聚(L-丙交酯-ε-己内酯)的制备

聚(L-丙交酯-ε-己内酯)的制备1 绪论1.1 生物可降解高分子材料的背景及研究目的随着科技发展高分子材料极给人们的生活带来了很大的方便。

到现在，全球高分子材料产量已超过1．2亿吨，但是很多高分子材料使用后都不能自然分解，随之变成了白色污染源，既破坏了风景又造成了土壤及水源的污染，而且还影响人类健康和动植物的生长。

环境对人类发展非常重要，所以高分子材料要继续发展必须从根本上解决“白色污染”问题，走可持续发展的道路。

因此，研究开发新型的、能在使用后短期内由自然条件下可以分解的可生物降解高分子材料，已成为目前研究的热门课题。

1.2 生物材料的种类1.2.1 合成生物高分子材料目前合成生物高分子材料种类非常多如：聚氨酯、聚酯、聚乳酸、聚乙醇酸、乳酸乙醇酸共聚物及其他医用合成塑料和橡胶等[1]。

下面简单介绍几种：聚酯类高分子材料是一类具有良好的血液相容性和生物相容性并且无毒的生物降解材料，目前大量应用于现代医学中，如医用植入内固定器材、外科手术缝合线、药物控制释放等。

其中应用最广的是聚乙交酯（PGA）、聚丙交酯（PLA）、聚己内酯（ε－PCLP）及它们的共聚物。

PLGA、PLA和PGA有较好的生物安全性和生物，它们在生物支架材料力和药物载送一面己得到大范围的。

将乳酸和羟基乙酸共聚合，通过调节两单体的，可以得到能达到一定水解的生物材料。

聚乳酸热塑性脂肪族聚酯，是可生物降解的人工合成材料。

( PLLA)是FDA(美国食品和药物管理局)认可的一种可完全生物降解，对环境无污染的聚酯类高分子材料，聚乳酸合成的主要原料是乳酸，乳酸是一类可再生的资源，而且具有无毒无刺激的特性，他的生物降解性、生物相容性和可加工性良好，以及较好的力学强度[2]。

已广泛应用于可吸收缝合线、药物缓释材料、人工血管、止血剂、外科粘合剂和骨折内固定等领域。

丙烯腈，是合成纤维的一种重要的原料,89％聚丙烯腈共聚物的是睛纶，医疗应用，超滤设备，制造中空纤维透析人工肾的人造血管。

使用超滤去除大分子物质，但没有它的疏水性，所以应用程序应与亲水性单体共聚改性，这是修改后的表面改性的医用材料。

聚丙烯腈纤维可制成高温碳化的碳纤维增强复合材料。

可以用来生产的假肢，假牙，人工肌肉，韧带，牙槽骨，下颌骨，软骨。

此外，丙烯腈和其他聚合物形成共聚物在医药等领域中使用，如脑动脉瘤，增强保护剂。

PAN基碳纤维具有良好的吸附特性，可用于生产吸附人工肾，人工肝脏。

1.2.2天然高分子生物材料主要有壳聚糖、丝蛋白、纤维素和胶原。

壳聚糖的脱酸产品甲壳素，甲壳素广泛存在于蟹，虾和其他低等动物以及藻类，真菌和其他低等植物中也有发现，内容极为丰富。

在自然世界年产量约1010 T-1011吨，是后纤维素的第二大多糖作为生物医用材料，壳聚糖具有良好的生物相容性和可生物降解，降解产物无毒。

此外，壳聚糖及其衍生物具有许多独特的性质，如抗菌，抗微生物性，螯合重金属离子，毒性疾病，癌症，并促进伤口愈合[3-4]。

壳聚糖吸水纤维或湿的机械强度较差，作为医用材料的应用受到了限制。

提高其机械属性在生物医学领域的应用有相当重要的意义。

木纤维，麻纤维，棉纤维，竹纤维等多种天然高分子植物纤维可以作为增强材料。

它们的强度和刚度比较高并且比重小，主要是这些植物纤维没有污染是因为可以在自然环境中降解并且来源比较广泛[5]。

麻纤维长度是最长的天然植物纤维，具有高强度和大麻纤维的初始模量，抗弯强度低伸长率特性比聚酯略高，亚麻纤维最合适的自然植物纤维复合材料的增强。

亚麻纤维以其较强的强度和玻璃纤维以及良好的机械性能可以取代玻璃纤维制备，是可完全降解的环保复合材料的选择理想。

1.2.3无机生物材料羟基磷灰石等、生物陶瓷、生物玻璃、骨水泥等都是无机生物材料生物陶瓷是指作为一种特定的生物或生理功能，直接用于人体或直接关系到生物，医学，生化和其他陶瓷材料。

