Materiali biodegradabili e loro applicazioni in biomedicina

Materiali biodegradabili e loro applicazioni in biomedicina

Con il continuo sviluppo della tecnologia medica e il crescente miglioramento degli standard di vita delle persone, vari tipi di materiali medici hanno iniziato ad essere ampiamente utilizzati nei tessuti umani. La compatibilità, la compatibilità del sangue e la degradabilità tra materiali medici e tessuti umani Le persone prestano sempre più attenzione ad altre questioni. Quella che segue è un'analisi e una discussione sistematiche sull'applicazione di materiali biodegradabili in campo biomedico. In primo luogo, viene effettuata un'analisi preliminare sul principio di degradazione dei materiali biodegradabili, quindi vengono analizzati i materiali biodegradabili comuni in campo biomedicale secondo gli standard di processo e di origine. Classificare e introdurre l'applicazione di alcuni materiali tipici della biomedicina.

1. Principio di degradazione dei materiali biodegradabili

I materiali biodegradabili interagiscono con l'ambiente biologico di vari fattori come fluidi corporei, macromolecole organiche, enzimi, radicali liberi, cellule, ecc. E si degradano gradualmente in composti a basso peso molecolare attraverso una serie di reazioni come idrolisi, enzimolisi e ossidazione. monomero. Dopo assorbimento, digestione e reazioni metaboliche, i prodotti di degradazione vengono escreti dal corpo o partecipano al normale metabolismo del corpo per essere assorbiti dal corpo per completare il processo di degradazione. Se il fluido corporeo entra nel materiale biologico dal tessuto o un determinato componente del materiale biologico viene dissolto nel fluido corporeo, il materiale si espanderà a causa dell'aumento di volume ed essuderà la propria sostanza. Questo processo distrugge il legame idrogeno e la forza di van der Waals del materiale stesso. , Causerà crepe o vuoti nel materiale e alla fine il materiale subirà gradualmente una degradazione chimica nell'ambiente biologico. Nella pratica clinica, le persone sperano che i materiali biodegradabili impiantati completino anche le reazioni di differenziazione e degradazione durante il periodo di trattamento del tessuto biologico secondo la stessa procedura, in modo da evitare l'infiammazione del corpo&# 39 o la risposta allo stress dovuto all'impianto materiali. Sappiamo che il tempo di trattamento per il tessuto cutaneo è solitamente compreso tra 3 e 10 giorni, il tempo di trattamento per il tessuto viscerale è solitamente compreso tra 1 e 2 mesi e il tempo di trattamento per i tessuti di organi di grandi dimensioni spesso richiede 6 mesi o più. Dopo che i biomateriali biodegradabili sono stati impiantati nel corpo umano, le loro prestazioni di degradazione e i prodotti di degradazione hanno un grande impatto sull'ambiente biologico, sulle reazioni dei materiali e sul corpo umano. Il lento tasso di degradazione o il lungo tempo di permanenza dei prodotti di degradazione possono facilmente causare infiammazioni nei tessuti umani. , Trombosi e altre reazioni avverse. Studi [6] hanno dimostrato che il processo di degradazione e il progresso della maggior parte dei materiali biodegradabili non sono coerenti con i migliori risultati attesi. Pertanto, nella ricerca e nell'applicazione clinica di materiali biodegradabili, i problemi relativi alla degradazione dei materiali biodegradabili devono essere trattati con cautela, in particolare il tasso di degradazione ei prodotti di degradazione.

2. Classificazione di base e applicazione dei materiali biodegradabili

I materiali biodegradabili sono utilizzati nel corpo umano e devono soddisfare condizioni rigorose in termini di materiale stesso e dei suoi effetti sul corpo umano: facile da lavorare, prezzo basso, facile da sterilizzare, tempo di degradazione definito, stabilità biologica e proprietà meccaniche per soddisfare le esigenze del sito di impianto, buona istocompatibilità, compatibilità del sangue e compatibilità meccanica, nessuna reazione pirogenica, tossicità genetica, teratogenicità e cancerogenicità, nessuna irritazione e sensibilizzazione.

Attualmente, i materiali biodegradabili possono essere classificati in base a diversi processi e fonti, inclusi materiali degradabili polimeri naturali, materiali polimerici degradabili sintetici microbici e materiali polimerici degradabili sintetizzati chimicamente [3,9]. La classificazione e l'applicazione specifica sono riassunte come segue:

1. Materiali biodegradabili in polimero naturale

Attualmente, i materiali biodegradabili di polimeri naturali più comunemente usati in campo biomedico includono principalmente gelatina, collagene, polisaccaridi e fibroina di seta.

(1) Materiale gelatina

La gelatina deriva principalmente dalla pelle, dalle ossa, dai tendini, dalla coda e da altri tessuti dei mammiferi. La sua caratteristica più notevole è il polimero idrosolubile, che si espande e si ammorbidisce lentamente dopo aver assorbito l'acqua e ha biocompatibilità, gelificazione e biodegradabilità. Sfruttando le caratteristiche della gelatina, facile da formare, degradabile dagli enzimi e di facile assorbimento dall'organismo umano, può essere utilizzata come materiale a lento rilascio in veicolanti, eccipienti o gusci a lento rilascio; a causa della sua buona permeabilità all'aria e all'acqua Come medicazione per ferite e materiale per la pelle artificiale, può prevenire il fluido dalla ferita o l'insorgenza di sintomi di infezione secondaria; inoltre, i sostituti del plasma di gelatina sono degradabili, non tossici e non immunogenici, ecc. Vantaggio clinico.

(2) Collagene

Il collagene è il componente principale del tessuto connettivo, che rappresenta circa 1/3 del contenuto proteico negli animali. Si trova principalmente nei tessuti animali, nella pelle, nei legamenti e nella cartilagine. Ha le funzioni di sostenere gli organi del corpo, mantenendo stabilità meccanica, elasticità e forza. In quanto risorsa biologica naturale, ha le caratteristiche di buona biocompatibilità, bassa immunogenicità e biodegradabilità; l'uso clinico ha dimostrato che il collagene può promuovere in modo significativo la riparazione, la rigenerazione e la ricostruzione dei tessuti difettosi; ma manca di sufficiente La resistenza meccanica può essere migliorata mediante modifiche di reticolazione o uso di compositi con altri materiali biologici]. Al momento, il collagene è stato ampiamente utilizzato nella preparazione di suture biodegradabili, agenti emostatici e medicazioni per ferite, cerotti biologici, materiali per la riparazione delle ossa, membrane per emodialisi, agenti emostatici, veicoli per il rilascio di farmaci e come scaffold di ingegneria tissutale, vari trattamenti oftalmici Dispositivi e altro aspetti. Tuttavia, vista la complessità delle problematiche cliniche e la necessità di upgrade del prodotto, ci sono ancora molti problemi da risolvere nella ricerca applicativa del collagene, come la potenziale risposta immunitaria del collagene eterologo, la possibile citotossicità di reticolazione residua agente e impianto. La resistenza meccanica e la controllabilità della degradazione dei prodotti simili al collagene.

