医用高分子材料的应用研究及发展_二_

.17《中国医疗器械信息》2005年第11卷第6期Vol.11No.6技术综述Review文章编号：1006-6586(2005)06-0017-07中图分类号：R318.08文献标识码：A收稿日期：2005-04-06作者简介：张承焱，高级工程师，上海橡胶制品研究所医用高分子材料的应用研究及发展（二）张承焱上海橡胶制品研究所(上海200052）内容提要：本文介绍了医用高分子材料的应用状况，着重介绍了硅橡胶、聚氨酯、天然胶乳、聚乳酸的应用及其产业化情况。关键词：医用高分子材料硅橡胶聚氨酯天然胶乳聚乳酸产业化ApplicationandDevelopmentofMedicalPolymericMaterials(2)ZHANGCheng-yanShanghaiInstituteofRubberProducts(Shanghai200052)Abstract:Theapplicationofmedicalpolymericmaterialsisreviewedinthispaper.Theapplicationandindustrializationofsiliconerubber,polyurethane,naturalrubberlatexandpoly(lacticacid)areemphasized.Keywords:MedicalPolymericMaterials,SiliconeRubber,Polyurethane,NaturalRubberLatex,Poly(LacticAcid),Industrialization2.2聚氨酯（PU）聚氨酯弹性体是由软链段和硬链段交替镶嵌组成的、含有许多－NHCOO－基团的极性高聚物，是一种具有良好的物理机械性能、血液相容性和生物相容性的医用高分子材料。聚氨酯弹性体能广泛应用于生物医学，与它所具有的优异性能是分不开的。其主要性能如下：（1）优良的抗凝血性能；（2）毒性试验符合医用要求；（3）临床应用中生物相容性好，无致畸变作用，无过敏反应，可解决天然胶乳医用制品存在的“蛋白质过敏”和“致癌物亚硝胺析出”两个问题，从而成为许多天然胶乳医用制品的更新换代产品；（4）具有优良的韧性和弹性，加工性能好，加工方式多样，是制作各类医用弹性体制品的首选材料；（5）具有优异的耐磨性能、软触感、耐湿气性、耐多种化学品性能；（6）能采用通常的方法灭菌，暴露在γ射线下而性能不变，可适合于所需的医疗环境。2.2.1PU弹性体的应用领域PU弹性体广泛用于生物医学和医疗卫生领域，成为重要的医用高分子材料。PU弹性体的主要应用见表2。2.2.2聚氨酯（PU）弹性体的研究及发展方向表2PU弹性体的应用领域领域医用产品普通外科导管，气管套管，胃镜软管，医用连接管，血管手术缝合修补的外涂层，导液管等整形外科人工关节，人工骨，骨胶合剂，固定用敷料，弹性绷带，软骨等成型外科创伤被敷材料，人工皮肤心血管外科人工血管，人工心脏材料[8]，人工瓣膜，血泵，分流泵泵腔，内反博气囊和助博气囊等眼科隐形眼镜泌尿科人工尿管，男性输精管1.医用手套，无粉手套其它2.计划生育用品：可逆式输精管用聚氨酯栓堵剂，避孕套3.齿科材料：制造假牙，修补假牙4.缓释药物胶囊根据PU使用的硬段不同，PU的发展可分为3代[9]：第1代PU以芳香族二异氰酸酯为硬段；第2代PU以脂肪族二异氰酸酯为硬段；第3代PU是生物可降解型弹性体。其中，第1代PU和第2代PU都要求具有生物稳定性，即在使用过程中不希望其降解；随着组织工程对细胞外基质材料提出更高的要求，第3代PU-生物可降解PU，第3代PU正处于研发阶段，尚未产业化，但其应用前景非常好。第1代PU和第2代PU的商品化材料及应用见表3。聚氨酯弹性体的发展方向主要包括以下几方面：2.2.2.1随着聚氨酯在医学生物领域中用途的不断拓宽，（接上期）《中国医疗器械信息》2005年第11卷第6期Vol.11No.6.18技术综述Review课题。