聚氨酯医学使用
1 人体修复用材料
1.1 医用胶黏剂 基的预聚物。当遇到渗出的体液、血液等后 , 聚氨酯系胶黏剂通过以高 反应性异氰酸基为中心的复杂交联反应 , 就能在短时间内最后变成柔软 的黏接力较大的弹性体状生成物。这种聚氨酯具有黏稠的特性 , 并且能 够包容其它的一些药物 ,如：活性药剂 ,局部麻醉剂 ,抗生素, 局部类固 醇药,酵素, 组织兴奋剂 ,凝结剂及抗凝剂 , 抗真菌剂等 7。松田等开发了 用有全氟烷撑基的氟化脂肪族二异氰酸酯、 1、1、6、6- 四氢全氟己撑 二异氰酸酯（OCN-CH2C4F8CH2-NCO造的医用弹性胶黏剂（特开平1-
227762）。其Ames实验呈阴性，致癌可能性小；与使用结构大致相同的
多醇制造的TDI系列黏胶相比，其在水中的黏接力较大，硬化物的弹性 模量较低 , 矿柔软性优良 , 且有水解速度快的优点。这就是说 , 这种医用 弹性黏胶能在数周内保持黏接力直到身体组织依靠本身的再生水平牢 固的接合, 而在发挥应有的作用之后又能分解成安全性的物质 , 迅速地
排泄出身体。所以可认为这种氟化二异氰酸酯制造的医用弹性黏胶具 有高的可靠性 8
1.2 人工皮肤（创口覆膜）
创口覆膜是创伤区 （ 如烧伤、灼伤 ） 皮肤再生前的临时替代膜和保护膜。 其要求是具有黏性、弹性、柔顺性、细菌不透过、易操作、无毒以及 高的水蒸气透过性 （以避免覆膜下的液体在创口处积聚 ）, 并且也允许适 当的水蒸气能从覆膜渗透以防止创面的干缩。为避免更换覆膜给新生 皮肤带来的损伤 , 现很多研究者均在研究将生物降解材料作为创口覆膜。 Yannas和Burke描述了用于覆盖在全皮（烧伤）创面的双层人工皮肤的 概念。其底层是可生物降解的 , 多孔的 , 它的功能为使皮肤再生的临时 替代膜。其顶层是透气防水保护膜。根据这个概念 Bruin 等9 最新研 究合成了一种皮肤替代物 , 其顶层为微孔透气性防水防菌聚醚聚氨酯 , 而隔离底层为可生物降解的聚酯型聚氨酯弹性体网状结构。这种设计 能迅速降解出无毒降解产物 , 从而可使覆膜从创面上毫无痛苦的剥离而 不损伤其新生表皮。通过对鼠中厚皮创口愈合的研究 , 发现用该覆膜覆 盖的创口手术后 2d 的上皮再生率为 85%,而用常用的覆膜裹覆或暴露于 空气中的创口再生率分别为 66%和 35%。用该覆膜覆盖的创口在手术后 3d可获得100%勺上皮再生，比其它的创口提前了 1d。在覆膜使用过程 中, 其隔离底层逐渐降解 , 所以手术后 5d 覆膜既可从创面上毫无痛苦的 剥离而不损伤其新生表皮。通过临床和组织学观察 , 其愈合水准较好 , 且极大的减轻了伤者的痛苦 , 所以在临床上具有良好的发展前景。
1.3 引导性组织再生材料 引导性组织再生是用外科手术方法放置一物理屏障来分隔不同的组织 其主要目的是建立一能使生物再生功能得到最大水准发挥的有利环境。 传统的引导性组织再生材料采用非降解性材料制成 , 在细胞再生完成后 依然存有 , 会引起机械摩擦和机体的炎症反应。所以当前的研究方向是 以生物降解材料来制作引导性组织再生材料。作为合适的生物降解型 引导性组织再生材料 , 理应具备以下性质 10：良好的弹性和生物相容性 材料降解时间与组织再生时间平衡 ; 降解产物不会引起体内的不良反应。 神经导管（NGCs是一种引导性组织再生材料，它为临床上具有难度的较 大的神经断裂的修复提供了一种可能。 Borke nhagen等11以聚（R）-3-
羟基丁酸 -co-3 羟基戊酸二醇 （PHB）, 和聚乙交酯 - 己内酯实行共缩聚 ,
并 以2,2,4-三甲基环己烷二异氰酸酯（TMD）为扩链剂制成了相分离的弹性
