生物可降解材料

可⽣物降解的材料有天然⾼分⼦、⽣物合成⾼分⼦、⼈⼯合成⾼分⼦、⽣物活性玻璃、磷酸三钙等。天然⾼分⼦均为亲⽔性材料,如胶原、明胶、甲壳素、淀粉、纤维素、透明质酸等,它们在⼈体内的降解速度与材料在⼈体⽣理环境下的溶解特性有关。例如明胶分⼦能够溶于与体液相似pH 值为714 的⽣理盐⽔中,因⽽必须先进⾏交联才能作为材料在⼈体中使⽤[4～6 ] ,其交联产物在⼈体内降解2溶解的速度很快,⼏天内就可被⼈体完全吸收。与此相对应,在正常⽣理环境下不溶解的天然⾼分⼦,如甲壳素(在酸性环境下溶解) [7 ] ,其降解速率就要慢得多。

磷酸三钙具有良好的⽣物相容性、⽣物活性以及⽣物降解性,是理想的⼈体硬组织修复和替代材料,在⽣物医学⼯程学领域⼀直受到⼈们的密切关注。医学上通常使⽤的是磷酸三钙的⼀种特殊形态—β-磷酸三钙。

β-磷酸三钙主要是由钙、磷组成，其成分与⾻基质的⽆机成分相似，与⾻结合好。动物或⼈体细胞可以在β-磷酸三钙材料上正常⽣长，分化和繁殖。通过⼤量实验研究证明：β-磷酸三钙对⾻髓造⾎机能⽆不良反应，⽆排异反应，⽆急性毒性反应，不致癌变，⽆过敏现象。因此β-磷酸三钙可⼴泛应⽤于关节与脊柱融合、四肢创伤、⼝腔颌⾯的外科、⼼⾎管外科，以及填补⽛周的空洞等⽅⾯。随着⼈们对β-磷酸三钙研究的不断深⼊，其应⽤形式也出现了多样化，幵在临床医学中体现了较好的性能。梁⼽等通过实验发现其溶⾎程度<5%，当β-磷酸三钙被植⼊⼈体内后，其在体液中能发⽣降解和吸收，钙、磷被体液吸收后进⼊⼈体循环系统，⼀定时间后植⼊⼈体的β-磷酸三钙逐渐溶解消失，形成新⾻。

Arai等利⽤β-磷酸三钙多孔陶瓷填充8～15cm 的腓⾻节段缺损，获得了腓⾻再⽣。平均术后2个⽉即可达到重建。不会发⽣踝关节及胫⾻的移位。

郑承泽等将β-磷酸三钙与⾃体⾻髓复合应⽤于临床，修复包括肿瘤性⾻缺损和陈旧性⾻折⾻缺损,经术后调查，结果显⽰植⼊材料的成⾻作⽤明显，说明β-磷酸三钙与⾃体⾻髓复合是⼀种治疗⾻缺损理想的⽅法。

张汉东等将磷酸三钙陶瓷⽤于修复兔下颌⾻缺损,研究表明，植⼊后局部组织⽆明显炎症等反应。

张建设等将两种不同组成的β-磷酸三钙陶瓷植⼊免颌⾻⼈⼯缺损区，掺杂的磷酸三钙陶瓷降解速度较慢，但具有较好的⽣物相容性。

张亮等利⽤β-磷酸三钙/DL—PLA 作为⼀种新型治疗⾻缺损的材料，研究表明其降解特点有利于⾻组织细胞长⼊。Mitenmuller 等利⽤带微孔的陶瓷颗粒作为抗结核药及抗菌素的载体，填塞⾄⾻髓炎患部，缺损⾻基本修复。

⽣物合成⾼分⼦是⼀类由细菌发酵产⽣的聚酯⾼分⼦,其最具代表性的例⼦是聚(β2羟基丁酸酯) [8～9 ] (PHB) 。该材料的降解速率与⼀种称为PHB 降解酶的存在密切相关[10 ,11 ] ,在海洋,⼟壤等富含PHB 降解酶的⾃然环境下,材料能够

被较快地降解[12～14 ] ;在与体液相似的缓冲溶液中,因为缺乏PHB 降解酶,⽽PHB ⼜是⼀种⾼结晶度的材料,疏⽔性强,因⽽其降解速率就⾮常缓慢[15～

17 ] 。PHB为热塑性聚酯，物理性质与结构与聚丙烯相似（熔点、玻璃态温度、

结晶度、抗张强度等。）化学结构规整。结晶度⾼达60~80%，相对密度⼤、透氧率低、抗紫外线照射、具光学活性，但易脆、易断裂。医药上：外科缝线、肘钉、⾻骼替代品、⾎管替代品。单体的分解：单体进⼊细胞内，参与细胞的能量和物质代谢，进⼀步被分解、转化、最终⽣成⼆氧化碳和⽔。PHB的链越长，分解越慢。