(3) Materiali polisaccaridici

I materiali polisaccaridici derivano principalmente da amido, acido ialuronico, eparina, chitina e altri ingredienti e la loro biocompatibilità e biodegradabilità sono ideali. In natura, la chitina è ricca di contenuto ed è una grande classe di importanti polisaccaridi ad eccezione della cellulosa. Non è tossico e non ha effetti collaterali. Ha una buona affinità per le cellule umane, non causa rigetto e ha una buona biocompatibilità e degradabilità. Inoltre, ha anche le caratteristiche di antibatterico, antivirale, antitumorale, favorendo la guarigione delle ferite e una forte capacità di adsorbimento. Poiché la chitina contiene molti gruppi polari come i legami idrogeno e ha un'elevata cristallinità, è insolubile in acidi e alcali e insolubile in acqua, quindi è difficile da usare dal corpo. Tuttavia, la chitina può essere sciolta in acidi diluiti e fluidi corporei dopo essere stata deacetilata in chitosano e può essere utilizzata dal corpo umano. La chitina e il chitosano hanno un'elevata reattività chimica ei loro derivati ​​dopo amidazione, carbossilazione, cianazione, acidificazione e altre modifiche sono ampiamente utilizzati in campo medico, come agenti emostatici, flocculanti, suture chirurgiche riassorbibili, pelle artificiale, medicazioni per ferite, a rilascio lento agenti di farmaci antitumorali o chemioterapici, trasportatori di enzimi immobilizzati, materiali di membrane di separazione, ecc.

(4) Fibroina di seta

La fibroina di seta è principalmente derivata dalla seta e contiene amminoacidi molto ricchi al suo interno, quindi ha una buona biocompatibilità e ha dimostrato di essere anallergica o cancerogena, con eccellente trasparenza e permeabilità all'aria e buon effetto filmogeno. Tuttavia, a causa della struttura molecolare della fibroina di seta, l'idrofilia della fibroina di seta e le proprietà meccaniche dopo la formazione del film non sono buone. Attraverso il metodo di modifica della miscelazione, i legami idrogeno e altre forze formate tra le macromolecole miste e la fibroina di seta inducono le molecole di fibroina di seta a cambiare la struttura in grado di migliorare efficacemente le proprietà meccaniche, le proprietà termiche e la solubilità in acqua dei materiali di fibroina di seta. Attualmente, nel campo della biomedicina, è ampiamente utilizzato nei materiali di rivestimento delle ferite, nella pelle artificiale, nei legamenti dei tendini artificiali, nelle lenti a contatto, nei vettori di farmaci, nei vasi sanguigni artificiali e in altri campi.

2. Sintesi microbica di materiali polimerici degradabili

La sintesi microbica di materiali polimerici degradabili si riferisce all'uso di determinate sostanze organiche (come glucosio o amido) come fonte di cibo per sintetizzare la materia organica fonte di carbonio in un poliestere con caratteristiche differenziabili in una serie di reazioni complesse come la fermentazione di microrganismi O polimeri polisaccaridici. Attualmente, i materiali biodegradabili di polimeri sintetici microbici ampiamente utilizzati nella pratica clinica includono principalmente due tipi: biopoliestere (PHA) e poliidrossibutilestere (PHB). Prendi PHB come esempio. PHB è un polimero ad alto peso molecolare sintetizzato da cellule microbiche. La sua struttura e le sue prestazioni sono diverse dai materiali naturali degradabili macromolecolari, ma più simili ai polimeri poliestere alifatici, con sintesi chimica e naturale degradabile.Il vantaggio del polimero, i prodotti di degradazione vengono infine escreti come anidride carbonica e acqua attraverso il metabolismo, senza sostanze tossiche che può essere prodotto dalla sintesi di materie prime chimiche. Inoltre, Tang Suyang e altri studi hanno dimostrato che PHB ha un'eccellente biocompatibilità. Attualmente, è stato ampiamente utilizzato nelle suture chirurgiche riassorbibili, nei materiali ortopedici e nei sistemi di controllo dei farmaci.

3. Sintesi chimica di materiali polimerici degradabili

Rispetto ai polimeri naturali, i materiali polimerici biodegradabili sintetizzati con metodi chimici possono essere selezionati in base alle esigenze delle applicazioni effettive, selezionando monomeri appropriati, o controllando le condizioni di reazione nel processo di sintesi, o eseguendo modifiche fisiche o chimiche semplici ea basso costo , ecc., per progettare e regolare la sua struttura e prestazioni per raggiungere lo scopo di sintetizzare il materiale di destinazione. Ad esempio, attraverso metodi di controllo chimico, la resistenza, la velocità di degradazione, la struttura microporosa e la permeabilità dei materiali polimerici possono essere migliorate per espandere il campo di applicazione. Nei polimeri biodegradabili sintetizzati chimicamente attualmente sviluppati e studiati, la catena principale contiene generalmente gruppi estere idrolizzabili, gruppi ammido o gruppi urea. Quello che segue è il tipo più ricercato e più ampiamente utilizzato di materiali polimerici degradabili sintetizzati chimicamente nell'attuale pratica clinica biomedica: materiali in poliestere alifatico, come poliglicolide (PGA), acido polilattico (PLA) e acido polilattico - Copolimero acido glicolico (PLGA ), sarà introdotto il policaprolattone (PCL), ecc.

(1) Poliglicolide (PGA)

PGA è il poliestere alifatico lineare con la struttura più semplice. Utilizza l'acido glicolico come fonte di base e ha una vasta gamma di materie prime, principalmente barbabietola da zucchero, succo d'uva immaturo e canna da zucchero. Tra i polimeri biodegradabili esistenti, il tasso di degradazione del PGA è relativamente veloce, specialmente la resistenza decade rapidamente in breve tempo. PGA è il primo materiale polimerico biodegradabile applicato per assorbire le suture chirurgiche. I metaboliti dell'acido glicolico, il suo prodotto di degradazione, possono eventualmente essere completamente escreti dal corpo senza causare danni al corpo umano. Alcune letterature mostrano che dopo che le suture PGA vengono lasciate nel corpo per 2 settimane, la resistenza alla trazione può essere ridotta della metà e il corpo può raggiungere uno stato di completa degradazione e assorbimento in circa 4 mesi. Il materiale PGA preparato dall'acido glicolico ha un peso molecolare superiore a 10.000 e può essere utilizzato per suture chirurgiche. Tuttavia, a causa della sua elevata cristallinità (46% -50%), presenta gli svantaggi di una lavorazione difficile, bassa resistenza e velocità di degradazione rapida, ma non può soddisfare i requisiti di prestazione dei materiali impiantabili. Pertanto, le persone lo modificano attraverso una varietà di metodi per ottimizzare le sue proprietà fisiche e chimiche per espandere il suo campo di applicazione. Ad esempio, attraverso la modifica della copolimerizzazione per formare un copolimero che integri le proprietà dei due per migliorare la degradabilità, la biocompatibilità, le proprietà meccaniche del PGA, ecc .; o implementare la modifica della miscelazione per formare una miscela aggiungendo le proprie fibre polimeriche o additivi, ecc., Per migliorare la resistenza e altre proprietà del PGA. Attualmente, il PGA modificato è stato ampiamente utilizzato in suture riassorbibili, ingegneria dei tessuti, sistemi di controllo dei farmaci, chiodi ossei riassorbibili, placche ossee e materiali di correzione chirurgica.

