzoek van collageen, zoals de mogelijke immuunrespons van heteroloog collageen, de mogelijke cytotoxiciteit van residuele verknoping. agent, en implantatie. De mechanische sterkte en de beheersbaarheid van de afbraak van collageenachtige producten.

(3) Polysaccharidematerialen

Polysaccharidematerialen zijn meestal afgeleid van zetmeel, hyaluronzuur, heparine, chitine en andere ingrediënten, en hun biocompatibiliteit en biologische afbreekbaarheid zijn zeer ideaal. In de natuur is chitine rijk aan inhoud en is het een grote klasse van belangrijke polysacchariden behalve cellulose. Het is niet giftig en heeft geen bijwerkingen. Het heeft een goede affiniteit voor menselijke cellen, veroorzaakt geen afstoting en heeft een goede biocompatibiliteit en afbreekbaarheid. Bovendien heeft het ook de kenmerken van antibacterieel, antiviraal, antitumor, bevorderend voor wondgenezing en een sterk adsorptievermogen. Omdat chitine veel polaire groepen bevat, zoals waterstofbruggen en een hoge kristalliniteit heeft, is het onoplosbaar in zuur en alkali en onoplosbaar in water, dus het is moeilijk te gebruiken door het lichaam. Chitine kan echter worden opgelost in verdund zuur en lichaamsvloeistoffen nadat het is gedeacetyleerd tot chitosan, en kan door het menselijk lichaam worden gebruikt. Chitine en chitosan hebben een hoge chemische reactiviteit en hun derivaten na amidering, carboxylering, cyanering, verzuring en andere modificaties worden veel gebruikt op medisch gebied, zoals hemostatische middelen, flocculanten, absorbeerbare chirurgische hechtingen, kunsthuid, wondverbanden, langzame afgifte middelen tegen kanker of chemotherapeutica, geïmmobiliseerde enzymdragers, scheidingsmembraanmaterialen, enz.

(4) Zijdefibroïne

Zijdefibroïne is meestal afgeleid van zijde en bevat binnenin zeer rijke aminozuren, dus het heeft een goede biocompatibiliteit en het is bewezen dat het niet-allergeen of kankerverwekkend is, met uitstekende transparantie en luchtdoorlatendheid en een goed filmvormend effect. Vanwege de moleculaire structuur van zijdefibroïne zijn de hydrofiliciteit van zijdefibroïne en de mechanische eigenschappen na filmvorming echter niet goed. Door de mengmodificatiemethode kunnen de waterstofbruggen en andere krachten die worden gevormd tussen de gemengde macromoleculen en zijdefibroïne, zijdefibroïne-moleculen induceren om de structuur te veranderen, waardoor de mechanische eigenschappen, thermische eigenschappen en wateroplosbaarheid van zijdefibroïne-materialen effectief kunnen worden verbeterd. Momenteel wordt het op het gebied van de biogeneeskunde veel gebruikt in wondbekledingsmaterialen, kunsthuid, kunstmatige peesbanden, contactlenzen, geneesmiddeldragers, kunstmatige bloedvatdragers en andere gebieden.

2. Microbiële synthese van afbreekbare polymeermaterialen

Microbiële synthese van afbreekbare polymeermaterialen verwijst naar het gebruik van bepaald organisch materiaal (zoals glucose of zetmeel) als voedselbron om organisch materiaal uit koolstofbron te synthetiseren tot een polyester met differentieerbare eigenschappen onder een reeks complexe reacties zoals de fermentatie van micro-organismen Of polysaccharidepolymeren. Op dit moment omvatten microbiële synthetische biologisch afbreekbare polymeren die veel worden gebruikt in de klinische praktijk voornamelijk twee soorten: biopolyester (PHA) en polyhydroxybutylester (PHB). Neem PHB als voorbeeld. PHB is een hoogmoleculair polymeer dat wordt gesynthetiseerd door microbiële cellen. De structuur en prestaties zijn anders dan natuurlijke macromoleculaire afbreekbare materialen, maar lijken meer op alifatische polyesterpolymeren, met natuurlijke en chemische synthese afbreekbaar.Het voordeel van polymeer, de afbraakproducten worden uiteindelijk uitgescheiden als kooldioxide en water door metabolisme, zonder enige giftige stoffen die kan worden geproduceerd door de synthese van chemische grondstoffen. Bovendien hebben Tang Suyang en andere onderzoeken aangetoond dat PHB een uitstekende biocompatibiliteit heeft. Momenteel wordt het op grote schaal gebruikt in absorbeerbare chirurgische hechtingen, orthopedische materialen en medicijncontrolesystemen.

