輻射技術在醫用高分子材料中的應用研究

   與傳統（tǒng）的高分子（zǐ）化學製備方法相（xiàng）比，輻射法（fǎ）製備改（gǎi）性醫（yī）用材料的優（yōu）點在於：1. 不需要添加劑（jì），沒有引發劑（jì）殘留，可以得到清潔、安全的接枝共聚物，保證材料的純（chún）淨性。2. 輻射接（jiē）枝操作簡單易行，可（kě）以在常溫或者低溫下（xià）進行，並可以通過調整射線輻照劑（jì）量、劑量率、接枝聚合單體濃度和基材溶脹的（de）深度控製反（fǎn）應程度。3. 輻射過程對材料也是一個消毒過程，避免了其他消毒方法對製品的破壞。

改（gǎi）善（shàn）醫學材料表麵生物相容性
    生物相容性(Biocompatibility)是貫穿生物材料研究的一大主題。國際標準化組織ISO製定了醫用材料的生物相容性（xìng）評價指導原則以及標準實驗方法的國際標準，中（zhōng）國在上世紀70年代也開始了生物相容性研（yán）究以及評價（jià）方法的標準化。生物相容（róng）性是（shì）生物材料與人（rén）體之間的相互作（zuò）用從而產生的物理、化學、生物反（fǎn）應的概念。

生物相容性包括組織相容性(Tissue compatibility)和血液相容性（xìng）（Blood compatibility）。

    組織相容性是指（zhǐ）材（cái）料與活體組織之間相互包容的程度，包括材料在生理條件下的（de）老化，以及由於材料的存在而產生的生物學反應，除了全身毒性外，更多的是材料周圍組織的局部反應，如（rú）炎症、免疫、誘變以及癌症。材料表麵與蛋（dàn）白質等生物大分子及細胞之間的相互（hù）作用是產生組（zǔ）織生物學反應的根本原因。

   例如，矽膠植入人體後會產生纖維囊壁痙攣，這主要是由於矽膠材料表麵（miàn）的疏水性，使其不具（jù）備人體組織的水凝膠結構。在矽膠表麵共輻射接枝親水性（xìng）單體N-乙酰烯基吡咯烷酮並植入人體後，矽膠表麵形成一層穩定的水凝膠，大大降低了組織（zhī）對（duì）矽膠的（de）異物反應，增加了其生（shēng）物相（xiàng）容性。

    血液（yè）相容性（xìng）是生物醫用材料的一（yī）個十分重要的性質。理解血液相容性是研究血液相接觸性材料的一項非常重要的內（nèi）容。血管內壁是一層生物（wù）膜，該膜含有（yǒu）磷脂、固醇、糖鞘脂，其中磷脂和糖鞘脂含有兩條（tiáo）烴鏈，能夠組裝成脂雙層；脂雙層的存在賦予了血管內壁的（de）生理功能。外源（yuán）醫用材（cái）料不同於血管，它不能（néng）產生並釋放抑製因子，從而促使（shǐ）凝血因（yīn）子（zǐ）失活，必然不能避免血栓的生產。

   生（shēng）物材料的抗凝血性（xìng）是由其表麵與血液接觸（chù）後所形成的蛋白質吸附層（céng）的組成與結構所（suǒ）決（jué）定（dìng）的。而吸附層（céng）的組成與（yǔ）機構又取（qǔ）決於材料表麵的化學結構與形態。因此，如果控製了蛋白質吸附層的組成與構象，也就決定（dìng）了材料的血液相容性。當材料表麵吸附層主要為球（qiú）蛋白與（yǔ）纖維蛋白時，將激活凝血因子與血（xuè）小（xiǎo）板，導致級聯反（fǎn）應而形成血（xuè）栓，而當蛋白吸附層為白蛋白，植入物表（biǎo）麵會出（chū）現白蛋（dàn）白鈍化，從而阻止凝血的發生。用Υ射線輻（fú）照技術能使植入物表麵與白蛋白之間以共（gòng）價方式結合，從（cóng）而降低血小板的粘附量。

