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硅胶制品以及硅橡胶的医学应用发展未来

发布时间:2010-12-16 点击:10797 字体大小: 返回

 近20多年来,全球硅橡胶产品以每年15%以上的速度迅猛发展,目前全球硅橡胶市场规模已达60亿美元,硅橡胶作为医学材料经过几十年的临床应用,已经得到医学界的认可,应用越来越广泛,许多大公司把医用硅橡胶作为开发的主要目标,医用硅橡胶取得长足的进展。
  应用现状
     硅橡胶除了可满足医用高分子材料的基本要求外,还具有耐热、耐寒、无毒、耐生物老化、对人体组织的反应极小、较好的物理机械性能等特点,成为典型的医用高分子材料,广泛应用在医疗卫生、生物医学工程领域,在目前众多的医用高分子材料中,硅橡胶无论在数量还是品种上都占据主导地位。
     导管
     医用导管是医用硅橡胶制品中发展最快、用途最广的产品。按用途可以分为体内和体外,体外主要是各类泵管,如人工心肺机泵管、与各种器械连接管、输液管等;用于体内的是各类插管、导管、引流管。目前用于人体的医用导管的发展趋势是微型化、薄壁化、多腔化和一管多功能化。尤其是对于留置体内的导管来说,无论是长期或短期使用,硅橡胶材质、导管的优势是其他材料无法比拟的。
    颅脑外科制品
    用于颅脑外科的硅橡胶制品主要有:人工颅骨、硅钛复合修复材料、脑积水分六装置、脑室引流管、人工脑膜,目前国内研制的采用硅橡胶和尼龙织物制成的人工脑膜,可用于修补外伤性硬脑膜缺损、修补因切除肿瘤在硬脑膜上的基蒂或浸润区造成的硬脑膜或者硬脊膜缺损等。
     五官科制品
     用于五官科的硅橡胶制品包括:人工鼻梁、人工下巴、下颌骨、人工耳、人工喉、中耳炎通气管、泪道探通装置、泪道栓、鼻孔支架、止鼾器、鼻腔止血气囊、人工呼吸机波行管、气管切开套管等。目前硅橡胶已广泛应用于整容咭,还有部分单根型产品;3)硅橡胶可以作为药物释放基质用的基质型药物缓释制剂,如促进生长的荷尔蒙激素制剂;4)硅橡胶可用于皮肤吸收型制剂,如作为冠心病预防药硝化甘油的TTS产品;5)硅橡胶在释药阴道环及宫内节育器中应用;6)用于药物缓释的硅橡胶接触眼镜;7)定位控释、缓释治疗作用的支架涂覆层,硅橡胶具有良好的弹性、抗撕裂性和生物相容性,可用作医用支架涂覆膜。
    其他应用产品
    医用硅橡胶除上述几方面应用外,还可作为皮肤扩张器、人工乳房、人工关节、人工皮肤、婴儿奶嘴等。硅橡胶还广泛应用于生物医学工程领域,其产品包括医用电极和生物植入传感器等。如目前国内开发的硅橡胶电极代替传统的电子仪器上铜片、铅板和普通橡胶电极,其性能更为稳定。
    发展方向及研究进展
    尽管硅橡胶在医学领域中的应用已占据相当重要的地位,但是由于其表面具有较强的疏水性及不可生物降解性等缺点,在与人体组织接触时仍会存在一定的不良反应,因此对生物用高分子材料硅橡胶的改性和与生物工程相结合,已成为研究的重点和未来发展方向。 医用硅橡胶改性的方法大致可以分为表面改性和本体改性。表面改性可以通过物理技术和化学技术来实现,而本体改性则采用共混、共聚合、互穿聚合物网络(IPNs)以及端基或侧基功能化等方法。
    表面改性
    表面改性是既能提高材料的生物相容性和抗凝血性,又不改变聚合物本身优良性质的有效途径。表面改性后的硅橡胶生物弹性体需达到如下要求:1、良好的生物相容性;2、良好的抗凝血性;3、适宜的表面亲水-疏水平衡;4、较强的消除非特异性识别能力。
        等离子表面改性方法主要采用等离子聚合,等离子体聚合是将高分子材料暴露于聚合性气体中,在高分子材料表面沉积一层较薄的聚合物膜。该方法可以在材料表面引入磷酸基、羟基等官能团,改善材料与生物环境的相互作用。等离子技术用于改性硅橡胶表面国内外已经有大量的报道。国外资料报道在4种不同的气体介质中研究了等离子处理的硅橡胶稳定性以及等离子处理对界面血液相容性的影响。结果发现,在4种不同的气体介质中,经处理的硅橡胶表面都有不同程度的刻蚀,导致吸水性相应增加,并且用O2和Ar处理的硅橡胶表面血液相容性下降,而用N2和NH3处理的硅橡胶表面抗凝血性提高。
    表面接枝
