盤點生物降解性高分子靜電紡絲材料在生物醫(yī)用領域的應用

在生物材料中，合成高分子材料因其良好的物理性能，一定的生物相容性及易加工成型性、生產(chǎn)重復性好等特點，在生物醫(yī)用領域占絕對優(yōu)勢。其中，生物可降解材料引人注目。目前在生物醫(yī)學領域應用占絕對優(yōu)勢的是生物降解性高分子，通過靜電紡絲制備成納米纖維，可用于組織工程支架材料、新型藥物釋放載體以及納米模板材料等領域。

1.聚羥基乙酸（PGA）

PGA又稱聚乙醇酸，是一種簡單的脂肪族聚酯，在微生物或生物體內(nèi)酶或酸、堿的促進下水解形成二氧化碳和水，同時有很好的組織相容性。作為結構簡單的線型脂肪族聚酯，PGA 是體內(nèi)可吸收高分子早商品化的一個品種，早在1970年，PGA 醫(yī)用縫合線已經(jīng)商品化（商品名Dexon）。目前已經(jīng)商品化的PGA纖維都是采用熔融擠出的方法獲得，利用靜電紡絲來制備PGA 納米纖維有兩個困難，首先PGA的熔點較高和熱可降解性，使其難以采用熔體靜電紡絲方法制得；其次PGA不溶于常規(guī)的有機溶劑，溶液的紡絲溶劑可選擇范圍窄，難以尋找到合適的溶劑。目前，已有研究通過采用特殊的溶劑，如六氟異丙醇，以及其他方法解決了這兩大問題。

PGA縫紉線

2.聚乳酸（PLA）

聚乳酸是一種聚羥基酸，可由玉米、甜菜等經(jīng)發(fā)酵、蒸餾獲得，具有很好的生物降解、生物相容性、可吸收性，抗熱性高，是研究和應用廣泛的生物降解材料。PLA存在4種不同形態(tài)，即PLLA、PDLA、D,L -PLA（又稱PDLLA）和meso-PLA。其中PLLA和PDLA由于較好的力學強度而常用作醫(yī)用縫合線，無定形高分子D,L-PLA 常用于藥物控釋載體，meso-PLA的應用較少。

PLLA修復流失的膠原質(zhì)

D,L-PLA 用于藥物控釋載體

由于PLA具有良好的生物學特性，PLA 納米纖維在組織工程和藥物控釋等領域的應用引起了研究者廣泛的興趣。研究人員已經(jīng)通過經(jīng)典紡絲制備出了可生物吸收的無紡布納米纖維膜、組織工程支架材料、有利于皮膚與大氣交換空氣和水分的皮膚貼膜和皮膚保護膜藥物控制釋放等。靜電紡絲法制備聚乳酸納米纖維還面臨一些問題：電動力學及其與聚合物流體的關系尚不明確，需要深入研究；產(chǎn)量很低；得到的纖維力學強度不夠；有待進一步提高。

3.聚己內(nèi)酯（PCL）

PCL 作為一種潛在的生物降解材料也已被廣泛研究，是由有機金屬化合物催化環(huán)狀單體ε-己內(nèi)酯開環(huán)聚合而得到的完全可生物降解的聚酯之一。PCL降解速度比PLA更慢，可以在生理條件下通過水解機制降解。PCL 具有良好溶解性，在大部分有機溶劑中都表現(xiàn)出良好的溶解性，因此其加工性能很好，近年來利用靜電紡絲技術進行了不少相關研究。

用PCL制成的納米球（a,b）、納米纖維（c,d）、泡沫材料（e,f）、針織物（g-i）、選擇性激光燒結支架（j-o）、熔融沉積模擬支架（p-u）

4.聚丁二酸酯（PBS）

聚丁二酸丁二醇酯（PBS）由丁二酸和丁二醇經(jīng)縮合聚合合成，易被自然界的多種微生物或動植物體內(nèi)的酶分解、代謝，終分解為二氧化碳和水，是典型的可全降解聚合物材料，具有良好的生物相容性和生物可吸收性。具有代表性的產(chǎn)品如日本昭和公司生產(chǎn)的商品名為BionolleTM的PBS基聚酯，熔點在110～120℃，有較好的耐熱性。

Bionolle^TM的降解性能

5.聚β-羥基丁酸酯（PHB）

聚羥基烷基酯（PHA）是一系列廣泛存在于微生物細胞中的天然高分子，由于具有優(yōu)良的生物相容性和生物降解性，使其在生物醫(yī)學領域的應用受到越來越多學者的重視。但是，該材料體內(nèi)降解很慢，完全吸收要數(shù)年時間。因此，應用更多的是它與β-羥基戊酸酯的共聚物PHBV。

PHBV納米纖維

PHBV由于具有較低的結晶、高柔軟性并易于加工，應用價值很高。目前對于靜電紡絲法制PHB基納米纖維的研究主要集中在PHB和添加物混合紡絲、PHB共聚物PHBV紡絲、PHB和聚合物共紡等方面。PHB作為生物可降解材料有廣泛的應用前景，尤其是在生物醫(yī)學方面。PHB基納米纖維今后的發(fā)展應主要在兩個方面：（1）PHB與其生物可降解材料復合電紡，如PHB/PLA等；（2）PHB與功能性納米粒子復合電紡。

6.聚氨酯（PU）

聚氨酯通常是由多元醇和異氰酸酯進行加成反應，再加擴鏈劑擴鏈制得的一類含有氨基甲酸酯基團的高分子材料。從分子結構看，聚氨酯是一種由柔性的軟段和剛性的硬段交替共聚的聚合物，通過聚氨酯軟段及硬段的分子設計可得到各種不同力學強度和降解性能的聚氨酯材料。嵌段聚氨酯彈性體具有獨特的力學性能和優(yōu)異的生物相容性，作為生物材料使用已經(jīng)有幾十年的時間，主要用于組織工程支架材料、血管替代物、皮膚創(chuàng)傷敷料等?？山到庑途郯滨ビ捎诰哂泻芎玫纳锵嗳菪约翱山到庑远蔀橐环N重要的組織工程材料。此外，聚氨酯具有較強的分子結構可設計性，易于加工成型，力學性能優(yōu)異等優(yōu)點。

生物可降解血管支架

結語

靜電紡絲作為一種簡便高效的生產(chǎn)高分子納米纖維的新型加工技術，用于制備低模量、高柔順性、高強度的可降解高分子纖維材料是一個重要的科學課題。這類材料研究成功后可用于制作高柔韌性單絲手術縫線，也可用于制備組織工程支架等，這將極大推動醫(yī)學和生物學的發(fā)展與進步。因此未來加強需要以下研究方向的研究：利用靜電紡原理，通過改進裝置、控制參數(shù)，得到連續(xù)、尺寸均一、缺陷可控及排列規(guī)則的高分子納米纖維；在了解靜電紡過程和靜電紡高分子納米纖維性能的基礎上，開發(fā)出具有降解速度可控、力學性能和生物相容性良好的高分子納米纖維，實現(xiàn)納米纖維的實用化；制成強度在體內(nèi)能保持較長時間，并在傷口愈合后短時間內(nèi)可吸收的縫線材料，也是一個重要的研究方向。

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