目前研究人员已发现在聚氨酯表面进行肝素化处理[10]可提高其血液相容性和组织相容性，该研究值得进一步进行下去。在提高其血液相容性的同时，在身体和材料之间，物理的、机械特性的相适合性也是极其重要的，应当予以足够重视。2.2.2.5抗菌材料被公认为跨世纪的环保和健康产品，其中，抗菌聚氨酯软泡和抗菌聚氨酯树脂成为一个较热门的研究方向。2.2.3聚氨酯弹性体的产业化状况医用聚氨酯弹性体应用广泛，当前医疗领域在人工器官和医疗器械方面对医用聚氨酯弹性体的需求日益增加，现今世界用于医疗的聚氨酯已达1.588万吨。尤其是近年来，国际上对天然胶乳医用制品提出了“蛋白质过敏”和“致癌物亚硝胺析出”等问题，针对这些问题，美国、加拿大、英国等国家都已开发出聚氨酯医用手套、检查手套、避孕套等产品，我国也应抓紧开发此类医用聚氨酯产品，争取尽快在这类产品的国内外市场上占有一定的份额。由于价格等原因，在医用合成材料中，聚氨酯只占小部分份额。美国等国家的医用聚氨酯材料早已商业化，新材料、新用途仍在开发之中。Kontron公司推出的Cardiothane51聚氨酯[11]可用于制造人工心脏及内主动脉气泵；Petrarch公司推出的商品名为Rimplast的改性聚氨酯可用于制得人工血管；日本三菱重工业公司开发出了[12]具有生物相容性的形状记忆聚氨酯；美国诺誉化工于2004年在中国上海附近设立了一家热塑性聚氨酯生产厂，把亚洲作为其未来发展的重要增长点。国内不少单位从事过或正在从事医用聚氨酯的研究，如山西省化工研究所、中山大学、上海橡胶制品研究所、江苏省化工研究所等，南京大学表面和界面化学工程研究中心已成功地研制出形状记忆温度为37℃的体温形状记忆聚氨酯。国内的中纺新材料科技有限公司[13]已分别在天津和上海建成了热塑性聚氨酯薄膜（该产品可制成过敏手套、创可贴、伤口敷料等制品）复合纺织品大型生产线。近年来，国内的聚氨酯工业发展速度较快，从全球而言是发展速度最快的地区之一，但与发达国家相比仍存在一些不足：(1)技术水平较低，自有知识权、技术含量高的技术和产品不多；(2)研发工作缺乏体系性；(3)弹聚氨酯不能自然降解的缺点也日益成为其发展的障碍，带来了废弃物污染环境的问题，因此，开发可生物降解的聚氨酯材料成为解决中这一难题的理想途径之一。现已开发的可生物降解聚氨酯主要有以下几种：(1)低聚糖衍生聚氨酯；(2)木质素、单宁及树皮衍生聚氨酯；(3)纤维素衍生聚氨酯；(4)淀粉衍生聚氨酯；(5)其它类型的可生物降解聚氨酯。可生物降解的聚氨酯在生物医学领域具有巨大的发展潜力。2.2.2.2具有形状记忆功能的聚氨酯称为室温形状记忆聚氨酯：其工作原理是利用了硬段和软段二相之间的玻璃化温度的差别来实现形状记忆过程。它可用于制作各种矫形、保形用品，如牙科矫形器、骨科矫形器、绷带、乳罩、腹带等，可以先做成所希望的形状，然后二次成型为易于使用的形状，在使用时再加热使其恢复原形，从而达到预期的效果。形状记忆聚氨酯的应用前景广阔，但它成本较高，加工性能较差，使之普及的难度依然很大。从其发展方向而言，改善其现状恢复温度的精确性，应为研究的重点。只有较准确地恢复温度，形状记忆制品才有实用性。2.2.2.3目前，PU在医疗卫生领域的开发，正向生物工程、细胞工程、免疫工程等方面迅速发展。从长远看，组织工程是生物医学工程领域中一个快速发展的新方向。针对组织工程的应用领域，有一些新型PU正处于研究阶段[9]，如：离子型PU、表面多孔PU、共混型PU、生物特异性识别PU。从应用角度观察，组织工程属于医疗器械行业。由于临床治疗的需要，应用于输血、烧伤、糖尿病、心血管等方面的组织工程技术得以优先发展。为了获得更长远的发展，必须对聚氨酯这种生物高分子材料进行技术改性，才能适应组织工程的迅速发展。