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1、关于聚乳酸在体外体内的降解综述学院:材料学院 专业：高分子材料与工程指导老师：蔡艳华 组名：第三组摘要：聚乳酸(PLA)是近 40 年发展起来的新型可吸收聚合物 , 具有无毒、无刺激和生物相容性好等特性 , 在人体内可降解成乳酸 , 而且可自然代谢 , 无残留 , 被广泛用作骨折修复材料、手术缝合线、释药物等。由聚乳酸制成的产品除能生物降解外，生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性好，还具有一定的耐菌性、阻燃性和抗紫外性，因此用途十分广泛，可用作包装材料、纤维和非织造物等，目前主要用于服装(内衣、外衣)、产业(建筑、农业、林业、造纸)和医疗卫生等领域。关键词：聚乳酸降解 可吸收性材料 聚乳酸
2、在世界上非常受欢迎，特别是一些发达国家，主要研究聚乳酸的降解，还有他的特别性能给人们带来了新的感觉，让我们的生活变得更加的丰富，以下是世界上个别国家公司对聚乳酸经过技术改性后用于我们生活中的：（1）日本东丽公司结合PLA树脂改性技术、纤维制造技术和染色加工技术，开发了以高性能PLA纤维为主要成份的车用脚垫和备用轮胎箱盖。备用轮胎箱盖已经在丰田汽车公司2003年推出的全面改进小型车“Raum”上使用。（2）日本NEC公司开发了以高性能的PLA/KENAF复合材料，它是经过改性后的PLA，其改善PLA的耐冲性、耐热性、刚性和阻燃性。应用于2004年9月出售的“LaVie T”型手提电脑部件，200
3、5年进一步推广应用于“LaVie TW，VersaPro”型电脑部件（3）日本SONY公司2002年上市的“MVP-NS999ES”型DVD影碟机前面板采用了PLA材料，该公司与三菱树脂进一步研制出了无机物阻燃PLA材料，其中PLA含量为60%左右。（4）日本SONY公司2002年上市的“MVP-NS999ES”型DVD影碟机前面板采用了PLA材料，该公司与三菱树脂进一步研制出了无机物阻燃PLA材料，其中PLA含量为60%左右.材料的使用完之后就会对环境产生一些污染，而普通聚乳酸的降解可以在环境中直接降解，但现在聚乳酸用于很多领域，包括人体中，这些降解是否会对身体产生毒害作用，下面是研究聚乳酸
4、在不同领域的降解：1.聚左旋乳酸可吸收微型接骨板的体内降解特性2005年刘海鹏、荣莉、赵自然、兰珊珊、张舵、景遐斌、刘磊在中国科学院研究了随时间的变化聚左旋乳酸微型接骨板逐渐降解，其力学强度逐渐减弱，分子质量逐渐降低，其降解过程与下颌骨骨生物可降解材料能够替代金属骨折固定材料在于可降解材料的降解时间与骨折愈合过程具有良好的时间匹配性，在骨折愈合的早期，可降解材料应能保证骨折断端具有足够的稳定性同时随着可降解固定物的逐步降解，其力学性能逐渐下降，从而逐步将应力转移至骨组织，避免应力遮挡作用，加速骨折愈合过程 。2. 可吸收性材料（聚乳酸）在体内的降解2004年尹劲、汤逊、熊成东、何祺、银保等人研
5、究了可吸收材料，可吸收材料是近年来逐渐兴起并应用于临床的新型生物材料,具有组织相容性好,可被人体降解吸收的特点。采用PDLLA及磷酸三钙和PDLLA按不同比例混合制作可吸收椎体内支撑器(Centrum-vertebra-fracture-repairing absorbablesupportingp lugger,CASP)和柱状材料,分别植入实验动物股骨髁及肌肉组织内,通过观察降解过程中材料外观、形态的改变,材料对周围组织的影响及其被替代的过程,目的是探讨三种材料的可吸收椎体内支撑器植入体内的组织相容性及影像学变化,为进一步临床应用提供动物实验的基础。 结论: 1.三种不同配方的可吸收椎体内