(2) Acido polilattico (PLA)

Nel 1966, Kulkarni et al. ha scoperto che il PLA a basso peso molecolare e ad alto peso molecolare ha un'eccellente biocompatibilità. I prodotti finali di degradazione sono H2O e CO2. L'acido lattico prodotto intermedio è anche un normale metabolita dello zucchero nel corpo, che non causerà alcun effetto negativo sull'organismo. Ciò ha portato alla ricerca e all'applicazione del PLA come materiale biomedico [29-30]. Nel 1997, il PLA è stato approvato dalla FDA per l'uso clinico come eccipienti farmaceutici e suture mediche. Il PLA è un omopolimero del monomero dell'acido lattico. Poiché il lattide (LA) è una molecola chirale, ci sono due tipi di sostanze otticamente attive, quindi il PLA ha anche acido L-polilattico (PLLA), acido polilattico destro (PDLA), racemizzazione Acido polilattico (PDLLA) questi tre tre- configurazioni dimensionali. Tra questi, PLLA e PDLA sono polimeri semicristallini con elevata resistenza alla trazione e bassa velocità di degradazione. Sono materiali ideali per materiali plastici chirurgici, suture chirurgiche e materiali per impianti; mentre PDLLA è un copolimero amorfo con bassa resistenza e velocità di degradazione. Veloce, spesso utilizzato nei trasportatori per la somministrazione di farmaci e negli scaffold per la rigenerazione dei tessuti a bassa resistenza. Tuttavia, il tasso di degradazione del PLA&è difficile da controllare, fragile e ha una scarsa resistenza agli urti, il che limita fortemente il suo campo di applicazione. Negli ultimi anni, le persone hanno utilizzato diversi metodi di modifica come la modifica della copolimerizzazione, la preparazione di acido polilattico auto-rinforzato o la formazione di materiali compositi con altre sostanze per controllare il tasso di degradazione e migliorare la flessibilità del PLA, in modo da espandere continuamente la sua applicazione campi. Ad esempio, l'acido polilattico è un polimero idrofobo, che limita la sua applicazione nei trasportatori di farmaci. Pertanto, le persone migliorano la sua idrofilia copolimerizzando l'acido polilattico con sostanze idrofile (come polietilenglicole, acido poliglicolico, polietilene ossido, ecc.). Attualmente, gli impianti PLA / PLGA sono stati ampiamente utilizzati come vettori a rilascio lento e controllato per farmaci antitumorali, polipeptidi, farmaci proteici e medicinali cinesi. Inoltre, il PLA e il PLA modificato sono ampiamente utilizzati nei materiali oftalmici, nelle suture chirurgiche, nei materiali di fissaggio interno per le fratture e nelle riparazioni di ingegneria tissutale.

(3) Policaprolattone (PCL)

Il PCL è un poliestere lineare semicristallino con basso punto di fusione e temperatura di transizione vetrosa, resistenza alla trazione molto bassa (23 MPa), elevato allungamento a rottura (700%) ed è facilmente solubile in molti solventi organici. Copolimerizzato con una varietà di polimeri, ha una buona termoplasticità e lavorabilità allo stampaggio; inoltre, le materie prime PCL sono facilmente disponibili, il tasso di degradazione è lento e ha un'eccellente permeabilità ai farmaci e biocompatibilità. Pertanto, è ampiamente utilizzato come suture chirurgiche, dispositivi di fissazione di innesti ossei interni, apparecchiature mediche e trasportatori a rilascio controllato biodegradabili. Inoltre, modificando il PLA per migliorare la sua idrofilia e velocità di degradazione, la sua gamma di applicazioni può essere ulteriormente ampliata, come i materiali per la riparazione degli organi, la pelle artificiale, le membrane chirurgiche anti-adesione e l'ingegneria dei tessuti e delle cellule.

3. Conclusione

I materiali biodegradabili mostrano buone proprietà fisiche e chimiche, proprietà biologiche e proprietà biomeccaniche e possono essere regolati e lavorati in base alle condizioni reali, il che soddisfa le esigenze funzionali della biomedicina nella massima misura e li rende utili in molti campi della biomedicina. Ampiamente utilizzato, in questa fase, l'hotspot di ricerca di materiali biodegradabili nel campo della biomedicina ha iniziato a trasferire dalla sutura e fissazione a campi più complessi come i materiali per scaffold di ingegneria tissutale. Tuttavia, nelle applicazioni pratiche, l'alto costo dei materiali biodegradabili ha ancora un certo impatto sulla loro promozione dal basso. In particolare, è urgente risolvere il problema del controllo della velocità di degradazione adatta a diversi oggetti. Ad esempio, come regolare il tasso di degradazione del PCL per soddisfare le esigenze dei trasportatori di farmaci a breve termine e come regolare il tasso di degradazione del PLA per soddisfare le esigenze dell'ingegneria del tessuto osseo. Ma in generale, si ritiene che con il continuo sviluppo e avanzamento di discipline e tecnologie correlate, i problemi relativi al controllo del tasso di degradazione dei materiali biodegradabili e ai costi dei materiali verranno gradualmente risolti. La ricerca e lo sviluppo di materiali biodegradabili nel campo della biomedicina L'applicazione sarà inoltre ulteriormente sviluppata.

1. Principio di degradazione dei materiali biodegradabili

I materiali biodegradabili interagiscono con l'ambiente biologico di vari fattori come fluidi corporei, macromolecole organiche, enzimi, radicali liberi, cellule, ecc. E si degradano gradualmente in composti a basso peso molecolare attraverso una serie di reazioni come idrolisi, enzimolisi e ossidazione. monomero. Dopo assorbimento, digestione e reazioni metaboliche, i prodotti di degradazione vengono escreti dal corpo o partecipano al normale metabolismo del corpo per essere assorbiti dal corpo per completare il processo di degradazione. Se il fluido corporeo entra nel materiale biologico dal tessuto o un determinato componente del materiale biologico viene dissolto nel fluido corporeo, il materiale si espanderà a causa dell'aumento di volume ed essuderà la propria sostanza. Questo processo distrugge il legame idrogeno e la forza di van der Waals del materiale stesso. , Causerà crepe o vuoti nel materiale e alla fine il materiale subirà gradualmente una degradazione chimica nell'ambiente biologico. Nella pratica clinica, le persone sperano che i materiali biodegradabili impiantati completino anche le reazioni di differenziazione e degradazione durante il periodo di trattamento del tessuto biologico secondo la stessa procedura, in modo da evitare l'infiammazione del corpo&# 39 o la risposta allo stress dovuto all'impianto materiali. Sappiamo che il tempo di trattamento per il tessuto cutaneo è solitamente compreso tra 3 e 10 giorni, il tempo di trattamento per il tessuto viscerale è solitamente compreso tra 1 e 2 mesi e il tempo di trattamento per i tessuti di organi di grandi dimensioni spesso richiede 6 mesi o più. Dopo che i biomateriali biodegradabili sono stati impiantati nel corpo umano, le loro prestazioni di degradazione e i prodotti di degradazione hanno un grande impatto sull'ambiente biologico, sulle reazioni dei materiali e sul corpo umano. Il lento tasso di degradazione o il lungo tempo di permanenza dei prodotti di degradazione possono facilmente causare infiammazioni nei tessuti umani. , Trombosi e altre reazioni avverse. Studi [6] hanno dimostrato che il processo di degradazione e il progresso della maggior parte dei materiali biodegradabili non sono coerenti con i migliori risultati attesi. Pertanto, nella ricerca e nell'applicazione clinica di materiali biodegradabili, i problemi relativi alla degradazione dei materiali biodegradabili devono essere trattati con cautela, in particolare il tasso di degradazione ei prodotti di degradazione.

