硅橡胶在生物医学.doc

Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date硅橡胶在生物医学医用硅橡胶硅橡胶在生物医学田科基 （北京化工大学 材料学院 2011012035） 摘要：介绍了硅橡胶在医学领域的主要应用包括长期留王人体内的嚣官或组织的代用品、短期留置人体内的辅助医疗器械、整容医疗器械、药物缓释体系、体外用等医用硅橡胶的应用情况，硅橡胶的生物相容性缺点等。关键词：硅橡胶，药物缓释，医用，相容性Silicone Rubber in the BiomedicineTian keji（BUCT College of materials 2011012035） Abstract:Introduces the main application of silicone rubber in the medical field.Including the long-term stay in the body, or the king grabbed the tissue substitutes, short term assistant medical instrument, the body of cosmetic medical devices, drug delivery system, in vitriol using medical silicone rubber application, shortcoming of silicon rubbers biocompatibility. Keywords: silicone rubber, releasing-control system, medical,compatibility前言： 医用高分子材料除了从原料到成品都必须进行严格控制外，还必须满足以下要求：化学惰性、不受组织液侵蚀；与周围组织相适应，不引发炎症，不与生物体反应，异物反应尽可能少；不致癌；不引起过敏反应、表面凝血；植入体内，长期使用不丧失拉伸强度、弹性等机械性能；不变形，能经受必要的消毒措施；易于加工成复杂的形状等1。硅橡胶具有耐热、耐寒、无毒、耐生物老化、生理惰性、对人体组织反应极小、植入人体组织后不引起异物反应、对周围组织不引发炎症及较好的物理机械性能等优点，符合医用高分子材料的要求；在医疗卫生、医学方面获得越来越广泛的应用2,3。1、医用硅橡胶的历史 硅橡胶的医用特性大约是在1945年发现的。即当在玻璃表面上涂一层在显微镜下才能看到的那样薄的硅橡胶液体膜时，水在其上面不粘附，这一结果就表明了青霉素和血液完全可以从贮存瓶中倒出来。而且还发现当将血液分别贮存在用硅橡胶处理和未处理的两个瓶中时，其血液的凝固速度前者比后者要慢，显示出了良好的抗凝血性。 1954年，Mc Douglall 报道了“对外界影响极为敏感的热血动物的各种细胞组织与液态、半液态和类似橡胶态的硅酮制品接触时，其细胞组织的发育状态未发现异常现象”的研究结果，表明硅橡胶不会对细胞生长产生不良的影响4 。2、我国对医用硅橡胶制品的研发和应用 我国对医用硅橡胶制品的研发和应用是始于20世纪 年60代，但大量的基础研究及产品试制工作还是在20世纪70年代以后进行的。特别是近十几年来，硅橡胶作为生物适应材料的研究已取得了很大的进展，并且有许多功能化、系列化的医用硅橡胶制品投入了临床应用。这些制品根据其用途，大致可分为：（1）脑外科用人工颅骨5、脑积水引流管、人工脑膜；（2）耳鼻喉科用人工鼻梁、鼻孔支架、鼻腔止血带气囊分道导管、人工耳廓、人工下颌、 “T”型中耳炎通气管、人工鼓膜、人工喉、喉罩、“T”型气管插管、泪道栓、吸氧机波纹管；（3）胸外科用体外循环机泵管、胸腔引流管、人工肺薄膜、胸腔隔离膜、人工心瓣；（4）内科用胃管、十二指肠管、胃造瘘管；（5）腹外科用腹膜透析管、腹腔引流管、“T”型或“Y”型管，毛细引流管、人工腹膜；（6）泌尿科和生殖系统用单腔导尿管、梅花型导尿管、双腔或三腔带气囊分道导管、膀胱造瘘管、肾盂造瘘管、阴茎假体、子宫造影导管、人工节育器、皮下植入型避孕药物缓释胶棒、胎儿吸引器；（7）骨科用人工指关节、人工月骨、人工肌腱、人工膝盖膜、减振足垫；（8）皮肤科用人工皮肤、软组织扩张器、疮疤帖；（9）整形用人工乳房、修补材料等几大类6。