生物医用高分子的组成和分类

根据来源不同，生物医用高分子材料可分为天然和人工合成生物医用高分子材料两大类。这两类材料各有优缺点，通常天然高分子的生物相容性好，而合成高分子的机械力学性能好。其中，天然生物医用高分子材料通常是从生物体内提取或自然环境中直接得到的一类大分子材料，主要包括天然多糖类和天然蛋白质类材料，还包括动物或人体自身的脱细胞基质材料，以及来源于微生物发酵的天然高分子材料；合成生物医用高分子材料还可细分为不可降解和可降解生物医用高分子材料。

一些常见天然生物医用高分子的化学结构如图3-1所示。天然多糖类材料主要包括淀粉/纤维素/壳聚糖及它们的衍生物、海藻酸盐、透明质酸、肝素和硫酸软骨素等；天然蛋白质类材料主要包括胶原、明胶、丝素蛋白、白蛋白及大豆蛋白等；动物或人体自身的脱细胞基质材料则可来源于小肠、膀胱、皮肤、骨骼、心脏、心脏瓣膜等；来源于微生物发酵的天然高分子材料有聚（3-羟基丁酸酯）、聚（γ-谷氨酸）、聚（ε-赖氨酸）等。天然的生物医用高分子材料来源广泛、容易获取，而且一般都具有良好的生物相容性和生物可降解性，已被广泛应用于药用辅料、可吸收缝合线、医用隔离膜、创伤修复膜、创伤敷料、医用黏合剂、人工皮肤、可降解组织工程支架以及纳米药物载体等。然而，天然生物医用高分子材料也存在一定的缺陷，如蛋白质类和脱细胞基质材料存在潜在的免疫原性、结构复杂、不易化学修饰以及机械性能不佳等缺陷。

人工合成的高分子材料中，不可降解材料是最早应用于生物医学领域的高分子材料。它们的特点是在机体生理环境中能长期稳定存在，不易发生降解、交联反应或物理磨损，并具有优良的机械力学性能；普遍具有与细胞、组织黏附性差，力学性能与周围组织匹配性、适应性差等显著缺点。它们主要应用于各类医疗器械和耗材中，常见的有医疗产品包装材料、体外诊断设备、一次性医疗产品、医用防护用品、介入栓塞材料、血液袋、眼科透镜、人工组织、人工器官等。一些常见的人工合成的不可降解生物医用高分子的化学结构如图3-2所示。

相对于不可降解高分子材料，人工合成的可降解高分子材料是新一代医用材料，也是当今科研领域的热点，近年来已被广泛应用于医学领域中，并在临床上取得了成功，是未来发展的重要方向。可降解生物医用高分子材料是指在生理环境中经水解、酶解等反应过程，逐渐降解成低分子量化合物或单体，降解产物能被排出体外或能参加体内正常新陈代谢而消失的一类高分子材料，常见的包括聚乳酸（PLA）、聚羟基乙酸（PGA）、聚乳酸-羟基乙酸（PLGA）、聚碳酸酯（polycarbonate，PC）、聚对二氧环己酮（poly（p-dioxanone），PPDO），聚（ε-己内酯）（poly（ε-carprolactone），PCL）、聚氨基酸（poly（amino acid），PA）、聚磷酸酯（polyphosphoester，PPE）、聚原酸酯（poly（ortho ester），POE）、聚酸酐（polyanhydride）、聚磷腈（polyphophazene）等。这些高分子相应的化学结构如图3-3所示。

图3-1　一些常见天然生物医用高分子的化学结构
Figure 3-1　Chemical structures of some common natural biomedical polymers

图3-2　一些常见的人工合成的不可降解生物医用高分子的化学结构
Figure 3-2　Chemical structures of some common synthetic non-degradable biomedical polymers

图3-3　常见人工合成可降解生物医用高分子的化学结构
Figure 3-3　Chemical structures of common synthetic degradable biomedical polymers

此外，生物医用高分子根据结构特征，也可分为软性即橡胶状、半结晶和其他有关生物医用高分子，如表3-4所示。

表3-4　软性、半结晶和其他有关生物医用高分子

续表