醫用PCL共混膜探討范文

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《膜科學與技術雜志》2016年第3期

摘要：

本文概括了國內外有關聚ε－己內酯共混膜的研究情況．分析了聚ε－己內酯膜的性能，指出單組分膜的應用局限；介紹了制備聚ε－己內酯共混膜的共混方式，主要包括熔融混合和溶液共混；概況了聚ε－己內酯與聚乳酸、聚砜、殼聚糖和海藻酸鹽等聚合物的共混膜，并對其性能進行了分析，重點總結了聚ε－己內酯共混膜作為可控藥物釋放載體、醫用敷料和組織工程支架材料在生物醫學領域的應用；闡述了聚ε－己內酯與聚合物共混制膜在生物醫學領域的潛在價值．

關鍵詞：

ε－己內酯；共混膜；藥物控釋；醫用敷料；組織工程支架

聚ε－己內酯（pcl）是一種半結晶型聚合物，可由ε－己內酯經開環聚合而制得，分子式為CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—COO，從中可以看出，它的結構重復單元上有5個非極性亞甲基—CH2—和一個極性酯基—COO—，分子鏈比較規整，分子中的C—C鍵能夠自由旋轉，使其具有良好的柔軟度和可加工性．PCL的降解產物是CO2和H2O，對人體無害，可用作人體植入材料和藥物控釋材料，目前已經通過FDA的認證［1］．與其他聚酯材料相比，PCL最突出的特點是具有超低的玻璃化溫度（Tg≈－60℃）和較低的熔點（Tm≈60℃）．因此，它在室溫下呈橡膠態，且易與其他聚合物熔融共混．此外，它易成膜，溶劑溶解性良好，與其它高分子的相容性也很好，是優良的生物醫用材料．盡管PCL膜在藥物控釋、骨組織修復和人造皮膚等醫療領域應用廣泛，而且很多學者在相關方面已經取得了令人滿意的結果［2－6］，但是單一材料在實際應用過程中總存在或多或少的缺陷．由于PCL強度較小、結晶度高、生物降解速度慢，所以純組分的PCL膜在生物醫用領域的應用會受到很大的限制．本文綜述了通過共混改性制備的PCL共混膜在生物醫用領域的研究進展．

1聚ε－己內酯共混膜的制備

為了改善聚ε－己內酯膜的性能，最常用的方法就是利用復合材料性能互補的原理直接將聚ε－己內酯與其他高分子材料共混，制備聚ε－己內酯共混膜以改善聚ε－己內酯膜的性能．目前比較常見的混合方法是熔融混合和溶液共混．

1．1熔融混合

熔融混合通常是一個無溶劑進程，可以通過熔體混煉機來制備樣品．該方法操作簡易、便于控制且樣品均勻性較好，但是對于共混聚合物的熱學性能要求較高．許多文獻［7－10］表明，將聚ε－己內酯與其他聚合物通過熔融混合的方法制備相應的共混膜是可行的．

1．2溶液共混

溶液共混一般是指將兩種或兩種以上的聚合物溶于某種公共溶劑中混和均勻后，再除去溶劑以得到固態共混物．其中，溶液共混的關鍵是合理地選擇溶劑，而公共溶劑既可以是單組分溶液也可以由多種溶液組合而成．例如，在聚ε－己內酯和殼聚糖共混時，除了可以用乙酸來溶解也可以選擇乙酸／水作為公共溶劑［11］．此外，溶液共混也可以通過將分別溶解好的聚合物溶液進行混合來實現．Nguyen等［12］將聚乙丙交酯（PLGA）和聚ε－己內酯分別溶于四氫呋喃／二甲基甲酰胺（50／50）和二氯甲烷／二甲基甲酰胺（20／80）中得到均一的溶液，然后再將其混合獲得均勻的混合液．

2聚ε－己內酯共混膜的應用

2．1聚合材料／聚ε－己內酯共混膜

2．1．1不同相對分子質量聚ε－己內酯的共混膜聚ε－己內酯的降解速度緩慢，初始強度高且力學強度持續時間長，適于作為骨損傷修復材料．Piskin等［13］將兩種不同相對分子質量的PCL共混通過靜電紡技術制備成膜，并使其負載上辛伐他汀，一系列的實驗結果證明，與對照組相比該樣品植入大鼠顱骨損傷部位一段時間后明顯出現骨礦化．