3、医用硅橡胶的发展方向 硅橡胶在医学领域已占据了相当重要的地位，但想有更大发展，仍需解决有关技术问题。一是硅橡胶的疏水性，其制品植入人体后仍有轻微的异物感。可采用表面改性解决，如在硅橡胶制品表面涂覆亲水性物质，或用辐射、等离子体处理，或通过共混改性，提高硅橡胶的亲水性；二是对皮下避孕埋植系统而言，以硅橡胶为载体的长效皮下埋植荆在放置有效期满后必须取出，增加了使用者的痛苦和花费，而且难于保证所有使用者均能按期取出，从而增加了避孕失败的危险。因此引发了可生物降解型皮下避孕埋植剂的研究，即以一种具备生物降解性和甾体药物透过性的聚合物代替硅橡胶作为释放孕激素的载体；孕激素释放完毕后，载体在体内降解吸收而无须取出。单根型埋植剂、生物降解埋植剂是主要的研究开发方向。三是随着生物医学工程、组织工程的发展，对材料的技术、性能要求日益提高；如何使硅橡胶充分应用于生物工程与组织工程将是今后研究工作的主要方向。如生物传感器是当今引人注目的一项生物技术。生物传感器的微型化、与生物体的适应性等，将成为与人工脏器相关的重要课题。总之，医用硅橡胶在生命科学、医疗器械、药物等领域中已得到广泛而重要的应用，但其潜力仍有待挖掘；随着技术的发展，它将为人类做出更大的贡献7。4、医用硅橡胶的一些具体应用4.1长期留置于人体内的器官或组织代用品 这类器官或组织包括脑积水引流装置、人工肺、视网膜植入物、人工脑膜、喉头、人工手指、手掌关节、人造鼓膜、牙齿印模及托牙组织面软衬垫、人工心脏瓣膜附件等。脑积水引流装置是最早的硅橡胶植入物。1955年美国道康宁公司生产出世界上第一套硅橡胶脑积水引流装置，可把脑积水引到胸腔或腹腔内，效果甚佳；至今仍被成功地应用于医疗方面，而且至今为止，硅橡胶仍是这一装置的唯一材料8。 硅橡胶优异的透气性能使它可作为人工肺使用，从而确保胸细胞器官外科手术的顺利进行。美国GE公司用聚二甲基硅氧烷与聚碳酸酯嵌段共聚物(MEM一213)制成人工肺膜。改性的加成型硅橡胶是很好的氧气富集材料。 世界上治疗视网膜脱离的方法是将柔软的硅橡胶巩膜海绵植入眼窝骨和眼球壁之问，促进视网膜再植。这些硅橡胶视网膜植人物主要包括环扎带、环扎轮。复合人工脑膜采用室温硫化硅橡胶和尼龙织物为原料，可用于修补外伤性硬脑膜缺损及因切除肿瘤在硬膜的基蒂或浸润区所造成的硬脑膜和硬脊膜缺损。 用高抗撕硅橡胶制成的人造喉头可取代在喉头切除手术中除去的软骨，术后患者能迅速恢复说话、饮食和呼吸等功能(如山东大学采用国产ST01高抗撕硅橡胶制成的人造喉头)，无异常现象发生。 硅橡胶人工指关节从1963年起推向市场9。在过去的几十年中，世界上已有90多个国家的成千上万名患者植入了硅橡胶指关节。但该产品的研制在我国只进行了很短一段时间，主要原因一是因类风湿关节炎引起的手指关节畸形发病率不如西方国家高；二是手术要求非常精细及使用专用的器械。稍有不慎便不能成功。1960年，国外开始了人造鼓膜的研究；我国从1975年起开始研制硅橡胶人造鼓膜，现已开发出I、lI、IlI型和薄膜型人造鼓膜。人造鼓膜的结构是用硅橡胶做成与人体鼓膜的厚度和大小相同的薄膜或带框架的薄膜装置，将其贴补在穿孔的鼓膜上，可促进鼓膜愈合、提高听力。室温硫化硅橡胶可做成假牙基托的软衬垫，在患者口腔中直接成型和粘接；使用后无压痛感，并能增强固位力。这种软衬垫具有牙龈的弹性，可有效防止假牙的松动和脱落。开发人工心脏瓣膜产品始于1964年。我国的科研人员用硅橡胶制成了人造球形二尖瓣，临床应用结果表明，植人该产品的患者心脏功能恢复正常，且能胜任一般的体力劳动。