6、支撑器及柱状材料植入试验动物体内,材料本身及其降解产物具有良好的组织相容性。 2.三组材料中6%TCP/PDLLA与12%TCP/PDLLA组可能具有诱导成骨的作用。 3.6%TCP/PDLLA降解速度与骨组织生长速度相匹配。可能是较好的骨缺损修复材料。 4.12%TCP/PDLLA降解比其余两组快,作为骨修复材料,在骨折愈合早期可能因降解太快而对骨折部位失去支撑作用。看法：聚乳酸在此过程中起到了诱导的作用，且不同浓度的PDLLA诱导的结果也不同，因此在实验过程中对于PDLLA的控制很关键，此项技术若广泛用于医学中对于医疗将有着很重要的作用，可用于修复骨缺等。3.脉动注射成型聚乳酸力学性能及生
7、物降解性能的研究2009年董奇伟、吴宏武等人研究了脉动注射成型聚乳酸力学性能及生物降解性能，脉动压力诱导注射成型加工技术是在传统的注射成型过程中引入振动，是注射螺杆在振动力的作用下产生轴向脉动，成型过程中机筒及模腔中熔体的压力将发生脉动式变化。通过调控外加振动力的振动频率和振幅，可以使注射成型制品品质得到提高，性能得到很好的改善和优化。4.甲壳素纤维增强聚乳酸复合材料体内体外降解性研究2000年陈长春、程海涛孙康，吴人洁等人在上海交通大学研究关酰化改性甲壳素纤维增强聚乳酸复合材料板材进行了体外降解及动物体内植入实验。该复合材料板材初始弯曲强度为114.72 MPa，初始弯曲模量为3980.05
8、 MPa。其体外耐水解特性及耐强度衰减特性均明显优于初始弯曲强度远高于它的PGA/PLA和PGA自增强复合材料。甲壳素作为一种天然生物大分子，已有的研究结果证实，它具有良好的生物相容性，可体内降解吸收等优异的性能。通过适当改性和湿法纺丝工艺，可将甲壳素纺制成高强纤维。甲壳素在体内是溶菌酶催化水解，与聚乳酸的本体水解机理不同，其纤维降解速率，尤其是强度衰减方面可能慢于聚乳酸，制成复合材料用作骨折内固定装置，有望解决聚乳酸类骨折内固定装置降解过快的问题。2实验用材料与方法未改性甲壳素树脂由于其结构中存在强的氢键缔合，导致其溶解性极差且不熔融，直接用湿法纺丝工艺纺制成纤维后，纤维强度较差，柔韧性不足
9、。要提高纤维强度，必须对甲壳素树脂进行适当改性，以提高其在纺丝液中的溶解度。通过对甲壳素树脂进行甲酰/乙酰混合酰化，得到了酰化甲壳素树脂(酰化度分别为：DS乙酰=1.60,DS甲酰=0.43),将该酰化甲壳素溶于N，N-二甲基乙酰胺/氯化锂混合溶液中，采用湿法纺丝工艺纺制成纤维。纤维性能如下：线密度(dtex)3.90,断裂强力(CN/dtex)2.27，断裂伸长率(%)7.41，结晶度指数(%)61.4，取向度(%)82.7。选用粘均分子量大于40万的PDLLA为树脂基体，将甲壳素纤维预制成树脂含量为40%的无纬预浸布。将预浸布按模具尺寸和设计的铺层方向进行适当剪裁，然后按照0/+45/-4
10、5/0的铺层顺序，将剪裁好的预浸料片加入T=170180 的模具型腔中，在P=23 MPa条件下，进行模压成型，压制10 min后，将模具转移至冷压机上保压冷却，当T50 后脱模。实验所用模具型腔尺寸为250 mm150 mm，板材设计厚度为2.5 mm。为方便比较，我们将未改性甲壳素纤维也按相同的条件制备成复合材料板材。动物体内降解生物可吸收聚合物在动物体内的降解通常是通过细胞的吞噬作用。主要是通过巨噬细胞，偶通过粒细胞的吞噬作用，后期巨噬细胞等渐融合为多核巨细胞，吞噬去除降解碎片。甲壳素纤维降解碎片可于板材植入后1月出现在多核巨细胞内，此后吞噬过程渐趋明显，不仅出现在板材周围的多核巨细胞内