作为一种生物陶瓷材料，需要具备以下条件：(1)要具有良好的物理和化学稳定性。

(2)具有良好的生物相容性和力学相容性并且生物组织有极好的亲和力抗血栓，杀菌性[6-7]。

进入21世纪，世界科技迅猛发展，生物陶瓷材料及其复合材料的应用，在生物材料更新及硬组织工程中占据不可替代的地位。

因此，对生物陶瓷材料的研究与三类植入物及硬组织工程材料开发倍受医疗器械和生物医用材料届的重视。

生物陶瓷的使用范围相当广泛，现在可应用于人工骨、关节、牙根，骨填充材料、代材料等，材料也可用于人造心脏瓣膜，人工肌肉视觉，人造血管，人工气管，也可以适用于在体内的医疗监测。

1.2.4复合生物材料磷酸钙与天然高分子生物材料复合也有两种，一种是基于对一些生物活性物质（如骨形态生生成蛋白BMP、成骨细胞因子，成骨细胞）在体内能促进骨学生[8-9]长的原则，这些嵌在多孔磷酸钙陶瓷骨的诱导物质的具有良好的生物活性；第二种是胶原蛋白和其他物质和钙磷酸盐形成两相复合材料，以提高材料的强度和生物活性。

目前，常用的骨缺损修复材料主要为生物活性材料。

这类材料主要采用仿生合成技术制备。

其不仅在组成和结构上与天然骨组织类似，并且应具有可降解性和高度生物活性，能够提高细胞的增殖和分化，诱导、激发骨组织再生[10]。

磷灰石是天然骨组织的主要无机成分，胶原为有机成分。

磷灰石晶体在有机模板胶原表面沉积，成核，矿化形成骨组织进而形成天然骨。

蚕丝丝素蛋白具有优于胶原的械性能和良好的尘物相容性及可降解性，并且容易获得[11-12]。

1.3 高分子生物材料的应用及发展趋势1.3.1 高分子生物材料的应用生物可降解高分子材料主要用途有两方面:利用它的生物降解性，并作为生物医用材料的使用。

由于成本和其他因素，目前的研究多集中在生物医学工程领域，因此简要介绍一下可生物降解的聚合物。

生物医学材料必须具备以下两个条件：首先，材料要和组织的长期接触，无毒，无过敏性，非炎症，非致癌作用，无其他不良反应。

二，应具有耐腐蚀和生物力学性能和良好的可加工性。

这种材料可在体内分解，参与人体代谢，最终排出体外，生物降解性和生物相容性是基本特征[13]。

利用它的生物降解性，解决了环境污染问题，以确保人类生存环境的可持续发展。

通常情况下，高分子材料的处理，主要填埋，焚烧和回收利用三种方法，但是这几种方法有利也有弊。

有长期的危害，如在土地上与日益减少的垃圾填埋场，无法继续进行;焚烧会释放出大量有害气体污染环境和生物体，回收再利用法由于材料比较分散难以收集，材料量比较大整理起来比较困难，所以该方法难以推广[14-15]。

上述三种方法都不能很好的解决所环境染问题，要想以从根本上解决的环境的污染问题就必须的从可生物降解的材料入手。

1.3.1.1.药物/基因控制释放系统初始药物控释系统加载到聚合物基体中的活性物质里，然后再进入人体。

PLA和PLGA微球在一段时间内，在恒定的速率释放多肽，蛋白质，疫苗，释放速度取决于聚合物的生物降解行为。

药物微球和纳米粒子在固态组织或器官上以直接注入的形式[16]，它进一步发展。

微球的制备可以针对身体的不同器官和组织，以便有针对性的药物控制释放拓宽了给药途径，减少用药频率和数量，以提高药物的生物利用度，以减少药物对身体特别是肝脏和肾毒性，美国专利提到的可生物降解的聚合物制造缓控释药物技术可使在牙周的病变组织长期发挥疗效。

