劉海旺，王相茹，梁 芮，楊 潔

(1.西安大興醫(yī)院 ，陜西 西安 710016; 2.西安交通大學(xué) 城市學(xué)院，陜西 西安 710018)

環(huán)境問(wèn)題逐漸成為世界上多個(gè)國(guó)家共同關(guān)注的問(wèn)題。日趨嚴(yán)重的白色污染對(duì)人們的生活造成了諸多負(fù)面影響。如何切實(shí)治理白色污染，是每一位環(huán)境工作者必須面對(duì)的問(wèn)題。普通塑料在自然環(huán)境下降解速度極慢，殘留在土壤和水體中的塑料嚴(yán)重地破壞了生態(tài)環(huán)境，影響了生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。環(huán)境領(lǐng)域的多數(shù)權(quán)威專(zhuān)家認(rèn)為，尋找塑料的替代物迫在眉睫[1]。生物可降解高分子材料可以在自然條件下很快降解，其在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、新型材料、食品包裝等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。根據(jù)來(lái)源，可生物降解高分子材料可分為天然高分子材料和合成高分子材料。來(lái)自于自然的生物可降解高分子材料主要來(lái)自植物和微生物，這兩類(lèi)生物能夠高效地將小分子聚合為復(fù)雜的長(zhǎng)鏈[2]。合成高分子材料的原料通常是石油的分餾產(chǎn)物。雖然合成生物可降解高分子材料的原料與普通塑料的原料是相似的，但是前者的分子連接方式更接近于生物體內(nèi)分子的連接方式，因此，在適宜的自然條件下，前者能夠很快地被降解為對(duì)環(huán)境無(wú)毒無(wú)害的小分子。從應(yīng)用的角度看，合成高分子材料的性能更好，它的發(fā)展空間比天然高分子材料更大。

1 常見(jiàn)的生物可降解高分子材料及特性

1.1 纖維素衍生物

纖維素衍生物是纖維素聚合物中羥基與化學(xué)試劑發(fā)生酯化或醚化反應(yīng)的產(chǎn)物。根據(jù)反應(yīng)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)特征，纖維素衍生物可分為3類(lèi)：纖維素醚、纖維素酯和纖維素醚酯。商業(yè)應(yīng)用的纖維素酯是硝酸纖維素、醋酸纖維素、醋酸丁酸纖維素和纖維素黃原酸酯。醚包括甲基纖維素、羧甲基纖維素、乙基纖維素、羥乙基纖維素、氰乙基纖維素、羥丙基纖維素和羥丙基甲基纖維素。纖維素衍生物在外科領(lǐng)域之中的應(yīng)用具有再生纖維素有2種：氧化再生纖維素和羧甲基纖維素[5]。氧化再生纖維素有以下特點(diǎn)：(1)更容易受血液影響，因此，使用氧化再生纖維素時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行止血處理;(2)氧化再生纖維素具有較好的粘附性，將其應(yīng)用到外科領(lǐng)域之中，不需要進(jìn)行縫合處理，在治療10～14 d會(huì)自行降解吸收。羧甲基纖維素有以下特點(diǎn)：(1)組織粘附性高，無(wú)需縫合;(2)熱穩(wěn)定性高,此外，羧甲基纖維素會(huì)有效地對(duì)于粘連形成進(jìn)行抑制，在外科領(lǐng)域中的應(yīng)用較為方便簡(jiǎn)潔；(3)羧甲基纖維素具有較好的生物相容性[6]。

