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1、2、 生 物 降 解 高 分 子Biodegradable Polymer 引 起 高 分 子 降 解 的 因 素l 熱 熱 降 解l 輻 照 （ 光 、 UV線 、 g射 線 ） 光 降 解 、 輻 照 降 解l 氧 化 （ O2、 O3） 氧 化 降 解 l 輻 照 + 氧 化 光 氧 化 降 解l 水 水 解 降 解l 微 生 物 、 酶 生 物 降 解l 機(jī) 械 力 機(jī) 械 降 解l 聲 波 超 聲 降 解l 環(huán) 境 環(huán) 境 降 解 生 物 降 解 材 料 生 物 降 解 材 料 是 指 在 生 理 環(huán) 境 下 構(gòu)成 材 料 的 分 子 能 自 動(dòng) 斷 裂 、 從 大 分子 變 成 小

2、 分 子 、 從 不 溶 解 變 成 能 溶解 ， 從 而 能 逐 漸 被 機(jī) 體 代 謝 或 吸 收的 材 料 生 物 降 解 材 料 分 類來(lái) 源 材 料 種 類 材 料 舉 例天 然 材 料 天 然 無(wú) 機(jī) 物 羥 基 磷 灰 石珊 瑚 礁 等天 然 衍 生 材 料 甲 殼 素 、 殼 聚 糖 、 海 藻 酸鹽 、 膠 原 蛋 白 、 葡 聚 糖 、透 明 質(zhì) 酸 、 明 膠 、 瓊 脂 等合 成 材 料 合 成 高 分 子 脂 肪 族 聚 酯 、 聚 酸 酐 、 聚 膦 腈 、 聚 原 酸 酯 、 聚 醚 等 天 然 衍 生 材 料初 始 原 料 來(lái) 自 于 動(dòng) 、 植 物 或者 人

3、體 ， 而 后 經(jīng) 過(guò) 物 理 或 化學(xué) 方 法 加 工 、 處 理 得 到 的 材料 。 包 括 天 然 的 無(wú) 機(jī) 衍 生 生物 材 料 和 天 然 的 有 機(jī) 衍 生 生物 材 料 。 降 解 機(jī) 制l 材 料 在 體 內(nèi) 的 降 解 和 吸 收 是 受 生 物 環(huán) 境 作 用的 復(fù) 雜 過(guò) 程 ， 包 括 物 理 、 化 學(xué) 和 生 化 因 素 。l 物 理 因 素 主 要 是 外 應(yīng) 力l 化 學(xué) 因 素 主 要 有 水 解 、 氧 化 及 酸 堿 作 用l 生 化 因 素 主 要 是 酶 和 微 生 物* 由于植入體內(nèi)的材料主要是接觸組織和體液，因此水解（包括酸堿作用和自催化作用）

4、和酶解是最主要的降解機(jī)制 水 解 機(jī) 制 天 然 聚 合 物 在 生 物 中 的 降 解 ， 首 先 被 水 解 或 氧化 降 解 為 小 分 子 ， 然 后 再 被 吸 收 排 泄 。 可 降 解的 合 成 高 分 子 材 料 的 降 解 主 要 是 水 解 。 水 解 降解 過(guò) 程 可 以 被 酸 、 堿 或 酶 所 催 化 。 高 分 子 量 固 態(tài) 聚 合 物 裝 置 從 植 入 體 內(nèi) 到 消 失 ，是 由 不 溶 于 水 的 固 體 變 成 水 溶 性 物 質(zhì) 的 過(guò) 程 ，這 個(gè) 過(guò) 程 稱 為 溶 蝕 。 分 子 鏈 斷 裂 是 降 解 的 第 一 階 段 ； 吸 收 是 第

5、二階 段 ： 即 進(jìn) 入 體 液 的 降 解 產(chǎn) 物 被 細(xì) 胞 吞 噬 并 被轉(zhuǎn) 化 和 代 謝 。 當(dāng) 分 子 量 小 到 可 溶 于 水 的 極 限 時(shí) （ 如 數(shù) 均 分子 量 Mn5000道 爾 頓 左 右 的 聚 酯 ） ， 整 體 結(jié) 構(gòu) 即發(fā) 生 變 形 和 失 重 ， 逐 步 變 為 微 小 的 碎 片 并 進(jìn) 入體 液 。 酶 解 機(jī) 制l 聚 合 物 前 期 的 水 解 過(guò) 程 不 一 定 需 要 酶 參加 ， 但 水 解 生 成 的 低 分 子 量 聚 合 物 片 段可 能 需 要 通 過(guò) 酶 的 作 用 轉(zhuǎn) 化 為 小 分 子 代謝 產(chǎn) 物l 酶 促 水 解 和 酶

6、促 氧 化 反 應(yīng) 是 材 料 在 體 內(nèi)降 解 吸 收 的 重 要 因 素 ， 酶 在 一 定 程 度 上影 響 降 解 機(jī) 制 和 速 度l 酶 促 水 解 機(jī) 制 ： 容 易 水 解 的 聚 合 物 ， 在體 內(nèi) 可 能 同 時(shí) 存 在 單 純 水 解 和 酶 催 化 水解 兩 種 作 用 l 容 易 被 水 解 酶 降 解 的 聚 合 物 ： 聚 酯 、 聚 酰 胺 、聚 氨 基 酸 、 聚 -氰 基 丙 烯 酸 以 及 某 些 聚 酯型 聚 氨 酯* 酶 促 氧 化 機(jī) 制 ： 主 要 是 一 些 非 水 解 性 聚 合 物l 材 料 在 體 內(nèi) 最 后 是 通 過(guò) 吞 噬 細(xì) 胞

