生物醫(yī)用膜成膜方式與應(yīng)用發(fā)展范文

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摘要:生物醫(yī)用膜是根據(jù)兩流體之間的濃度差和壓強(qiáng)差，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)選擇性分離的屏障薄膜，起到診斷、治療、修復(fù)生物體，增進(jìn)組織功能的作用。人體內(nèi)有多種功能膜（如骨骼修復(fù)膜、血液透析膜、愈膚膜等），在維持人的生命上起透過和分離物質(zhì)的作用。當(dāng)人體內(nèi)某種功能膜受到破損時(shí)，可利用人工合成膜來替換病損組織。論述了國內(nèi)外生物醫(yī)用膜的主要成膜方法，介紹了生物醫(yī)用膜的應(yīng)用研究方向，展望了生物醫(yī)用膜的未來發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞:生物醫(yī)用膜，成膜方式，應(yīng)用，發(fā)展

生物膜是指微生物在成長過程中形成的一個(gè)多細(xì)胞復(fù)合體，其附著于物體表面由微生物的細(xì)胞及其分泌的聚合物所組成［1］。生物膜是一種選擇性通透膜，具有相適應(yīng)的特定功能結(jié)構(gòu)，它能使細(xì)胞獨(dú)立存在于環(huán)境中，并與周圍環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換，從而使生命活動(dòng)正常運(yùn)行。生物醫(yī)用膜是生物膜的一種，在當(dāng)前生物化學(xué)和醫(yī)學(xué)中研究比較活躍，主要應(yīng)用于醫(yī)療診斷。生物醫(yī)用膜是用生物醫(yī)用材料通過合適的工藝方法合成，從而修復(fù)生命體，改善器官組織功能。生物醫(yī)用膜不僅生物可降解性、生物相容性良好，而且具有不致敏、無細(xì)胞毒性、抗菌性、抗癌性、止血性。近些年來，生物醫(yī)用膜因其優(yōu)異性能在醫(yī)學(xué)臨床方面獲得廣泛的應(yīng)用［2］。目前，臨床上常用的生物膜主要分為不可吸收性膜和可吸收性膜兩類［3］。不可吸收性膜以聚四氟乙烯膜和鈦膜為主，其優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度高和空間維持能力強(qiáng)，可引導(dǎo)組織再生。但這類膜也有許多缺點(diǎn)：其塑形能力和自行降解能力弱，生物相容性和親和性差，易導(dǎo)致傷口裂開，影響傷口愈合等。因此不可吸收性膜在臨床上的應(yīng)用逐漸減少。可吸收性膜主要包括天然生物膜、高分子聚合物膜及PHB膜，其生物相容性、細(xì)胞親和性、選擇性阻隔細(xì)胞功能、增強(qiáng)引導(dǎo)組織再生能力，促進(jìn)傷口愈合功能良好。因此可吸收性膜在醫(yī)學(xué)臨床方面的應(yīng)用越來越普遍。生物醫(yī)用膜的應(yīng)用及制備方法不斷取得新進(jìn)展。其成膜方式主要有靜電紡絲法、相轉(zhuǎn)化法、超臨界流體法、自組裝法等，主要應(yīng)用于修復(fù)、愈膚、血液透析等方面。