2．1．2聚乳酸和聚ε－己內酯共混膜聚乳酸（PLA）是以乳酸或丙交酯為原料經縮聚或開環聚合得到的聚合物，具有成膜性好、生物相容性好及機械性能良好等特點，且可生物吸收，已廣泛用于生物醫用領域［14－16］，涉及人工骨、組織工程支架和生物導管等．Tsuji等［17］先將PLA和PCL溶于二氯甲烷中獲得分散均勻的共混液，再通過溶液澆鑄、真空干燥得到25μm厚的共混膜．趙婧等［18］通過熔融共混、溶液澆鑄獲得了不同比例的PLA／PCL共混膜，結果顯示PLA可以與PCL以一定的比例共混并且可以澆鑄成膜，而且不管是水潤濕性還是力學性能，共混膜的都要比單一材料的好．

2．1．3聚環氧乙烷和聚ε－己內酯共混膜聚環氧乙烷（PEO）是目前最常用的具有良好生物相容性的醫用材料之一．它毒性低、水溶性好、免疫性低，可用于藥物修飾來提高循環系統中藥物的半衰期．Nien等［19］以PEO／PCL共混膜作為醫用補片、酮洛芬為藥物模型，研究了其藥物釋放過程，結果顯示靜電紡膜上的酮洛芬在30min內完全釋放，可以預計它在醫用補片領域具有很大的應用空間．

2．2天然材料／聚ε－己內酯共混膜

2．2．1殼聚糖／聚ε－己內酯共混膜殼聚糖是甲殼素的N－脫乙酰基的產物，脫N－乙酰基一般在55％以上．殼聚糖分子鏈中含有羥基和氨基等官能團，可以與多種有機物反應形成很多的衍生物．它不但具有無毒、抑菌、生物相容性和生物降解性良好等特點［20］，而且可以促進傷口愈合，是用于制備醫用敷料或組織工程支架的優良材料［21－22］．黃勵中等［23］用乙酸作為溶劑制備出殼聚糖（CS）／聚ε－己內酯共混膜，通過對不同混合比例的CS／PCL共混膜進行分析和表征，發現共混膜中CS和PCL具有較強的相互作用和一定的相容性．此外，在實驗范圍內隨著殼聚糖含量的增加，膜的力學性能、孔隙率和吸水率都有一定的提高．Wan等［24］將CS溶液與PCL溶液共混，經過加熱濃縮，最終澆鑄成膜．對CS／PCL共混膜的性能進行表征，結果顯示盡管CS與PCL之間存在一定的相互作用，但是共混膜內部出現相分離結構．組織工程支架是細胞生長和繁殖的場所，因此良好的生物相容性是組織工程支架材料需要具備的重要條件．雖然聚ε－己內酯的生物相容性良好，但是其親水性較差，在很大程度上會影響細胞的粘附．閔翔［25］利用旋轉涂膜儀制備CS／PCL共混膜，并對膜表面的形貌特征、親疏水性和粘附行為進行了研究．結果發現，隨著CS／PCL共混膜中殼聚糖含量的增加，膜表面粘附的牛血清纖維粘連蛋白和3T3細胞的數量減少；與此相反，隨著CS／PCL共混膜中殼聚糖含量的下降，生長在膜上的3T3細胞形貌和細胞骨架逐漸被抑制．何瑩等［26］采用靜電紡技術制成CS／PCL共混膜，通過實驗推測靜電紡CS／PCL共混膜有望成為一種新型牙周組織工程支架材料．角膜組織工程支架材料不僅要有良好的生物相容性和優異的力學性能，還要具備極好的透光率［27－29］，因此聚ε－己內酯和殼聚糖都存在一定的缺陷．Young等［30］將CS與PCL進行共混制膜，制備了一系列不同比例的CS／PCL共混膜，通過對其表面形貌和牛角膜內皮細胞（BCECs）在膜表面的生長情況進行分析，發現PCL含量的增加對BCECs在CS／PCL共混膜上增殖具有明顯的促進作用，CS／PCL共混膜有可能是用于制備組織工程角膜支架的理想材料，在未來的角膜移植中有很大的潛力．Wang等［31］指出，只有當PCL含量為25％時，CS／PCL共混膜才具有足夠的力學性能作為角膜細胞生長的載體．殼聚糖的抗菌性極好，但是對細胞增殖可能具有一定的抑制［32］，而聚ε－己內酯雖然不能抗菌，但是其細胞相容性良好．因此，CS／PCL共混膜在醫用敷料領域的研究具有重要的意義．Sarasam等［33－35］對CS／PCL共混膜進行了一系列的研究．文獻［33］指出CS與PCL之間并沒有生成新的化學鍵，而且各組分的晶態結構在共混條件下沒有發生變化，但是PCL的存在抑制了CS的抗菌性能．Salgado等［36］制備了用于創面修復的CS／PCL共混膜，并對其物理形態、熱學性能、粘彈性和細胞毒性等進行了評價，CS／PCL共混膜具有良好的降解性能和生物相容性，它的這些優點推動了其在創面修復領域的應用．