11、，而且渐出现在远离板材的纤维组织中的巨细胞中。聚乳酸的降解一方面通过上述吞噬作用，另一方面本实验发现了其另外的转移途径。几乎所有的标本中都出现了一层板材与骨间的无定形物质界膜，分析认为，该界膜即为聚乳酸水解(可能也有甲壳素纤维水解)的碎片渗出变性的蛋白等组成。病理切片发现，随时间的推移，新生骨痂及板层骨腔隙内可出现同样结构的物质，而在板材中间及周围软组织中，则未发现同样的现象，提示这些水解产物可能通过骨的哈佛氏系统转运至组织液与血液中，进入正常的代谢途径。当然，并不否认其通过周围软组织进入代谢途径。可能因为界膜相对稳定，而哈佛氏系统转运能力有限，故引起降解物的沉积。因此，测定该厚度，可以粗略推
12、测板材降解速度和局部转移能力。从标本切片的光镜观察中也可以发现，甲壳素纤维束由紧密结合逐渐变得松散，特别是纤维单丝间的空隙进行性增大，且单丝断面形态逐渐膨胀，都提示为降解过程。说明随着水分子的不断浸渗，聚乳酸本体水解的不断进行，含有溶菌酶的体液不断渗透到纤维束相邻纤维之间，并对纤维产生溶涨而逐渐水解的机制。降解最明显发生于板材植入后46周，4周组和6周组纤维束变化较为显著，不定形物质形成最多，临床表现板材表面渗出也最明显，且窦道形成率较高，此后进入相对稳定阶段，渗出减少，板材断面变化不大，无定形物形成减少，镜下呈现疤痕纤维增生的表现。讨论(1)甲壳素/聚乳酸复合材料的体外降解基本上是一个水解过
13、程，且甲壳素与聚乳酸遵循不同的水解机理。甲壳素为溶菌酶催化水解，聚乳酸为本体水解，甲壳素/聚乳酸复合材料的水解是上述二种机理综合作用的结果。由于体外降解实验所用浸泡液不含溶菌酶，所以该复合材料体外降解以聚乳酸水解为主。(2)甲壳素/聚乳酸复合材料的重量衰减和强度衰减均表现为开始阶段衰减较快，随后趋缓的特征。改性甲壳素纤维增强聚乳酸复合材料板材的重量及强度衰减均快于未改性甲壳素纤维之复合材料。改性甲壳素纤维增强/聚乳酸复合材料板材在浸泡4个月后，弯曲强度仍有31.42 MPa。在体外降解条件下，其强度保持率和浸泡后的绝对强度值均明量优于初始弯曲强度远高于它的PGA/PLA自增强复合材料，表明其在
14、抗水解及强度保持方面具有明显的优势和潜在的应用前景。(3)甲壳素/聚乳酸复合材料植入物的体内降解是在水解的基础上，主要通过巨噬细胞的吞噬作用来实现代谢的；当大分子降解成小分子后，也可通过骨的哈佛氏系统转运至组织液或血液中，进入正常代谢途径。5. 2005年浙江大学、中国人民解放军第117 医院沈烈、乔飞、张宇强、张稚燕、彭懋、朱飞燕等人采用共混法制备了炭纤维(CF)增强羟基磷灰石(HA)/聚乳酸(PLA)三元复合生物材料，研究了复合材料的力学性能和体外降解性能。CF/ HA/ PLA 复合材料具有优异的力学性能 , 弯曲强度和弯曲模量均着 HA 含量的增加先升高后降低 ,尽管 PLA 具有很多
15、优良的性能 , 但由于单纯 PLA 的骨折内固定装置机械强度较低 ,尚不能满足很多功能骨骼的固定要求 , 目前主要采用自增强或与其它材料(如炭纤维 2 、天然纤维 )复合增强,而炭纤维(CF) 则以其高强度和优良的生物相容性成为首选的 PLA增强材料 。但是, 由于聚乳酸降解产物呈酸性易引起体内炎症反应 , CF 增强 PLA 的应用受到了限制。羟基磷灰石(HA)由于具有良好的生物活性骨传导性 , 能够与骨直接形成键性结合 , 被大量应用于骨替换植入材料 。但其机械性能不佳 , 脆 , 对负荷承载性差 , 不能完全适于骨组织复原的要求。将 HA 与 PLA 复合 , 可望提高材料韧性 ,满足骨