1生物醫(yī)用膜成膜方式

1．1靜電紡絲法

靜電紡絲簡稱電紡，是指聚合物溶液或溶體在強(qiáng)電場的作用下經(jīng)擠出、拉伸、噴射、劈裂、溶劑揮發(fā)等一系列過程，最后通過固化得到纖維狀物質(zhì)的制備方法［4］。該方法操作簡單、方便，具有廣泛的適用性，同時(shí)可制備納米級(jí)聚合物纖維，但由于儀器昂貴，目前只適用于實(shí)驗(yàn)研究，產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)還有待發(fā)展。靜電紡絲法制備的纖維膜作為醫(yī)用敷料具有很多優(yōu)點(diǎn)：孔隙率高，透濕能力強(qiáng)，能夠使傷口保持理想的濕潤程度；透氣性良好；抑菌性能強(qiáng)；止血效果好；柔軟性好；生物活性高且環(huán)保［5］。其治療效果明顯提升。因此，作為醫(yī)用敷料的靜電紡納米纖維膜將得到快速發(fā)展。Khil等［6］使用靜電紡絲法制備了一種聚氨酯（PU）纖維膜，并用此膜制備傷口敷料。研究發(fā)現(xiàn)，該P(yáng)U靜電紡纖維膜孔徑小且孔隙率高，透氣性良好，抑菌能力強(qiáng)，可有效阻止細(xì)菌入侵。同時(shí)，使用PU靜電紡纖維膜制成的傷口敷料能顯著提高傷口組織液的吸收率和生物活性，加快止血和傷口愈合速度。Jeong等［7］通過靜電紡絲技術(shù)制備了聚氨酯陽離子荷電電紡纖維膜。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其攜帶的陽離子荷電基團(tuán)具有很好的抗菌能力，可用于抗菌性過濾材料。Mou等［8］采用靜電紡絲技術(shù)制備了聚（乳酸－羥基乙酸）／膠原仿生納米纖維膜，并對(duì)其作為醫(yī)用敷料在外科傷口的應(yīng)用作了研究。研究發(fā)現(xiàn)，所制的膜纖維直徑分布為150～650nm，孔徑小，同時(shí)能與人類纖維軟骨發(fā)生較好的反應(yīng)，在治療早期具有加快傷口愈合的作用。Liang等［9］采用靜電紡絲法制備了季胺化聚甲基丙稀酸縮水甘油酯陽離子荷電電紡纖維膜，具有高通量的特性，可作為具有顯著效果的抗菌性過濾膜材料。

1．2相轉(zhuǎn)化法

相轉(zhuǎn)化法制膜是通過物理方法改變?nèi)芤旱臓顟B(tài)，即使聚合物溶液由液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)，最后固化成膜［10］。根據(jù)物理方法不同，可將相轉(zhuǎn)化法分為溶劑蒸發(fā)相轉(zhuǎn)化法、熱致相分離法、浸沒沉淀法和控制蒸發(fā)沉淀法等。

