医用高分子材料改性技术与材料安全性思考上车灯模具封盖机铝基板网格布机械表

医用高分子材料改性技术与材料安全性思考(上)

摘 要：本文介绍了用于医疗、医药等方面的高分子材料发展动向，指出通过化学的或物理的途径对高分子材料进行改性，提高其功能性和安全性是目前医用高分子材料发展的重要途径，同时在快速发展医用高分子材料的同时，也应对材料的安全性和环境可消纳性给予高度重视。

关键词：医用高分子材料 改性 安全性 环境

1．前言

医用高分子材料是高分子材料应用的重要领域之一。虽然我国医用高分子材料应用的总量还远远低于美、欧、日等国和地区，但自1987年卫生部颁发“关于推广使用一次性塑料输液器、输血器及注射器的通知”以来，始终保持着高速增长的势头。作为医用高分子材料主要成分之一的塑料材料及制品更是发展迅速，全国生产一次性医用塑料的企业已达600余家，其医用塑料产品的年产值已达38亿元，占全国医疗器械总产值的15%[1]。鉴于社会整体发展水平相对较低，医用高分子材料及制品的科技含量高，涉及到产品设计、工作原理、安全、加工制造、包装贮存、质量检验等多个方面，又是生物工程、医疗医药、材料加工等多个学科相互结合的产物，因此医用高分子材料及制品的发展到一定程度后面临着诸多困难，特别是在高科技含量的医疗器械和人造人体器官方面，从国外进口的材料及制品仍占据着主导地位。从另一方面，随着社会发展，人们对自身安全与周边环境认识的加深，也要求医用高分子材料在达到自身功能性的同时，更要具有安全性和在使用后利于环境消纳的特性。通过化学的或物理的途径对高分子材料进行改性，是实现这个目标的重要途径之一。

2．医用高分子材料改性技术的进展

高分子材料改性就是指通过化学的方法（如共聚合、接技、取代等）或物理的方法（填充、共混、复合等）提高高分子材料的性能或赋予其新的功能。有时是在高分子材料形成过程中实现改性，而有时则是在高分子材料已形方颈螺栓成后再对其进行改性。

医用高分子材料有别于其它领域使用的高分子材料的重要一点是它必须同时具有医用功能性和生物相容性。生物相容性是指在所需时间内，泳池热泵材料在体内或体外持续完成要求它完成的功能的一种能力[2]。生物相容性包括组织相容性和血液相容性，即要求这种材料与人体组织接触时，在起到对其所要求的功能作用时，不引起人体组织的不良反应，如毒性反应、过敏反应、排斥反应乃至长时间发生癌变等。这不仅涉及到材料的表面性质，如有否细菌污染、材料形状及软硬、粗糙程度，而且涉及到材料的内在性质，如化学成分、稳定性、带电荷情况等。为此作为一种材料或制品，在开始选择制作它的原料时，就要考虑它的功能性和安全性的统一，单一的材料往往不能同时具备这蹦蹦床两方面的功能，就需要采用适当的方法对其改性。

2.1抗凝血材料改性

目前抗凝血材料大部分仍然使用天然高分子材料，改性的主要目标是增加材料中抗凝血结构数量、改进抗凝血结构、研究新型抗凝血结构及降低材料对血液中各成分的吸附性等。

如针对甲壳素分子间的强氢键作用，可以进行酰基化改性，其酰化产物除溶解性得到改善外，还具有良好的生物体亲和性和抗凝血性能[3]。

又如通过增大聚氨酯（PU）表面活化点可有效地增加在其表面上共价结合的肝素量[4]，而肝素是目前临床上最常用的有效抗凝血药物。

作为可再生的天然资源纤维素，其功能化后的材料已广泛应用于人造器官、血液分离膜、血泵等。如用高碘酸盐作氧化剂制成羧酸纤维素，在加入某种含有羟基的添加剂后，所得到产物具有优良的抗凝血性能[5]。

2.2组织相容性高分子材料改性

组织相容性高分子材料要求该材料在与人体接触或成为人体组织一部分后，对人体组织无刺激性，也不因人体体液中的各种成分而发生物理或化学变化。目前用于人工器官的材料还主要是以天然高分子和具有生物相容性的材料复合而成，如用PLA和PLGA作为骨架，使组织在骨架中均匀分散并得以生长和繁殖。虽然PLA和PLGA等可生物降解的高分子材料有很多优点，但在力学性能、骨传导性、骨诱导性等方面却有明显不足，需要通过填充或增强改性加以克服。例如将PLGA与HA短纤维混合加工成新的多孔材料，可将强度提高到无纤维时的3倍；将PPE与β-磷酸三钙（β-TCP）混合，可使填充材料的力学性能与管状骨组织的力学性能相当，并能维持数周。

2.3牙科常用塑料材料的改性[6]

牙科常用塑料材料分为牙托材料、造牙材料及修复材料三类。

牙托用塑料材传祺GS5是广汽乘用车在欧洲名车高性能底盘上全新开发的1款引领风尚都市SUV料一般以丙烯酸类树脂为主体，尤其是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。为增加与人体相容性，可在PMMA表面涂覆一层硅硫橡胶，以增加弹性及柔软感，还可加入芳纶纤维，以提高其弯曲强度和冲击强度。用经硅烷处理的超细二氧化硅粉末填充PMMA或尼龙（PA）、聚碳酸酯（PC）、聚砜（PSF）等，可提高整体牙体的硬度和耐磨性，也可使外观和色泽更接近于天然牙体。牙科修复材料通常都是采用无机填料与树脂单体相混合，在操作时加入适量稀释剂和引发剂、固化剂，在常温下几分钟内即可固化。常用的填料有瓷粉、石英粉、玻璃粉、氮化硅、水晶粉等，其主要作用是增强、降低成型收缩率、降低热膨胀系数和抗蠕变等。