2. Classificazione di base e applicazione dei materiali biodegradabili

I materiali biodegradabili sono utilizzati nel corpo umano e devono soddisfare condizioni rigorose in termini di materiale stesso e dei suoi effetti sul corpo umano: facile da lavorare, prezzo basso, facile da sterilizzare, tempo di degradazione definito, stabilità biologica e proprietà meccaniche per soddisfare le esigenze del sito di impianto, buona istocompatibilità, compatibilità del sangue e compatibilità meccanica, nessuna reazione pirogenica, tossicità genetica, teratogenicità e cancerogenicità, nessuna irritazione e sensibilizzazione.

Attualmente, i materiali biodegradabili possono essere classificati in base a diversi processi e fonti, inclusi materiali degradabili polimeri naturali, materiali polimerici degradabili sintetici microbici e materiali polimerici degradabili sintetizzati chimicamente [3,9]. La classificazione e l'applicazione specifica sono riassunte come segue:

1. Materiali biodegradabili in polimero naturale

Attualmente, i materiali biodegradabili di polimeri naturali più comunemente usati in campo biomedico includono principalmente gelatina, collagene, polisaccaridi e fibroina di seta.

(1) Materiale gelatina

La gelatina deriva principalmente dalla pelle, dalle ossa, dai tendini, dalla coda e da altri tessuti dei mammiferi. La sua caratteristica più notevole è il polimero idrosolubile, che si espande e si ammorbidisce lentamente dopo aver assorbito l'acqua e ha biocompatibilità, gelificazione e biodegradabilità. Sfruttando le caratteristiche della gelatina, facile da formare, degradabile dagli enzimi e di facile assorbimento dall'organismo umano, può essere utilizzata come materiale a lento rilascio in veicolanti, eccipienti o gusci a lento rilascio; a causa della sua buona permeabilità all'aria e all'acqua Come medicazione per ferite e materiale per la pelle artificiale, può prevenire il fluido dalla ferita o l'insorgenza di sintomi di infezione secondaria; inoltre, i sostituti del plasma di gelatina sono degradabili, non tossici e non immunogenici, ecc. Vantaggio clinico.

(2) Collagene

Il collagene è il componente principale del tessuto connettivo, che rappresenta circa 1/3 del contenuto proteico negli animali. Si trova principalmente nei tessuti animali, nella pelle, nei legamenti e nella cartilagine. Ha le funzioni di sostenere gli organi del corpo, mantenendo stabilità meccanica, elasticità e forza. In quanto risorsa biologica naturale, ha le caratteristiche di buona biocompatibilità, bassa immunogenicità e biodegradabilità; l'uso clinico ha dimostrato che il collagene può promuovere in modo significativo la riparazione, la rigenerazione e la ricostruzione dei tessuti difettosi; ma manca di sufficiente La resistenza meccanica può essere migliorata mediante modifiche di reticolazione o uso di compositi con altri materiali biologici]. Al momento, il collagene è stato ampiamente utilizzato nella preparazione di suture biodegradabili, agenti emostatici e medicazioni per ferite, cerotti biologici, materiali per la riparazione delle ossa, membrane per emodialisi, agenti emostatici, veicoli per il rilascio di farmaci e come scaffold di ingegneria tissutale, vari trattamenti oftalmici Dispositivi e altro aspetti. Tuttavia, vista la complessità delle problematiche cliniche e la necessità di upgrade del prodotto, ci sono ancora molti problemi da risolvere nella ricerca applicativa del collagene, come la potenziale risposta immunitaria del collagene eterologo, la possibile citotossicità di reticolazione residua agente e impianto. La resistenza meccanica e la controllabilità della degradazione dei prodotti simili al collagene.

(3) Materiali polisaccaridici

I materiali polisaccaridici derivano principalmente da amido, acido ialuronico, eparina, chitina e altri ingredienti e la loro biocompatibilità e biodegradabilità sono ideali. In natura, la chitina è ricca di contenuto ed è una grande classe di importanti polisaccaridi ad eccezione della cellulosa. Non è tossico e non ha effetti collaterali. Ha una buona affinità per le cellule umane, non causa rigetto e ha una buona biocompatibilità e degradabilità. Inoltre, ha anche le caratteristiche di antibatterico, antivirale, antitumorale, favorendo la guarigione delle ferite e una forte capacità di adsorbimento. Poiché la chitina contiene molti gruppi polari come i legami idrogeno e ha un'elevata cristallinità, è insolubile in acidi e alcali e insolubile in acqua, quindi è difficile da usare dal corpo. Tuttavia, la chitina può essere sciolta in acidi diluiti e fluidi corporei dopo essere stata deacetilata in chitosano e può essere utilizzata dal corpo umano. La chitina e il chitosano hanno un'elevata reattività chimica ei loro derivati ​​dopo amidazione, carbossilazione, cianazione, acidificazione e altre modifiche sono ampiamente utilizzati in campo medico, come agenti emostatici, flocculanti, suture chirurgiche riassorbibili, pelle artificiale, medicazioni per ferite, a rilascio lento agenti di farmaci antitumorali o chemioterapici, trasportatori di enzimi immobilizzati, materiali di membrane di separazione, ecc.

(4) Fibroina di seta

La fibroina di seta è principalmente derivata dalla seta e contiene amminoacidi molto ricchi al suo interno, quindi ha una buona biocompatibilità e ha dimostrato di essere anallergica o cancerogena, con eccellente trasparenza e permeabilità all'aria e buon effetto filmogeno. Tuttavia, a causa della struttura molecolare della fibroina di seta, l'idrofilia della fibroina di seta e le proprietà meccaniche dopo la formazione del film non sono buone. Attraverso il metodo di modifica della miscelazione, i legami idrogeno e altre forze formate tra le macromolecole miste e la fibroina di seta inducono le molecole di fibroina di seta a cambiare la struttura in grado di migliorare efficacemente le proprietà meccaniche, le proprietà termiche e la solubilità in acqua dei materiali di fibroina di seta. Attualmente, nel campo della biomedicina, è ampiamente utilizzato nei materiali di rivestimento delle ferite, nella pelle artificiale, nei legamenti dei tendini artificiali, nelle lenti a contatto, nei vettori di farmaci, nei vasi sanguigni artificiali e in altri campi.

