Bahan biodegradable dan aplikasinya dalam biomedis
Dengan perkembangan teknologi kedokteran yang berkelanjutan dan peningkatan taraf hidup masyarakat, berbagai jenis bahan medis mulai banyak digunakan di jaringan manusia. Kompatibilitas, kompatibilitas darah dan penguraian antara bahan medis dan jaringan manusia Orang-orang semakin memperhatikan masalah lain. Berikut ini adalah analisis dan pembahasan sistematis tentang penerapan bahan biodegradable di bidang biomedis. Pertama, analisis awal dilakukan pada prinsip degradasi bahan yang dapat terurai secara hayati, dan kemudian bahan yang dapat terurai secara umum di bidang biomedis dianalisis sesuai dengan standar proses dan sumber. Klasifikasi dan perkenalkan penerapan beberapa bahan tipikal dalam biomedis.
1. Prinsip degradasi bahan biodegradable
Bahan biodegradable berinteraksi dengan lingkungan biologis dari berbagai faktor seperti cairan tubuh, makromolekul organik, enzim, radikal bebas, sel, dll., Dan secara bertahap terurai menjadi senyawa dengan berat molekul rendah melalui serangkaian reaksi seperti hidrolisis, enzimolisis, dan oksidasi. monomer. Setelah penyerapan, pencernaan, dan reaksi metabolisme, produk degradasi dikeluarkan dari tubuh atau berpartisipasi dalam metabolisme normal tubuh untuk diserap tubuh untuk menyelesaikan proses degradasi. Jika cairan tubuh masuk ke bahan biologis dari jaringan atau komponen tertentu dari bahan biologis tersebut terlarut di dalam cairan tubuh, bahan tersebut akan mengembang karena peningkatan volume dan zat eksudatnya sendiri. Proses ini menghancurkan ikatan hidrogen dan gaya van der Waals dari material itu sendiri. , Akan menyebabkan retakan atau rongga pada material, dan pada akhirnya material tersebut secara bertahap akan mengalami degradasi kimiawi di lingkungan biologis. Dalam praktek klinis, masyarakat berharap bahwa bahan biodegradable yang ditanamkan juga akan menyelesaikan reaksi diferensiasi dan degradasi selama periode perawatan jaringan biologis sesuai prosedur yang sama, sehingga dapat menghindari peradangan atau respon stres tubuh&# 39 akibat implan. bahan. Kita tahu bahwa waktu perawatan untuk jaringan kulit biasanya 3 sampai 10 hari, waktu perawatan untuk jaringan visceral biasanya antara 1 sampai 2 bulan, dan waktu perawatan untuk jaringan organ yang besar biasanya memakan waktu 6 bulan atau lebih. Setelah biomaterial biodegradable ditanamkan ke dalam tubuh manusia, performa degradasi dan produk degradasinya berdampak besar pada lingkungan biologis, reaksi material, dan reaksi tubuh manusia. Laju degradasi yang lambat atau waktu tinggal yang lama dari produk degradasi dapat dengan mudah menyebabkan peradangan pada jaringan manusia. , Trombosis dan reaksi merugikan lainnya. Studi [6] telah menunjukkan bahwa proses degradasi dan kemajuan sebagian besar bahan biodegradable tidak konsisten dengan hasil terbaik yang diharapkan. Oleh karena itu, dalam penelitian dan aplikasi klinis dari bahan yang dapat terurai secara hayati, masalah terkait degradasi dari bahan yang dapat terurai harus ditangani dengan hati-hati, terutama tingkat degradasi dan produk degradasi.
2. Klasifikasi dasar dan penerapan bahan biodegradable
Bahan biodegradable digunakan dalam tubuh manusia dan harus memenuhi persyaratan yang ketat dalam hal bahan itu sendiri dan pengaruhnya terhadap tubuh manusia: mudah diproses, harga murah, mudah disterilkan, waktu degradasi yang pasti, stabilitas biologis dan sifat mekanik untuk memenuhi kebutuhan tempat implantasi, histokompatibilitas yang baik, kompatibilitas darah dan kompatibilitas mekanis, tidak ada reaksi pirogen, toksisitas genetik, teratogenisitas dan karsinogenisitas, tidak ada iritasi dan sensitisasi.
Saat ini, bahan biodegradable dapat diklasifikasikan menurut proses dan sumber yang berbeda, termasuk bahan polimer alami yang dapat terurai, bahan polimer terdegradasi mikroba sintetis, dan bahan polimer terdegradasi yang disintesis secara kimia [3,9]. Klasifikasi dan penerapan spesifik dirangkum sebagai berikut:
1. Bahan biodegradable polimer alami
Saat ini, bahan biodegradable polimer alami yang paling umum digunakan di bidang biomedis terutama mencakup gelatin, kolagen, polisakarida, dan fibroin sutra.
(1) Bahan gelatin
Gelatin sebagian besar berasal dari kulit mamalia, tulang, tendon, ekor dan jaringan lainnya. Fitur yang paling menonjol adalah polimer yang larut dalam air, yang perlahan mengembang dan melunak setelah menyerap air, dan memiliki biokompatibilitas, gelasi, dan kemampuan terurai secara hayati. Memanfaatkan karakteristik gelatin, mudah dibentuk, dapat terurai oleh enzim, dan mudah diserap oleh tubuh manusia, dapat digunakan sebagai bahan pelepas lambat pada pembawa obat, eksipien atau cangkang lepas lambat; karena permeabilitas udara dan permeabilitas airnya yang baik. Sebagai pembalut luka dan bahan kulit buatan, dapat mencegah keluarnya cairan dari luka atau timbulnya gejala infeksi sekunder; Selain itu, pengganti plasma gelatin dapat terdegradasi, tidak beracun dan non-imunogenik, dll. Keuntungan klinis.
(2) Kolagen
Kolagen adalah komponen utama jaringan ikat, yang menyumbang sekitar 1/3 dari kandungan protein pada hewan. Ini terutama ditemukan di jaringan hewan, kulit, ligamen dan tulang rawan. Memiliki fungsi mendukung organ tubuh, menjaga stabilitas mekanik, elastisitas dan kekuatan. Sebagai sumber daya hayati alam memiliki karakteristik biokompatibilitas yang baik, imunogenisitas rendah dan biodegradabilitas; penggunaan klinis telah menunjukkan bahwa kolagen dapat secara signifikan meningkatkan perbaikan, regenerasi dan rekonstruksi jaringan yang rusak; tetapi kurang memadai. Kekuatan mekanis dapat ditingkatkan dengan modifikasi ikatan silang atau penggunaan komposit dengan bahan biologis lainnya]. Saat ini, kolagen telah banyak digunakan dalam pembuatan jahitan biodegradable, agen hemostatik dan pembalut luka, patch biologis, bahan perbaikan tulang, membran hemodialisis, agen hemostatik, pembawa pelepasan obat, dan sebagai perancah rekayasa jaringan, berbagai Perangkat perawatan oftalmik dan lainnya aspek. Namun demikian, mengingat kompleksitas masalah klinis dan kebutuhan upgrade produk, masih banyak permasalahan yang harus diselesaikan dalam penelitian aplikasi kolagen, seperti potensi respon imun dari kolagen heterolog, kemungkinan sitotoksisitas dari residual cross-linking. agen, dan implantasi. Kekuatan mekanis dan pengontrolan degradasi produk mirip kolagen.