3. Chemische synthese van afbreekbare polymeermaterialen

In vergelijking met natuurlijke polymeren kunnen biologisch afbreekbare polymeermaterialen die met chemische methoden zijn gesynthetiseerd, worden geselecteerd op basis van de behoeften van de daadwerkelijke toepassingen, door geschikte monomeren te selecteren of door de reactieomstandigheden in het syntheseproces te beheersen, of door eenvoudige en goedkope fysieke of chemische modificatie uit te voeren , enz., om zijn structuur en prestaties te ontwerpen en aan te passen om het doel van het synthetiseren van het doelmateriaal te bereiken. Door middel van chemische controlemethoden kunnen bijvoorbeeld de sterkte, afbraaksnelheid, microporeuze structuur en permeabiliteit van polymeermaterialen worden verbeterd om het toepassingsgebied uit te breiden. In de chemisch gesynthetiseerde biologisch afbreekbare polymeren die momenteel worden ontwikkeld en onderzocht, bevat de hoofdketen in het algemeen hydrolyseerbare estergroepen, amidogroepen of ureumgroepen. Het volgende is het meest onderzochte en meest gebruikte type chemisch gesynthetiseerde afbreekbare polymeermaterialen in de huidige klinische biomedische praktijk: alifatische polyestermaterialen, zoals polyglycolide (PGA), polymelkzuur (PLA) en polymelkzuur-glycolzuurcopolymeer (PLGA ), polycaprolactone (PCL), enz. zullen worden geïntroduceerd.

(1) Polyglycolide (PGA)

PGA is de lineaire alifatische polyester met de eenvoudigste structuur. Het gebruikt glycolzuur als basisbron en heeft een breed scala aan grondstoffen, voornamelijk suikerbieten, onrijp druivensap en suikerriet. Onder de bestaande biologisch afbreekbare polymeren is de afbraaksnelheid van PGA relatief snel, vooral de sterkte neemt snel af in korte tijd. PGA is het eerste biologisch afbreekbare polymeermateriaal dat wordt toegepast om chirurgische hechtingen te absorberen. De metabolieten van het afbraakproduct glycolzuur kunnen uiteindelijk volledig uit het lichaam worden uitgescheiden zonder schade toe te brengen aan het menselijk lichaam. Sommige literatuur laat zien dat nadat PGA-hechtingen 2 weken in het lichaam zijn gelaten, de treksterkte met de helft kan worden verminderd en het lichaam in ongeveer 4 maanden een toestand van volledige afbraak en absorptie kan bereiken. Het PGA-materiaal bereid door glycolzuur heeft een molecuulgewicht van meer dan 10.000 en kan worden gebruikt voor chirurgische hechtingen. Vanwege zijn hoge kristalliniteit (46% -50%) heeft het echter de nadelen van moeilijke verwerking, lage sterkte en snelle afbraaksnelheid, maar het kan niet voldoen aan de prestatie-eisen van implanteerbare materialen. Daarom passen mensen het aan via verschillende methoden om de fysische en chemische eigenschappen te optimaliseren en het toepassingsgebied uit te breiden. Bijvoorbeeld door copolymerisatiemodificatie om een ​​copolymeer te vormen dat de eigenschappen van de twee integreert om de afbreekbaarheid, biocompatibiliteit, mechanische eigenschappen van PGA, enz .; of mengmodificatie implementeren om een ​​mengsel te vormen door zijn eigen polymeervezels of additieven, enz. toe te voegen. Om de sterkte en andere eigenschappen van PGA te verbeteren. Momenteel wordt gemodificeerde PGA op grote schaal gebruikt in absorbeerbare hechtingen, weefselmanipulatie, medicijncontrolesystemen, absorbeerbare botnagels, botplaten en chirurgische correctiematerialen.

(2) Polymelkzuur (PLA)

In 1966 schreven Kulkarni et al. vond dat PLA met een laag molecuulgewicht en een hoog molecuulgewicht een uitstekende biocompatibiliteit heeft. De uiteindelijke afbraakproducten zijn H2O en CO2. Het tussenproduct melkzuur is ook een normale suikermetaboliet in het lichaam, die geen nadelige effecten heeft op het organisme. Dit leidde tot het onderzoek en de toepassing van PLA als biomedisch materiaal [29-30]. In 1997 werd PLA door de FDA goedgekeurd voor klinisch gebruik als farmaceutische hulpstoffen en medische hechtingen. PLA is een homopolymeer van melkzuurmonomeer. Omdat lactide (LA) een chiraal molecuul is, zijn er twee soorten optisch actieve stoffen, dus PLA heeft ook L-polymelkzuur (PLLA), rechtshandig polymelkzuur (PDLA), racemisatie polymelkzuur (PDLLA) deze drie drie- dimensionale configuraties. Onder hen zijn PLLA en PDLA semi-kristallijne polymeren met een hoge treksterkte en een langzame afbraaksnelheid. Het zijn ideale materialen voor chirurgische plastic materialen, chirurgische hechtingen en implantaatmaterialen; terwijl PDLLA een amorf copolymeer is met een lage sterkte en afbraaksnelheid. Snel, vaak gebruikt in dragers voor medicijnafgifte en steigers voor weefselregeneratie met een lage sterkte. De degradatiesnelheid van PLA' is echter moeilijk onder controle te houden, bros en heeft een slechte slagvastheid, wat het toepassingsbereik ernstig beperkt. In de afgelopen jaren hebben mensen verschillende modificatiemethoden gebruikt, zoals modificatie door copolymerisatie, bereiding van zelfversterkt polymelkzuur of vorming van composietmaterialen met andere stoffen om de afbraaksnelheid te beheersen en de flexibiliteit van PLA te verbeteren, zodat de toepassing ervan voortdurend wordt uitgebreid. velden. Polymelkzuur is bijvoorbeeld een hydrofoob polymeer, wat de toepassing ervan in geneesmiddeldragers beperkt. Daarom verbeteren mensen de hydrofiliteit ervan door polymelkzuur te copolymeriseren met hydrofiele stoffen (zoals polyethyleenglycol, polyglycolzuur, polyethyleenoxide, enz.). Momenteel worden PLA / PLGA-implantaten op grote schaal gebruikt als dragers voor langzame en gecontroleerde afgifte voor antitumormiddelen, polypeptiden, eiwitgeneesmiddelen en Chinese medicijnen. Bovendien worden PLA en gemodificeerd PLA veel gebruikt in oftalmische materialen, chirurgische hechtingen, interne fixatiematerialen voor fracturen en reparaties aan weefseltechniek.