2. Sintesi microbica di materiali polimerici degradabili

La sintesi microbica di materiali polimerici degradabili si riferisce all'uso di determinate sostanze organiche (come glucosio o amido) come fonte di cibo per sintetizzare la materia organica fonte di carbonio in un poliestere con caratteristiche differenziabili in una serie di reazioni complesse come la fermentazione di microrganismi O polimeri polisaccaridici. Attualmente, i materiali biodegradabili di polimeri sintetici microbici ampiamente utilizzati nella pratica clinica includono principalmente due tipi: biopoliestere (PHA) e poliidrossibutilestere (PHB). Prendi PHB come esempio. PHB è un polimero ad alto peso molecolare sintetizzato da cellule microbiche. La sua struttura e le sue prestazioni sono diverse dai materiali naturali degradabili macromolecolari, ma più simili ai polimeri poliestere alifatici, con sintesi chimica e naturale degradabile.Il vantaggio del polimero, i prodotti di degradazione vengono infine escreti come anidride carbonica e acqua attraverso il metabolismo, senza sostanze tossiche che può essere prodotto dalla sintesi di materie prime chimiche. Inoltre, Tang Suyang e altri studi hanno dimostrato che PHB ha un'eccellente biocompatibilità. Attualmente, è stato ampiamente utilizzato nelle suture chirurgiche riassorbibili, nei materiali ortopedici e nei sistemi di controllo dei farmaci.

3. Sintesi chimica di materiali polimerici degradabili

Rispetto ai polimeri naturali, i materiali polimerici biodegradabili sintetizzati con metodi chimici possono essere selezionati in base alle esigenze delle applicazioni effettive, selezionando monomeri appropriati, o controllando le condizioni di reazione nel processo di sintesi, o eseguendo modifiche fisiche o chimiche semplici ea basso costo , ecc., per progettare e regolare la sua struttura e prestazioni per raggiungere lo scopo di sintetizzare il materiale di destinazione. Ad esempio, attraverso metodi di controllo chimico, la resistenza, la velocità di degradazione, la struttura microporosa e la permeabilità dei materiali polimerici possono essere migliorate per espandere il campo di applicazione. Nei polimeri biodegradabili sintetizzati chimicamente attualmente sviluppati e studiati, la catena principale contiene generalmente gruppi estere idrolizzabili, gruppi ammido o gruppi urea. Quello che segue è il tipo più ricercato e più ampiamente utilizzato di materiali polimerici degradabili sintetizzati chimicamente nell'attuale pratica clinica biomedica: materiali in poliestere alifatico, come poliglicolide (PGA), acido polilattico (PLA) e acido polilattico - Copolimero acido glicolico (PLGA ), sarà introdotto il policaprolattone (PCL), ecc.

(1) Poliglicolide (PGA)

PGA è il poliestere alifatico lineare con la struttura più semplice. Utilizza l'acido glicolico come fonte di base e ha una vasta gamma di materie prime, principalmente barbabietola da zucchero, succo d'uva immaturo e canna da zucchero. Tra i polimeri biodegradabili esistenti, il tasso di degradazione del PGA è relativamente veloce, specialmente la resistenza decade rapidamente in breve tempo. PGA è il primo materiale polimerico biodegradabile applicato per assorbire le suture chirurgiche. I metaboliti dell'acido glicolico, il suo prodotto di degradazione, possono eventualmente essere completamente escreti dal corpo senza causare danni al corpo umano. Alcune letterature mostrano che dopo che le suture PGA vengono lasciate nel corpo per 2 settimane, la resistenza alla trazione può essere ridotta della metà e il corpo può raggiungere uno stato di completa degradazione e assorbimento in circa 4 mesi. Il materiale PGA preparato dall'acido glicolico ha un peso molecolare superiore a 10.000 e può essere utilizzato per suture chirurgiche. Tuttavia, a causa della sua elevata cristallinità (46% -50%), presenta gli svantaggi di una lavorazione difficile, bassa resistenza e velocità di degradazione rapida, ma non può soddisfare i requisiti di prestazione dei materiali impiantabili. Pertanto, le persone lo modificano attraverso una varietà di metodi per ottimizzare le sue proprietà fisiche e chimiche per espandere il suo campo di applicazione. Ad esempio, attraverso la modifica della copolimerizzazione per formare un copolimero che integri le proprietà dei due per migliorare la degradabilità, la biocompatibilità, le proprietà meccaniche del PGA, ecc .; o implementare la modifica della miscelazione per formare una miscela aggiungendo le proprie fibre polimeriche o additivi, ecc., Per migliorare la resistenza e altre proprietà del PGA. Attualmente, il PGA modificato è stato ampiamente utilizzato in suture riassorbibili, ingegneria dei tessuti, sistemi di controllo dei farmaci, chiodi ossei riassorbibili, placche ossee e materiali di correzione chirurgica.

(2) Acido polilattico (PLA)

Nel 1966, Kulkarni et al. ha scoperto che il PLA a basso peso molecolare e ad alto peso molecolare ha un'eccellente biocompatibilità. I prodotti finali di degradazione sono H2O e CO2. L'acido lattico prodotto intermedio è anche un normale metabolita dello zucchero nel corpo, che non causerà alcun effetto negativo sull'organismo. Ciò ha portato alla ricerca e all'applicazione del PLA come materiale biomedico [29-30]. Nel 1997, il PLA è stato approvato dalla FDA per l'uso clinico come eccipienti farmaceutici e suture mediche. Il PLA è un omopolimero del monomero dell'acido lattico. Poiché il lattide (LA) è una molecola chirale, ci sono due tipi di sostanze otticamente attive, quindi il PLA ha anche acido L-polilattico (PLLA), acido polilattico destro (PDLA), racemizzazione Acido polilattico (PDLLA) questi tre tre- configurazioni dimensionali. Tra questi, PLLA e PDLA sono polimeri semicristallini con elevata resistenza alla trazione e bassa velocità di degradazione. Sono materiali ideali per materiali plastici chirurgici, suture chirurgiche e materiali per impianti; mentre PDLLA è un copolimero amorfo con bassa resistenza e velocità di degradazione. Veloce, spesso utilizzato nei trasportatori per la somministrazione di farmaci e negli scaffold per la rigenerazione dei tessuti a bassa resistenza. Tuttavia, il tasso di degradazione del PLA&è difficile da controllare, fragile e ha una scarsa resistenza agli urti, il che limita fortemente il suo campo di applicazione. Negli ultimi anni, le persone hanno utilizzato diversi metodi di modifica come la modifica della copolimerizzazione, la preparazione di acido polilattico auto-rinforzato o la formazione di materiali compositi con altre sostanze per controllare il tasso di degradazione e migliorare la flessibilità del PLA, in modo da espandere continuamente la sua applicazione campi. Ad esempio, l'acido polilattico è un polimero idrofobo, che limita la sua applicazione nei trasportatori di farmaci. Pertanto, le persone migliorano la sua idrofilia copolimerizzando l'acido polilattico con sostanze idrofile (come polietilenglicole, acido poliglicolico, polietilene ossido, ecc.). Attualmente, gli impianti PLA / PLGA sono stati ampiamente utilizzati come vettori a rilascio lento e controllato per farmaci antitumorali, polipeptidi, farmaci proteici e medicinali cinesi. Inoltre, il PLA e il PLA modificato sono ampiamente utilizzati nei materiali oftalmici, nelle suture chirurgiche, nei materiali di fissaggio interno per le fratture e nelle riparazioni di ingegneria tissutale.