    引起血栓的另一（yī）個重要因素是材料表麵的物理化學特性以（yǐ）及血小板的活躍程度。常見的材料表麵肝素化有明顯的抗凝血與（yǔ）抗血栓功能，是由於肝素能作用於凝血酶，從而抑製纖維蛋白原向纖維蛋白的（de）轉變（biàn），最（zuì）終（zhōng）達到抗凝（níng）血（xuè）目的。如應（yīng）用（yòng）有機高分子功能材料製備的血液（yè）透析膜已經廣泛應用於血液過濾、分離，其中由（yóu）天然高（gāo）分子纖維素（sù）製成（chéng）的透析膜在世界範（fàn）圍內占85%的份額。為了提高其血液相容性，通過輻射接（jiē）枝共聚的方（fāng）法在（zài）纖維素血液透析膜的表麵引進新的親水性基團，並進一（yī）步接枝抗凝血劑，可以大大提高透析膜的生物相容性（xìng）。

聚四氟乙烯(PTFE)塑膠（jiāo）板浸潤性很（hěn）差，滴（dī）上的（de）水滴成球形，可以在板麵（miàn）上滾動，浸潤角達135度。

提高（gāo）醫用材料表麵親水性

    醫用高分子材料往往具有疏水性基團，材料的疏水性容易（yì）引起材料對蛋白質的吸附，從（cóng）而引起血栓，因此，生（shēng）物材料的表麵改性需要提高材料的親水性。輻射技術能將親水性分子接枝到疏水性高分子材料表麵，從而使其接觸角下降，提（tí）高材（cái）料表麵的濕潤性。

   早在上世紀（jì）50年（nián）代，人們就發現，可以用輻射引發高聚物進行接枝反應。聚合物（wù）經輻射接枝後，可明顯改善材料（liào）的表（biǎo）麵狀態。根據輻射與接枝共聚合反（fǎn）應的實施方法差異，可大體分為預輻（fú）射接枝共聚合法和共輻（fú）射（shè）接枝共聚合法。

預輻射接枝共（gòng）聚合

    預輻射接枝共（gòng）聚合是高分子材料先深度輻照，產生穩定的自由基，或者先在空氣中輻照生成穩定的過（guò）氧化物（wù）或者氫化物，然後（hòu）在輻射場外使被輻照聚合物與單（dān）體（tǐ）溶液接觸，進行（háng）接枝反應。

該方法的特點是射（shè）線（xiàn）輻射與接枝共聚合反應分開（kāi）兩步（bù）進行，具有下列特（tè）點：

1. 接枝共聚合單體不直接受到射線輻射，最大限度地減少單體的（de）均聚反應。

2. 由於射線輻射（shè）和接枝共聚合是獨立的兩步反應，研究或者生產單位即使沒有輻射源裝置也能夠從事某些輻射接枝共聚合的研究與較成熟的輻射接枝共聚合工藝的生產（chǎn）。

3. 聚合物自由基的利用效（xiào）率偏低。

經表麵處理後聚四氟乙烯(PTFE)表麵親水性大大提高，浸潤角為25度。水滴到聚四氟（fú）乙烯(PTFE)表麵後，就會浸潤整個表（biǎo）麵。

共輻射接枝共（gòng）聚合

    將單體與高（gāo）分子載體置於同一體係中，一起進行輻射就（jiù）輻射接枝共聚合。單體可以是氣相、溶液或者溶解（jiě）於其他（tā）溶劑中，該法具有（yǒu）以下特點：

1. 輻射與接枝共聚（jù）反應（yīng）一步完成，操作簡單（dān），易行。

2. 射線輻射產生的活性自由基，一旦（dàn）生成可立即（jí）引發單體的接枝共聚合反應，自由基活性點與輻射能（néng）利（lì）用效率高。

3. 在多數接枝共聚（jù）合反（fǎn）應體係中，單體可以作為聚合物基體的保護（hù）劑，這對射線輻射下穩定性較差的聚合物基體尤為重要。

4. 聚合物基（jī）體與單體同時接受輻照，單體（tǐ）的均（jun1）聚反（fǎn）應嚴重，降低了單體的接枝共聚合效率（lǜ）。中國科學院上海應用（yòng）物理（lǐ）研究所的鄧波等采用共輻射接枝共聚合方法將聚甲基丙烯酸(MAc)接枝到PES膜表麵，發現PES超（chāo）濾膜表麵的水接（jiē）觸角從75度下（xià）降為42度，膜表麵的親水性呈現較大提（tí）高。