1953年起，国内外就开始采用各种材料制作人工腱。作为肌腱的永久性替代物，人工肌腱必须满足下列条件：植入后无异物反应，可届性和绕弯性好、不变形，可与受体腱牢固结合，结合部与肌腱本身都能承受一定拉力而不断裂，与周围组织不发生粘连，容易消毒。筛选了多种材料后，发现用硅橡胶管作为人工腱材料修复屈肌腱的可行性较大；这是由于包裹硅橡胶管形成的假鞘能防止受体腱与周围组织粘连，使病人很快恢复功能1。4.2、在整容和修复方面的应用 如人工颅骨的修复，在用尼龙聚酯纤维等增强后作人造皮肤提高视力的隐性眼镜修补面容的缺陷修补前额鼻下颌颚脖颈等 治疗外耳的缺损以及现在争议一直很大的人工乳房等。 近年来发现硅橡胶乳房植入体对人体有不良的副作用一是拉伸强度不够植入体内经使用一定时间后有破裂和撕裂发生使美容成毁容二是对X射线只部分透过使乳房部位可能存在的肿瘤无法检出从而贻误治疗危及生命基于这种高风险现在Corvita公司己开发研究聚氨酯/聚碳酸酯共聚物与有机硅聚合物复合材料代替硅橡胶作乳房植入材料10,11,12。4.3、在医疗器械上的应用 可作为导管短期置入人体的某个部位 作为抢救和治疗各种病例的重要辅助材料和手段13,14,如为肝功能不全肠瘘烧伤等患者进行补液用的静插管 治疗急慢性功能衰竭患者解除药物中毒的动静外瘘管和腹膜透吸管以及导尿管输液管泄压管胸腔引流管中耳炎通气管洗胃管灌肠器等一次用品 还可用于人工心肺机 膜式人工肺胎儿吸引器的吸头医用电极板基质生物传感器的包装材料等在许多医疗领域都采用了医用硅胶管 用于人体的医用硅胶管的发展趋是微型薄壁多腔一管多用如既能抽样检测又能灌洗输液等。4.4、在药物缓释体系的应用 延长药物的疗效和提高药物作用的专一性和安全性是药学研究中的一个重要课题。 1957年硅橡胶材料开始用作控制释放药物的包裹材料。1964年Folkman和Long首先证明在封闭的硅橡胶管内，药物可以缓慢释放出来，而且在相当氏的一段时间里可在体内维持一定的药物浓度。随着研究的深入，人们发现硅橡胶具有良好的渗透及透过性，是理想的药物缓释材料；药物正是利用了硅橡胶的这种特性，透过硅橡胶进行有效的控制释放和缓慢扩散15,16。 硅橡胶可作为药物缓释体系的载体如包封药物胶囊皮下埋置剂子宫植入剂阴道环皮肤吸收型制剂如各种膏药 还有可注射的硅橡胶可用于手术女性永久性绝育此外硅橡胶还可用于非手术的女性输卵管粘堵绝育17。这种方法比较理想 目前已成为可供接受永久性绝育措施的妇女选择的重要方法，硅橡胶作为包封药物胶囊包封的药物包括各种类固醇化合物前列腺素抗生素镇静剂安眠药抗癌药麻醉剂等。 此外硅橡胶还可作为消泡剂治疗某些疾病如用于抢救急性肺水肿 可迅速疏通呼吸道改善缺氧状况减少或避免因泡沫阻塞气流通过而窒息的死亡患感冒咳嗽是由于支气管分泌液起泡 吃了含硅油的糖浆便起消泡作用因而咳嗽大为减弱效果显著等。4.5、基质型药物缓释制剂 硅橡胶可作为药物释放基质型药物缓释制刺，如促进牛生长的荷尔蒙激素制剂。4.6、皮肤吸收型制剂 硅橡胶还可应用于皮肤吸收型制剂，如作为冠心病预防药硝化甘油的TTS产品。4.7用作体外用品 由于硅橡胶薄膜具有良好的透氧、透二氧化碳特性及与人体皮肤水分蒸发量相近的透湿性，对人体无毒、无害、不过敏、不易引起异物反应或排斥反应等优点，在经尼龙、聚酯纤维等增强后可用作人工皮肤。此外，加成型硅橡胶可用于非手术的女性输卵管粘堵绝育，这种方法比较理想；目前已成为接受永久性绝育的妇女可选择的重要方法。在硫化前，硅橡胶粘度小，便于注射；硫化后，硅橡胶硬度适中、近似软骨，具有伸展性，对周围组织无刺激作用。不会引起炎症和异物反应。在以上产品中，大多数产品用到了医用硅橡胶管；所以，医用硅橡胶管是硅橡胶制品中发展最快、用途最广的产品。包括用于体外的各类泵管、与医疗器械的连接管、制药厂的输液导管、用于体内的各类插管、导管、引流管，以及皮下埋植剂所用的外包硅橡胶管等。