(3) Bahan polisakarida
Bahan polisakarida sebagian besar berasal dari pati, asam hialuronat, heparin, kitin dan bahan lainnya, dan biokompatibilitas serta biodegradabilitasnya sangat ideal. Di alam, kitin kaya akan kandungan dan merupakan kelas besar polisakarida penting kecuali selulosa. Ini tidak beracun dan tidak memiliki efek samping. Ini memiliki afinitas yang baik untuk sel manusia, tidak menyebabkan penolakan, dan memiliki biokompatibilitas dan Degradabilitas yang baik. Selain itu, ia juga memiliki karakteristik antibakteri, antivirus, antitumor, meningkatkan penyembuhan luka dan kapasitas adsorpsi yang kuat. Karena kitin mengandung banyak gugus polar seperti ikatan hidrogen dan memiliki kristalinitas tinggi, kitin tidak larut dalam asam dan basa, serta tidak larut dalam air, sehingga sulit digunakan oleh tubuh. Namun, kitin dapat dilarutkan dalam asam encer dan cairan tubuh setelah dideasetilasi menjadi kitosan, dan dapat digunakan oleh tubuh manusia. Kitin dan kitosan memiliki reaktivitas kimiawi yang tinggi, dan turunannya setelah midasi, karboksilasi, sianasi, pengasaman, dan modifikasi lainnya banyak digunakan di bidang medis, seperti agen hemostatik, flokulan, jahitan bedah yang dapat diserap, Kulit buatan, pembalut luka, pelepasan lambat agen obat anti kanker atau kemoterapi, pembawa enzim yang tidak dapat bergerak, bahan membran pemisah, dll.
(4) Serat sutra
Silk fibroin sebagian besar berasal dari sutra dan mengandung asam amino yang sangat kaya di dalamnya, sehingga memiliki biokompatibilitas yang baik, dan telah terbukti non-alergi atau karsinogenik, dengan transparansi dan permeabilitas udara yang sangat baik, serta efek pembentukan film yang baik. Namun, karena struktur molekul sutra fibroin, hidrofilisitas sutra fibroin dan sifat mekanik setelah pembentukan film menjadi tidak baik. Melalui metode modifikasi pencampuran, ikatan hidrogen dan kekuatan lain yang terbentuk antara makromolekul campuran dan fibroin sutra. Menginduksi molekul fibroin sutra untuk mengubah struktur dapat secara efektif meningkatkan sifat mekanik, sifat termal dan kelarutan air bahan fibroin sutra. Saat ini, di bidang biomedis, banyak digunakan dalam bahan pelapis luka, kulit buatan, ligamen tendon buatan, lensa kontak, pembawa obat, pembawa pembuluh darah buatan dan bidang lainnya.
2. Sintesis mikroba dari bahan polimer yang dapat terurai
Sintesis mikroba dari bahan polimer yang dapat terdegradasi mengacu pada penggunaan bahan organik tertentu (seperti glukosa atau pati) sebagai sumber makanan untuk mensintesis bahan organik sumber karbon menjadi poliester dengan karakteristik yang dapat dibedakan di bawah serangkaian reaksi kompleks seperti fermentasi mikro organisme Atau polimer polisakarida. Saat ini, bahan biodegradable polimer sintetik mikroba banyak digunakan dalam praktik klinis terutama mencakup dua jenis: biopolyester (PHA) dan polyhydroxybutyl ester (PHB). Ambil PHB sebagai contoh. PHB adalah polimer molekul tinggi yang disintesis oleh sel mikroba. Struktur dan kinerjanya berbeda dengan bahan degradasi makromolekul alami, tetapi lebih mirip dengan polimer poliester alifatik, dengan sintesis alami dan kimia yang dapat terdegradasi.Keuntungan polimer, produk degradasi akhirnya dikeluarkan sebagai karbon dioksida dan air melalui metabolisme, tanpa zat beracun yang dapat diproduksi dengan sintesis bahan baku kimia. Selain itu, Tang Suyang dan penelitian lain menunjukkan bahwa PHB memiliki biokompatibilitas yang sangat baik. Saat ini, telah banyak digunakan dalam jahitan bedah yang dapat diserap, bahan ortopedi, dan sistem kendali obat.
3. Sintesis kimia dari bahan polimer yang dapat terurai
Dibandingkan dengan polimer alam, bahan polimer yang dapat terurai secara hayati yang disintesis dengan metode kimia dapat dipilih sesuai dengan kebutuhan aplikasi aktual, dengan memilih monomer yang sesuai, atau dengan mengontrol kondisi reaksi dalam proses sintesis, atau melakukan modifikasi fisik atau kimia sederhana dan berbiaya rendah , dll., untuk merancang dan menyesuaikan struktur dan kinerjanya untuk mencapai tujuan sintesis bahan target. Misalnya, melalui metode pengendalian kimiawi, kekuatan, laju degradasi, struktur mikropori dan permeabilitas bahan polimer dapat ditingkatkan untuk memperluas bidang aplikasi. Dalam polimer biodegradable yang disintesis secara kimiawi yang saat ini dikembangkan dan diteliti, rantai utama umumnya mengandung gugus ester terhidrolisa, gugus amido atau gugus urea. Berikut ini adalah jenis bahan polimer terdegradasi yang paling banyak diteliti dan digunakan secara kimiawi dalam praktik biomedis klinis saat ini — bahan poliester alifatik, seperti poliglikolida (PGA), asam polilaktat (PLA), dan asam polilaktat-kopolimer asam glikolat (PLGA ), polycaprolactone (PCL), dll. akan diperkenalkan.
(1) Poliglikolida (PGA)
PGA adalah poliester alifatik linier dengan struktur paling sederhana. Ini menggunakan asam glikolat sebagai sumber dasar dan memiliki berbagai macam bahan baku, terutama gula bit, jus anggur dan tebu yang belum matang. Di antara polimer biodegradable yang ada, laju degradasi PGA relatif cepat, terutama kekuatannya meluruh dengan cepat dalam waktu singkat. PGA adalah bahan polimer biodegradable pertama yang diterapkan untuk menyerap jahitan bedah. Metabolit produk degradasi asam glikolat pada akhirnya dapat dikeluarkan sepenuhnya dari tubuh tanpa membahayakan tubuh manusia. Beberapa literatur menunjukkan bahwa setelah jahitan PGA dibiarkan dalam tubuh selama 2 minggu, kekuatan tarik dapat dikurangi setengahnya, dan tubuh dapat mencapai keadaan degradasi dan penyerapan total dalam waktu sekitar 4 bulan. Bahan PGA yang dibuat oleh asam glikolat memiliki berat molekul lebih dari 10.000 dan dapat digunakan untuk jahitan bedah. Namun, karena kristalinitasnya yang tinggi (46% -50%), ia memiliki kelemahan dalam pemrosesan yang sulit, kekuatan yang rendah, dan laju degradasi yang cepat, tetapi tidak dapat memenuhi persyaratan kinerja bahan yang dapat ditanamkan. Oleh karena itu, orang memodifikasinya melalui berbagai metode untuk mengoptimalkan sifat fisik dan kimianya untuk memperluas bidang aplikasinya. Misalnya, melalui modifikasi kopolimerisasi untuk membentuk kopolimer yang mengintegrasikan sifat keduanya untuk meningkatkan kemampuan terurai, biokompatibilitas, sifat mekanis PGA, dll .; atau terapkan modifikasi pencampuran untuk membentuk campuran dengan menambahkan serat polimer atau aditifnya sendiri, dll., Untuk meningkatkan kekuatan dan sifat PGA lainnya. Saat ini, PGA yang dimodifikasi telah banyak digunakan dalam jahitan yang dapat diserap, teknik jaringan, sistem kontrol obat, kuku tulang yang dapat diserap, pelat tulang, dan bahan koreksi bedah.