1.2 透明質(zhì)酸鈉及其衍生物

透明質(zhì)酸鈉又稱(chēng)透明質(zhì)酸鈉，結(jié)構(gòu)如圖1所示。它是一種廣泛存在于人體內(nèi)的生理活性物質(zhì)，由葡萄糖醛酸和乙酰己糖組成的二糖單元聚合而成的高分子量線性粘多糖，分子量為100萬(wàn)u；在水中形成具有生理pH值和離子強(qiáng)度的粘性和彈性溶液。它的分子形態(tài)是可變的，所以可以用更細(xì)的注射針穿過(guò)。提取透明質(zhì)酸鈉中不產(chǎn)生炎癥的物質(zhì)，稱(chēng)為希隆，將10 mg本品溶于1 mL生理鹽水中，其濃稠黏度比房水或生理鹽水高20萬(wàn)倍[7]。希倫的蛋白質(zhì)含量小于0.5%，是無(wú)菌高純度溶液。透明質(zhì)酸鈉及其衍生物在外科領(lǐng)域的應(yīng)用具有以下特點(diǎn)：(1)透明質(zhì)酸鈉及其衍生物在機(jī)體組織中容易擴(kuò)散或降解，在集體組織中滯留時(shí)間短；(2)透明質(zhì)酸鈉及其衍生物能抑制顆粒白細(xì)胞的遷移和吞噬，具有優(yōu)異的抗炎作用;(3)透明質(zhì)酸鈉及其衍生物可以抑制出血，減少永久附著在骨骼上的血凝塊的形成;(4)透明質(zhì)酸鈉及其衍生物具有良好的生物相容性；(5)透明質(zhì)酸鈉及其衍生物在外科領(lǐng)域中的應(yīng)用，能夠在外科手術(shù)中可抑制術(shù)后粘連和纖維組織形成[8]。

圖1 透明質(zhì)酸鈉Fig.1 Sodium hyaluronate

1.3 聚乳酸及其共聚物

聚乳酸又稱(chēng)聚丙交酯，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。它是以乳酸為主要原料聚合而成的聚合物，屬于聚酯類(lèi)。聚乳酸的形成條件是單個(gè)乳酸分子中有一個(gè)羥基和一個(gè)羧基，多個(gè)乳酸分子在一起，—OH與其他分子的—COOH脫水縮合，—COOH與其他分子的—OH脫水縮合形成聚合物。聚乳酸是完全可再生的，生產(chǎn)過(guò)程無(wú)污染，產(chǎn)品可以生物降解，在自然界可以循環(huán)利用，是一種理想的綠色高分子材料[9]。聚乳酸及其共聚物在外科領(lǐng)域之中應(yīng)用具有以下幾點(diǎn)主要性能：(1)聚乳酸及其共聚物可以通過(guò)酶分解生成水和二氧化碳，其降解后不會(huì)對(duì)于環(huán)境造成污染，具有清潔性及環(huán)保性；(2)聚乳酸及其共聚物能夠調(diào)節(jié)降解速度；(3)聚乳酸及其共聚物具有極強(qiáng)的柔韌性；(4)聚乳酸及其共聚物具有極強(qiáng)的抗?fàn)坷阅埽?5)聚乳酸及其共聚物具有良好的可降解性、可吸收性和生物相容性；(6)聚乳酸及其共聚物具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性及機(jī)械性能；(7)聚乳酸及其共聚物能夠使外科手術(shù)的操作更加方便簡(jiǎn)潔[10]。

圖2 聚乳酸Fig.2 Polylactic acid

1.4 醫(yī)用幾丁糖

醫(yī)用幾丁糖又被稱(chēng)為殼聚糖，廣泛存在于低等植物真菌、藻類(lèi)細(xì)胞、甲殼類(lèi)蝦殼、蟹殼、昆蟲(chóng)、高等植物細(xì)胞壁等。在靈芝、冬蟲(chóng)夏草等植物中也含有少量的殼聚糖，含量2%～7%；其在醫(yī)學(xué)上稱(chēng)為多糖的化合物。它是一種免疫激活劑，能明顯調(diào)節(jié)人體免疫功能，增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的吞噬能力[11]。醫(yī)用幾丁糖是脫乙酞基的甲殼素中的一種，其在外科領(lǐng)域之中的應(yīng)用具有以下性能特點(diǎn)：(1)不具有毒性，其免疫抗原性較小，具有選擇性促進(jìn)上皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)，抑制成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)的生物學(xué)特性，從而有助于促進(jìn)組織的生理性修復(fù)，抑制瘢痕形成，減少組織粘連；(2)具有局部止血作用，抑制纖維蛋白束的形成，從而減少血腫組織引起的組織粘連，可以促進(jìn)身體組織的生長(zhǎng)；(3)具有鎮(zhèn)痛、止血消炎作用，良好的生物相容性、潤(rùn)滑和生物屏障作用，能有效防止粘連。醫(yī)用殼聚糖保護(hù)關(guān)節(jié)軟骨的機(jī)理在于，殼聚糖在理化性質(zhì)上與氨基多糖相似，具有粘彈性，吸收緩慢；而氨基多糖是軟骨和軟骨基質(zhì)組成和代謝的基礎(chǔ)[12]。