1.3.1.2.外科手术缝合线聚乙交酯制成的聚乳酸及其共聚物，聚乙烯交酯的手术缝合线可以在自动伤口愈合的有机体内降解和吸收。

目前的研究重点是如何提高缝合线的灵活性和机械强度，非消炎药，抑制炎症和排异性参加的缝合线，此外，还有增加韧性降解率。

研究发现甲壳素制成的缝线无毒，机械性能好，容易配合胆汁，在胰液中拉伸强度比聚乙烯纤维交酯好，使用前10和15天强度的连续性较好，之后迅速降解和吸收被有机体[17]。

1.3.1.3.骨内固定材料和组织工程聚合物可用于骨折内固定材料，如PGA ，DPGA，聚乳酸。

PGA是结构简单的线性聚烷基脂肪酸，是为临床第一组由美国食品和药物管理局批准的可生物降解吸收材料。

PLA被 PGA纤维，聚乳酸纤维，碳纤维，磷酸钙等增强后可以提高初始强度的材料和承载能力。

在治疗过程中抗生素药物和骨生长因子，骨骼生长调节蛋白植入的材料，以防止感染，可促进骨折愈合[18]。

聚乳酸及其共聚物可以作为手术替代疗法也可以形成一个自然的组织是因为可用于支持材料，移植的器官，组织。

聚酯在组织工程领域已得到广泛的应用范围。

1.3.2 高分子生物材料的发展趋势作为一个高科技生物制品和环保产品的生物降解塑料已成为一个国家的研究和发展的热点。

合成生物降解塑料的方法不同，可分为天然聚合物，生物合成，合成三类。

天然高分子具有良好的生物相容性，降解产物可以在体内被完全吸收，但机械和加工性能不太好，降解时间不能精确的控制和计算，质量不太稳定;微生物合成的聚酯具有良好的降解性能，但其较差的物理性质，化学性质，通过人工化学方法合成目标产物的分子设计[19-20]，并引入不同类型和数量的分子链群体，致使在聚合物中达到预测的物理和化学性质降解率可控制，以满足生产和生活的需求。

合成高分子材料有很多的优点，比如相对较轻的重量，较高的强度，良好的化学稳定性，价格低廉的成本。

然而，合成高分子材料，为人们的生活带来方便，提高生活质量的同时，其使用后，大量的浪费也在不断增加造成的负面影响对人类生存环境不可忽视。

但是，合成高分子所用的原料是石油，随着是有的日益减少合成高分子材料的产量也会随之降低，所以研究新的材料也就越显得重要了，怎么去用非石油生产的高分子材料也成了一个非常重要的问题，然而，可降解生物材料的出现有效地解决了这些问题。

高分子降解可分为，光降解，光学和热降解，热降解，机械和化学降解，臭氧导致辐离子退化退化退化和生物降解高分子材料的降解。

生物降解被描述为改变或减少的表面特性，微生物消化，酸在体内分解降解的机械强度，主要链断裂，其次是聚合物的分子量，降低或小分子提取表面缺陷[21]。

高分子材料的降解过程可分为四个阶段：水化，强度损失，物质损失的整体质量损失。

依靠范德华力和氢键破裂保持二次，三次结构是由聚合物的水化。

通过化学或酶法水解，高分子材料的强度，水化，和随后的聚合物主链可能会被打破。

降低交联的高分子材料的强度，可引起聚合物主链，跨交联剂，开裂等外部团体。

高分子链进一步产生而断裂，断裂后材料的质量损失和分子量都大幅度下降，最终断裂成分子量特别小的分子，这些小分子进一步代谢为反应变成水，二氧化碳和其他物质。

总的来说，生物降解是一个比较复杂的生物物理反应而不是比较单一的机制过程，过程中伴随有生物化学反应协同，相互促进的物理和化学反应发生。

所以到现在为止，生物降解这个过程还没有人能够完全的去阐述清楚。

除了可生物降解的聚合物材料在体内降解，也被形容为生物吸收，生物侵蚀和生物降解[22]。