(2) Asam polylactic (PLA)
Pada tahun 1966, Kulkarni et al. menemukan bahwa PLA dengan berat molekul rendah dan berat molekul tinggi memiliki biokompatibilitas yang sangat baik. Produk degradasi akhir adalah H2O dan CO2. Produk perantara asam laktat juga merupakan metabolit gula normal dalam tubuh, yang tidak akan menimbulkan efek buruk pada organisme. Hal ini menyebabkan penelitian dan penerapan PLA sebagai bahan biomedis [29-30]. Pada tahun 1997, PLA disetujui oleh FDA untuk penggunaan klinis sebagai eksipien farmasi dan jahitan medis. PLA adalah homopolimer monomer asam laktat. Karena laktida (LA) adalah molekul kiral, ada dua jenis zat aktif optik, jadi PLA juga memiliki asam L-polilaktat (PLLA), asam polilaktat tangan kanan (PDLA), rasemisasi asam polilaktat (PDLLA), ketiga, tiga- konfigurasi dimensi. Diantaranya, PLLA dan PDLA adalah polimer semi-kristalin dengan kekuatan tarik tinggi dan laju degradasi lambat. Mereka adalah bahan ideal untuk bahan plastik bedah, jahitan bedah dan bahan implan; sedangkan PDLLA adalah kopolimer amorf dengan kekuatan dan laju degradasi yang rendah. Cepat, sering digunakan dalam pembawa pengiriman obat dan perancah regenerasi jaringan berkekuatan rendah. Namun, laju degradasi PLA&# 39 sulit dikendalikan, rapuh, dan ketahanan benturannya buruk, yang sangat membatasi rentang aplikasinya. Dalam beberapa tahun terakhir, orang telah menggunakan metode modifikasi yang berbeda seperti modifikasi kopolimerisasi, pembuatan asam polilaktat yang diperkuat sendiri, atau pembentukan bahan komposit dengan zat lain untuk mengontrol laju degradasi dan meningkatkan fleksibilitas PLA, sehingga dapat terus memperluas penerapannya. bidang. Misalnya, asam polylactic adalah polimer hidrofobik, yang membatasi aplikasinya dalam pembawa obat. Oleh karena itu, orang-orang meningkatkan hidrofilisitasnya dengan mengkopolimerisasi asam polylactic dengan zat hidrofilik (seperti polietilen glikol, asam poliglikolat, polietilen oksida, dll.). Saat ini, implan PLA / PLGA telah banyak digunakan sebagai pembawa pelepasan yang lambat dan terkontrol untuk obat anti tumor, polipeptida, obat protein, dan obat Cina. Selain itu, PLA dan PLA yang dimodifikasi banyak digunakan dalam bahan mata, jahitan bedah, bahan fiksasi internal untuk patah tulang, dan perbaikan teknik jaringan.
(3) Polycaprolactone (PCL)
PCL adalah poliester linier semi-kristal dengan titik leleh rendah dan suhu transisi kaca, kekuatan tarik sangat rendah (23 MPa), perpanjangan putus tinggi (700%), dan mudah larut dalam banyak pelarut organik. Kopolimerisasi dengan berbagai polimer, memiliki termoplastisitas dan kemampuan proses pencetakan yang baik; Selain itu, bahan baku PCL mudah didapat, laju degradasinya lambat, dan memiliki permeabilitas dan biokompatibilitas obat yang sangat baik. Oleh karena itu, ini banyak digunakan sebagai jahitan bedah, perangkat fiksasi cangkok tulang internal, peralatan medis, dan pembawa rilis terkontrol yang dapat terurai secara hayati. Selain itu, dengan memodifikasi PLA untuk meningkatkan hidrofilisitas dan laju degradasinya, jangkauan aplikasinya dapat lebih diperluas, seperti bahan perbaikan organ, kulit buatan, membran anti-adhesi bedah, dan rekayasa jaringan dan sel.
3. Kesimpulan
Bahan biodegradable menunjukkan sifat fisik dan kimia yang baik, sifat biologis, dan sifat biomekanik, dan dapat disesuaikan dan diproses sesuai dengan kondisi aktual, yang memenuhi kebutuhan fungsional biomedis secara maksimal, dan membuatnya berguna di banyak bidang biomedis. Banyak digunakan, pada tahap ini penelitian hotspot bahan biodegradable di bidang biomedis sudah mulai berpindah dari jahitan dan fiksasi ke bidang yang lebih kompleks seperti bahan scaffold rekayasa jaringan. Namun, dalam penerapan praktis, mahalnya bahan biodegradable masih berdampak pada promosi akar rumput mereka. Secara khusus, masalah pengendalian laju degradasi yang sesuai untuk objek yang berbeda perlu segera diselesaikan. Misalnya, bagaimana mengatur laju degradasi PCL untuk memenuhi kebutuhan pembawa obat jangka pendek, dan bagaimana mengatur laju degradasi PLA untuk memenuhi kebutuhan rekayasa jaringan tulang. Namun secara umum, diyakini bahwa dengan pengembangan dan kemajuan berkelanjutan dari disiplin ilmu dan teknologi terkait, masalah yang terkait dengan pengendalian laju degradasi bahan yang dapat terurai secara hayati dan biaya bahan akan diselesaikan secara bertahap. Penelitian dan pengembangan bahan biodegradable di bidang aplikasi biomedis juga akan dikembangkan lebih lanjut.
1. Prinsip degradasi bahan biodegradable
Bahan biodegradable berinteraksi dengan lingkungan biologis dari berbagai faktor seperti cairan tubuh, makromolekul organik, enzim, radikal bebas, sel, dll., Dan secara bertahap terurai menjadi senyawa dengan berat molekul rendah melalui serangkaian reaksi seperti hidrolisis, enzimolisis, dan oksidasi. monomer. Setelah penyerapan, pencernaan, dan reaksi metabolisme, produk degradasi dikeluarkan dari tubuh atau berpartisipasi dalam metabolisme normal tubuh untuk diserap tubuh untuk menyelesaikan proses degradasi. Jika cairan tubuh masuk ke bahan biologis dari jaringan atau komponen tertentu dari bahan biologis tersebut terlarut di dalam cairan tubuh, bahan tersebut akan mengembang karena peningkatan volume dan zat eksudatnya sendiri. Proses ini menghancurkan ikatan hidrogen dan gaya van der Waals dari material itu sendiri. , Akan menyebabkan retakan atau rongga pada material, dan pada akhirnya material tersebut secara bertahap akan mengalami degradasi kimiawi di lingkungan biologis. Dalam praktek klinis, masyarakat berharap bahwa bahan biodegradable yang ditanamkan juga akan menyelesaikan reaksi diferensiasi dan degradasi selama periode perawatan jaringan biologis sesuai prosedur yang sama, sehingga dapat menghindari peradangan atau respon stres tubuh&# 39 akibat implan. bahan. Kita tahu bahwa waktu perawatan untuk jaringan kulit biasanya 3 sampai 10 hari, waktu perawatan untuk jaringan visceral biasanya antara 1 sampai 2 bulan, dan waktu perawatan untuk jaringan organ yang besar biasanya memakan waktu 6 bulan atau lebih. Setelah biomaterial biodegradable ditanamkan ke dalam tubuh manusia, performa degradasi dan produk degradasinya berdampak besar pada lingkungan biologis, reaksi material, dan reaksi tubuh manusia. Laju degradasi yang lambat atau waktu tinggal yang lama dari produk degradasi dapat dengan mudah menyebabkan peradangan pada jaringan manusia. , Trombosis dan reaksi merugikan lainnya. Studi [6] telah menunjukkan bahwa proses degradasi dan kemajuan sebagian besar bahan biodegradable tidak konsisten dengan hasil terbaik yang diharapkan. Oleh karena itu, dalam penelitian dan aplikasi klinis dari bahan yang dapat terurai secara hayati, masalah terkait degradasi dari bahan yang dapat terurai harus ditangani dengan hati-hati, terutama tingkat degradasi dan produk degradasi.
