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生物医用高分子材料的研制及其基础研究

沈健  
【摘要】:生物医用材料是生物医学科学中的最新分支学科,它是生物学、医学、化学、物理学和材料学交叉形成的边缘学科,是用于人工组织或器官制备、高性能医疗器械的研制、药物新剂型的开发和和仿生效应研究的基础。 生物医用材料,简称生物材料(Biomaterials),是一类具有特殊性能或功能,可用于动物器官和组织的修复与替换、疾病诊断与治疗,与动物生物相容的一类材料。高分子材料以其特有的性质和优点,在生物材料中占有很大比重,广泛的应用于心血管、骨修复、神经传递、皮肤、器官、药物控释等领域。 本论文主要对生物医用高分子材料中的抗凝血材料、可用于骨修复或替代的可降解吸收材料和药用高分子材料进行了基础性研究。 第一部分:抗凝血材料的研究 当高分子材料与活体组织相接触时,会导致一些重要的反应,诸如血栓形成和一些不希望发生的免疫反应。生物相容性,尤其是血液相容性是高分子生物材料最重要的性能指标。 目前抗凝血效果较好的材料有三大类:聚氧乙烯链结构类、聚磷酰胆碱类及表面肝素化材料。在物理机械性能较好的高分子材料表面构建这些材料是发展高分子血液相容性材料的重要途径,改性后的材料可以直接用于与血液相接触的场合,无需抗凝剂。在“维持正常构象”说的指导下,我们发现基于两性离子界面分子结构的生物材料具有优异的抗凝血性能。 为了证实两性离子分子结构的不凝血性,本研究主要工作是将具有磷—铵、 中文摘要 磺一馁和梭一钱两性离子结构的分子构建到一些常用的生物材料表面,并对材料 的血液相容性进行了研究。实验结果表明:在聚合物表面构建两性离子结构显著 地提高了其抗凝血性能,尤以构建磺一按两性离子结构的效果最为明显;在不同 的聚合物表面构建相同的两性离子结构都提高了原先的抗凝血性能;可采用不同 的方式在聚合物表面构建两性离子结构,但臭氧法具有良好的综合效果。 第二部分:可降解吸收生物材料的研究 可降解高分子材料在医学和组织工程方面都有着良好的应用前景,其作为医 疗上的临时性隔离层、药物控释载体和临时性支架都取得了令人瞩目的成就,近 几年,随着组织工程的发展,可降解高分子材料的生物医学应用有了更广泛的内 容。被引人生物医学用途的生物高分子材料多种多样且各具特色,从天然高分子 物质到合成高分子,可降解高分子材料的种类十分广泛。目前聚Q一轻基酸类合 成高分子材料以其优良的力学性能、降解性能和加工性能而倍受关注,并且在医 学和组织工程领域开始获得了成功的应用。 本文主要围绕乳酸、经基乙酸的均聚物和共聚物的合成、表征以及聚乳酸在 口腔领面外科中的应用进行了研究。 文中首先通过开环聚合的方法合成了一系列的聚a一轻基酸可降解材料,包括 聚乳酸、L一乳酸和D,L一乳酸共聚物,聚经基乙酸以及轻基乙酸和乳酸共聚物。主 要以’H~NMR和FT-IR对其进行了表征。本文中还合成了以丙三醇引发开环聚合 得到的聚乳酸低聚物,并分别用IH.NMR和粘度法测定了其分子量。以该低聚 物为基础合成得到了一种交联型的聚乳酸微粒。 本文主要以广角粉末X一衍射(场认XD)对合成得到的系列聚a一轻基酸的结 晶性能进行了表征,实验中测得了PLLA的结晶度和晶胞参数。还通过FT-IR 和DTA表征了聚a一轻基酸的组成对结晶性能的影响;观察了结晶性能对力学性 能的影响关系。 本文对合成得到的一系列聚a一轻基酸的降解性能进行了表征。 本文用自行合成的PDLLA制成接骨板和螺钉,并将其用于下领骨折内固定, 建立了PDLLA复合材料诱导成骨动物模型,研究了PDLLA接骨板内固定骨折 愈合情况、PDLLA体内降解性能和生物相容性、PDLLA复合rhBMP一2材料诱 生物医用高分子材料的研制及其基础研究 导成骨能力。实验结果表明,PDLLA接骨板的降解与骨折愈合过程相吻合,体 内诱发非特异性异物反应。PDLLA复合生长因子能够诱导骨形成。 第三部分:药用高分子材料的研究 药用高分子材料学是高分子科学与生命科学等诸学科之间互相渗透的一个 重要交叉领域。药用高分子材料在现代药物制剂的研发、生产和应用中起着重要 的作用,对开发提高药品质量和发展新型药物传输系统具有重要的意义。 天然聚合物壳聚糖在酸性溶液中呈阳离子性,具有生物降解和生物相容性, 安全无毒,广泛地用于药物传递系统。壳聚糖的分子结构中存在CZ一NHZ,C3一仲 0H和C6一伯OH活性基团,可进行改性。化学改性的壳聚糖为提高生理活性,扩 大应用,改变物理性质和机械性能提供了可能。 靶向给药系统是现代药剂学研究的重要方向。药物肝脏靶向一般有两种方 式,依赖于微粒系统自身大小及表面特性介导的被动靶向(Passive targ。ting) 和依赖于细胞膜去唾液酸糖蛋白受体介导的主动靶向(Active targeting)。研究 表明,主动靶向作用的发生依赖于去唾液酸糖蛋白受体(asialoglycoprotein reeePtor, ASGR)能特异性识别末端带有半乳糖基残基或带有乙酞半乳糖胺残基 的寡糖或寡糖蛋白,而被动靶向微粒的粒径不同,则可以靶向至不同的部位:粒 径在0.1一2立m的微粒,由于单核巨嗜细胞(mononuclear phagoeyte system


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