醫(yī)用生物高分子材料
時間:2005-06-13
生物醫(yī)用紡織品既屬于產(chǎn)業(yè)用紡織品領(lǐng)域，又屬于醫(yī)療器材范疇，它是生命科學(xué)和材料科學(xué)交叉的產(chǎn)物，目前已經(jīng)成為各國研究的熱點。生物醫(yī)用材料是現(xiàn)代臨床醫(yī)學(xué)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，其產(chǎn)業(yè)規(guī)模雖然不大，但知識密集，產(chǎn)出很高，因此世界各國對此均十分重視，其發(fā)展勢頭十分強勁，東華大學(xué)(原中國紡織大學(xué))在該領(lǐng)域的研究處于國際領(lǐng)先地位，其專利成果已經(jīng)進駐上海浦東張江高科技園區(qū)，建成上海高校(浦東)重點實驗室，其天純生物材料有限公司的醫(yī)用甲殼質(zhì)敷料等產(chǎn)品已經(jīng)被醫(yī)院作為臨床器材使用，為病人解除痛苦。生物醫(yī)用紡織品所用的材料，包括短纖維、單絲、復(fù)絲和機織、針織織物及復(fù)合材料，其中代表品種有：甲殼質(zhì)纖、骨膠原纖維以及海藻酸纖維。
1 甲殼質(zhì)纖維 甲殼質(zhì)(也稱甲殼素)來自蝦和蟹等節(jié)足動物的甲殼中，每年海洋產(chǎn)甲殼量達10億t，在天然高分子的產(chǎn)量僅次于纖維素。
甲殼質(zhì)是一種天然多糖物質(zhì)，由于其具有較好的晶狀結(jié)構(gòu)和較多的氫鍵，因此，其溶解性能很差。甲殼經(jīng)脫乙酰化成為甲殼胺(也稱脫乙酰甲殼素)其溶解性能比甲殼質(zhì)好。將精制的甲殼質(zhì)或甲殼胺溶解于合適的溶劑，通過濕法紡絲制成為甲殼質(zhì)纖維或甲殼胺纖維。
由于甲殼質(zhì)或甲殼胺具有良好的生物相容性和適應(yīng)性，并具有消炎、止血、鎮(zhèn)痛和促進肌體組織生長等功能，可促進傷口愈合，因此被公認(rèn)為保護傷口的理想材料。 甲殼質(zhì)作為低等動物中的纖維組分，兼具高等動物組織中的膠原和高等植物纖維中纖維素兩者的生物功能，因此生物特性十分優(yōu)異，其主要特征為：
(1)生物相容性好。甲殼質(zhì)及其衍生物是無毒副作用的天然聚合物，其化學(xué)性質(zhì)和生物性質(zhì)與人體組織相近，因此，其制品與人體不存在排斥問題。
(2)生物活性優(yōu)異。甲殼質(zhì)及其衍生物因本身所含的復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)而表現(xiàn)出多種生物活性，其制品具有抑菌、降低血清和膽固醇含量、抑制成纖維細(xì)胞生長、直接抑制腫瘤細(xì)胞以及促進上皮細(xì)胞生長、促進體液免疫和細(xì)胞免疫等作用。
(3)生物降解性好。甲殼質(zhì)及其衍生物在酶的作用下會分解為低分子物質(zhì)。因此，其制品用于一般的有機組織均能被生物降解而被肌體完全吸收。
甲殼質(zhì)及其衍生物的醫(yī)療保健功能有：免疫調(diào)節(jié)、降低膽固醇、抗菌、降血壓、脂質(zhì)排泄、促進乳酸菌生長、促進傷口愈合以及細(xì)胞活性化等作用。
2 骨膠原纖維
骨膠是一種蛋白質(zhì)，它在皮膚、骨骼、腱、血管、腸、眼角膜和牙齒中擔(dān)負(fù)著個體保護以及保持形態(tài)的作用。骨膠分子由三概括多肽鏈形成螺旋結(jié)構(gòu)。
骨膠原纖維是通過重新組構(gòu)牛屈肌腱的骨膠原懸浮液制成的。首先將干凈的肌腱薄片用解元酶進行處理除去骨膠原原纖維束的彈性硬元，使之容易膨脹。在除掉了非骨膠原蛋白質(zhì)和多余的酶之后，將肌腱薄片浸在氰乙酸和甲醇-水的混合液(pH2～3)里使其膨脹。接著再將得到的混合物進行均勻化處理和過濾，然后壓入適當(dāng)?shù)哪淘±镄纬山z條，其斷裂強度可達2.7cN/dtex左右。
骨膠原作為醫(yī)用材料的特點在于：生物適應(yīng)性優(yōu)良、無抗原性、生物體吸收性良好等，因此國內(nèi)外正將其開發(fā)和應(yīng)用于傷口保護。
3 海藻酸纖維
海藻酸是從海藻植物中提煉的多糖物質(zhì)。海藻酸纖維可由濕法紡絲制備，將海藻酸鈉堿性濃溶液經(jīng)過噴絲板擠出后送入含鈣離子的酸性凝固浴中，海藻酸鈉與鈣離子發(fā)生離子交換，即形成不溶于水的海藻酸鈣纖維，該纖維的缺點是斷裂強度較低。
當(dāng)海藻酸鈣纖維用于傷口接觸層時，它與傷口之間相互作用，會產(chǎn)生海藻酸鈉、海藻酸鈣凝膠。這種凝膠是親水性的，可使氧氣通過而細(xì)菌不能通過，并促進新組織的生長。
海藻酸纖維的制備通常采用與非海藻酸高聚物共紡絲的方法，后者往往是水溶性的或者可溶于有機溶劑，并且均含有負(fù)電荷基團COO-，主要有：羧甲基纖維素(CMC)、果膠質(zhì)(含半乳糖醛酸)、N-，O-羧甲基脫乙酰甲殼質(zhì)(NOOC)、O-羧甲基脫乙酰甲殼質(zhì)(OCC)、聚天冬氨酸、聚谷氨酸以及聚丙烯酸等。這些非海藻酸高聚物的加入可以改善海藻酸纖維的吸收性能等。
4 結(jié)語
由于石油資源的儲量有限，以及人類生存對經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的要求，使得生物技術(shù)合成新材料成為當(dāng)今新材料研究的熱點。也許生物技術(shù)的優(yōu)點還不能馬上被人們充分認(rèn)識，它所帶來的巨大變化可能還需五年甚至更長時間才能顯現(xiàn)，但是生物高分子材料性能和環(huán)保上優(yōu)勢，決定它必將得到更大的發(fā)展。在21世紀(jì)，生物技術(shù)將影響人們生活的每一個方面，生物高分子材料將在日常生活用品、服裝、醫(yī)用和農(nóng)用等各個領(lǐng)域被廣泛地應(yīng)用。
