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摘要：衛生和健康事業發展有賴于先進醫療科學技術以及醫療材料的持續、快速、穩定的發展。伴隨著我國醫學科學技術水平的不斷提升，聚乳酸材料憑借其環保性優勢突破了傳統醫療材料的應用框架、模式、種類的限制，已然在我國醫學各領域之中得到了廣泛推廣與應用，并取得較多的實質性應用效果。

 

文章從乳酸直接縮聚法、乳酸催化法兩種常見聚乳酸材料合成方式研究入手，從骨折內固定材料、眼科植入材料、組織工程支架材料、藥物控釋材料等方向闡述了聚乳酸材料在醫學領域中具體應用，希望能夠借此大力推動我國醫療事業向著持續、穩定、健康的方向發展。 

 

關鍵詞：聚乳酸材料；醫學領域；眼科植入；生物相容性

 

 

0 引言 

 

聚乳酸（Polylactic Acid，PLA）是一種人工合成的、可由微生物充分降解的熱塑性脂肪族聚酯。其主要生產合成原料——乳酸具有顯著的環保性、無毒無害、可再生以及良好的生物相容性應用特征優勢。

 

聚乳酸材料在生物體內可被充分有效降解為二氧化碳和水。基于當前我國全面推進的現代化醫療服務體系建設規劃和醫療基礎設施建設規劃，以及可持續發展戰略的基本要求，聚乳酸材料在醫學領域中將擁有著更加寬廣的應用前景。 

 

早在20世紀30年代，國外科研人員就已經開始 著手研究聚乳酸材料的合成和實際應用，但受限于當時的科技環境和生產成本，直至 20 世紀 80 年代末， 聚乳酸材料憑借現代化生產工藝的升級和其在人體降解產物的顯著安全性應用成效才被世界各國接受。 

 

1995年美國食品與藥物管理局正式批準了聚乳酸以及其衍生物作為生物降解醫用材料運用于臨床。近些年來，聚乳酸材料憑借其良好的可塑性、環保性特征優勢，在外科手術縫合線、藥用控制系統、人造皮膚、眼科、牙科等相關醫藥學領域中，應用范圍與應用比例大幅度提升。

 

此外，伴隨著聚乳酸材料生產工藝技術的提升，以及在臨床之中的廣泛運用以及在相關科研人員、一線臨床工作者的高度支持下，聚乳酸材料生長成本大幅度降低，為聚乳酸材料在醫學領域中擁有更加寬廣的應用前景提升了可能。

 

 

1 聚乳酸的合成 

 

聚乳酸材料從環保性、能源性、安全性三個角度均具有著較高的應用優勢，近年來，聚乳酸材料的合成與生產已然成為了化工與生物科研領域重要的研究 課題。當前，我國聚乳酸材料生產力求解決“無材可用”“有材不好用”“好材不敢用”等直接影響著聚乳酸材料在醫學領域中的長期應用和可持續性供給的問 題。從聚乳酸材料合成層面來看，主要包括2種合成 方式，①乳酸直接縮聚法，②乳酸催化法（又稱“丙 交酯開環聚合法”） 

 

1.1 乳酸直接縮聚法 

乳酸直接縮聚法，具有合成工藝操作簡便，能夠有效地降低聚乳酸材料的生產成本。但是，采用乳酸直接縮聚法在直接聚合過程之中有小分子產物—— H20 的存在，合成的聚乳酸材料的相對分子量小于 4000，強度過低，這使得其在醫療領域中的運用具有很大的局限性。

圖1 乳酸直接縮聚法

 

1.2 乳酸催化法 

乳酸催化法，又稱“丙交酯開環聚合法”。采用 丙交酯開環聚合法是通過將乳酸脫水環化制成丙交酯，并且經過重新結晶過程之后，通過丙交酯開環聚合制成，實現了由低分子量聚乳酸到高分子量聚乳酸的提升。與乳酸直接縮聚法相比，丙交酯開環聚合法所得到的聚合乳酸分子量可以達到100萬左右，強度 較高。

 

因此，采用丙交酯開環聚合法生產的聚乳酸材料質量較高、應用范圍較廣，但是，由于丙交酯開環聚合法在制備過程之中需要加入大量催化劑及試劑，因此，成本較高。

 

圖2 丙交酯開環聚合法

 

 

2 醫學領域的運用 

 

2.1 骨折內固定材料

20世紀70年代，各國科研工作者開始嘗試將可吸收聚合物作為骨折內固定材料進行醫學應用探索。例如，將聚乳酸類材料制作的螺釘和板放置于狗的下 頜骨骨折處，進而觀測聚乳酸類材料在狗下頜術后恢復之中生物降解效果。

 

但是，由于受當時科學技術發展整體水平以及聚乳酸生產工藝的局限，當時生產的 聚乳酸材料難以具備優良的延展性，在具體的醫學實踐應用中未能滿足矯形外科骨折內固定的要求。然而，關于聚乳酸類材料在骨折類患者醫治中的應用研究并未停止。