2．2．2海藻酸鹽和聚ε－己內酯共混膜海藻酸鹽（ALG）是一種天然多糖，其分子結構主要由β－D－甘露糖醛酸（M單元）和α－L－古洛糖醛酸（G單元）構成．它黏性高、吸水性好、具有良好的穩定性和溶解性以及一定的成膜能力．Perlette等［37］認為含有抗菌劑的PCL／ALG共混膜在前4天具有良好的抗菌效果，4天以后抗菌作用幾乎消失．

3其他研究Shim等［38］利用固體自由成型技術

將聚ε－己內酯、聚丙乙交酯（PLGA）和β－磷酸三鈣（β－TCP）共混成膜，體外細胞活性分析表明，脂肪干細胞（AD－SCs）在PCL／PLGA／β－TCP共混膜上的粘附、增殖和成骨分化相比PCL／PLGA共混膜顯著提高．將共混膜植入兔子的顱骨損失部位，其中不含AD－SCs，實驗證明PCL／PLGA／β－TCP共混膜相比PCL／PLGA共混膜對骨的形成具有明顯的促進作用．Samoladas等［39］將聚ε－己內酯和聚丁二酸乙二醇酯（PES）一起溶于氯仿中，分別與不同濃度的吡喃溶液混合均勻，待溶劑揮發完全得到了PCL／PES共混膜．McDonald等［40－41］制備了聚DL－乳酸（PDLLA）、聚丙乙交酯（PLGA）和聚ε－己內酯（PCL）共混膜，研究了共混膜的物理性質、降解速率以及藥物釋放特點，結果發現共混膜中PDLLA和PLGA的存在，導致PCL無定形區的降解加速，而藥物釋放的調控可以通過調節薄膜中PCL與PDL－LA或PLGA的比例來實現．

4總結

隨著科技的發展，人們對材料性能的要求越來越高．目前為止，沒有一種生物材料可以完全滿足實際應用的理想要求，它們總是存在一定的性能缺陷．聚ε－己內酯作為生物醫用領域的高分子材料，由于其優異的性能，包括無毒性、完全可吸收和良好的生物相容性而倍受關注．但是，聚ε－己內酯仍存在降解速率慢、親水性差等缺點，這在很大程度上限制了聚ε－己內酯膜在生物醫用領域的應用和發展．然而，將聚ε－己內酯與其它高分子材料共混成膜，可以使其性能得到有效的改善．其中，將聚ε－己內酯與其他可吸收聚合物共混，在一定程度上可以獲得降解周期可控的組織工程支架；將聚ε－己內酯與一些親水性聚合物共混，可以有效地改善材料的親水性；將聚ε－己內酯與一些功能性聚合物共混，可以制備出具有抗菌或抗凝功能的產品．總之，聚合物共混技術是一種制備改性聚ε－己內酯膜的有效方法，對拓展以聚ε－己內酯為基礎的生物醫學材料的應用具有重大意義．

作者：毛迎 王富軍 王璐 單位：東華大學紡織面料技術教育部重點實驗室