(3) Policaprolattone (PCL)

Il PCL è un poliestere lineare semicristallino con basso punto di fusione e temperatura di transizione vetrosa, resistenza alla trazione molto bassa (23 MPa), elevato allungamento a rottura (700%) ed è facilmente solubile in molti solventi organici. Copolimerizzato con una varietà di polimeri, ha una buona termoplasticità e lavorabilità allo stampaggio; inoltre, le materie prime PCL sono facilmente disponibili, il tasso di degradazione è lento e ha un'eccellente permeabilità ai farmaci e biocompatibilità. Pertanto, è ampiamente utilizzato come suture chirurgiche, dispositivi di fissazione di innesti ossei interni, apparecchiature mediche e trasportatori a rilascio controllato biodegradabili. Inoltre, modificando il PLA per migliorare la sua idrofilia e velocità di degradazione, la sua gamma di applicazioni può essere ulteriormente ampliata, come i materiali per la riparazione degli organi, la pelle artificiale, le membrane chirurgiche anti-adesione e l'ingegneria dei tessuti e delle cellule.

3. Conclusione

I materiali biodegradabili mostrano buone proprietà fisiche e chimiche, proprietà biologiche e proprietà biomeccaniche e possono essere regolati e lavorati in base alle condizioni reali, il che soddisfa le esigenze funzionali della biomedicina nella massima misura e li rende utili in molti campi della biomedicina. Ampiamente utilizzato, in questa fase, l'hotspot di ricerca di materiali biodegradabili nel campo della biomedicina ha iniziato a trasferire dalla sutura e fissazione a campi più complessi come i materiali per scaffold di ingegneria tissutale. Tuttavia, nelle applicazioni pratiche, l'alto costo dei materiali biodegradabili ha ancora un certo impatto sulla loro promozione dal basso. In particolare, è urgente risolvere il problema del controllo della velocità di degradazione adatta a diversi oggetti. Ad esempio, come regolare il tasso di degradazione del PCL per soddisfare le esigenze dei trasportatori di farmaci a breve termine e come regolare il tasso di degradazione del PLA per soddisfare le esigenze dell'ingegneria del tessuto osseo. Ma in generale, si ritiene che con il continuo sviluppo e avanzamento di discipline e tecnologie correlate, i problemi relativi al controllo del tasso di degradazione dei materiali biodegradabili e ai costi dei materiali verranno gradualmente risolti. La ricerca e lo sviluppo di materiali biodegradabili nel campo della biomedicina L'applicazione sarà inoltre ulteriormente sviluppata.

1. Principio di degradazione dei materiali biodegradabili

I materiali biodegradabili interagiscono con l'ambiente biologico di vari fattori come fluidi corporei, macromolecole organiche, enzimi, radicali liberi, cellule, ecc. E si degradano gradualmente in composti a basso peso molecolare attraverso una serie di reazioni come idrolisi, enzimolisi e ossidazione. monomero. Dopo assorbimento, digestione e reazioni metaboliche, i prodotti di degradazione vengono escreti dal corpo o partecipano al normale metabolismo del corpo per essere assorbiti dal corpo per completare il processo di degradazione. Se il fluido corporeo entra nel materiale biologico dal tessuto o un determinato componente del materiale biologico viene dissolto nel fluido corporeo, il materiale si espanderà a causa dell'aumento di volume ed essuderà la propria sostanza. Questo processo distrugge il legame idrogeno e la forza di van der Waals del materiale stesso. , Causerà crepe o vuoti nel materiale e alla fine il materiale subirà gradualmente una degradazione chimica nell'ambiente biologico. Nella pratica clinica, le persone sperano che i materiali biodegradabili impiantati completino anche le reazioni di differenziazione e degradazione durante il periodo di trattamento del tessuto biologico secondo la stessa procedura, in modo da evitare l'infiammazione del corpo&# 39 o la risposta allo stress dovuto all'impianto materiali. Sappiamo che il tempo di trattamento per il tessuto cutaneo è solitamente compreso tra 3 e 10 giorni, il tempo di trattamento per il tessuto viscerale è solitamente compreso tra 1 e 2 mesi e il tempo di trattamento per i tessuti di organi di grandi dimensioni spesso richiede 6 mesi o più. Dopo che i biomateriali biodegradabili sono stati impiantati nel corpo umano, le loro prestazioni di degradazione e i prodotti di degradazione hanno un grande impatto sull'ambiente biologico, sulle reazioni dei materiali e sul corpo umano. Il lento tasso di degradazione o il lungo tempo di permanenza dei prodotti di degradazione possono facilmente causare infiammazioni nei tessuti umani. , Trombosi e altre reazioni avverse. Studi [6] hanno dimostrato che il processo di degradazione e il progresso della maggior parte dei materiali biodegradabili non sono coerenti con i migliori risultati attesi. Pertanto, nella ricerca e nell'applicazione clinica di materiali biodegradabili, i problemi relativi alla degradazione dei materiali biodegradabili devono essere trattati con cautela, in particolare il tasso di degradazione ei prodotti di degradazione.

2. Classificazione di base e applicazione dei materiali biodegradabili

I materiali biodegradabili sono utilizzati nel corpo umano e devono soddisfare condizioni rigorose in termini di materiale stesso e dei suoi effetti sul corpo umano: facile da lavorare, prezzo basso, facile da sterilizzare, tempo di degradazione definito, stabilità biologica e proprietà meccaniche per soddisfare le esigenze del sito di impianto, buona istocompatibilità, compatibilità del sangue e compatibilità meccanica, nessuna reazione pirogenica, tossicità genetica, teratogenicità e cancerogenicità, nessuna irritazione e sensibilizzazione.

Attualmente, i materiali biodegradabili possono essere classificati in base a diversi processi e fonti, inclusi materiali degradabili polimeri naturali, materiali polimerici degradabili sintetici microbici e materiali polimerici degradabili sintetizzati chimicamente [3,9]. La classificazione e l'applicazione specifica sono riassunte come segue:

1. Materiali biodegradabili in polimero naturale

Attualmente, i materiali biodegradabili di polimeri naturali più comunemente usati in campo biomedico includono principalmente gelatina, collagene, polisaccaridi e fibroina di seta.

(1) Materiale gelatina

La gelatina deriva principalmente dalla pelle, dalle ossa, dai tendini, dalla coda e da altri tessuti dei mammiferi. La sua caratteristica più notevole è il polimero idrosolubile, che si espande e si ammorbidisce lentamente dopo aver assorbito l'acqua e ha biocompatibilità, gelificazione e biodegradabilità. Sfruttando le caratteristiche della gelatina, facile da formare, degradabile dagli enzimi e di facile assorbimento dall'organismo umano, può essere utilizzata come materiale a lento rilascio in veicolanti, eccipienti o gusci a lento rilascio; a causa della sua buona permeabilità all'aria e all'acqua Come medicazione per ferite e materiale per la pelle artificiale, può prevenire il fluido dalla ferita o l'insorgenza di sintomi di infezione secondaria; inoltre, i sostituti del plasma di gelatina sono degradabili, non tossici e non immunogenici, ecc. Vantaggio clinico.