(3) Polycaprolacton (PCL)

PCL is een semi-kristallijne lineaire polyester met een laag smeltpunt en glasovergangstemperatuur, zeer lage treksterkte (23 MPa), hoge rek bij breuk (700%) en is gemakkelijk oplosbaar in veel organische oplosmiddelen. Gecopolymeriseerd met een verscheidenheid aan polymeren, heeft het een goede thermoplasticiteit en vormverwerkbaarheid; Bovendien zijn PCL-grondstoffen gemakkelijk verkrijgbaar, is de afbraaksnelheid laag en heeft het een uitstekende geneesmiddelpermeabiliteit en biocompatibiliteit. Daarom wordt het veel gebruikt als chirurgische hechtingen, interne fixatie-instrumenten voor bottransplantaten, medische apparatuur en biologisch afbreekbare dragers voor gecontroleerde afgifte. Door PLA te modificeren om de hydrofiliteit en afbraaksnelheid te verbeteren, kan het toepassingsbereik verder worden uitgebreid, zoals materialen voor orgaanherstel, kunstmatige huid, chirurgische antikleefmembranen en weefsel- en celtechnologie.

3. Conclusie

Biologisch afbreekbare materialen vertonen goede fysische en chemische eigenschappen, biologische eigenschappen en biomechanische eigenschappen, en kunnen worden aangepast en verwerkt op basis van de feitelijke omstandigheden, die zo goed mogelijk voldoen aan de functionele behoeften van de biogeneeskunde, en ze bruikbaar maken op vele gebieden van de biogeneeskunde. Op grote schaal gebruikt, in dit stadium, begint de onderzoeks-hotspot van biologisch afbreekbare materialen op het gebied van biomedische geneeskunde over te gaan van hechting en fixatie naar meer complexe gebieden zoals weefselmanipulatiematerialen. In praktische toepassingen hebben de hoge kosten van biologisch afbreekbare materialen echter nog steeds een zekere invloed op hun basispromotie. Met name het probleem van het regelen van de degradatiesnelheid die geschikt is voor verschillende objecten, moet dringend worden opgelost. Bijvoorbeeld, hoe de afbraaksnelheid van PCL kan worden aangepast aan de behoeften van kortdurende geneesmiddeldragers, en hoe de afbraaksnelheid van PLA kan worden aangepast aan de behoeften van botweefseltechniek. Maar in het algemeen wordt aangenomen dat met de voortdurende ontwikkeling en vooruitgang van verwante disciplines en technologieën, de problemen met betrekking tot de beheersing van de afbraaksnelheid van biologisch afbreekbare materialen en materiaalkosten geleidelijk zullen worden opgelost. Het onderzoek en de ontwikkeling van biologisch afbreekbare materialen op het gebied van biogeneeskunde. De toepassing zal ook verder worden ontwikkeld.

We bieden gepatenteerde volledig biologisch afbreekbare film en PVA-zak, alle producten zijn gemaakt door gietapparatuur, het is anders dan traditionele blaasvormproducten, alle blaasvormproducten zijn niet volledig biologisch afbreekbaar. We kunnen pva-films en -zakken produceren in volledig transparant en in verschillende kleuren. en de PVA-film is gladder dan de traditionele blaasvormproducten.

We bieden ook biologisch materiaal volledig biologisch afbreekbare film en zakken met gepatenteerde grondstof en productieproces.

Bezoek ons ​​voor meer PVA-folie en -zakken:

http://www.joyful-printing.net/pva-bag/

http://www.joyful-printing.com/pva-bag/