2.2.2.4血液相容性优异，且力学性能与人体组织一致的耐长期使用的医用聚氨酯的开发，仍是今后主要的研究表3几种商品化组织工程用聚氨酯牌号及应用聚氨酯牌号发展阶段应用Biomer第1代(Ethicon公司)人工心脏、涂层Cardiothane第1代(Nyilas)三尖瓣、人工心脏及其辅助装置Pellethane第1代(Upjohn公司)人工心脏、涂层、人工血管TecoflexEG第2代人工心脏、介入治疗导管、(ThermoElectron公司)血液透析器Coremer第2代介入治疗导管、血液透析器.19《中国医疗器械信息》2005年第11卷第6期Vol.11No.6技术综述Review性体行业中的绝大多数处于小规模生产状态，形成规模的具有国际竞争力的很少；(4)推广应用不够，与发达国家水平相比差距较大。因此，国内应该加强研究和推广应用，加快研究成果产业化的进程，使医用聚氨酯的应用前景更加广阔。2.3天然胶乳（NRL）及低蛋白天然胶乳（LPNRL）天然胶乳是一种生物合成的高聚物水基型胶体体系，其主要成分为橡胶烃、水、非胶物质。其应用于医疗卫生来源的制品主要有浸渍制品(如：避孕套、医用手套、指套、奶嘴)；海绵制品(医疗器械)；压出制品(如：输血胶管)。天然胶乳由于其优良的物理性能，已广泛应用于医疗卫生领域。含有或由天然胶乳制造的产品有：胶乳手套、导尿管、伤口引流管、胃肠导管、避孕套、泌尿收集装置、灌肠器顶、压脉器、血压计封套、输氧袋、通气软管、胶乳管、软管连接部分等。目前，天然浓缩胶乳[14]主要用于生产医用导管、医用手套、检查手套和避孕套。我国生产的浓缩天然胶乳专用产品[15]包括：（1）纯化胶乳可用于制造外科用手术用品、避孕套等制品；（2）输血胶管专用胶乳。自上世纪以来，随着人们对预防艾滋病、肝炎等病毒感染的意识不断加强，导致了天然胶乳制品尤其是天然胶乳手套和避孕套需求量的急剧上升。但是，自20世纪80年代以来，有关天然胶乳医疗卫生制品导致人体过敏反应的报道频繁出现，厂家商家赔偿事件时有发生。其主要症状是接触NRL制品后会产生皮肤痒、发炎、起疙瘩、长水泡，严重时会引起过敏性休克、甚至死亡[16]。早在1991年美国食品医药管理局（FDA）就已警告市民NRL所含的蛋白质可导致威胁生命的过敏性休克。研究人员对NRL制品的过敏性进行深入研究后发现NRL本身含有的蛋白质是引起过敏的主要原因。研究表明[17]：使用天然胶乳手套的人员中感染过敏的比例多达12.5％，其中2.5％有过敏症状，10％在血液中产生抗体。估计目前世界上有100万左右的天然胶乳过敏者。同时研究工作也说明，当天然胶乳制品中残留的可溶性蛋白质质量分数小于110×10－6时，基本上不发生蛋白质过敏。因此，如何降低天然胶乳原材料或天然胶乳制品中可溶性蛋白质的含量，研制高纯度且稳定的低蛋白天然胶乳（LPNRL）成为许多行业人员、生产厂家关注的焦点。而开发人体无过敏反应且稳定的LPNRL也成为20世纪以来胶乳行业的一个热门话题。其中降低NRL制品中残留的蛋白质含量，将NRL制成无毒安全的“医用级”材料，开发无过敏反应的医疗卫生制品，满足市场需要，已成为胶乳工业发展的重要趋势。由于LPNRL具有蛋白质含量低、活性较低、不易与人体组织反应的特性，可用于制造对人体组织反应小的医用保健材料及器具，如：医用手套、导尿管、伤口引流管、胃肠导管、避孕套、泌尿收集器、灌肠器、压脉器、血压计封套、输氧袋、通气软管等。2.3.1天然胶乳及低蛋白天然胶乳的产业化状况近年来，国内外对LPNRL及其制品进行了大量的研究工作，并取得了一些成果。其中马来西亚研究得最多，美国、日本、中国也进行进行了许多研究。马来西亚、日本等国意识到LPNRL的发展趋势，已投产生产LPNRL。马来西亚阿西亚蒂公司早在1982年就开始商业化生产LPNRL，日本橡胶工业公司也早已开始商业化生产LPNRL。就国内而言，华南热带农业大学等单位目前已初步完成LPNRL的制备及相关性能的研究，并已进入中试阶段；海南、广东、云南等省的热带作物研究部门、有关院校及橡胶农场加工厂等单位[16]也对LPNRL进行了大量的研究，并取得了一定的成绩，但如何完善制备工艺和实现