与以上两类材料的降解⾏为相⽐,⼈⼯合成⾼分⼦的降解速率有较⼤的变化。短的为⼀个⽉左右,长的可以达到⼏年;降解模式和特性也有着更为丰富的内容。⼈⼯合成⾼分⼦主要有脂肪族聚酯包括聚乳酸(PLA) 、聚⼄醇酸(PGA) 、聚⼰内酯(PCL) 、聚酸酐以及它们之间的共聚物等。在降解速率⽅⾯,聚酸酐的降解速率普遍⾼于聚酯[18 ] ;聚酯中,材料的降解速率随其亲⽔性的增加⽽增快,其中聚⼄醇酸降解速率最快,约为⼀个⽉左右,聚乳酸次之,⼤约需要三到六个⽉,聚⼰内酯最慢,需要⼏年左右[19 ] 。在降解模式⽅⾯,聚酯与聚酸酐也明显不同。聚酸酐的降解先从材料的表⾯进⾏,在表⾯部分材料被降解后,再逐渐深⼊到内层[20～24 ] ;聚酯则是本体降解⾏为,降解同时发⽣在材料的外部和内部[25～27 ] 。此外,就聚酯材料⽽⾔,线形分⼦和⽹状分⼦材料的降解特性也不⼀样。线形材料的降解速率与重量损失不成线形关系,材料的机械强度在其失重很⼩时就发⽣⼤幅度的衰减;相⽐较⽽⾔,⽹状材料的降解⾏为更为理想⼀些,材料的机械强度的衰减与其重量损失成近似或良好的线形关系[28～32 ] 。

⽣物活性玻璃(BG) 是含硅、钠、钙、磷四种元素氧化物的⽆机活性材料,能够引导⾻⽣长,幵能与周围⾻组织形成良好的键合作⽤[33～34] 。BG的降解是含硅和钠的离⼦逐渐被溶解,⽽含磷和钙的离⼦重新沉积的过程。对于尺⼨为300～350µm的活性粒⼦来说,含硅和钠的离⼦从外到内全部被置换完需要⼀年左右,⽽内

层和外层磷和钙的含量逐渐趋近,幵于⼈体⾻组织相近时则需要两年左右[35] 。PerioGlas（倍骼⽣）是由⽣物活性玻璃材料开发出的⼀种⽛科⼝腔组织修复材料，⽤于⽛种植中促进⾻组织⽣长、⽛周炎的缺损修复、囊肿切除后的填充、上颌窦提升等。在全世界范围临床应⽤已12多年。

NovaBone（固骼⽣）是由⽣物活性玻璃材料开发出的⼀种⾻科组织修复材料，⽤于各种⾻缺损、⾻折的修复愈合，临床应⽤已5年。

Dermglas（肌肤⽣）是由⽣物活性玻璃材料开发出的⼀种既能促进软组织损伤创⾯愈合，⼜具有持续⾻诱导性/传导作⽤的产品，⽤于各种慢性⾃⾝修复困难的⽪肤溃疡、糜烂等伤⼝的愈合，如糖尿病⾜、下肢静脉溃疡、褥疮、瘘管；各种创伤性⾻折、⾻不连、⾻延迟愈合等效果显著。

Camgna(盖美拉)⼜称锶强化⽣物活性玻璃[1]，是⼀种能与⽛结构发⽣物理和化学反应，易于同⽛结构粘着的组合物，既对⽛⾻组织⼜对软组织具有良好键合功能的⾼科技⽣物活性材料。锶强化⽣物活性玻璃由中国武汉⼤学与湖北顶盛⽣物⼯程有限公司共同研发，幵获得国家知识产权专利证书，应⽤于洁⽛产品和⾻科组织修复等领域。

由以上对各类材料的降解特性的分析可以看出,不同材料的降解速率差别很⼤,降解模式也不同。因⽽通过不同组分或结构之间的复合就可以得到降解特性更为细腻,降解速率可调的新材料,更好地满⾜实际使⽤。不同降解速率的材料形成的复合材料,其降解速率不⼀定是两种组分各⾃降解速率的简单叠加,⽽是与组分之间的相容性、相态结构、结晶度的变化有关[36～39 ] 。另外对于有机/ ⽆机复合材料来说,可降解的⽆机组分还可影响到有机组分的降解速率,其溶解重沉积过程能够阻碍或抑制材料内部输⽔孔洞的形成,从⽽使材料的整体降解速率下降,减缓了材料的机械强度随降解过程的衰减[40 ] 。