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2024上海高端医疗设备展Medtec谈PLA在可降解类手术缝合线中的应用

2024-09-09

01 绪论

医用高分子材料是指在人体环境中使用且不会对人体产生不良影响的材料。手术缝合线是一种常见的医用高分子材料。按照手术缝合线的需求常常将其分为可降解类缝合线和不可降解类缝合线两种,其中可降解类缝合线可在人体内降解排出体外,是当前缝合线材料的发展趋势。

生物可降解材料通过与其接触的体液、有机大分子、酶、自由基、细胞等多种因素的生物学环境相互作用,经水解、酶解、氧化等一系列反应,逐渐降解成低分子量化合物或单体。再经过吸收、消化以及代谢反应后,降解产物被排出体外或参加体内正常新陈代谢被人体吸收的方式完成降解过程。

2024上海高端医疗设备展Medtec研究发现低分子量和高分子量PLA具备优良生物相容 性,最终降解产物是H2O和CO2,中间产物乳酸也是体内正常的糖代谢产物,不会对生物体产生任何不良影响,由此引发了PLA作为生物医用材料的研究与应用。

02 生物降解材料

  • 降解原理与降解机制

生物可降解材料的降解机制一般分为四种:

(1)  水解:可降解材料与水分子作用发生化学键的破坏过程即为水解,此类材料的亲水性对材料的降解速度影响极大。

(2) 氧化:材料的氧化降解是材料进入生物体内引起炎症后,生物体产生氧化剂扩散到材料附近对材料进行降解的自发防御行为,也称之为老化。

(3) 酶解:在生物体内相关酶的作用下的降解过程。

(4) 物理降解:即材料由摩擦引起的降解。

  • 生物可降解材料的分类

现代对生物可降解材料的分类方式以材料的来源为主,即天然生物高分子可降解材料与人工合成生物可降解高分子材料。

天然生物高分子可降解材料:是自然界中存在的,如动物的毛发和肌腱、棉线、蚕丝及羊肠线等。

人工合成生物可降解高分子材料:是通过化学合成的方式制备得到的高分子聚合物,当前常见的人工合成生物可降解高分子材料有甲壳素、丝素和胶原等。

  • 聚乳酸在生物可降解材料的应用

聚乳酸的单体为乳酸分子,由于乳酸的均聚产物为典型的手性结构,所以聚乳酸对应三种不同性能的分子,研究人员将其划分为左旋、右旋和消旋化三种。其中左旋和右旋聚乳酸的力学性能较佳,但降解速度较低,常作为手术缝合线和植入生物材料使用。,而消旋化聚乳酸相反,强度较低、降解速度较快,通常作为缓释药物的载体使用。

03 聚乳酸类可吸收手术缝合线

PLA合成

聚乳酸的合成途径有两种,即丙交醋的开环聚合和乳酸的直接聚合。乳酸在高温、真空下直接聚合会产生副反应,一般获得聚乳酸的分子量只有几千,远不能满足纺丝的要求,所以用作制备缝合线的聚乳酸主要是通过丙交醋开环聚合制得。

即以乳酸为原料,经直接缩聚产生低分子量的PLA,并在高温、高真空下裂解生成丙交酯单体,然后再对丙交酯单体进行开环聚合制得高分子量的PLA 。

编线

聚乳酸手术缝合线的编线工艺主要有单丝型和复丝型。复丝型的手术缝合线使用方便,但因其具有较大的毛细管现象,易引起感染并发症,而且复丝的摩擦力大会造成对组织的损伤,因此研究还是以单丝为主。

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降解影响因素

以上因素中,起决定作用的还是材料本身的化学结构。

04 PLA手术缝合线的改性研究

壳聚糖改性研究

2024上海高端医疗设备展Medtec认为,因聚乳酸手术缝合表面柔顺性差,在体内维持有效强度的时间不够长等问题,限制了其临床应用。壳聚糖是一种对病菌、寄生虫等具有抑制作用,能够促进组织修复、伤口愈合,且具有良好生物相容性、生物降解性和生物活性的天然高分子,将壳聚糖与聚乳酸复合,可以改善聚乳酸的疏水性,实现壳聚糖与聚乳酸的性能互补。 

试验方案

采用壳聚糖,并用戊二醛对其进行适当交联来改性聚乳酸长丝。

纤维合并方式、热定型

采用打辫方式加工的缝合线表面形貌较粗糙,节点较多,增加了摩擦力,会给病人带来剧烈的疼痛感,所以采用加捻的方式较为适宜。

聚乳酸纤维的高结晶度使其具有形态稳定性和可热定型能力。由图可知,在未热定型时,聚乳酸长丝表面比较粗糙,较易松散。在经过热定型之后,加捻的聚乳酸长丝表面较光滑,大大减少了表面摩擦因数,说明热定型后的聚乳酸长丝比未定型聚乳酸长丝更紧凑。 

纤维捻数

随着捻数的增加,缝合线的强力先增加后减小,伸长率先减小后增大。这说明在纤维根数一定的情况下,捻数对缝合线伸长率和强力存在影响,较优的捻数 为400-500 捻/m。

参考文献

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文章来源:高分子材料成型原理

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