16、替换植入材料的机械强度要求 ; 同时 ,可以解决 X光对 PLA 仅有穿透力而造成显影观察困难的问题; PLA 的酸性降解产物可被 HA 缓冲 , 同时 HA 的骨诱导性可提供良好的骨细胞黏附生长环境 , 复合物的多孔结构则为细胞生长、组织再生及血管化提供条件 , 符合骨组织工程的生物学要求 , 有望成为骨组织工程中理想的支架材料。但是 HA/ PLA 复合材料的机械强度尚不理想 , 尤其不能满足大块骨段固定强度的要求。2用 CF 增强 HA/ PLA 复合材料能够显著提高复合材料的力学性能 , 满足作为骨折内固定材料所需的力学强度。与已有 CF 增强 PLA 复合材料和HA/ PLA 复合材
17、料相比 , 能够克服酸性过大引起体内炎症、机械强度低、在 X 光片上显影差等缺点 , 有望成为既具有生物活性 , 又具有可吸收性和降解性的高强度骨折内固定材料。 6.酸生物复合材料降解性能的研究2009年北京化工大学硕士杨美娟、薛平首对PEG改性聚乳酸/热塑性淀粉复合材料的力学性能和加工性能的研究。并举出前人BSingh的尝试.重点通过实验研究改性前及改性后复合材料经过土埋法降解后其质量和力学性能的变化，从而分析生物复合材料的降解性能本文重点研究改性前及改性后复合材料经过土埋法降解后其质量和力学性能的变化，从而分析生物复合材料的降解性能。实验结论（1）在未添加PEG400 改性剂之前，通过土埋
18、法经过5 个月的降解，样条的降解性能随着热塑性淀粉含量的增加而增大。（2）在经过PEG400 改性后，通过土埋法经过5个月的降解，样条的降解率随着PEG400 含量的增加而增加，说明PEG400 在一定程度上促进了复合材料的降解。 7.位熔融接枝淀粉/PLA生物可降解材料性能研究 2008年张鑫等研究人员研究了关于原位熔融接枝淀粉 / PLA 生物可降解材料性能研究的实验来证明了原位熔融接枝淀粉 / PLA 生物可降解材料性能研究，原位熔融接枝淀粉 / PLA 生物可降解材料性能等特有的性能。PEG的加入,改善了淀粉与 PLA 的界面相容，性和黏结效果,同时提高了淀粉/PLA材料的拉伸强度和耐
19、水性能。 经原位熔融接枝改性的淀粉，改善了与 PLA 界面结合效果,阻隔水分子在羟基间的传递,提高淀粉/PLA材料的耐水性能。由于原位熔融接枝淀粉/PLA生物可降解材料性能研究的优良性质，简化和缩短工艺流程,降低聚乳酸材料的成本;开阔思路,尝试用新材料对聚乳酸进行改性;提高聚合物的强度及解决植入后期反应和并发症等方面的问题;在药物控释上用于其他多肽、蛋白、疫苗及基因药物等有着良好的前景8.聚乳酸微球的体外降解聚乳酸聚羟基乙酸及其共聚物PLGA等由于具有良好的生物相容性和降解性而成为控释药物载体以及组织工程支架的常用材料。在构建组织工程化外周神经方面，已有研究表明PLA管或PLGA微丝与许旺细胞
20、有良好的相容性，可作为种子细胞附着的支架。通过将PLA微丝植入大脑的神经干内，通过观察微丝的形态变化以及在降解过程对神经组织的影响。发现聚乳酸微丝在外周神经内的降解时间超过12周；微丝在降解时引起的轻度非特异性炎性反应堆神经组织没有不良影响。用于构造PETN太慢，用VRCIYL微丝更适合，但如果修复大型动物长段神经缺损，可考虑用其作为支架。9.关于聚乳酸静电纺丝生物可降解材料的表面特征研究吉林大学第二临床医院和吉林大学第一临床医院骨关节科的孙树东、徐峰、齐欣、刘建国等四位专家的实验结论可知聚乳酸因为无毒性、细胞相容性和可降解性成为最早作为骨、软骨组织工程的支架材料,也是目前运用最为广泛的骨组织