1．2．1溶劑蒸發(fā)相轉(zhuǎn)化法溶劑蒸發(fā)相轉(zhuǎn)化法是將高分子鑄膜液刮涂在平板上，在惰性氣體且無水蒸汽條件下使溶劑蒸發(fā)從而得到膜的方法。涂浩［11］以乙酸乙酯為溶劑，采用溶劑蒸發(fā)法制備聚乳酸與殼聚糖復(fù)合膜，均勻性與降解效果明顯提高，同時(shí)對(duì)此膜進(jìn)行細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)。研究表明，殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％～40％的聚乳酸／殼聚糖復(fù)合膜物理性能較好，生物相容性良好，無毒。李吉東等［12］采用流延鋪膜制備出n－HA／PA66和Ag－HA－TiO2／PA66復(fù)合材料多孔膜。結(jié)果表明，此生物膜生物相容性和抗菌效果良好，可用于引導(dǎo)骨再生修復(fù)，應(yīng)用前景良好。陳燕等［13］將蠶絲溶解后，通過流延鋪膜法制備再生絲素蛋白膜，并且研究了此膜的微觀形貌、降解性、力學(xué)性能等。結(jié)果表明，此膜光滑致密，降解速度減慢，力學(xué)性能明顯增強(qiáng)，可能作為一種術(shù)后組織粘連材料，為實(shí)際應(yīng)用提供參考。1．2．2熱致相分離法熱致相分離法制膜是由Castro［14］于1981年提出，是指聚合物與高沸點(diǎn)、低相對(duì)分子質(zhì)量的稀釋劑通過高溫形成均相溶液，再降低溫度使之發(fā)生相分離，最后采取萃取等方法脫除稀釋劑從而得到微孔膜。此方法運(yùn)用范圍廣，實(shí)驗(yàn)條件易控制，制備的產(chǎn)物重復(fù)性和精確性好。但因制備過程中易產(chǎn)生致密皮層和封閉孔，影響通量。其過程使用有機(jī)溶劑，后續(xù)處理麻煩，對(duì)環(huán)境造成污染，所以實(shí)際應(yīng)用受到限制。方煒［15］通過熱致相分離法制備聚乳酸－生物玻璃共混膜，然后通過低溫氧等離子技術(shù)進(jìn)行改性，制備聚乳酸－生物玻璃引導(dǎo)骨再生膜。通過MG－63細(xì)胞實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)和掃描電子顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，此膜利于細(xì)胞早期粘附、定植，促進(jìn)成骨細(xì)胞形成巧化結(jié)節(jié)，其生物相容性及骨誘導(dǎo)性良好，可用于引導(dǎo)骨再生等相關(guān)用途，是一種有發(fā)展?jié)摿Φ男迯?fù)材料。薄冬營［16］采用熱致相分離法制備了負(fù)載控制炎癥的小白菊內(nèi)酯和促進(jìn)骨生長的柚皮苷的雙載藥復(fù)合多孔材料，即左旋聚乳酸多孔修復(fù)材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此材料具有良好的生物相容性，抗炎和修復(fù)效果明顯，為牙周炎癥的臨床治療提供了新的選擇。1．2．3浸沒沉淀法浸沒沉淀法也稱非溶劑相轉(zhuǎn)化法，指將聚合物制膜液過濾、真空脫泡后，流延成薄膜，即為濕膜，將其置于非溶劑的凝膠浴中，進(jìn)行熱水浴處理和干燥，最后成膜［11］。通常分為濕法制膜和干法制膜。目前，所使用的膜大部分都是由浸沒沉淀法制成的。張慶磊等［17］通過非溶劑相轉(zhuǎn)化法制備了聚偏氟乙烯血液分離膜。實(shí)驗(yàn)表明，與未改性的聚偏氟乙烯膜相比，改性后的聚偏氟乙烯血液分離膜的親水性和生物相容性明顯提高，更適合用于血液透析。因此，聚偏氟乙烯改性膜可作為一種新型血液分離膜材料，有良好的應(yīng)用前景。王世英等［18］以聚砜作為膜的基礎(chǔ)材料采用浸沒沉淀法制備中空纖維透析膜。通過掃描電鏡、孔隙率等觀測發(fā)現(xiàn)，制備的透析膜孔隙率較大，膜密度較低，滿足血液透析的要求。同時(shí)通過溶血、動(dòng)態(tài)凝血及血小板粘附等實(shí)驗(yàn)表明，此膜血液相容性較好，可用于血液透析，醫(yī)用價(jià)值和應(yīng)用前景一片光明。Mi等［19］通過干／濕相轉(zhuǎn)化法，制備了負(fù)載黃胺嘧啶銀離子藥物的雙層殼聚糖膜，具有不對(duì)稱性。由于致密的上層結(jié)構(gòu)，使其具有透氧和吸水能力；其疏松的下層結(jié)構(gòu)，具有吸收組織液的能力；黃胺嘧啶銀離子的不斷釋放，使其具有滅菌防感染能力，促進(jìn)傷口愈合。