提高醫用材料的力學性能

    生（shēng）物醫用材料除了應具備良好的生物相容性外，還應依據其使用目的而具（jù）備相（xiàng）應（yīng）的力學性能和相應的生物功能（néng）。某些天然高分子材料具有良好的生物相容性和可降解性，但是其力學性能往往無（wú）法滿足要（yào）求。天（tiān）然水凝膠具有良好的生物學（xué）特性（xìng），它能夠吸收並保持大量的水分而又不溶解。同時，由於其表麵張力很低，可以減少對體液中蛋白質的吸附。另外（wài），水凝膠有良好的（de）水蒸氣和空氣透過（guò）率（lǜ），因（yīn）此，水凝膠成為生物醫用材料研究的熱門課題。但水凝膠的主要缺點是力學性能太差，一般隻能和其（qí）他材（cái）料配合使用，或通過改性方法（fǎ）來提高其力學性能。

    交聯是增加材料力學性能的一種有效方法，輻射交聯是利用射線的能量活化材料，使材（cái）料發生自身交聯（lián）。輻射（shè）交聯合成水凝膠有許多優點。首先，他解決了產品滅菌問題；其次，它不用額外添加材料，避（bì）免有毒殘留（liú）物（wù）汙染；再者，電離輻射對人體和環境是安全的。

    目前提高高（gāo）分子材料的力學性能能采用的方法是輻射交聯技術。輻射交（jiāo）聯一般不需要催（cuī）化劑（jì）、引發劑，後處理簡單，可在常溫下反應，無汙染，除輻射（shè）源之外不需特（tè）殊（shū）設備，在許多方麵（miàn）優於過氧化物交聯技術。聚合物的輻射交聯為自（zì）由基鏈式反應。

輻（fú）射交聯反應（yīng）可以分為3步：

1. 初級（jí）自由基及活性氫（qīng）原子（zǐ）的形成；2. 活潑氫原子（zǐ）可繼續攻擊大分子片段（duàn）再產生（shēng）自由（yóu）基；3. 大分子鏈自由基（jī）之間反應形成（chéng）交聯鍵（jiàn）。

    高分子輻射交聯改性不同於物理（lǐ）共混體係。物理（lǐ）共混由於各組分在其相界麵往往存在缺陷而使性（xìng）能受到（dào）影響，而輻射反應在相界麵間（jiān）發生，可改善組分間粘合力及相容性。如己有研究發現，輻射交聯不僅（jǐn）能改善材料的力學性能，而且能改善共混（hún）物（wù）的相界麵。上（shàng）海科技大學的劉鈺銘（míng）等輻射合成甲基丙烯酸β-羥乙（yǐ）酯(PHEMA)水凝膠，發現完成這一聚合（hé）-交聯過程（chéng）所需劑量很小，不到1×10-4Gy即可得到高於90%的凝膠含量的水凝膠（jiāo）產物，且水凝膠的力學（xué）性能明顯提高。

生物活性物質（zhì）的固定化

    生物活性物質是（shì）指酶、抗體、抗（kàng）原、抗生素、激素以及各類藥物等，可以用各種方法將他（tā）們結合在生物高分子材料內部或者表麵。這種技術統稱為活性物質的固化。這一新技術的進展對疾（jí）病（bìng）的診斷、治（zhì）療和藥物的合理使用開辟了一條新路徑（jìng）。以藥物緩（huǎn）釋為例治療某一疾病，攝入的（de）藥量往往要超（chāo）過實際藥量的數百倍，以維持局部患病區血液中藥物的必要濃度，因而增加了副作用（yòng）。如何將（jiāng）低分子藥物與（yǔ）高分子材料結合起來（lái）植入患區，然後讓藥物緩慢地釋放出來，就可以使藥物在指定部位（wèi）持續安全穩定的發揮藥（yào）效是現在研究的一（yī）項重大課題。