嵌段PU用此材料制成NGCS并经环氧乙烷蒸汽消毒后，植入雄鼠体内， 用于其坐骨神经的修复。神经断端用尼龙线缝合。观察发现 , 植入 4 周 后，再生神经组织的轴索已经形成，所有NGCs的轴线上均出现大的裂缝。 植入12周后,轴索的密度未变，但其平均体积显著增大。而 NGCS表面 产生了很多裂缝，导管断分裂为2〜3片。24周后,神经轴索的状态基本 稳定下来 , 并且很难在新生组织区分辨出导管材料。即材料降解时间与 组织再生时间能够达到平衡。整个过程中 , 聚合物降解的碎片引起的炎 症反应主要集中在碎片表面 , 并未影响到再生的神经组织 （ 这可能是因 为该PU材料的降解产物较小，可被巨噬细胞吞噬）。能够得出结论，该 PU聚合物系统适合用作引导性组织再生材料，其降解时间与新生神经组 织的生成和定形时间较吻合 ,
且降解产物不引起炎症反应。再加上该材 料极低的膨胀率和良好的弹性、生物相容性 , 就较之其他的可吸收材料 有了更大的优势。
1.4 医用缝线 一些学者实行了生物降解型聚氨酯作为医用缝线的探讨。如 Alok 等 12报道生物降解型聚氨酯具有良好的加工成型性 ,机械强度高 ,作为手 术后缝线力学强度好 ,但因降解较慢 ,所以至今未见其临床应用报道。
2 作为智能药物缓释材料
当前,在药物缓释材料的研究中 ,对“用智能材料 , 使药物释放体系 (DDS)智能化一一即生物响应给药系统”的研究成为其中的热点 13。该
体系的特点为药物是否需要可由药剂本身判断。它能够感知疾病所引 起的化学物质及物理量变化的信号 ,药剂能对信号响应 , 并自主的控制 药物释放。例如因为肿瘤细胞表面富集神经氨酸 , 其微环境比正常细胞 更显酸性，因而可将PH响应药物释放体系应用于肿瘤化疗等 14,15。 Woe等 16设计了一种将无毒的HDI和PCL以及喹啉共聚而得到的新型 的抗生素释放系统 , 当感染症状出现时 , 由炎症释放出的尿素可触发含 有抗生素的聚酯聚氨酯聚合物的降解 , 以引起抗生素的释放 , 加速药物 的传输。这种抗生素释放系统被直接的应用于植入人体的医疗装置的 表面, 以防止细菌感染。相比起传统的用于防止医疗装置植入性感染的 方法(如：表面改性、直接涂附抗生素等 ),
它具有以下一些优点 , 其实 用效果更加明显： (1) 在细菌黏附生长以前就可将其杀死 ;(2) 明显提升 了感染区域的抗生素浓度 ;(3) 抗生素在较长时间内保持高浓度 , 不会产 生短时的快速流失。为了验证其降解性能，聚合物以用14C放射性同位 素标记的 HDI 合成。在降解实验中根据聚合物放射性的减少速率推算 出聚合物以2.09 X 105每分钟(dpm)/mg的速率分解，并且前10d的分解 速率很快 , 后来就越来越慢了。能够预见 , 智能化、微囊化药物的成功 应用将全面促动新型生物医学高分子材料的应用与开发。
3 作为组织工程材料
降解型组织工程材料利用其降解特性 , 可使表面持续更新 ,为组织提供 持续变化的黏附和生长界面 , 其降解速率和降解产物均会对细胞的黏附、 分化、繁殖造成很大影响。若降解产物呈酸性 ,会加速降解 , 并抑制细 胞和组织的生长 17。当前研究最多的高分子材料是聚乳酸 （PLA） 和聚羟 基乙酸（PGA）以及它们的共聚物，其生物相容性、可降解性，易加工性好, 适合用做组织工程材料。但其降解后的酸性代谢物会降低聚合物周围 的pH值,从而影响细胞和组织的生长，且其降解率低，植入身体后可导 致纤维化 , 有可能发生周围组织的免疫反应 , 再加上其细胞黏附性差 , 费 用昂贵,可塑性不满意等缺点，使人们考虑使用其他的材料18,19。Jian 等 20 开发了以肽为基础的泡沫型聚脲聚氨酯作为组织工程材料。其独 特之处在于该聚合物由赖氨酸、脂肪族二异氰酸酯和甘油 （丙三醇） 组