1．3超臨界流體法

超臨界流體（SCF）狀態(tài)是指當(dāng)流體的溫度和壓力處于它的臨界點(diǎn)以上時(shí)的狀態(tài)［20］。目前，使用超臨界CO2制備具有微孔結(jié)構(gòu)的生物膜逐漸受到人們的關(guān)注，主要是因?yàn)樵摲椒ㄔ诔赡み^程中無需揮發(fā)性溶劑，無毒無污染，適于生物醫(yī)用，同時(shí)操作安全、易實(shí)現(xiàn)、價(jià)格低廉，而且超臨界流體在聚合物中易擴(kuò)散，溶解度較大［21］。石瑛君等［22］采用相轉(zhuǎn)化法，以超臨界CO2為非溶劑制備了乙酸纖維素微孔膜。制膜過程中，制膜溶劑明顯影響膜表面的宏觀形態(tài)，選擇和CO2親和性好的丙酮為溶劑，通過溫度和壓力的改變，從而直接調(diào)節(jié)其溶劑化能力，制備出表面均一的乙酸纖維素微孔膜。同時(shí)用此方法不需對(duì)膜進(jìn)行后處理，沒有有機(jī)溶劑殘留。彭琦等［23］以超臨界CO2作非溶劑制備聚乳酸膜，主要考察了溶劑、鑄膜液、加壓方式、放氣時(shí)間等對(duì)膜斷面形態(tài)的影響。同時(shí)發(fā)現(xiàn)超臨界CO2與溶劑CHCl3和THF的相容性都較好，具備聚乳酸制膜的條件。通過掃描電鏡發(fā)現(xiàn)，超臨界CO2能提高膜結(jié)晶度，得到微孔結(jié)構(gòu)膜，可普遍應(yīng)用于醫(yī)學(xué)和生物領(lǐng)域。Natu等［24］使用超臨界溶劑浸漬技術(shù)制備了負(fù)載噻嗎心安的聚乳酸緩釋載藥膜，有較好的生物相容性，可應(yīng)用于治療青光眼。

2生物醫(yī)用膜的應(yīng)用

根據(jù)應(yīng)用不同，醫(yī)用生物膜可分為口腔修復(fù)膜、愈膚膜、血液透析膜。

2．1口腔修復(fù)膜

口腔修復(fù)膜主要作用機(jī)制有機(jī)械屏障作用、血管化作用、參與代謝過程、誘導(dǎo)作用［25］。近幾年來，口腔修復(fù)膜主要應(yīng)用于牙種植、牙周科及頜面缺損等口腔醫(yī)學(xué)相關(guān)領(lǐng)域。Pan等［26］通過探究實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，以0．4∶1．0的比例將膠原與聚乳酸混合時(shí)，其制備的修復(fù)材料生物降解性能和晶體沉積性達(dá)到最大值，且物理機(jī)械性能優(yōu)良，能促進(jìn)骨生長，可作為口腔修復(fù)的膜材料。錢楚凡等［27］通過比較明膠海棉填充修復(fù)、羥基磷灰石生物陶瓷填充及口腔修復(fù)膜覆蓋修復(fù)在根尖囊腫手術(shù)中的治療效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用羥基磷灰石生物陶瓷填充及口腔修復(fù)膜覆蓋的頜骨缺損患者，植骨高度和厚度明顯增加，有利于在其膜表面促進(jìn)骨生長，說明對(duì)于根尖囊腫頜骨缺損修復(fù)手術(shù)，此方法起到良好效果。薛媛等［28］對(duì)多孔膠原－β－磷酸三鈣－硫酸軟骨素復(fù)合膜材料的制備是通過碳化二亞胺改性、二次凍干完成的。通過掃描電鏡、X射線衍射分析儀與原子力顯微鏡觀察表明。β－TCP顆粒與膠原間的排列結(jié)合均勻緊密，膜孔徑為80～90μm，結(jié)構(gòu)疏松多孔，有利于成骨潛能細(xì)胞的生長與繁殖。