1.5 膠原蛋白

膠原蛋白是一種常見(jiàn)的生物可降解高分子材料，由前膠原分子組成。前膠原是一種具有右旋超螺旋結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。每個(gè)前膠原分子由多肽鏈的右旋旋轉(zhuǎn)形成，帶有3個(gè)特殊的左旋螺旋(螺距為0.95 nm，每個(gè)螺旋含有3.3個(gè)殘基)。膠原蛋白在外科領(lǐng)域之中的應(yīng)用逐漸廣泛，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與和動(dòng)物體內(nèi)蛋白的結(jié)構(gòu)很相似，膠原蛋白能夠與人體器官、組織相溶。因此，膠原蛋白制品能夠在人體器官重構(gòu)或者組織再生中廣泛使用，在臨床醫(yī)學(xué)中，尤其是在整形外科和醫(yī)療美容中，注射型膠原蛋白液是最常見(jiàn)的一種。膠原蛋白是一種溫敏凝膠，在室溫25 ℃時(shí)為液體，在體溫37 ℃時(shí)變?yōu)楦叻肿幽z。因此，膠原蛋白材料在使用過(guò)程中適合皮下植入[13]。

2 生物可降解高分子材料臨床應(yīng)用

2.1 生物可降解高分子材料在骨內(nèi)固定材料中的應(yīng)用

生物可降解高分子材料在骨內(nèi)固定材料中的應(yīng)用，首先，患者在骨愈合的過(guò)程中，相關(guān)醫(yī)師可以將可生物可降解高分子材料植入骨內(nèi)固定材料聚合中，在骨愈合過(guò)程中，大多數(shù)是通過(guò)骨夾板和骨螺釘對(duì)于患者骨骼進(jìn)行固定；其次，通過(guò)利用生物可降解高分子材料培養(yǎng)組織細(xì)胞的方式促進(jìn)骨骼固定。雖然通過(guò)金屬材料進(jìn)行骨內(nèi)固定的場(chǎng)景比較多，且實(shí)際效果也不錯(cuò)；但如果骨內(nèi)植入物屬于金屬材料，當(dāng)固定骨骼后，從患者體內(nèi)取出金屬材料時(shí)，人體骨骼也會(huì)受到損害。如果在此過(guò)程中，相關(guān)醫(yī)師可以在此過(guò)程中應(yīng)用生物可降解高分子材料，可以很好地解決相關(guān)問(wèn)題。同時(shí)，通過(guò)生物可降解高分子材料進(jìn)行骨內(nèi)固定，不僅可以使生物可降解高分子材料保持一定的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，生物可降解高分子材料可以自行被水溶解，避免了二次手術(shù)的麻煩[14]。

表1 生物可降解高分子材料在骨內(nèi)固定材料中應(yīng)用的條件Tab.1 Conditions for the application of biodegradable polymer materials in bone fixation materials

2.2 生物可降解高分子材料在外科手術(shù)縫合中的應(yīng)用

生物可降解高分子材料在手術(shù)中的應(yīng)用往往需要縫合，術(shù)后患者的恢復(fù)與縫合質(zhì)量是密切相關(guān)的。如果縫線不能降解，必須人工取出，會(huì)增加患者的痛苦，如果能使用可降解縫線，可以省去拆線的工作。生物可降解材料首先用于腸道，隨著科學(xué)和外科技術(shù)的發(fā)展，外科手術(shù)中使用的高分子材料種類(lèi)越來(lái)越多，對(duì)高分子縫合線的要求也越來(lái)越高[15]。