2. Klasifikasi dasar dan penerapan bahan biodegradable
Bahan biodegradable digunakan dalam tubuh manusia dan harus memenuhi persyaratan yang ketat dalam hal bahan itu sendiri dan pengaruhnya terhadap tubuh manusia: mudah diproses, harga murah, mudah disterilkan, waktu degradasi yang pasti, stabilitas biologis dan sifat mekanik untuk memenuhi kebutuhan tempat implantasi, histokompatibilitas yang baik, kompatibilitas darah dan kompatibilitas mekanis, tidak ada reaksi pirogen, toksisitas genetik, teratogenisitas dan karsinogenisitas, tidak ada iritasi dan sensitisasi.
Saat ini, bahan biodegradable dapat diklasifikasikan menurut proses dan sumber yang berbeda, termasuk bahan polimer alami yang dapat terurai, bahan polimer terdegradasi mikroba sintetis, dan bahan polimer terdegradasi yang disintesis secara kimia [3,9]. Klasifikasi dan penerapan spesifik dirangkum sebagai berikut:
1. Bahan biodegradable polimer alami
Saat ini, bahan biodegradable polimer alami yang paling umum digunakan di bidang biomedis terutama mencakup gelatin, kolagen, polisakarida, dan fibroin sutra.
(1) Bahan gelatin
Gelatin sebagian besar berasal dari kulit mamalia, tulang, tendon, ekor dan jaringan lainnya. Fitur yang paling menonjol adalah polimer yang larut dalam air, yang perlahan mengembang dan melunak setelah menyerap air, dan memiliki biokompatibilitas, gelasi, dan kemampuan terurai secara hayati. Memanfaatkan karakteristik gelatin, mudah dibentuk, dapat terurai oleh enzim, dan mudah diserap oleh tubuh manusia, dapat digunakan sebagai bahan pelepas lambat pada pembawa obat, eksipien atau cangkang lepas lambat; karena permeabilitas udara dan permeabilitas airnya yang baik. Sebagai pembalut luka dan bahan kulit buatan, dapat mencegah keluarnya cairan dari luka atau timbulnya gejala infeksi sekunder; Selain itu, pengganti plasma gelatin dapat terdegradasi, tidak beracun dan non-imunogenik, dll. Keuntungan klinis.
(2) Kolagen
Kolagen adalah komponen utama jaringan ikat, yang menyumbang sekitar 1/3 dari kandungan protein pada hewan. Ini terutama ditemukan di jaringan hewan, kulit, ligamen dan tulang rawan. Memiliki fungsi mendukung organ tubuh, menjaga stabilitas mekanik, elastisitas dan kekuatan. Sebagai sumber daya hayati alam memiliki karakteristik biokompatibilitas yang baik, imunogenisitas rendah dan biodegradabilitas; penggunaan klinis telah menunjukkan bahwa kolagen dapat secara signifikan meningkatkan perbaikan, regenerasi dan rekonstruksi jaringan yang rusak; tetapi kurang memadai. Kekuatan mekanis dapat ditingkatkan dengan modifikasi ikatan silang atau penggunaan komposit dengan bahan biologis lainnya]. Saat ini, kolagen telah banyak digunakan dalam pembuatan jahitan biodegradable, agen hemostatik dan pembalut luka, patch biologis, bahan perbaikan tulang, membran hemodialisis, agen hemostatik, pembawa pelepasan obat, dan sebagai perancah rekayasa jaringan, berbagai Perangkat perawatan oftalmik dan lainnya aspek. Namun demikian, mengingat kompleksitas masalah klinis dan kebutuhan upgrade produk, masih banyak permasalahan yang harus diselesaikan dalam penelitian aplikasi kolagen, seperti potensi respon imun dari kolagen heterolog, kemungkinan sitotoksisitas dari residual cross-linking. agen, dan implantasi. Kekuatan mekanis dan pengontrolan degradasi produk mirip kolagen.
(3) Bahan polisakarida
Bahan polisakarida sebagian besar berasal dari pati, asam hialuronat, heparin, kitin dan bahan lainnya, dan biokompatibilitas serta biodegradabilitasnya sangat ideal. Di alam, kitin kaya akan kandungan dan merupakan kelas besar polisakarida penting kecuali selulosa. Ini tidak beracun dan tidak memiliki efek samping. Ini memiliki afinitas yang baik untuk sel manusia, tidak menyebabkan penolakan, dan memiliki biokompatibilitas dan Degradabilitas yang baik. Selain itu, ia juga memiliki karakteristik antibakteri, antivirus, antitumor, meningkatkan penyembuhan luka dan kapasitas adsorpsi yang kuat. Karena kitin mengandung banyak gugus polar seperti ikatan hidrogen dan memiliki kristalinitas tinggi, kitin tidak larut dalam asam dan basa, serta tidak larut dalam air, sehingga sulit digunakan oleh tubuh. Namun, kitin dapat dilarutkan dalam asam encer dan cairan tubuh setelah dideasetilasi menjadi kitosan, dan dapat digunakan oleh tubuh manusia. Kitin dan kitosan memiliki reaktivitas kimiawi yang tinggi, dan turunannya setelah midasi, karboksilasi, sianasi, pengasaman, dan modifikasi lainnya banyak digunakan di bidang medis, seperti agen hemostatik, flokulan, jahitan bedah yang dapat diserap, Kulit buatan, pembalut luka, pelepasan lambat agen obat anti kanker atau kemoterapi, pembawa enzim yang tidak dapat bergerak, bahan membran pemisah, dll.
(4) Serat sutra
Silk fibroin sebagian besar berasal dari sutra dan mengandung asam amino yang sangat kaya di dalamnya, sehingga memiliki biokompatibilitas yang baik, dan telah terbukti non-alergi atau karsinogenik, dengan transparansi dan permeabilitas udara yang sangat baik, serta efek pembentukan film yang baik. Namun, karena struktur molekul sutra fibroin, hidrofilisitas sutra fibroin dan sifat mekanik setelah pembentukan film menjadi tidak baik. Melalui metode modifikasi pencampuran, ikatan hidrogen dan kekuatan lain yang terbentuk antara makromolekul campuran dan fibroin sutra. Menginduksi molekul fibroin sutra untuk mengubah struktur dapat secara efektif meningkatkan sifat mekanik, sifat termal dan kelarutan air bahan fibroin sutra. Saat ini, di bidang biomedis, banyak digunakan dalam bahan pelapis luka, kulit buatan, ligamen tendon buatan, lensa kontak, pembawa obat, pembawa pembuluh darah buatan dan bidang lainnya.