(2) Collagene

Il collagene è il componente principale del tessuto connettivo, che rappresenta circa 1/3 del contenuto proteico negli animali. Si trova principalmente nei tessuti animali, nella pelle, nei legamenti e nella cartilagine. Ha le funzioni di sostenere gli organi del corpo, mantenendo stabilità meccanica, elasticità e forza. In quanto risorsa biologica naturale, ha le caratteristiche di buona biocompatibilità, bassa immunogenicità e biodegradabilità; l'uso clinico ha dimostrato che il collagene può promuovere in modo significativo la riparazione, la rigenerazione e la ricostruzione dei tessuti difettosi; ma manca di sufficiente La resistenza meccanica può essere migliorata mediante modifiche di reticolazione o uso di compositi con altri materiali biologici]. Al momento, il collagene è stato ampiamente utilizzato nella preparazione di suture biodegradabili, agenti emostatici e medicazioni per ferite, cerotti biologici, materiali per la riparazione delle ossa, membrane per emodialisi, agenti emostatici, veicoli per il rilascio di farmaci e come scaffold di ingegneria tissutale, vari trattamenti oftalmici Dispositivi e altro aspetti. Tuttavia, vista la complessità delle problematiche cliniche e la necessità di upgrade del prodotto, ci sono ancora molti problemi da risolvere nella ricerca applicativa del collagene, come la potenziale risposta immunitaria del collagene eterologo, la possibile citotossicità di reticolazione residua agente e impianto. La resistenza meccanica e la controllabilità della degradazione dei prodotti simili al collagene.

(3) Materiali polisaccaridici

I materiali polisaccaridici derivano principalmente da amido, acido ialuronico, eparina, chitina e altri ingredienti e la loro biocompatibilità e biodegradabilità sono ideali. In natura, la chitina è ricca di contenuto ed è una grande classe di importanti polisaccaridi ad eccezione della cellulosa. Non è tossico e non ha effetti collaterali. Ha una buona affinità per le cellule umane, non causa rigetto e ha una buona biocompatibilità e degradabilità. Inoltre, ha anche le caratteristiche di antibatterico, antivirale, antitumorale, favorendo la guarigione delle ferite e una forte capacità di adsorbimento. Poiché la chitina contiene molti gruppi polari come i legami idrogeno e ha un'elevata cristallinità, è insolubile in acidi e alcali e insolubile in acqua, quindi è difficile da usare dal corpo. Tuttavia, la chitina può essere sciolta in acidi diluiti e fluidi corporei dopo essere stata deacetilata in chitosano e può essere utilizzata dal corpo umano. La chitina e il chitosano hanno un'elevata reattività chimica ei loro derivati ​​dopo amidazione, carbossilazione, cianazione, acidificazione e altre modifiche sono ampiamente utilizzati in campo medico, come agenti emostatici, flocculanti, suture chirurgiche riassorbibili, pelle artificiale, medicazioni per ferite, a rilascio lento agenti di farmaci antitumorali o chemioterapici, trasportatori di enzimi immobilizzati, materiali di membrane di separazione, ecc.

(4) Fibroina di seta

La fibroina di seta è principalmente derivata dalla seta e contiene amminoacidi molto ricchi al suo interno, quindi ha una buona biocompatibilità e ha dimostrato di essere anallergica o cancerogena, con eccellente trasparenza e permeabilità all'aria e buon effetto filmogeno. Tuttavia, a causa della struttura molecolare della fibroina di seta, l'idrofilia della fibroina di seta e le proprietà meccaniche dopo la formazione del film non sono buone. Attraverso il metodo di modifica della miscelazione, i legami idrogeno e altre forze formate tra le macromolecole miste e la fibroina di seta inducono le molecole di fibroina di seta a cambiare la struttura in grado di migliorare efficacemente le proprietà meccaniche, le proprietà termiche e la solubilità in acqua dei materiali di fibroina di seta. Attualmente, nel campo della biomedicina, è ampiamente utilizzato nei materiali di rivestimento delle ferite, nella pelle artificiale, nei legamenti dei tendini artificiali, nelle lenti a contatto, nei vettori di farmaci, nei vasi sanguigni artificiali e in altri campi.

2. Sintesi microbica di materiali polimerici degradabili

La sintesi microbica di materiali polimerici degradabili si riferisce all'uso di determinate sostanze organiche (come glucosio o amido) come fonte di cibo per sintetizzare la materia organica fonte di carbonio in un poliestere con caratteristiche differenziabili in una serie di reazioni complesse come la fermentazione di microrganismi O polimeri polisaccaridici. Attualmente, i materiali biodegradabili di polimeri sintetici microbici ampiamente utilizzati nella pratica clinica includono principalmente due tipi: biopoliestere (PHA) e poliidrossibutilestere (PHB). Prendi PHB come esempio. PHB è un polimero ad alto peso molecolare sintetizzato da cellule microbiche. La sua struttura e le sue prestazioni sono diverse dai materiali naturali degradabili macromolecolari, ma più simili ai polimeri poliestere alifatici, con sintesi chimica e naturale degradabile.Il vantaggio del polimero, i prodotti di degradazione vengono infine escreti come anidride carbonica e acqua attraverso il metabolismo, senza sostanze tossiche che può essere prodotto dalla sintesi di materie prime chimiche. Inoltre, Tang Suyang e altri studi hanno dimostrato che PHB ha un'eccellente biocompatibilità. Attualmente, è stato ampiamente utilizzato nelle suture chirurgiche riassorbibili, nei materiali ortopedici e nei sistemi di controllo dei farmaci.

3. Sintesi chimica di materiali polimerici degradabili

Rispetto ai polimeri naturali, i materiali polimerici biodegradabili sintetizzati con metodi chimici possono essere selezionati in base alle esigenze delle applicazioni effettive, selezionando monomeri appropriati, o controllando le condizioni di reazione nel processo di sintesi, o eseguendo modifiche fisiche o chimiche semplici ea basso costo , ecc., per progettare e regolare la sua struttura e prestazioni per raggiungere lo scopo di sintetizzare il materiale di destinazione. Ad esempio, attraverso metodi di controllo chimico, la resistenza, la velocità di degradazione, la struttura microporosa e la permeabilità dei materiali polimerici possono essere migliorate per espandere il campo di applicazione. Nei polimeri biodegradabili sintetizzati chimicamente attualmente sviluppati e studiati, la catena principale contiene generalmente gruppi estere idrolizzabili, gruppi ammido o gruppi urea. Quello che segue è il tipo più ricercato e più ampiamente utilizzato di materiali polimerici degradabili sintetizzati chimicamente nell'attuale pratica clinica biomedica: materiali in poliestere alifatico, come poliglicolide (PGA), acido polilattico (PLA) e acido polilattico - Copolimero acido glicolico (PLGA ), sarà introdotto il policaprolattone (PCL), ecc.