    目前，研究和應用的固定化方法可以（yǐ）歸納為吸附法、包埋法、共價結合法、肽鍵結合法和交聯法等幾大類。酶和細胞的固定化方法雖然很多，但是每種方法都各（gè）有其優缺點，在實際應用中必須綜合加以考慮。

    從製備的難易程度上看，吸附法（fǎ）是（shì）將酶直接或者通過離子交換吸（xī）附到載體上的一種方法，相對比較容易。包埋法是將酶包埋於凝膠或其它聚合體格子內，工藝也比較（jiào）簡便。而共價結合法則涉及到（dào）酶的（de）功能團與聚合物載體的共價鍵結合條件較劇烈，製備過程繁瑣。交聯法是利用（yòng）功能團試劑與酶分子之間進行分子交（jiāo）聯，製備程序相對複雜。

    從（cóng）結合程度（dù）方麵看（kàn），物理吸附法中酶與載體的結合（hé）不牢固，易於脫（tuō）落（luò），因此很少有實用價值，而離子吸附法中酶與（yǔ）含有離子交換基團的水（shuǐ）不溶性載體結合相對牢（láo）固。包埋法、共價結合法、交聯（lián）法（fǎ）的（de）結合程度都比吸附法更強。

可以看出，吸附法操作簡單，對酶活性影響不（bú）大，但酶與（yǔ）載體的結合較弱，易於脫落，並不是一種理想的固定化方法。共價結合法和交聯法中酶（méi）與載體的結合較強（qiáng）。

    南（nán）京大學環境學院汙染控製與（yǔ）資源化研究國家重點實驗室的李（lǐ）芳捷等應用低溫輻射技（jì）術輻射誘導（dǎo）甲（jiǎ）基丙烯酸β-羥乙脂丙（bǐng）烯酸羥乙（yǐ）酯共聚合製備了高（gāo）分子載體固定氨氧化細菌，經充分溶脹後的聚合物（wù）表麵水接觸角幾乎為0，含水率為450%，潤濕性（xìng）能良好；聚（jù）合物表麵具（jù）有極性官能團；聚合物的非晶結構有利（lì）於小分子尤其是水分子的滲透和擴散，多孔結構有利於微生物的生長和繁殖。

醫用材料的消毒（dú）

    早在倫琴發現X射線的第二年，Mink就提出了射線滅菌的思想，到上世紀50年代，由（yóu）於大功率輻射源的出現（xiàn），輻射滅（miè）菌進入實用階段。

    輻射滅菌即（jí）在一定劑量的Υ射線（xiàn）或者高能電子束（shù）對材料進行輻照（zhào）時（shí），引起（qǐ）的微生物DNA、蛋白質、脂類等有機（jī）分子化學鍵的斷裂（liè），從而導致微生物死亡，使材（cái）料無菌，保證材料的安全衛生。 

    醫用品的輻射滅（miè）菌與傳統的高壓滅菌、化學滅菌相比，具（jù）有滅菌徹底（dǐ）、操作安全（quán）、不汙（wū）染環境、可對帶包裝的物品以及熱敏物質進行滅菌、以及可實現連（lián）續化操作等優（yōu）點。因而，輻射（shè）滅菌已經成為輻射（shè）加工中發展最快，應用最成功的領域之一。

    隨著人類逐步進入老齡化社會，開發生物相（xiàng）容性優良、力學性能好、具有特殊（shū）功（gōng）能的生物材料顯得日益重要。同（tóng）時由於（yú）核輻照與電子射（shè）線技（jì）術的進（jìn）步以及在（zài）材料製備中的應（yīng）用日趨廣泛（fàn），輻射技術已成為研製生物醫用（yòng）材料以及材料（liào）改（gǎi）性中一（yī）個重要方向。17c.com相信伴隨著輻射接枝、交聯、固定化（huà）等輻射技術在生物醫用材（cái）料製備、改性、消毒上（shàng）的研（yán）究（jiū）和應用，將大大促進生物醫用材料的發展（zhǎn）。