2. Sintesis mikroba dari bahan polimer yang dapat terurai
Sintesis mikroba dari bahan polimer yang dapat terdegradasi mengacu pada penggunaan bahan organik tertentu (seperti glukosa atau pati) sebagai sumber makanan untuk mensintesis bahan organik sumber karbon menjadi poliester dengan karakteristik yang dapat dibedakan di bawah serangkaian reaksi kompleks seperti fermentasi mikro organisme Atau polimer polisakarida. Saat ini, bahan biodegradable polimer sintetik mikroba banyak digunakan dalam praktik klinis terutama mencakup dua jenis: biopolyester (PHA) dan polyhydroxybutyl ester (PHB). Ambil PHB sebagai contoh. PHB adalah polimer molekul tinggi yang disintesis oleh sel mikroba. Struktur dan kinerjanya berbeda dengan bahan degradasi makromolekul alami, tetapi lebih mirip dengan polimer poliester alifatik, dengan sintesis alami dan kimia yang dapat terdegradasi.Keuntungan polimer, produk degradasi akhirnya dikeluarkan sebagai karbon dioksida dan air melalui metabolisme, tanpa zat beracun yang dapat diproduksi dengan sintesis bahan baku kimia. Selain itu, Tang Suyang dan penelitian lain menunjukkan bahwa PHB memiliki biokompatibilitas yang sangat baik. Saat ini, telah banyak digunakan dalam jahitan bedah yang dapat diserap, bahan ortopedi, dan sistem kendali obat.
3. Sintesis kimia dari bahan polimer yang dapat terurai
Dibandingkan dengan polimer alam, bahan polimer yang dapat terurai secara hayati yang disintesis dengan metode kimia dapat dipilih sesuai dengan kebutuhan aplikasi aktual, dengan memilih monomer yang sesuai, atau dengan mengontrol kondisi reaksi dalam proses sintesis, atau melakukan modifikasi fisik atau kimia sederhana dan berbiaya rendah , dll., untuk merancang dan menyesuaikan struktur dan kinerjanya untuk mencapai tujuan sintesis bahan target. Misalnya, melalui metode pengendalian kimiawi, kekuatan, laju degradasi, struktur mikropori dan permeabilitas bahan polimer dapat ditingkatkan untuk memperluas bidang aplikasi. Dalam polimer biodegradable yang disintesis secara kimiawi yang saat ini dikembangkan dan diteliti, rantai utama umumnya mengandung gugus ester terhidrolisa, gugus amido atau gugus urea. Berikut ini adalah jenis bahan polimer terdegradasi yang paling banyak diteliti dan digunakan secara kimiawi dalam praktik biomedis klinis saat ini — bahan poliester alifatik, seperti poliglikolida (PGA), asam polilaktat (PLA), dan asam polilaktat-kopolimer asam glikolat (PLGA ), polycaprolactone (PCL), dll. akan diperkenalkan.
(1) Poliglikolida (PGA)
PGA adalah poliester alifatik linier dengan struktur paling sederhana. Ini menggunakan asam glikolat sebagai sumber dasar dan memiliki berbagai macam bahan baku, terutama gula bit, jus anggur dan tebu yang belum matang. Di antara polimer biodegradable yang ada, laju degradasi PGA relatif cepat, terutama kekuatannya meluruh dengan cepat dalam waktu singkat. PGA adalah bahan polimer biodegradable pertama yang diterapkan untuk menyerap jahitan bedah. Metabolit produk degradasi asam glikolat pada akhirnya dapat dikeluarkan sepenuhnya dari tubuh tanpa membahayakan tubuh manusia. Beberapa literatur menunjukkan bahwa setelah jahitan PGA dibiarkan dalam tubuh selama 2 minggu, kekuatan tarik dapat dikurangi setengahnya, dan tubuh dapat mencapai keadaan degradasi dan penyerapan total dalam waktu sekitar 4 bulan. Bahan PGA yang dibuat oleh asam glikolat memiliki berat molekul lebih dari 10.000 dan dapat digunakan untuk jahitan bedah. Namun, karena kristalinitasnya yang tinggi (46% -50%), ia memiliki kelemahan dalam pemrosesan yang sulit, kekuatan yang rendah, dan laju degradasi yang cepat, tetapi tidak dapat memenuhi persyaratan kinerja bahan yang dapat ditanamkan. Oleh karena itu, orang memodifikasinya melalui berbagai metode untuk mengoptimalkan sifat fisik dan kimianya untuk memperluas bidang aplikasinya. Misalnya, melalui modifikasi kopolimerisasi untuk membentuk kopolimer yang mengintegrasikan sifat keduanya untuk meningkatkan kemampuan terurai, biokompatibilitas, sifat mekanis PGA, dll .; atau terapkan modifikasi pencampuran untuk membentuk campuran dengan menambahkan serat polimer atau aditifnya sendiri, dll., Untuk meningkatkan kekuatan dan sifat PGA lainnya. Saat ini, PGA yang dimodifikasi telah banyak digunakan dalam jahitan yang dapat diserap, teknik jaringan, sistem kontrol obat, kuku tulang yang dapat diserap, pelat tulang, dan bahan koreksi bedah.
(2) Asam polylactic (PLA)
Pada tahun 1966, Kulkarni et al. menemukan bahwa PLA dengan berat molekul rendah dan berat molekul tinggi memiliki biokompatibilitas yang sangat baik. Produk degradasi akhir adalah H2O dan CO2. Produk perantara asam laktat juga merupakan metabolit gula normal dalam tubuh, yang tidak akan menimbulkan efek buruk pada organisme. Hal ini menyebabkan penelitian dan penerapan PLA sebagai bahan biomedis [29-30]. Pada tahun 1997, PLA disetujui oleh FDA untuk penggunaan klinis sebagai eksipien farmasi dan jahitan medis. PLA adalah homopolimer monomer asam laktat. Karena laktida (LA) adalah molekul kiral, ada dua jenis zat aktif optik, jadi PLA juga memiliki asam L-polilaktat (PLLA), asam polilaktat tangan kanan (PDLA), rasemisasi asam polilaktat (PDLLA), ketiga, tiga- konfigurasi dimensi. Diantaranya, PLLA dan PDLA adalah polimer semi-kristalin dengan kekuatan tarik tinggi dan laju degradasi lambat. Mereka adalah bahan ideal untuk bahan plastik bedah, jahitan bedah dan bahan implan; sedangkan PDLLA adalah kopolimer amorf dengan kekuatan dan laju degradasi yang rendah. Cepat, sering digunakan dalam pembawa pengiriman obat dan perancah regenerasi jaringan berkekuatan rendah. Namun, laju degradasi PLA&# 39 sulit dikendalikan, rapuh, dan ketahanan benturannya buruk, yang sangat membatasi rentang aplikasinya. Dalam beberapa tahun terakhir, orang telah menggunakan metode modifikasi yang berbeda seperti modifikasi kopolimerisasi, pembuatan asam polilaktat yang diperkuat sendiri, atau pembentukan bahan komposit dengan zat lain untuk mengontrol laju degradasi dan meningkatkan fleksibilitas PLA, sehingga dapat terus memperluas penerapannya. bidang. Misalnya, asam polylactic adalah polimer hidrofobik, yang membatasi aplikasinya dalam pembawa obat. Oleh karena itu, orang-orang meningkatkan hidrofilisitasnya dengan mengkopolimerisasi asam polylactic dengan zat hidrofilik (seperti polietilen glikol, asam poliglikolat, polietilen oksida, dll.). Saat ini, implan PLA / PLGA telah banyak digunakan sebagai pembawa pelepasan yang lambat dan terkontrol untuk obat anti tumor, polipeptida, obat protein, dan obat Cina. Selain itu, PLA dan PLA yang dimodifikasi banyak digunakan dalam bahan mata, jahitan bedah, bahan fiksasi internal untuk patah tulang, dan perbaikan teknik jaringan.