(1) Poliglicolide (PGA)

PGA è il poliestere alifatico lineare con la struttura più semplice. Utilizza l'acido glicolico come fonte di base e ha una vasta gamma di materie prime, principalmente barbabietola da zucchero, succo d'uva immaturo e canna da zucchero. Tra i polimeri biodegradabili esistenti, il tasso di degradazione del PGA è relativamente veloce, specialmente la resistenza decade rapidamente in breve tempo. PGA è il primo materiale polimerico biodegradabile applicato per assorbire le suture chirurgiche. I metaboliti dell'acido glicolico, il suo prodotto di degradazione, possono eventualmente essere completamente escreti dal corpo senza causare danni al corpo umano. Alcune letterature mostrano che dopo che le suture PGA vengono lasciate nel corpo per 2 settimane, la resistenza alla trazione può essere ridotta della metà e il corpo può raggiungere uno stato di completa degradazione e assorbimento in circa 4 mesi. Il materiale PGA preparato dall'acido glicolico ha un peso molecolare superiore a 10.000 e può essere utilizzato per suture chirurgiche. Tuttavia, a causa della sua elevata cristallinità (46% -50%), presenta gli svantaggi di una lavorazione difficile, bassa resistenza e velocità di degradazione rapida, ma non può soddisfare i requisiti di prestazione dei materiali impiantabili. Pertanto, le persone lo modificano attraverso una varietà di metodi per ottimizzare le sue proprietà fisiche e chimiche per espandere il suo campo di applicazione. Ad esempio, attraverso la modifica della copolimerizzazione per formare un copolimero che integri le proprietà dei due per migliorare la degradabilità, la biocompatibilità, le proprietà meccaniche del PGA, ecc .; o implementare la modifica della miscelazione per formare una miscela aggiungendo le proprie fibre polimeriche o additivi, ecc., Per migliorare la resistenza e altre proprietà del PGA. Attualmente, il PGA modificato è stato ampiamente utilizzato in suture riassorbibili, ingegneria dei tessuti, sistemi di controllo dei farmaci, chiodi ossei riassorbibili, placche ossee e materiali di correzione chirurgica.

(2) Acido polilattico (PLA)

Nel 1966, Kulkarni et al. ha scoperto che il PLA a basso peso molecolare e ad alto peso molecolare ha un'eccellente biocompatibilità. I prodotti finali di degradazione sono H2O e CO2. L'acido lattico prodotto intermedio è anche un normale metabolita dello zucchero nel corpo, che non causerà alcun effetto negativo sull'organismo. Ciò ha portato alla ricerca e all'applicazione del PLA come materiale biomedico [29-30]. Nel 1997, il PLA è stato approvato dalla FDA per l'uso clinico come eccipienti farmaceutici e suture mediche. Il PLA è un omopolimero del monomero dell'acido lattico. Poiché il lattide (LA) è una molecola chirale, ci sono due tipi di sostanze otticamente attive, quindi il PLA ha anche acido L-polilattico (PLLA), acido polilattico destro (PDLA), racemizzazione Acido polilattico (PDLLA) questi tre tre- configurazioni dimensionali. Tra questi, PLLA e PDLA sono polimeri semicristallini con elevata resistenza alla trazione e bassa velocità di degradazione. Sono materiali ideali per materiali plastici chirurgici, suture chirurgiche e materiali per impianti; mentre PDLLA è un copolimero amorfo con bassa resistenza e velocità di degradazione. Veloce, spesso utilizzato nei trasportatori per la somministrazione di farmaci e negli scaffold per la rigenerazione dei tessuti a bassa resistenza. Tuttavia, il tasso di degradazione del PLA&è difficile da controllare, fragile e ha una scarsa resistenza agli urti, il che limita fortemente il suo campo di applicazione. Negli ultimi anni, le persone hanno utilizzato diversi metodi di modifica come la modifica della copolimerizzazione, la preparazione di acido polilattico auto-rinforzato o la formazione di materiali compositi con altre sostanze per controllare il tasso di degradazione e migliorare la flessibilità del PLA, in modo da espandere continuamente la sua applicazione campi. Ad esempio, l'acido polilattico è un polimero idrofobo, che limita la sua applicazione nei trasportatori di farmaci. Pertanto, le persone migliorano la sua idrofilia copolimerizzando l'acido polilattico con sostanze idrofile (come polietilenglicole, acido poliglicolico, polietilene ossido, ecc.). Attualmente, gli impianti PLA / PLGA sono stati ampiamente utilizzati come vettori a rilascio lento e controllato per farmaci antitumorali, polipeptidi, farmaci proteici e medicinali cinesi. Inoltre, il PLA e il PLA modificato sono ampiamente utilizzati nei materiali oftalmici, nelle suture chirurgiche, nei materiali di fissaggio interno per le fratture e nelle riparazioni di ingegneria tissutale.

(3) Policaprolattone (PCL)

Il PCL è un poliestere lineare semicristallino con basso punto di fusione e temperatura di transizione vetrosa, resistenza alla trazione molto bassa (23 MPa), elevato allungamento a rottura (700%) ed è facilmente solubile in molti solventi organici. Copolimerizzato con una varietà di polimeri, ha una buona termoplasticità e lavorabilità allo stampaggio; inoltre, le materie prime PCL sono facilmente disponibili, il tasso di degradazione è lento e ha un'eccellente permeabilità ai farmaci e biocompatibilità. Pertanto, è ampiamente utilizzato come suture chirurgiche, dispositivi di fissazione di innesti ossei interni, apparecchiature mediche e trasportatori a rilascio controllato biodegradabili. Inoltre, modificando il PLA per migliorare la sua idrofilia e velocità di degradazione, la sua gamma di applicazioni può essere ulteriormente ampliata, come i materiali per la riparazione degli organi, la pelle artificiale, le membrane chirurgiche anti-adesione e l'ingegneria dei tessuti e delle cellule.

3. Conclusione

I materiali biodegradabili mostrano buone proprietà fisiche e chimiche, proprietà biologiche e proprietà biomeccaniche e possono essere regolati e lavorati in base alle condizioni reali, il che soddisfa le esigenze funzionali della biomedicina nella massima misura e li rende utili in molti campi della biomedicina. Ampiamente utilizzato, in questa fase, l'hotspot di ricerca di materiali biodegradabili nel campo della biomedicina ha iniziato a trasferire dalla sutura e fissazione a campi più complessi come i materiali per scaffold di ingegneria tissutale. Tuttavia, nelle applicazioni pratiche, l'alto costo dei materiali biodegradabili ha ancora un certo impatto sulla loro promozione dal basso. In particolare, è urgente risolvere il problema del controllo della velocità di degradazione adatta a diversi oggetti. Ad esempio, come regolare il tasso di degradazione del PCL per soddisfare le esigenze dei trasportatori di farmaci a breve termine e come regolare il tasso di degradazione del PLA per soddisfare le esigenze dell'ingegneria del tessuto osseo. Ma in generale, si ritiene che con il continuo sviluppo e avanzamento di discipline e tecnologie correlate, i problemi relativi al controllo del tasso di degradazione dei materiali biodegradabili e ai costi dei materiali verranno gradualmente risolti. La ricerca e lo sviluppo di materiali biodegradabili nel campo della biomedicina L'applicazione sarà inoltre ulteriormente sviluppata.

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