高分子材料的降解.ppt

药用高分子材料的降解 人体是一个极其复杂的生理环境,存在着影响药用高分子材料性能的各种因 素。药用高分子材料在生物体内的组织反应与材料本身的化学组成,高次结构以及表面特征等因素有关。生物稳定性好的材料长时间在体内埋植能形成一个稳定的结构状态,对生物体一般不会产生太大的影响,如聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)就属于这一类。但仍有相当多的聚合物处于代谢、呼吸、酶催化反应之中,很难保持原来的化学、物理、力学性能而产生降解。表 3-1 某些药用高分子材料埋植后的强度变化(时间为17 个月后)材料 抗拉强度/kgcm-2 伸长率/%聚乙烯 135.7(189.8)420(780)聚四氟乙烯 201.5(207)320(250)尼龙 365.6(653.9)140(550)硅橡胶 65.4(66.8)800(800)聚己内酯 80.0(280.0)0(-)聚乳酸 0(360)0(-)再如,聚乙烯醇多孔海绵体修补材料会被人体结构组织侵入,出现钙沉积变硬;硅橡胶心脏瓣膜小球会被体内的类酯(如胆固醇)溶胀变性。外消旋聚乳酸一般在不到半年的时间被机体完全降解、吸收,聚己内酯则需要 3 年甚至更长时间。由此可见,生物降解、老化问题实际上是生理组织对材料的作用问题,生理环境之所以会 对植入材料产生重大影响,其原因大致有三:1.由于生理体液主要是水解反应所引起的材料降解、交联或相变,从而导致材料性能改变。2.由于形成自由基,引起氧化反应(氧化降解),导致材料性能改变。3.由于酶的催化作用导致材料性能改变。然而这些因素对材料的作用还是由材料本身的结构所决定的。药用高分子材料分为生物降解型和非生物降解型两大类。生物降解型是按照药物释放的要求,在规定的时间内药用高分子材料逐步降解;非生物降解型是药物高分子材料在体内基本不降解,而长期在体内滞留或到一定时间后用手术方法取出。-、降解研究设计原理 分析药用高分子材料在正常使用情况下是否会降解,对材料的安全性评价是十分重要的。对药用高分子材料都进行降解研究难度很大,因此对哪些情况应考 虑有必要进行降解研究,哪些情况可不必进行降解研究作了原则规定。(一)应考虑降解研究的情况 1.材料会被生物体吸收;2.长期在体内使用(大于 30d),可能有明显的生物降解;3.材料与人体接触时,可能有毒性物质释放。(二)可不必进行降解研究的情况 1.在预计使用中,对某种药用高分子材料的降解产物的安全性评价有大量的研究数据;2.某种药用高分子材料已具有长期的安全临床使用历史。在设计降解评价方法时应考虑材料的化学特性、物理特性、材料与药物的作用和使用时间、部位及局部环境等因素。若能检索到相应的标准与文献中通用推荐的方法,应优先考虑采用规定的降解产物定性和定量的方法。由于研究降解问题比较复杂,设计实验方案尤为困难。目前大都先采用体外 的方法进行试验,随后再进行体内实验,并研究体内外实验的相关性。体外方法重 要的有 3 种:在模拟体液中;在氧化剂溶液中;在含有酶、磷脂的溶液中进行 加速实验或进行实际时间试验。下图为体外降解评价示意图:二、研究方案(一)降解研究方案的制定 降解研究方案的制定主要包括确定降解产物的分析方法,以及通过这些方法 对降解产物的研究:1.降解产物化学和物理化学性能;2.降解过程中材料及裂解物的表面形态;3.降解产物的生物性能及生物化学性能。降解产物释放的程度和速度取决于在表面降解产物的浓度、从材料内部向表面的迁移速率、产物在生化媒介的溶解性、生化媒介的流动状态等.材料在降解过程中产生的降解产物可能是颗粒状的,也可能是可溶性的化合物。需要采用适当的方法对它们进行定性,并在研究报告中对采用的方法加以说明.若对降解产物进行生物学评价,应考虑材料中原有的其他物质(如残留单体、催化剂、填料等)的影响。(二)降解研究中应考虑的问题 如果缺少有关材料降解或潜在降解产物的生物反应方面的重要数据,那么应 考虑下列实际情况:1.材料的基本情况分析:材料外形、作用与设计原理的描述,使用时的基本要 求和生物环境,材料化学组成和成分,材料加工工艺和灭菌方法。材料结构改变:材料结构发生改变会导致不同性质的降解产物,并使药物 控释变成崩解释放。导致材料结构发生变化的因素有:灭菌、植入操作、材料与组 织的相互作用等。1.物质从表面释出的因素有:腐蚀、溶出、迁移、解聚、脱落、剥落等。