(3) Polycaprolactone (PCL)
PCL adalah poliester linier semi-kristal dengan titik leleh rendah dan suhu transisi kaca, kekuatan tarik sangat rendah (23 MPa), perpanjangan putus tinggi (700%), dan mudah larut dalam banyak pelarut organik. Kopolimerisasi dengan berbagai polimer, memiliki termoplastisitas dan kemampuan proses pencetakan yang baik; Selain itu, bahan baku PCL mudah didapat, laju degradasinya lambat, dan memiliki permeabilitas dan biokompatibilitas obat yang sangat baik. Oleh karena itu, ini banyak digunakan sebagai jahitan bedah, perangkat fiksasi cangkok tulang internal, peralatan medis, dan pembawa rilis terkontrol yang dapat terurai secara hayati. Selain itu, dengan memodifikasi PLA untuk meningkatkan hidrofilisitas dan laju degradasinya, jangkauan aplikasinya dapat lebih diperluas, seperti bahan perbaikan organ, kulit buatan, membran anti-adhesi bedah, dan rekayasa jaringan dan sel.
3. Kesimpulan
Bahan biodegradable menunjukkan sifat fisik dan kimia yang baik, sifat biologis, dan sifat biomekanik, dan dapat disesuaikan dan diproses sesuai dengan kondisi aktual, yang memenuhi kebutuhan fungsional biomedis secara maksimal, dan membuatnya berguna di banyak bidang biomedis. Banyak digunakan, pada tahap ini penelitian hotspot bahan biodegradable di bidang biomedis sudah mulai berpindah dari jahitan dan fiksasi ke bidang yang lebih kompleks seperti bahan scaffold rekayasa jaringan. Namun, dalam penerapan praktis, mahalnya bahan biodegradable masih berdampak pada promosi akar rumput mereka. Secara khusus, masalah pengendalian laju degradasi yang sesuai untuk objek yang berbeda perlu segera diselesaikan. Misalnya, bagaimana mengatur laju degradasi PCL untuk memenuhi kebutuhan pembawa obat jangka pendek, dan bagaimana mengatur laju degradasi PLA untuk memenuhi kebutuhan rekayasa jaringan tulang. Namun secara umum, diyakini bahwa dengan pengembangan dan kemajuan berkelanjutan dari disiplin ilmu dan teknologi terkait, masalah yang terkait dengan pengendalian laju degradasi bahan yang dapat terurai secara hayati dan biaya bahan akan diselesaikan secara bertahap. Penelitian dan pengembangan bahan biodegradable di bidang aplikasi biomedis juga akan dikembangkan lebih lanjut.
1. Prinsip degradasi bahan biodegradable
Bahan biodegradable berinteraksi dengan lingkungan biologis dari berbagai faktor seperti cairan tubuh, makromolekul organik, enzim, radikal bebas, sel, dll., Dan secara bertahap terurai menjadi senyawa dengan berat molekul rendah melalui serangkaian reaksi seperti hidrolisis, enzimolisis, dan oksidasi. monomer. Setelah penyerapan, pencernaan, dan reaksi metabolisme, produk degradasi dikeluarkan dari tubuh atau berpartisipasi dalam metabolisme normal tubuh untuk diserap tubuh untuk menyelesaikan proses degradasi. Jika cairan tubuh masuk ke bahan biologis dari jaringan atau komponen tertentu dari bahan biologis tersebut terlarut di dalam cairan tubuh, bahan tersebut akan mengembang karena peningkatan volume dan zat eksudatnya sendiri. Proses ini menghancurkan ikatan hidrogen dan gaya van der Waals dari material itu sendiri. , Akan menyebabkan retakan atau rongga pada material, dan pada akhirnya material tersebut secara bertahap akan mengalami degradasi kimiawi di lingkungan biologis. Dalam praktek klinis, masyarakat berharap bahwa bahan biodegradable yang ditanamkan juga akan menyelesaikan reaksi diferensiasi dan degradasi selama periode perawatan jaringan biologis sesuai prosedur yang sama, sehingga dapat menghindari peradangan atau respon stres tubuh&# 39 akibat implan. bahan. Kita tahu bahwa waktu perawatan untuk jaringan kulit biasanya 3 sampai 10 hari, waktu perawatan untuk jaringan visceral biasanya antara 1 sampai 2 bulan, dan waktu perawatan untuk jaringan organ yang besar biasanya memakan waktu 6 bulan atau lebih. Setelah biomaterial biodegradable ditanamkan ke dalam tubuh manusia, performa degradasi dan produk degradasinya berdampak besar pada lingkungan biologis, reaksi material, dan reaksi tubuh manusia. Laju degradasi yang lambat atau waktu tinggal yang lama dari produk degradasi dapat dengan mudah menyebabkan peradangan pada jaringan manusia. , Trombosis dan reaksi merugikan lainnya. Studi [6] telah menunjukkan bahwa proses degradasi dan kemajuan sebagian besar bahan biodegradable tidak konsisten dengan hasil terbaik yang diharapkan. Oleh karena itu, dalam penelitian dan aplikasi klinis dari bahan yang dapat terurai secara hayati, masalah terkait degradasi dari bahan yang dapat terurai harus ditangani dengan hati-hati, terutama tingkat degradasi dan produk degradasi.
2. Klasifikasi dasar dan penerapan bahan biodegradable
Bahan biodegradable digunakan dalam tubuh manusia dan harus memenuhi persyaratan yang ketat dalam hal bahan itu sendiri dan pengaruhnya terhadap tubuh manusia: mudah diproses, harga murah, mudah disterilkan, waktu degradasi yang pasti, stabilitas biologis dan sifat mekanik untuk memenuhi kebutuhan tempat implantasi, histokompatibilitas yang baik, kompatibilitas darah dan kompatibilitas mekanis, tidak ada reaksi pirogen, toksisitas genetik, teratogenisitas dan karsinogenisitas, tidak ada iritasi dan sensitisasi.
Saat ini, bahan biodegradable dapat diklasifikasikan menurut proses dan sumber yang berbeda, termasuk bahan polimer alami yang dapat terurai, bahan polimer terdegradasi mikroba sintetis, dan bahan polimer terdegradasi yang disintesis secara kimia [3,9]. Klasifikasi dan penerapan spesifik dirangkum sebagai berikut:
1. Bahan biodegradable polimer alami
Saat ini, bahan biodegradable polimer alami yang paling umum digunakan di bidang biomedis terutama mencakup gelatin, kolagen, polisakarida, dan fibroin sutra.
(1) Bahan gelatin
Gelatin sebagian besar berasal dari kulit mamalia, tulang, tendon, ekor dan jaringan lainnya. Fitur yang paling menonjol adalah polimer yang larut dalam air, yang perlahan mengembang dan melunak setelah menyerap air, dan memiliki biokompatibilitas, gelasi, dan kemampuan terurai secara hayati. Memanfaatkan karakteristik gelatin, mudah dibentuk, dapat terurai oleh enzim, dan mudah diserap oleh tubuh manusia, dapat digunakan sebagai bahan pelepas lambat pada pembawa obat, eksipien atau cangkang lepas lambat; karena permeabilitas udara dan permeabilitas airnya yang baik. Sebagai pembalut luka dan bahan kulit buatan, dapat mencegah keluarnya cairan dari luka atau timbulnya gejala infeksi sekunder; Selain itu, pengganti plasma gelatin dapat terdegradasi, tidak beracun dan non-imunogenik, dll. Keuntungan klinis.