在补牙过程中，填料虽然可以减少整个体系聚合固化时发生的体积收缩，但不能完全消除，这将会影响补牙效果，不仅不能将牙齿填平补齐，而且影响粘接强度，造成脱落。

冰可以牢固地粘附在任何物体的表面，包括聚四氟乙烯塑料的表面，其原因在于水在结冰过程中，体积膨胀了4%。由于体积膨胀，冰被楔入固体表面上微细的裂缝和凹陷的坑里，从而增加了冰附着在固体表面的牢度。如果在高分子补牙材料体系中加入一些可在聚合时产生膨胀效果的单体，就可以弥补上述因聚合固化时体积收缩造成的缺陷。人们把在聚合过程中产生体积膨胀这种现象的聚合反应称为膨胀聚合反应，而能进行膨胀聚合反应的单体称之为膨胀单体。螺环原酸酯类、双环原酸酯类、螺环原碳酸酯类、缩酮内酯类等化合物都是常见的膨胀单体，其主要的开环聚合方式是阳离子型和自由基型开环聚合。

在补牙材料中加入20%的膨胀单体，如3,9-二亚甲基-1，5,7,11-四氧螺[5,5]十一烷，可将共聚物与牙齿的粘合力提高一倍，有利于消除补牙材料和牙齿之间的缝隙，可通过和IACMI(先进复合材料生产创新研究院)合作以避免因存在缝隙使细菌得以繁殖的隐患，同时补牙材料的冲击强度和模量都不受影响，达到既结实又卫生的目的[7]。

膨胀聚合反应制作缓释药物外膜、手术缝合线和粘合剂等方面都有用武之地，目前这方面的应用研究都在进行之中。

2.4输液瓶、袋和血袋

输液瓶袋的用量非常可观，与传统使用的玻璃瓶相比，塑料瓶、袋更易加工、更便宜、也更安全。聚拜耳材料科技以其在欧洲长时间使用的经验技术氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）和聚乙烯三种原料都可以用于制作输液瓶、袋，其原料成本、加工成本和性能上各有高低，PVC塑料在使用上因添加的增塑料剂、稳定剂的安全问题还存在一些争议，聚丙烯塑料的优点很多，但加工成本较高，而且需要专门牌号的树脂，聚乙烯塑料无论原料价格上还是加工成本上都有优势，但其透明性和阻隔性还有一些不足。为此有的公司生产三层或五层聚烯烃塑料复合膜袋，OTSUKA PHARM FACTORY公司制成的输液溶器为五层构造，中间层为聚丙烯，内外层为中密度聚乙烯，夹层为共聚型低密度聚乙烯。SHOWA DENKO KK公司生产的液体包装袋为低密度聚乙烯和共聚型聚乙烯两层构造，还有的复合膜中间层为尼龙（PA）。复合膜袋兼具几种塑料的优点，具有更好的热稳定性、阻隔性、强度、透明性和密闭性，而且如果大批量生产，其成本并不很高，只是一次性投资规模较大，在生产过程中操作也稍复杂一些[8]。

血袋的要求比一般输液袋更高。血液制品的包装分为内包装和外包装两种。内包装直接和血液接触，不仅要求一般包装的卫生性、强度、柔韧性、密闭性等，而且还要有良好的生物性能，如血液相容性、无溶血、无热原、血细胞存活率要达到规定要求，还应当能耐高压蒸汽灭菌等。虽然目前国内外还仍然大量使用聚氯乙烯塑料（PVC）来制造血袋，因其有一定透气性，适宜血细胞保存，同时因膜表面光滑，可减少血小板的破损、减少溶血，提高细胞存活率，但聚氯乙烯要保持其柔韧性必须加入增塑剂等添加剂，这些添加剂易向材料表面迁移，造成血袋表面微渗，而所装的红细胞保养液和抗凝剂会在微渗情况下挥发或渗漏，保养液中所含的葡萄糖等营养物质还会被空气中的霉菌侵蚀发生霉变，为此还要对血袋进行外包装。外包装材料需要具有良好的阻隔性能，防潮、防尘、保持袋内干燥，同时还应透明、印刷性好、强度高、化学稳定性强、易于加工和热封等。可用于外包装的塑料薄膜有聚乙烯薄膜（气密性较差）、聚丙烯薄膜、聚酯（PET）薄膜（热封性差）、聚偏二氯乙烯（PVDC）薄膜（气密性好、耐热，但热封性差、易穿孔或产生微裂纹）和聚酰胺（PA）薄膜（吸水性强、易起皱），这些薄膜的性能各有千秋，因此最理想的做法是将它们复合起来，用其所长避其所短。复合薄膜通常是以聚酯薄膜、双向拉伸聚丙烯薄膜为基材，做复合薄膜的外层，以未拉伸的聚丙烯薄膜或聚乙烯薄膜为内层，把具有优良阻隔性能的薄膜作为中间层，有时还要在中间层和内外层之间加入粘合层，在外层的外面加上印刷层，因此复合薄膜可三层、五层、七层甚至多达十几层，视需要和加工能力而定。目前血液制品的外包装通常采用聚酯/未拉伸聚丙烯复合薄膜，它一方面具有良好的热封性（由未拉伸聚丙烯薄膜提供），一方面又具有强度高、防潮阻隔性好（由聚酯薄膜提供）的特点，同时这两种薄膜都可经受灭菌所需的高温，在高温下不变形，外观挺括美观，很适合血袋的外包装用[9]。