    表面接枝主要有辐射(紫外光辐射、激光辐射、X射线及γ射线辐射)引发接枝、等离子引发接枝及臭氧引发接枝等方法。 辐射接枝是利用高能辐射在聚合物表面产生活性点(自由基或离子),再由该活性点引发单体接枝聚合。辐射接枝所用的单体主要是一些亲水性的化合物,如N-乙烯基吡咯烷酮、甲基丙烯酸β、羟基酯(HEMA)、丙烯酸(Acc)、丙烯酰胺(AAm)等。随着组织工程的发展,对材料的表面要求也越来越高,为了抑制非特异性相互作用,使细胞在类似体内细胞外基质中发挥其功能,人们又试图在聚合物表面接枝天然高分子材料。国外资料报道利用辐射接枝法将邻-丁酰基壳聚糖(OBCS)接枝到硅橡胶表面,结果发现,在该接枝硅橡胶表面血小板附着量明显减少。 用简单等离子处理过的硅橡胶表面,在放置一段时间后会出现亲水性的恶化,用等离子引发接枝则可以避免此现象。利用等离子引发接枝的研究已有很多报道。接枝聚合物所用的单体有亲水性物质,如HEMA、AAm、Acc等,以及天然高分子物质。磷酸胆碱(MPC)是生物细胞膜的主要成分,将它固定到聚合物表面,可以有效提高材料的生物相容性。 臭氧引发接枝是一种新型表面改性技术,该技术易于操作,可以处理形状复杂的硅橡胶表面,而且成本较低。它是将聚合物置于臭氧气体中,在聚合物表面形成过氧基团,这些过氧基团有引发聚合乙烯基单体的能力,通过臭氧接枝后,医用硅橡胶材料表面的亲水性和血液相容性都大大提高了。
    表面涂层
    表面涂层的方法主要有喷涂法、浸涂法、表面镀金法、等离子沉积法及仿生合成法。按照形成涂层的物质可分为亲水性聚合物涂层、天然高分子涂层、金属涂层和特殊功能的涂层(如药物等)。按涂层的功能又可以分为抗菌性涂层、具有生理功能的涂层及药物释放涂层等。抗菌性涂层可以抑制细菌的黏附,降低植入物的感染率;而具有生理功能的涂层则充当了能与生物活性体相适应的过渡层,为材料表面的细胞提供更好的生长环境。国内研究人员利用浸涂法在硅橡胶表面形成几丁聚糖涂层,提高了硅橡胶的生物相容性和抗菌性。黏液素涂层所具有的独特性质可用来减少微生物感染。MPC作为生物材料的仿生涂层并得到认可已有10多年的历史,这类涂层膜含有MPC细胞膜的天然性质,有抗血栓、抗炎症性和低的体细胞及细菌黏附性。 仿生合成技术是20世纪90年代以来出现的模仿生物矿化中在有机物调制下形成无机物的新合成方法。国内科研人员通过仿生合成的方法在硅橡胶表面制得了羟基磷灰石(HA)微晶涂层。
   本体改性
   硅橡胶本体改性的目的是通过设计其本体结构而赋予它新的表面组成或特定性能。暨南大学研究人员通过共混法制备出透明质酸/硅橡胶复合生物材料,其撕裂强度和拉伸强度与未改性的硅橡胶相比均提高了,并且具有良好的生物相容性。IPNs是将两种或两种以上聚合物紧密结合在一起的一种方式,其中至少一种聚合物是在其他聚合物存在的前提下合成或交联的。IPNs的主要类型有同时形成型、梯度型、热塑性、乳液型以及半互穿聚合物网络。
    国外资料报道带有极性端基(如硅羟基、羟基、酰氯基等)的硅低聚物具有表面活化作用,尤其是在实际中具有促进皮肤渗透的作用,这为硅橡胶生物弹性体的改性提供了新方法,即端基功能化。
 GE公司最新推出的Tufel牌有机硅橡胶是一种双组份铂硫化硅橡胶,用于蠕动泵管道时具有出色回弹性,低压缩变形性,明显提高流量精度,在医用过程中如定量输液泵、肠道泵和携带式泵等,能够精确为病人输液和输药。
    其他
    以硅橡胶为载体的长效皮下埋植剂在放置有效期满后必须取出,增加了使用者的痛苦和花费,因此引发了可生物降解型皮下避孕埋植剂的研究,目前关于具有生物降解性和甾体药物通透性的聚合物研究代替硅橡胶作为释放孕激素的载体研究成为热点,国内外都相继开发了可生物降解的埋植剂,如中国医学科学院生物医学工程研究所研制的具有可生物降解性的皮下避孕埋植剂CaproF,前期研究和实验已经结束,准备进入临床阶段。
    随着生物医学工程、组织工程的发展,对材料的技术和性能要求日益提高,就硅橡胶而言,如何使其充分应用于生物工程和组织工程是今后研究工作的主要方向。如生物传感器是当今引入瞩目的一项生物技术,生物传感器的微型化、与生物体的适应性等,将成为与人工脏器相关的重要研究课题,作为人工脏器的主要材料硅橡胶,未来发展潜力巨大。
    目前我国医用硅橡胶发展落后,今后要加快发展步伐,首先应建立医用有机硅材料产业化生产基地;重点突破植入人体的医用有机硅材料及装置性能、质量评价技术;拓展硅橡胶的应用领域;促使我国医用硅橡胶材料形成系列化、高档化、规模化、标准化经营模式。

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