(2) Kolagen
Kolagen adalah komponen utama jaringan ikat, yang menyumbang sekitar 1/3 dari kandungan protein pada hewan. Ini terutama ditemukan di jaringan hewan, kulit, ligamen dan tulang rawan. Memiliki fungsi mendukung organ tubuh, menjaga stabilitas mekanik, elastisitas dan kekuatan. Sebagai sumber daya hayati alam memiliki karakteristik biokompatibilitas yang baik, imunogenisitas rendah dan biodegradabilitas; penggunaan klinis telah menunjukkan bahwa kolagen dapat secara signifikan meningkatkan perbaikan, regenerasi dan rekonstruksi jaringan yang rusak; tetapi kurang memadai. Kekuatan mekanis dapat ditingkatkan dengan modifikasi ikatan silang atau penggunaan komposit dengan bahan biologis lainnya]. Saat ini, kolagen telah banyak digunakan dalam pembuatan jahitan biodegradable, agen hemostatik dan pembalut luka, patch biologis, bahan perbaikan tulang, membran hemodialisis, agen hemostatik, pembawa pelepasan obat, dan sebagai perancah rekayasa jaringan, berbagai Perangkat perawatan oftalmik dan lainnya aspek. Namun demikian, mengingat kompleksitas masalah klinis dan kebutuhan upgrade produk, masih banyak permasalahan yang harus diselesaikan dalam penelitian aplikasi kolagen, seperti potensi respon imun dari kolagen heterolog, kemungkinan sitotoksisitas dari residual cross-linking. agen, dan implantasi. Kekuatan mekanis dan pengontrolan degradasi produk mirip kolagen.
(3) Bahan polisakarida
Bahan polisakarida sebagian besar berasal dari pati, asam hialuronat, heparin, kitin dan bahan lainnya, dan biokompatibilitas serta biodegradabilitasnya sangat ideal. Di alam, kitin kaya akan kandungan dan merupakan kelas besar polisakarida penting kecuali selulosa. Ini tidak beracun dan tidak memiliki efek samping. Ini memiliki afinitas yang baik untuk sel manusia, tidak menyebabkan penolakan, dan memiliki biokompatibilitas dan Degradabilitas yang baik. Selain itu, ia juga memiliki karakteristik antibakteri, antivirus, antitumor, meningkatkan penyembuhan luka dan kapasitas adsorpsi yang kuat. Karena kitin mengandung banyak gugus polar seperti ikatan hidrogen dan memiliki kristalinitas tinggi, kitin tidak larut dalam asam dan basa, serta tidak larut dalam air, sehingga sulit digunakan oleh tubuh. Namun, kitin dapat dilarutkan dalam asam encer dan cairan tubuh setelah dideasetilasi menjadi kitosan, dan dapat digunakan oleh tubuh manusia. Kitin dan kitosan memiliki reaktivitas kimiawi yang tinggi, dan turunannya setelah midasi, karboksilasi, sianasi, pengasaman, dan modifikasi lainnya banyak digunakan di bidang medis, seperti agen hemostatik, flokulan, jahitan bedah yang dapat diserap, Kulit buatan, pembalut luka, pelepasan lambat agen obat anti kanker atau kemoterapi, pembawa enzim yang tidak dapat bergerak, bahan membran pemisah, dll.
(4) Serat sutra
Silk fibroin sebagian besar berasal dari sutra dan mengandung asam amino yang sangat kaya di dalamnya, sehingga memiliki biokompatibilitas yang baik, dan telah terbukti non-alergi atau karsinogenik, dengan transparansi dan permeabilitas udara yang sangat baik, serta efek pembentukan film yang baik. Namun, karena struktur molekul sutra fibroin, hidrofilisitas sutra fibroin dan sifat mekanik setelah pembentukan film menjadi tidak baik. Melalui metode modifikasi pencampuran, ikatan hidrogen dan kekuatan lain yang terbentuk antara makromolekul campuran dan fibroin sutra. Menginduksi molekul fibroin sutra untuk mengubah struktur dapat secara efektif meningkatkan sifat mekanik, sifat termal dan kelarutan air bahan fibroin sutra. Saat ini, di bidang biomedis, banyak digunakan dalam bahan pelapis luka, kulit buatan, ligamen tendon buatan, lensa kontak, pembawa obat, pembawa pembuluh darah buatan dan bidang lainnya.
2. Sintesis mikroba dari bahan polimer yang dapat terurai
Sintesis mikroba dari bahan polimer yang dapat terdegradasi mengacu pada penggunaan bahan organik tertentu (seperti glukosa atau pati) sebagai sumber makanan untuk mensintesis bahan organik sumber karbon menjadi poliester dengan karakteristik yang dapat dibedakan di bawah serangkaian reaksi kompleks seperti fermentasi mikro organisme Atau polimer polisakarida. Saat ini, bahan biodegradable polimer sintetik mikroba banyak digunakan dalam praktik klinis terutama mencakup dua jenis: biopolyester (PHA) dan polyhydroxybutyl ester (PHB). Ambil PHB sebagai contoh. PHB adalah polimer molekul tinggi yang disintesis oleh sel mikroba. Struktur dan kinerjanya berbeda dengan bahan degradasi makromolekul alami, tetapi lebih mirip dengan polimer poliester alifatik, dengan sintesis alami dan kimia yang dapat terdegradasi.Keuntungan polimer, produk degradasi akhirnya dikeluarkan sebagai karbon dioksida dan air melalui metabolisme, tanpa zat beracun yang dapat diproduksi dengan sintesis bahan baku kimia. Selain itu, Tang Suyang dan penelitian lain menunjukkan bahwa PHB memiliki biokompatibilitas yang sangat baik. Saat ini, telah banyak digunakan dalam jahitan bedah yang dapat diserap, bahan ortopedi, dan sistem kendali obat.
3. Sintesis kimia dari bahan polimer yang dapat terurai
Dibandingkan dengan polimer alam, bahan polimer yang dapat terurai secara hayati yang disintesis dengan metode kimia dapat dipilih sesuai dengan kebutuhan aplikasi aktual, dengan memilih monomer yang sesuai, atau dengan mengontrol kondisi reaksi dalam proses sintesis, atau melakukan modifikasi fisik atau kimia sederhana dan berbiaya rendah , dll., untuk merancang dan menyesuaikan struktur dan kinerjanya untuk mencapai tujuan sintesis bahan target. Misalnya, melalui metode pengendalian kimiawi, kekuatan, laju degradasi, struktur mikropori dan permeabilitas bahan polimer dapat ditingkatkan untuk memperluas bidang aplikasi. Dalam polimer biodegradable yang disintesis secara kimiawi yang saat ini dikembangkan dan diteliti, rantai utama umumnya mengandung gugus ester terhidrolisa, gugus amido atau gugus urea. Berikut ini adalah jenis bahan polimer terdegradasi yang paling banyak diteliti dan digunakan secara kimiawi dalam praktik biomedis klinis saat ini — bahan poliester alifatik, seperti poliglikolida (PGA), asam polilaktat (PLA), dan asam polilaktat-kopolimer asam glikolat (PLGA ), polycaprolactone (PCL), dll. akan diperkenalkan.