表2 各種手術(shù)縫合線對(duì)比Tab.2 Comparison of various surgical sutures

2.3 生物可降解高分子材料在ECMO中的應(yīng)用

2020年初，隨著新冠疫情的迅速肆虐，人類(lèi)受到了前所未有的威脅。新冠疫情會(huì)迅速對(duì)于人體肺部造成嚴(yán)重危害，一些病情較為嚴(yán)重的患者需要通過(guò)ECMO輔助呼吸。ECMO的原理是抽出患者體內(nèi)的靜脈血，并通過(guò)特殊材料將體外循環(huán)氧合注入患者的動(dòng)脈或靜脈之中，通過(guò)心肺置換保持人體器官正常運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)于新冠肺炎患者來(lái)說(shuō)，新冠病毒感染會(huì)導(dǎo)致患者的肺部聚集大量粘液，從而影響患者的肺部運(yùn)行。ECMO可以使患者肺部壓力降低，使患者在得到休息時(shí)還能夠有吸收粘液的時(shí)間，恢復(fù)患者的身體健康[16]。ECMO是由血泵、氧合器、氣體混合器、加熱器、各種動(dòng)靜脈導(dǎo)管和監(jiān)護(hù)儀等組合而成，血泵和氧合器是其關(guān)鍵部件，血泵是病人的替代品，氧合器可以作為肺的替代品出現(xiàn)。生物可降解高分子材料在ECMO中的應(yīng)用，可以包括3個(gè)階段：第1階段是實(shí)心硅膠膜;第2階段是微孔中空纖維膜;第3階段是聚-4-甲基-1-戊烯中空微孔纖維膜。第1階段的實(shí)心硅膠膜具有相容性好、血漿滲漏少、對(duì)血液成分損傷小以及適合長(zhǎng)期輔助等優(yōu)勢(shì)；但其排氣困難，價(jià)格昂貴。第2階段的微孔中空纖維膜有效地解決了排氣困難和價(jià)格昂貴的問(wèn)題；然而，由于微孔中空纖維膜會(huì)導(dǎo)致等離子體泄漏的可能，從而降低了微孔中空纖維膜的氧化能力。第3階段聚-4-甲基-1-戊烯中空微孔纖維膜的研制，逐步提高了生物可降解高分子材料在ECMO中的應(yīng)用效果[17]。

2.4 可降解高分子材料在外科護(hù)理中的應(yīng)用

在進(jìn)行外科手術(shù)時(shí)，患者身體會(huì)受到熱、電、機(jī)械、化學(xué)和內(nèi)部因素等的損傷，導(dǎo)致患者的正常皮膚組織受到傷害。外科護(hù)理既是在患者皮膚組織受到創(chuàng)傷后，通過(guò)護(hù)理對(duì)于患者的身體局部組織再生修復(fù)和重建的過(guò)程。醫(yī)用敷料是一種在外科護(hù)理工作中發(fā)揮重要作用的醫(yī)護(hù)材料。醫(yī)用敷料可以對(duì)于患者的傷口創(chuàng)面進(jìn)行覆蓋，并起到治療作用[18]。生物可降解高分子材料可以對(duì)于滲出物少、肉芽組織新鮮的創(chuàng)面進(jìn)行敷涂，保持創(chuàng)口濕潤(rùn)，促進(jìn)患者傷口的愈合。生物可降解高分子材料在臨床的外科護(hù)理中，具有預(yù)防靜脈輸液外滲、預(yù)防靜脈炎、延長(zhǎng)留置針使用時(shí)間等效果[19]。其他研究表明，在皮膚表面水泡和壓瘡上局部應(yīng)用生物可降解高分子材料，具有簡(jiǎn)單安全的效果，促進(jìn)患者傷口的愈合。由于生物可降解高分子材料具有良好的彈性和自粘性，可形成封閉的愈合環(huán)境，且生物可降解高分子材料中含有內(nèi)源性酶，可促進(jìn)纖溶，促進(jìn)患者壞死組織清潔，促進(jìn)微血管增生和造粒，加速傷口愈合。因此，生物可降解高分子材料可以在外科護(hù)理中發(fā)揮重要的作用[20]。

3 結(jié)語(yǔ)

生物可降解高分子材料有望成為可以取代塑料的材料，其在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、新型材料、食品包裝等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，相關(guān)人員可以根據(jù)實(shí)際需要，改變生物可降解高分子材料中的分子連接方式，從而提升生物可降解高分子材料的特性使其應(yīng)用更加廣泛。生物可降解高分子材料在外科領(lǐng)域的應(yīng)用具有很大的優(yōu)勢(shì)，但生物可降解高分子材料在外科領(lǐng)域的應(yīng)用中，存在生物可降解高分子材料制作成本較高等不足，導(dǎo)致生物可降解高分子材料的產(chǎn)品性能有限，應(yīng)用范圍受到一定限制。因此，研究人員應(yīng)立足于生物可降解高分子材料在外科領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用效果，對(duì)于生物可降解高分子材料的成本與性?xún)r(jià)比，以?xún)?yōu)化生物可降解高分子材料的內(nèi)部組成成分，使可生物降解的聚合物材料能夠用于外科領(lǐng)域之中獲得更好地推廣及應(yīng)用。