7、和 巨 細(xì) 胞 內(nèi)吞 作 用 而 吸 收 代 謝 。 體 內(nèi) 的 酶 都 參 與 了 這 個(gè)轉(zhuǎn) 化 反 應(yīng) ， 而 過(guò) 氧 化 歧 化 酶 （ SOD） 則 起 到加 速 轉(zhuǎn) 化 的 作 用 * 自 由 基 作 用 機(jī) 制 ： 氫 氧 自 由 基 是 引 起 降 解 的 重 要 因素 。 例 如 ， 聚 乳 酸 在 有 過(guò) 氧 化 氫 和 二 價(jià) 鐵 離 子 的 介質(zhì) 中 ， 比 在 單 純 水 介 質(zhì) 中 的 降 解 速 度 加 快 了 近 一 倍 含 有 可 水 解 基 團(tuán) 高 分 子 的 降 解 模 式 高 分 子 類 型 主 鏈 的 鍵 合 形 式 降 解 產(chǎn) 物 聚 酯 -C-C-O

8、-C- -C-OH HO-C- O O 聚 醚 -C-O-C- -C-OH HO-C- 聚 氨 酯 -C-O-C-N-C- -C-OH CO2 H2N-C- O H 聚 酰 胺 -C-C-N-C- -C-C-OH H 2N-C- O H O 合 成 類 生 物 降 解 高 分 子 聚 乙 醇 酸 （ 聚 乙 交 酯 ） （ PG A） 聚 乳 酸 （ 聚 丙 交 酯 ） （ PLA） 聚 己 內(nèi) 酯 （ PCL） 聚 羥 丁 酯 （ PH B） 聚 羥 戊 酯 （ PH V） 聚 羥 基 酸 （ PH A）脂 肪 族 聚 酯 生 物 降 解 性 ： 指 在 自 然 環(huán) 境 下 可 由 于 微

9、生 物 等 生物 作 用 而 分 解 的 性 質(zhì)* 嚴(yán) 格 地 說(shuō) ， 指 由 于 生 物 所 具 有 的 酶 而 分 解 的 性質(zhì) 。 不 包 括 非 酶 的 水 解 和 溶 解 。 在 土 壤 中 和 海 水中 由 于 酶 而 降 解 的 高 分 子 材 料 ， 稱 為 生 物 降 解 性塑 料 。 生 物 吸 收 性 ： 指 在 人 體 內(nèi) 由 于 酶 或 非 酶作 用 而 降 解 ， 而 降 解 產(chǎn) 物 可 被 機(jī) 體 吸 收 、代 謝 的 性 質(zhì) 。* 包 括 材 料 并 未 降 解 ， 而 是 在 溶 解 狀 態(tài) 下被 吸 收 的 情 況 ,如 膠 原 等 可 由 于 酶 的 作

10、用而 降 解 的 天 然 高 分 子 。 材 料 在 體 內(nèi) 的 吸 收 和 排 泄 組 織 和 細(xì) 胞 生 物 學(xué) 方 法 是 研 究 材 料 在 體 內(nèi) 吸 收 過(guò) 程 的主 要 手 段 ， 可 用 以 評(píng) 價(jià) 材 料 的 組 織 反 應(yīng) 和 生 物 相 容 性 。 用 同 位 素 標(biāo) 記 方 法 可 以 定 量 地 研 究 材 料 在 體 內(nèi) 的 降 解 、吸 收 和 排 泄 。 材 料 本 身 的 化 學(xué) 結(jié) 構(gòu) ， 其 中 聚 合 物 主 鏈 的 易 水 解 性 和單 體 的 親 水 性 是 最 要 的 因 素 。 不 同 主 鏈 結(jié) 構(gòu) 的 合 成 高 分 子 在 中 性 水 介

11、質(zhì) 中 降 解 的 難易 程 度 從 大 到 小 排 列 如 下 ： 聚 酸 酐 聚 原 酸 酯 聚 羧 酸 酯 聚 氨 基 甲 酸 酯 聚 碳 酸 酯 聚 醚 聚 烴 類 影 響 高 分 子 生 物 降 解 性 的 主 要 因 素 化 學(xué) 組 成 分 子 中 包 含 的 可 水 解 基 團(tuán) 的 種 類 和 含 量 ? 分 子 主 鏈 的 柔 性 ? 分 子 形 態(tài) 結(jié) 構(gòu) 橡 膠 態(tài) (?) 玻 璃 態(tài) (?) 結(jié) 晶 態(tài) (?) 親 /疏 水 性 含 親 、 疏 水 兩 種 基 團(tuán) 只 含 單 一 種 水 基 團(tuán) 圖 生 物 降 解 高 分 子 的 分 子 量 、 強(qiáng)度 和 質(zhì) 量 隨 降 解 時(shí) 間 的 變 化 結(jié) 束 語(yǔ) 生 物 降 解 材 料 是 一 類 十 分 重 要 的 生物 材 料 ， 在 臨 床 醫(yī) 學(xué) 具 有 重 要 、 廣泛 的 應(yīng) 用 新 生 物 降 解 材 料 的 出 現(xiàn) 可 以 促 進(jìn) 醫(yī)療 技 術(shù) 的 改 革 生 物 降 解 材 料 具 有 極 高 的 經(jīng) 濟(jì) 效 益