(1) Poliglikolida (PGA)
PGA adalah poliester alifatik linier dengan struktur paling sederhana. Ini menggunakan asam glikolat sebagai sumber dasar dan memiliki berbagai macam bahan baku, terutama gula bit, jus anggur dan tebu yang belum matang. Di antara polimer biodegradable yang ada, laju degradasi PGA relatif cepat, terutama kekuatannya meluruh dengan cepat dalam waktu singkat. PGA adalah bahan polimer biodegradable pertama yang diterapkan untuk menyerap jahitan bedah. Metabolit produk degradasi asam glikolat pada akhirnya dapat dikeluarkan sepenuhnya dari tubuh tanpa membahayakan tubuh manusia. Beberapa literatur menunjukkan bahwa setelah jahitan PGA dibiarkan dalam tubuh selama 2 minggu, kekuatan tarik dapat dikurangi setengahnya, dan tubuh dapat mencapai keadaan degradasi dan penyerapan total dalam waktu sekitar 4 bulan. Bahan PGA yang dibuat oleh asam glikolat memiliki berat molekul lebih dari 10.000 dan dapat digunakan untuk jahitan bedah. Namun, karena kristalinitasnya yang tinggi (46% -50%), ia memiliki kelemahan dalam pemrosesan yang sulit, kekuatan yang rendah, dan laju degradasi yang cepat, tetapi tidak dapat memenuhi persyaratan kinerja bahan yang dapat ditanamkan. Oleh karena itu, orang memodifikasinya melalui berbagai metode untuk mengoptimalkan sifat fisik dan kimianya untuk memperluas bidang aplikasinya. Misalnya, melalui modifikasi kopolimerisasi untuk membentuk kopolimer yang mengintegrasikan sifat keduanya untuk meningkatkan kemampuan terurai, biokompatibilitas, sifat mekanis PGA, dll .; atau terapkan modifikasi pencampuran untuk membentuk campuran dengan menambahkan serat polimer atau aditifnya sendiri, dll., Untuk meningkatkan kekuatan dan sifat PGA lainnya. Saat ini, PGA yang dimodifikasi telah banyak digunakan dalam jahitan yang dapat diserap, teknik jaringan, sistem kontrol obat, kuku tulang yang dapat diserap, pelat tulang, dan bahan koreksi bedah.
(2) Asam polylactic (PLA)
Pada tahun 1966, Kulkarni et al. menemukan bahwa PLA dengan berat molekul rendah dan berat molekul tinggi memiliki biokompatibilitas yang sangat baik. Produk degradasi akhir adalah H2O dan CO2. Produk perantara asam laktat juga merupakan metabolit gula normal dalam tubuh, yang tidak akan menimbulkan efek buruk pada organisme. Hal ini menyebabkan penelitian dan penerapan PLA sebagai bahan biomedis [29-30]. Pada tahun 1997, PLA disetujui oleh FDA untuk penggunaan klinis sebagai eksipien farmasi dan jahitan medis. PLA adalah homopolimer monomer asam laktat. Karena laktida (LA) adalah molekul kiral, ada dua jenis zat aktif optik, jadi PLA juga memiliki asam L-polilaktat (PLLA), asam polilaktat tangan kanan (PDLA), rasemisasi asam polilaktat (PDLLA), ketiga, tiga- konfigurasi dimensi. Diantaranya, PLLA dan PDLA adalah polimer semi-kristalin dengan kekuatan tarik tinggi dan laju degradasi lambat. Mereka adalah bahan ideal untuk bahan plastik bedah, jahitan bedah dan bahan implan; sedangkan PDLLA adalah kopolimer amorf dengan kekuatan dan laju degradasi yang rendah. Cepat, sering digunakan dalam pembawa pengiriman obat dan perancah regenerasi jaringan berkekuatan rendah. Namun, laju degradasi PLA&# 39 sulit dikendalikan, rapuh, dan ketahanan benturannya buruk, yang sangat membatasi rentang aplikasinya. Dalam beberapa tahun terakhir, orang telah menggunakan metode modifikasi yang berbeda seperti modifikasi kopolimerisasi, pembuatan asam polilaktat yang diperkuat sendiri, atau pembentukan bahan komposit dengan zat lain untuk mengontrol laju degradasi dan meningkatkan fleksibilitas PLA, sehingga dapat terus memperluas penerapannya. bidang. Misalnya, asam polylactic adalah polimer hidrofobik, yang membatasi aplikasinya dalam pembawa obat. Oleh karena itu, orang-orang meningkatkan hidrofilisitasnya dengan mengkopolimerisasi asam polylactic dengan zat hidrofilik (seperti polietilen glikol, asam poliglikolat, polietilen oksida, dll.). Saat ini, implan PLA / PLGA telah banyak digunakan sebagai pembawa pelepasan yang lambat dan terkontrol untuk obat anti tumor, polipeptida, obat protein, dan obat Cina. Selain itu, PLA dan PLA yang dimodifikasi banyak digunakan dalam bahan mata, jahitan bedah, bahan fiksasi internal untuk patah tulang, dan perbaikan teknik jaringan.
(3) Polycaprolactone (PCL)
PCL adalah poliester linier semi-kristal dengan titik leleh rendah dan suhu transisi kaca, kekuatan tarik sangat rendah (23 MPa), perpanjangan putus tinggi (700%), dan mudah larut dalam banyak pelarut organik. Kopolimerisasi dengan berbagai polimer, memiliki termoplastisitas dan kemampuan proses pencetakan yang baik; Selain itu, bahan baku PCL mudah didapat, laju degradasinya lambat, dan memiliki permeabilitas dan biokompatibilitas obat yang sangat baik. Oleh karena itu, ini banyak digunakan sebagai jahitan bedah, perangkat fiksasi cangkok tulang internal, peralatan medis, dan pembawa rilis terkontrol yang dapat terurai secara hayati. Selain itu, dengan memodifikasi PLA untuk meningkatkan hidrofilisitas dan laju degradasinya, jangkauan aplikasinya dapat lebih diperluas, seperti bahan perbaikan organ, kulit buatan, membran anti-adhesi bedah, dan rekayasa jaringan dan sel.
3. Kesimpulan
Bahan biodegradable menunjukkan sifat fisik dan kimia yang baik, sifat biologis, dan sifat biomekanik, dan dapat disesuaikan dan diproses sesuai dengan kondisi aktual, yang memenuhi kebutuhan fungsional biomedis secara maksimal, dan membuatnya berguna di banyak bidang biomedis. Banyak digunakan, pada tahap ini penelitian hotspot bahan biodegradable di bidang biomedis sudah mulai berpindah dari jahitan dan fiksasi ke bidang yang lebih kompleks seperti bahan scaffold rekayasa jaringan. Namun, dalam penerapan praktis, mahalnya bahan biodegradable masih berdampak pada promosi akar rumput mereka. Secara khusus, masalah pengendalian laju degradasi yang sesuai untuk objek yang berbeda perlu segera diselesaikan. Misalnya, bagaimana mengatur laju degradasi PCL untuk memenuhi kebutuhan pembawa obat jangka pendek, dan bagaimana mengatur laju degradasi PLA untuk memenuhi kebutuhan rekayasa jaringan tulang. Namun secara umum, diyakini bahwa dengan pengembangan dan kemajuan berkelanjutan dari disiplin ilmu dan teknologi terkait, masalah yang terkait dengan pengendalian laju degradasi bahan yang dapat terurai secara hayati dan biaya bahan akan diselesaikan secara bertahap. Penelitian dan pengembangan bahan biodegradable di bidang aplikasi biomedis juga akan dikembangkan lebih lanjut.
Kami menawarkan film biodegradable penuh dan tas PVA yang dipatenkan, semua produk dibuat dengan peralatan pengecoran, Ini berbeda dari produk blow moulding tradisional, semua produk blow moulding tidak dapat terurai secara penuh. Kami dapat memproduksi film pva dan tas dengan warna transparan dan beragam. dan film PVA lebih halus daripada produk cetakan tiup tradisional.
Kami juga menawarkan bahan organik penuh film dan tas biodegradable dengan bahan baku yang dipatenkan dan proses produksi.
Untuk lebih banyak produk film dan tas PVA, silakan kunjungi kami:
http://www.joyful-printing.net/pva-bag/
http://www.joyful-printing.com/pva-bag/