 

20世紀80年代，科研工作者與醫學工作者的持續努力研究發現，左旋聚乳酸 （PLLA） 的降解速度比外消旋聚乳酸（PDLLA）緩慢，并且在與傳統金屬板釘骨折內固定材料相比，并無顯著差異性。

 

因此，認為將左旋聚乳酸作為骨折內固定材料可取得更為優良的醫療效果。但是，后續研究證明，左旋聚乳酸 （PLLA） 后續緩慢降解過程之中，會出現 系列并發癥。外消旋聚乳酸（PDLLA）作為具有更好生物相融性的特征，更為后續研究者所青睞。 

 

骨折內固定材料作為能夠直接將患者斷骨內或外斷骨固定以確保骨折端復位的材料，要求其具有實用性、穩定性、適配性等特征。傳統骨折內固定材料一 般由不銹鋼、鈦及合金構成。此類骨折內固定材料與人體的骨骼生長環境、骨骼本身特質具有顯著的差異性，即由不銹鋼、鈦或合金構成的傳統骨折內固定材料，剛性與患者體內骨骼剛性不同。

 

這使得其雖然能夠確保在患者體內保持正確的骨骼生長位置，但同時它也會破壞患者原有的骨骼應力分布環境，阻止患者周圍骨痂形成速率，進而導致導致骨質疏松以及骨萎縮。因此，傳統骨折內固定材料必須在患者病愈后 （后愈合階段） 進行二次手術，取出固定裝置，大大增加了患者的痛苦。 

 

骨折內固定材料特征要求以及聚乳酸材料的主要特征對比可發現，聚乳酸材料由于具有優良的生物相容性，能夠有效地適配于當前我國骨折患者醫治環 境。將聚乳酸材料作為骨折內固定材料進行合理應用，將不會在患者體內產生排異反應。

 

相比傳統的骨折內固定材料，聚乳酸材料可以充分契合患者體內的骨骼生長環境，同時，在將由聚乳酸材料制成的骨折內固定器置入患者體內后，可按照病愈時間調整骨折內固定器的降解速率，患者無需經歷二次手術，可通過自身的生物代謝，將骨折內固定材料進行排除，因此，聚乳酸材料能在骨折類病患的醫治中得以有效應用。 

 

但是，聚乳酸類材料也有作為骨折內固定材料的應用缺陷，即如果患者出現大量骨質缺損狀況時，如果僅采用聚乳酸類材料，則會因其不具有骨傳導性的 特征，很難以為骨骼生長提供優良的環境并修復全骨。

 

聚乳酸類材料在骨骼承力部位的應用效果不甚明顯，不能滿足新生骨骼的應力承受要求。另外，聚乳酸類材料在生物體內的降解速率不均衡，早期過快而 后期過慢。當新生骨組織生長發育后，仍有部分殘留物存于患者體內，易引發并發癥。 

 

2.2 眼科植入材料 

視網膜脫落作為致盲率極高的眼科疾病，在手術治療存在較高的醫治難度。傳統視網膜脫落手術治療過程中，一般采用眼鞏膜表面植入硅橡膠和硅橡膠海綿填充物方式。硅橡膠和硅橡膠海綿的生物相容性較差，因此，在植入患者體內后往往會發生生物機體異物反應，不利于視網膜脫落患者術后恢復。

 

聚乳酸材料憑借其優良的生物降解性和生物相容性能夠滿足視網膜脫落眼科疾病的材料應用需求，解決傳統填充材料在醫治過程中出現的排異問題。

 

聚乳酸類材料的密度為 1.20~1.30kg/L，特性粘度 IV：0.2~8dL/g，同時，其還具有優良的拉伸強度和斷裂伸長率，分別為 40~60MPa 和 4%~10%。過科學實驗和系統測試發現，聚乳酸材料的彈性模量為 3000~4000MPa，彎曲模量為 100~150MPa，這種力學性能和理化性質決定了聚乳酸材料具有優良的熱穩定性和抗溶劑性。

 

因此，在眼科類疾病醫治過程中，聚乳酸材料可以應對復雜的手術環境和眼內環境，具有優良的抗異性和穩定性。根據華中科技大學同濟醫學院附屬同濟醫院眼科陳建斌主治醫師開展的相關實驗表明，在5%，10%，20%的PDLLA鹽酸左旋氧氟沙星眼內緩釋植片的制備過程中，由聚乳酸材料制作的左旋氧氟沙星眼內緩釋植片，在體外釋藥研究中具有優良的藥物緩釋性和結果表征。

 

另外，北京大學第三醫院眼科中心劉瑜玲在探索生物降解性的阿霉素聚乳酸微球 （ADRPLA-MS） 對兔眼實驗性增殖性玻璃體視網膜病變的防治作用實驗中，實驗結果表明，一次性注入含10g 阿霉素的生物降解性聚乳酸微球能夠有效地減少牽引性視網膜脫離的發生率。 