用于人体的医用硅橡胶管的发展趋势是微型化、薄壁、多腔、一管多能(如既能抽样检测，又能灌洗、输液等)1。4.8、其它 医用硅橡胶除上述几方面的应用外，还能应用于生物医学工程领域，主要包括医疗用装置、医用电极、生物植入传感器的外包装材料等。4.8.1 腹腔内的化疗输药装置 20多年来，卵巢恶性肿瘤的发病率呈逐渐上升的趋势。由于发病部位深，早期缺乏特异性症状和体征，至发现时多已进入晚期；因此，必须采用腹腔内化疗法。山东医科大学附属医院为了配合治疗，研制了一种全硅橡胶植入式腹腔内化疗导管系统。该装置以医用硅橡胶为原料，由储药盒和导管组成，其特点是放置、应用简单易学。进行手术时无需增加器械设备，便于普及，有利于卵巢恶性肿瘤病人的治疗18。4.8.2 医用电极(板) 各种医疗(保健)电子仪器都必须通过电极而作用于人体的某个部位。过去一直使用金属材料，但金属材料与人体接触后易生锈，从而直接影响仪器的使用和医疗效果，因此，需选择其它材料取代金属材料。电极(板)由于与人体接触，因此要求材料柔软、舒适、呈生理惰性、对人体无毒、对皮肤无刺激、透气性能好19；在使用过程中还要承受高温高压、有关溶剂的消毒，而性能却不能受影响。根据上述要求，选用硅橡胶作为基质较为合适。如浙江东方电子配件厂生产的硅橡胶电极性能稳定，取代了传统电子仪器上的铜片、铅板和普通橡胶电极。深受用户欢迎。4.8.3 生物传感器 生物传感器是目前生物电子学研究与开发的主要课题之一。它应用广泛，不仅在基础研究、临床医学、食品发酵、环境保护等方面显示了广阔的应用前景，而且在活体应用方面也已变成可能。其中，两种生物传感器生物医学电极和植入传感器是活体应用较为典型的例子。例如：硅橡胶可作为一种葡萄糖敏感电极的外包装，用来监控和调节糖尿病人血液中的葡萄糖水平20。5、医用硅橡胶的生物相容性缺点硅橡胶具有性能稳定、易于塑形、产品效益可观的优点，已广泛应用于生物医学工程领域和医疗卫生行业。尽管如此。硅橡胶在生物医学领域中的应用仍然受到其自身缺陷的挑战。表面疏水性、自身影像相容性欠佳、长期植入体内后发生钙化乃是医用硅橡胶制品在生物相容性方面亟待克服的缺点。近几年来国内外专家针对以上缺点进行了诸多改良研究，热点主要集中于硅橡胶的表面湿润性增加、X-线阻射功能增强、防钙化预处理等方面，取得了阶段性成果，但尚未使医用硅橡胶的生物相容性达到理想的境界21。6、结语 硅橡胶是一种优良的医用高分子材料 一方面是因为医用橡胶制品的技术含量高附加值高经济效益十分可观另一方面利用硅橡胶的医用特性既能够解决医疗上的不少难题 也可使患者获得满意的疗效和免受疾病之苦医用硅橡胶制品的设计生产和销售与普通硅橡胶制品基本上是相同的但对所有材料制造工艺加工设备生产环境产品包装的要求要比普通制品高得多 医用硅橡胶在生命科学医疗器械药物等领域中已得到广泛而重要的应用但还有巨大潜力随着橡胶加工技术和医疗技术水平的提高 生命科学的发展及生物材料的研究会有品质更优价格更低使用更方便的医用硅橡胶制品投入临床应用 它将为人类社会做出更大的贡献。参考文献1. 周宁琳编有机硅聚合物导论北京：科学出版社，20002272. 晨光化工研究院有机硅编写组有机硅单体及聚合物北京：化学工业出版社，19862953. 谢遂志，刘登样，周鸣峦主编橡胶工业手册第1分册北京：化学工业出版社，19895854. 沈阳橡胶制品研究所译 硅橡胶加工手册M1986 ，167-1705. 杨清华等 硅橡胶人工颅骨研制及临床应用J有机硅材料，2001 ，（2）:19-20.6. 夏毅然等现代医用硅橡胶制品的性能及应用J有机硅材料，2002 ，（3）：22-24.7. 张承焱 上海橡胶制品研究所 有机硅材料，2002，16(6)：14178. 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