成, 其降解产物 -赖氨酸、甘油、乙醇等均为无毒。除此以外 , 该聚合物 还有以下一些优异性质：在材料中允许加入蛋白质 （蛋白质的存有是细 胞附着及生长的要素 ）, 可局部提升微环境 , 以使细胞形成和兴奋的外部 条件达到最优 ;该交联型聚氨酯泡沫有很多气孔 , 不但增大了材料的表 面积（使细胞的附着更为容易 ）, 而且有利于带有养分的流体在其中自由 循环以促动细胞的新陈代谢。并且孔与孔相通使细胞在体外迁徙成为 可能;在不同温度的降解实验说明 , 该高聚物能够在足量溶液中降解 , 且 降解产物不会显著影响环境的
pH值及抑制细胞和组织的生长；可通过 改变官能团而调节该聚脲聚氨酯的物理机械性能。将兔骨髓基质细胞 （BMSC以三氯甲烷（TCM为溶剂，在消好毒的聚合物上孵育4h后，通过 SEM可观测到BMS（细胞的附着。细胞种植5d后,测试生长在这种泡沫 型聚脲聚氨酯上的和聚苯乙烯组织种植盘中的由 BMSC合成的I型胶原
的量, 以测定细胞活性。结果发现二者无显著差别 , 由此说明这种泡沫 型聚脲聚氨酯降解产物对细胞活性没有影响。测试聚合物在 60d 内, 于
磷酸缓冲溶液（PBS）中降解所产生的赖氨酸总量来测定其降解率。结果 发现它在100C下沸水煮6h仅有2%勺聚合物降解，说明该泡沫型聚脲 聚氨酯具有承受短时高温的热稳定性 , 能够用高温消毒法实行消毒。其 降解率在22C时为37C时的150%,4C时几乎为37C时的195%.37C时 降解速率为1.8mm/10c。用扫描显微镜间歇性观察种植于高聚物上的 BMSC田胞,发现细胞分布于材料表面,4〜6h后细胞逐渐黏附于材料 上 ,7d 后观察 , 这些细胞的形态学特征及其生长率与生长在聚苯乙烯组 织盘中 （作为细胞生长状态评价的基本样品 ）的细胞十分近似。综上 , 我 们能够判断这种泡沫型聚脲聚氨酯具有良好的生物相容性和机械性能 , 能较好地支持细胞的生长 ,作为一种组织工程材料 , 它必有很好的应用 前景。
4 作为外科用材料 当前, 生产医疗上使用的导管、手套、围裙以及其它薄壁制品等使用 的主要原料仍然是天然橡胶（NR）。因为天然橡胶在加工过程中要加入 硫化剂,加工助剂等 ,若以这样的制品与人体体液接触 ,一些对人体有害 的低分子物则会被抽提出来 , 如以萃取液做细胞毒性实验表面 , 则 10%NR 制品对细胞显示强烈毒性21,由NR制造的输液系统和模压零件会引起 细胞变形,消失或停止其繁殖，这就在一定水准上限制了 NR在医疗上的 应用。后来开发的一系列乳胶代用合成材料则因为其耐腐蚀性好 , 在自 然环境中难以降解 ,且使用量很大 , 而造成了严重的环境污染 , 所以对具 有良好生物相容性、易于大批量生产 , 且能生物降解的材料的研究成为 必然22。陈大俊等23报道了以淀粉为多元醇合成生物降解型 PU弹性 体的报道 , 其膜的断裂伸长率可达到
900%,具有良好回弹性 , 且价格便宜 , 适用于制作大用量的产品 , 具有良好的市场前景。
5 结论
生物降解型聚氨酯具有生物相容性、机械强度好 , 易加工成型 , 价位较 低等优异特点是一类具有良好市场前景的医用材料。当前对生物降解 型聚氨酯的研究重点集中在控制其降解速率 , 寻找新型经济型无毒配方 , 探索无毒环保型的生产工艺 ,进一步改进其生物相容性等方面。能够预 见, 在更为重视健康和环保的 21 世纪 , 生物降解型聚氨酯材料必将有非 常广阔的应用前景。
聚氨酯医学使用