2．2愈膚膜

醫(yī)用愈膚生物膜具有低致敏、透明、高彈等特點(diǎn)，是利用目前高科技生產(chǎn)的一種新型傷口敷料，還具有防水、防菌及透氣性良好等特點(diǎn)。對(duì)輕微擦傷、小面積的燒傷及較小的傷口、保護(hù)手術(shù)中及手術(shù)縫合后切口、防止皸裂、褥瘡具有一定修復(fù)作用。馮霆均等［29］將甲殼素散體與天然膠乳共混成膜，結(jié)果表明，該復(fù)合膜柔軟富有彈性，其物理機(jī)械性能和吸水率值都較高。同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)兔的燒傷皮膚進(jìn)行敷貼，發(fā)現(xiàn)傷口無發(fā)炎，無膿等流狀物，愈合較快，說明該敷膜對(duì)創(chuàng)傷皮膚有一定愈合作用。陳臘梅等［30］利用同軸靜電紡絲方法制備了具有核殼結(jié)構(gòu)納米纖維的未交聯(lián)敷料，以載有抗菌藥物莫匹羅星的聚己內(nèi)酯為纖維內(nèi)核，以載有麻醉劑利多卡因的膠原為外殼，最后通過京尼平將膠原外殼交聯(lián)后得到交聯(lián)敷料。通過體外藥物釋放實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，兩種敷料持續(xù)止痛與抗菌性能都良好。從體外細(xì)胞培養(yǎng)結(jié)果得知，與交聯(lián)敷料相比，未交聯(lián)敷料對(duì)纖維細(xì)胞L929的粘附和成長具有更好的促進(jìn)作用，可以促進(jìn)傷口愈合。

2．3血液透析膜

血液透析膜是一種可以分離血液與透析液的選擇性半滲透膜。血液透析是指血液與透析液兩側(cè)具有梯度差（溶質(zhì)梯度、滲透壓梯度和壓力梯度），利用半透膜的Danane平衡原理，促使溶質(zhì)由高濃度的一側(cè)向低濃度的一側(cè)擴(kuò)散，即當(dāng)血液進(jìn)入透析器時(shí)，其代謝產(chǎn)物通過血液透析膜擴(kuò)散到透析液中，透析液中的機(jī)體所需物質(zhì)則被補(bǔ)充到血液中，從而排出體內(nèi)毒素及代謝產(chǎn)物，補(bǔ)充體內(nèi)所需物質(zhì)，糾正電解紊亂和維持酸堿平衡［31］。賈悅等［32］通過干－濕相轉(zhuǎn)化法制備了聚醚砜中空纖維血液透析膜，并進(jìn)行血液透析實(shí)驗(yàn)，模擬液由牛血清白蛋白、溶菌酶和尿素配制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所研制的聚醚砜血液透析膜對(duì)于中、小分子毒素具有良好的清除效果，可提高透析效率。潘振強(qiáng)等［33］以聚砜為膜基礎(chǔ)原料，一縮二乙二醇為致孔劑，聚乙烯吡咯烷酮為改性劑，N，N－二甲基乙酰胺為溶劑，采用非溶劑致相轉(zhuǎn)化法，制備了中空纖維血液透析膜，并將肌酐、磷酸氫二鈉和維生素B12配制成血液模擬液進(jìn)行血液透析實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明，該聚砜中空纖維膜滲透性能和機(jī)械性能良好，可用于血液透析。

3結(jié)語

與展望近年來，隨著高分子材料在生物醫(yī)藥方面的不斷深入研究，將不同性能的高分子材料通過不同的工藝方法制備成醫(yī)藥生物膜，越來越受到研究者的關(guān)注。作為一種環(huán)境友好的綠色技術(shù)，超臨界流體技術(shù)受到高度重視，用該技術(shù)制備醫(yī)用生物膜是目前科技研究的前沿與熱點(diǎn)，具有一定的發(fā)展前景與實(shí)用價(jià)值。生物醫(yī)用膜由于具有生物可降解性、生物相容性、不致敏、無細(xì)胞毒性、抗菌性、抗癌性、止血性等優(yōu)異特性，應(yīng)用前景廣闊。但是，我國仍處于發(fā)展前期，因此拓展其應(yīng)用范圍是未來重要的研究方向。

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作者:許利麗 陳淑花 于馳 詹世平 劉學(xué)武 單位：大連大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院