 

此外，將聚乳酸類材料作為眼科植入材料進行應用，還能夠解決白內障、青光眼、角膜移植等眼科疾病，其在眼科中的應用具有優良的前景。 

 

2.3 組織工程支架材料 

伴隨著我國組織工程與再生醫學學科建設的快速發展，聚乳酸材料作為組織工程支架材料研究與各學科交叉與融合的重要組成部分，也得到科研人員與一 線醫務人員的高度關注與廣泛研究。

 

從方法層面來劃分，組織工程大致可分為“純活性細胞體系”“純生物材料體系”以及“綜合體系”。所謂“綜合體系” 是指“生物材料與活動細胞融合的混雜體系”。當前，“綜合體系”是組織工程之中最受關注。

 

組織工程支架（scaffold for tissue engineering），是指“在組織工程中，為細胞生長輸送營養及排泄代謝產物的三維多孔結構的細胞載體”。根據組織工程的基本要求，應用于人體的組織工程支架材料，必須具有優良的生物相容性和無毒性表征，聚乳酸材料可以有效地適配組織工程支架材料的各類具體應用需求。

 

聚乳酸材料在實際生產過程中操作靈活性較高，當前完全可以通過必要的科學技術和控制手段，生產出包覆纖維或多孔海綿體的醫療材料，能與組織活體細胞結合，并可植入生物體內，為細胞提供獲取營養、氣體交換、排泄廢物和生長發育的場所，支持生物形成新的具有形態和功能的組織器官。同時，其憑借有孔結構和優良的機械強度、合理的幾何形態滿足生物組織工程支架在臨床應用。

 

2.4 藥物控釋材料 

理想藥物釋放體系需要具備如下功能與特質：① 藥物控制釋放功能，使血藥濃度能維持在所需正常范圍內；②藥物靶向釋放功能，使藥物能夠精準輸送到 治療目標部位；③補藥量少；④毒副作用低；⑤服用方便，易于被患者接受；⑥在正常環境下，具有化學與物理穩定性。 

 

藥物控釋材料是藥物釋放體系的重要組成部分，也是直接影響藥效的主要因素。藥物釋放載體主要包含天然型載體和合成性載體，天然性載體一般由有機 材料、無機材料、高分子材料制成，而合成性載體主要由有機材料、無機材料、高分子材料、復合材料和 生物降解性和非生物降解性材料構成。 

 

藥物控釋材料是保證藥物以恒定速度在一定時間內從材料中釋放的過程，實現藥物控制釋放，可以讓藥物在血液中保持對疾病治療所需的最低濃度，保持 血藥濃度恒定，避免了濃度偏高時藥物中毒，偏低時治療無效的問題。

 

通常條件下藥物載體采用高分子材料時，高分子材料載體中藥物含量的減少與釋放速度的降低呈現正相關狀態，藥物釋放速率往往呈現非恒量釋放狀態。如果采用可生物降解高分子材料（聚乳酸材料）替換普通高分子材料作為藥物載體后，可生物降解高分子伴隨著在患者體內逐漸降解，其共聚物結構會發生由緊湊到疏松的持續變化。

 

因此，可以通過控制藥物釋放速率與生物降解高分子載體之中藥物減少量之間的比例，進而控制生物降解高分子載體結構的變動幅度，則可使載體內所含藥物溶解與擴散阻力變小，進而實現藥物長期恒量釋放。

 

此外，末端沒 有修飾的聚乳酸-羥基乙酸共聚物（PLGA）比末端修飾的聚乳酸-羥基乙酸共聚物有更小的突釋和更大的釋放率。根據聚乳酸材料的這一特點，可以通過選擇藥物與聚乳酸-羥基乙酸共聚物的結合方式控制藥物的釋放效率，呈現優良、穩定的治療效果。 

 

由此可見，聚乳酸材料具有生物相容性和生物降解性，降解產物能夠滿足無毒和不發生炎癥反應的應用要求，聚乳酸材料的降解能夠發生在一個合理的期 間內，具有可加工性、可消毒性以及良好的力學性能。 

 

 

3 結語 

 

伴隨我國工業技術水平的提升、醫療科研水平的不斷進步，加強聚乳酸材料的生產和研究，可打破原有的醫療材料應用框架限制以及臨床應用限制，進而 切實改善與提升當前我國醫療環境水平。

 

同時，在日后的研究中，可將重點分析聚乳酸類材料的生物降解性，通過相關現代化手段和科學實驗、研究理念，掌握聚乳酸材料的降解機理、合成工藝，使聚乳酸材料能夠與生物醫學和材料學進行有機結合。希望能夠拓展聚乳酸類材料將在骨折內固定材料、眼科植入材料、組織工程支架材料、藥物控釋材料的應用范圍。