材料在生物環(huán)境中的降解

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1、2012屆浙江醫(yī)藥高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2012屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目材料在生物環(huán)境中的降解系部醫(yī)療器械與制藥設(shè)備系專業(yè)市場(chǎng)營(yíng)銷班級(jí)D12市場(chǎng)6班學(xué)號(hào)D1211010601姓名倪秋紅指導(dǎo)教師胡彬完成日期2013年6月14日52012屆浙江醫(yī)藥高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）材料在生物環(huán)境中的降解倪秋紅摘　要：介紹材料的種類及其在生物環(huán)境中的降解因素及生理機(jī)制，同時(shí)根據(jù)材料在生物環(huán)境中的情況，為其臨床合理植入，保證生物材料的可行性，提供理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：聚合物；降解；腐蝕；機(jī)理0引言生物環(huán)境是十分嚴(yán)酷的，能導(dǎo)致

2、許多植入材料的迅速或逐步崩潰從表面上看，人的機(jī)體是由中性的pH值、低濃度鹽、以及適宜的體溫所構(gòu)成的一個(gè)比較溫和的環(huán)境，但是材料在生物環(huán)境中的降解過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜，包括一系列的物理、化學(xué)、生化因素。生物降解的發(fā)生過(guò)程可能十幾分鐘或數(shù)年，甚至是十幾年。生物降解可以是在移植手術(shù)后就逐步開始自行分解，或者是由于生物環(huán)境中未知因素長(zhǎng)時(shí)間的作用而導(dǎo)致的結(jié)果。生物降解是一個(gè)范圍很廣的概念，近年來(lái)植入材料的生物降解問(wèn)題引起越來(lái)越多的關(guān)注。1聚合物材料在生物環(huán)境中的降解[1]1.1影響聚合物降解的因素[2]生物降解是通過(guò)機(jī)體對(duì)材料的

3、物理作用和化學(xué)作用而導(dǎo)致材料的物理性能的變化。其中聚合物受到物理破壞和化學(xué)破壞的機(jī)理可能是單獨(dú)作用的，也可能是一個(gè)聚合物在不同階段聯(lián)合起作用。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1.1.1化學(xué)結(jié)構(gòu)在影響材料降解速度的諸多因素中，起決定作用的是材料本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)，其中聚合物主鏈的易水解性和單體的親水性是主要因素。1.1.2水的攝取量降解速度與材料

4、對(duì)水的滲透性有極大的關(guān)。單體的親水性對(duì)聚合物的降解有決定性的作用，聚合物攝入的水量越大越有利于反應(yīng)的進(jìn)行。1.1.3結(jié)晶度與相對(duì)分子量結(jié)晶態(tài)聚合物中分子排列有序，結(jié)構(gòu)致密最大限度的限制了水分子的滲透，聚合物的結(jié)晶度對(duì)降解有直接影響。聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量的大小雖不影響降解的速度，但相對(duì)分子質(zhì)量越大，達(dá)到失重極限的時(shí)間就越長(zhǎng)，因而對(duì)于同一聚合物，相對(duì)分子質(zhì)量越大，有效壽命就越長(zhǎng)。52012屆浙江醫(yī)藥高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1.1.4加工工藝通過(guò)影響材料的致密性來(lái)改變其降解速度。在加工過(guò)程中高溫和應(yīng)力作用，以及滅

5、菌過(guò)程的高溫或輻射作用等外界因素會(huì)導(dǎo)致分子質(zhì)量的下降和降解。加工條件還可以改變聚合物的結(jié)晶度。1.1.5pH值許多聚合物的降解產(chǎn)物呈酸性會(huì)改變水解環(huán)境的pH值，而環(huán)境pH值的改變又會(huì)影響聚合物的降解速度。1.1.6共聚物組成共聚物可以明顯地改變結(jié)晶度和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。共聚物中各單體單元的鍵接方式也對(duì)水解速度有影響，如A和B兩種單體組成的共聚物，鍵連接方式有4種：A—A、B—B、A—B、B—A，這些鍵的水解速度不一定相同。1.1.7生物環(huán)境因素生理環(huán)境通過(guò)更有活性的方式使高分子材料分解，其中兩個(gè)主要因素是酶和自由

6、基。酶除了在生物體內(nèi)水解作用外還具有氧化降解。1.2聚合物在生物環(huán)境中降解的探討1.2.1宿主誘導(dǎo)的水解機(jī)理[1]在宿主體內(nèi)，中性水能以顯著的速度水解一些聚合物，如聚乙酸醇[3]。另外，體液中離子也可以催化水解。再次是酶的催化水解。1.2.2生物氧化降解機(jī)理聚合物的氧化有均裂和異裂兩種機(jī)理。根據(jù)引發(fā)的步驟，氧化生物降解可分為宿主直接氧化裝置或外部環(huán)境-介質(zhì)的間接氧化。1.2.3生物侵蝕機(jī)理[1]物理機(jī)制：固態(tài)聚合物的植入物在體內(nèi)轉(zhuǎn)變成水溶性材料的現(xiàn)象稱為“生物侵蝕”，分為整體侵蝕和表面侵蝕兩種模型；化學(xué)機(jī)制：化

7、學(xué)反應(yīng)可能會(huì)引發(fā)水溶性聚合物分子鏈之間交聯(lián)的斷裂或引發(fā)聚合物原有側(cè)鏈斷裂，而形成極性或帶電基團(tuán)，或引發(fā)聚合物股價(jià)斷裂。在一些反應(yīng)中這些機(jī)制可能同時(shí)存在。2　金屬材料在生物環(huán)境中的降解[4]2.1金屬材料在生物環(huán)境中的腐蝕2.1.1金屬腐蝕的基本原理水溶解腐蝕是金屬生物材料的最常見的腐蝕方式。在電解液中，金屬表面發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)發(fā)生水溶液腐蝕。此過(guò)程存在兩種反應(yīng)：產(chǎn)生金屬離子的陽(yáng)極反應(yīng)（氧化反應(yīng)）和消耗電子的陰極反應(yīng)（還原反應(yīng)）。52012屆浙江醫(yī)藥高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2.1.2生物環(huán)境對(duì)金屬腐蝕的影響生

8、物大分子的存在并不會(huì)產(chǎn)生一個(gè)完全新的腐蝕機(jī)制，但可以以陽(yáng)極或陰極反應(yīng)的方式影響腐蝕的速度。下面討論發(fā)生這種情況的四種方式：生物分子會(huì)通過(guò)消耗一個(gè)或多個(gè)陽(yáng)極和陰極反應(yīng)產(chǎn)物的方式破壞腐蝕的平衡；氧化層的穩(wěn)定性取決于電勢(shì)和溶液的pH值；氧化層的穩(wěn)定性也會(huì)受氧含量的影響；陰極反應(yīng)一般會(huì)導(dǎo)致氫的產(chǎn)生。2.1.3在生物環(huán)境中金屬的腐蝕及其控制金屬在體內(nèi)具有點(diǎn)狀腐蝕、摩擦度和腐蝕、裂縫腐蝕、晶間腐蝕