21、工程材料,但由于其生物活性较差,限制了其在医学生物材料方面的应用。本文尝试通过静电纺丝这种方法对聚乳酸材料进行改性,探讨改性后材料的表面特征,并进一步探讨通过静电纺丝导致材料表面、空间结构的变化对材料的亲水性和降解速度的影响。天然的骨基质是一种复杂纳米、微米结构的、三维立体多孔的细胞支持体 ,骨微结构的明确指明了骨组织工程材料设计发展的方向。骨组织工程构建理想生物材料的有效方法之一是仿生天然骨基质结构 ,为细胞粘附、增殖和分化提供最佳的环境。在天然的骨基质中结构特征方面是纳米、微米级结构,并且细胞的分化和功能高度的依赖这种微结构。聚合物及其混合物的纳米、微米结构多孔材料被认为是生物工程中最前沿
22、的生物材料应用在骨组织工程 。近10 年来,静电纺丝被认为是一种将聚合物和无机物制作成具有高面积体积比和高孔隙率的纤维材料的简单、有效的方法,并适合多种聚合物 。更进一步的说,通过静电纺丝构建的丝状基质材料具有仿生天然骨基质纳米、微米、多孔隙的形态学特征等特点。聚乳酸(PLA) 是目前运用最为广泛的骨组织工程材料,已经成为电纺的热门材料。本研究成功的应用静电纺丝这种简单、有效的方法,将生物活性较差的普通聚乳酸材料构建成仿生天然骨基质胶原纤维空间结构的新型生物材料,该组材料在空间结构上由微米级的聚乳酸纤维不规则排列构成,材料内部空间具有相会贯通的微米级空隙,可以为细胞、营养液的迁移提供通道。聚乳
23、酸的浓度对聚乳酸纤维的直径、支架的密度和材料的孔隙率均有影响:聚乳酸电纺丝的直径和支架密度与溶液的浓度成正比关系;PLA 静电纺丝支架的孔隙率和电纺液的浓度成反比。其中8 %聚乳酸电纺支架的纤维直径、空隙较其他两种浓度的材料均匀,0. 88 0. 12 微米的纤维直径和72 %的孔隙率也较接近天然松质骨的纤维直径和孔隙率80 %8 ,可以说该试验实现了一部分天然骨基质结构仿生的关键。 骨组织工程对材料的要求要有一定的强度和体内存留的时间,来保证新生骨达到强度以前对骨的负重,因此材料的降解速度是影响材料生物材料应用的重要因素。本实验研究表明电纺后的聚乳酸可以明显降低材料的降解速度,为提高其他因降
24、解速度过快而影响支架强度的材料改性提供新的契机。总结:聚乳酸有极大的应用前景，但是其物理上的缺陷，如脆性和慢结晶速度等会阻碍PLA加工成型。国外已经有许多关于聚乳酸及其改性物的研究。聚乳酸材料虽然有无毒无害、环保等优点，研究的主要方向是要降低聚乳酸的生产成本，以使这种环保材料能真正应用于我们的生活及医疗事业上。聚乳酸的合成工艺过程将直接影响聚乳酸的性能，今后的研究方向主要是优化聚乳酸的合成工艺条件，寻找新的、可以回收利用的、毒性低的、高催化活性的催化剂。此外，单纯的聚乳酸机械性能较差、易破碎，制约了其应用的范围，所以通过共聚、共混、复合的方法改善聚乳酸的机械性能、热性能等也是聚乳酸研究的一个主要方向。参考文献：1 聚乳酸生物聚左旋乳酸可吸收微型接骨板的体内降解特性2复合材料降解性能的研究3原位熔融接枝淀粉 / PLA 生物可降解材料性能研究4液压脉动注射成型聚乳酸力学性能及生物降解性能的研究5炭纤维增强羟基磷灰石/聚乳酸复合生物材料的力学性能和体外降解性能6生物可吸收性甲壳素纤维增强聚乳酸复合材料体内体外降解性研究7可吸收椎体内支撑器体内降解观察研究8聚乳酸微球的体外降解9聚乳酸静电纺丝生物可降解材料的表面特征研究