聚己內(nèi)酯與天然可降解高分子材料的復(fù)合研究進(jìn)展

雷寶靈

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隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人口增多，石油等化石能源的廣泛使用，生態(tài)環(huán)境問題越來越嚴(yán)重，化石能源也逐漸匱乏，生物可降解材料的開發(fā)和使用日益引起人們的重視。可降解高分子材料有兩種，一種是天然可降解高分子材料，另一種是人工合成可降解高分子材料。天然可降解高分子材料來源于植物、動(dòng)物和微生物，如淀粉（ST）、殼聚糖（CS）、纖維素（CE）、蛋白質(zhì)（PRO）等，具有來源廣泛、無污染、生物相容性、生物可降解等優(yōu)點(diǎn)，普遍應(yīng)用于食品與食品包裝以及生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。人工合成可降解高分子是依據(jù)天然可降解高分子材料的結(jié)構(gòu)和性能，通過化學(xué)方法聚合而成，例如聚乳酸（PLA）、聚乙醇酸（PLG）、聚己內(nèi)酯（PCL）等，常應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，如藥物傳遞和組織工程等領(lǐng)域。目前PCL應(yīng)用技術(shù)還不夠成熟，因此在上述領(lǐng)域中所呈現(xiàn)出的應(yīng)用效果并不理想。為改善這種情況，技術(shù)人員將其與天然可降解高分子材料進(jìn)行復(fù)合。

PCL又稱聚ε-己內(nèi)酯，是由ε-己內(nèi)酯單體在金屬陰離子絡(luò)合催化劑作用下通過開環(huán)聚合而成的一種半結(jié)晶性可降解高分子。PCL具有熔點(diǎn)低、溶解性良好、與其他高分子的優(yōu)異混合相容性、易加工性以及生物相容性好和可降解性等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于藥物載體、組織工程、食品包裝等領(lǐng)域。近年來，將PCL與天然可降解高分子材料進(jìn)行復(fù)合引起越來越多研究者的興趣。文章主要對(duì)PCL與天然可降解高分子材料的復(fù)合研究進(jìn)行綜述，希望可以提高人們對(duì)PCL的了解，為PCL的推廣提供參考。

1 PCL與ST復(fù)合

ST是一種來源于生物質(zhì)的生物可降解多糖，具有量大、可再生性、價(jià)格低廉、生物相容和可降解性的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于食品和食品包裝以及生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。ST是一種高模量、低斷裂伸長(zhǎng)率的脆性材料，與PCL復(fù)合能夠有效改善其自身的濕度敏感性、加工性能和力學(xué)性能。

Dev等[1]將適量的淀粉溶解于甲酸中，將適量的PCL溶解到二氯甲烷中，并按照一定的體積比進(jìn)行混合，保持PCL的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%，淀粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%～20%。常溫下，通過靜電紡絲法制作出多孔PCL/ST納米纖維復(fù)合膜，并將其用于止血實(shí)驗(yàn)。與疏水性PCL納米纖維膜相比，經(jīng)過乙醇處理的PCL/ST納米纖維復(fù)合膜的溶脹度提升了240%，凝血時(shí)間從195s減少到156s，接觸角從103°降低到30.8°。結(jié)果表明制備的PCL/ST納米復(fù)合膜表現(xiàn)出快速的止血效果，在傷口包扎中具有良好的止血潛力。

Khalida等[2]將玉米淀粉和天然的石榴皮粉末與PCL混合后，通過擠出技術(shù)制備出抗菌包裝膜材料。在含有活性抗菌成分的石榴皮含量較高的情況下，PCL基復(fù)合膜表現(xiàn)出良好的抗菌性能，淀粉的添加不僅降低了材料成本，提高了PCL基體的剛性，還減弱了PCL與石榴皮中活性物質(zhì)的相互作用，有利于石榴皮中抗菌性多酚的釋放，促進(jìn)石榴皮的抗菌活性。

2 PCL與CS復(fù)合

CS是一種多糖，來源于生物質(zhì)原料如蝦殼、蟹殼等，是由甲殼素進(jìn)行脫乙酰基后制得，來源廣泛，并且具有優(yōu)異的成膜性、吸附性、親水性、骨傳導(dǎo)性、抑菌性、生物相容性和生物降解性等眾多良好性能，在農(nóng)業(yè)、食品和醫(yī)藥行業(yè)中具有廣泛應(yīng)用。將殼聚糖與PCL復(fù)合能夠提升PCL基材料的親水性、降解速率和抗菌性能等。

Kalwar等[3]首先在3∶1的氯仿/甲醇混合溶劑中配制8wt%的PCL溶液，在2∶1的三氟乙酸/二氯甲烷混合溶劑中配制2wt%的CS溶液，采用同軸靜電紡絲法制備出具有核殼結(jié)構(gòu)的PCL/CS納米復(fù)合纖維，PCL和CS分別為核和殼層。同時(shí)，在PCL/CS納米復(fù)合纖維表面引入納米銀粒子以增強(qiáng)其抗菌性能。通過對(duì)革蘭氏陰性大腸桿菌和革蘭氏陽性金黃色葡萄球菌測(cè)試表明，經(jīng)過銀離子的固定，納米復(fù)合纖維的抗菌性能得到提升，且對(duì)大腸桿菌的抑菌帶為13mm，優(yōu)于金黃色葡萄球菌的抑制效果。

Dorati等[4]制備了不同濃度CS覆蓋在孔壁上的PCL基三維多孔支架。CS涂層的引入增加了支架的生物活性，促進(jìn)了骨傳導(dǎo)性。細(xì)胞毒性和溶血試驗(yàn)表明支架孔壁表面涂有CS后極大地提高了支架的生物相容性。與純PCL支架相比，涂有2.5wt% CS的PCL基支架的孔隙率增加了6.74%，力學(xué)強(qiáng)度提升了207.96%。基因表達(dá)結(jié)果證實(shí)PCL/CS復(fù)合支架具有一定的成骨表達(dá)。

3 PCL與CE復(fù)合

CE是由大量的葡萄糖酐以糖苷鍵連接起來的直鏈多糖，主要存在于植物的細(xì)胞壁中，是最常見的一種生物可降解材料，來源豐富，具有優(yōu)異的力學(xué)性能。CE與PCL復(fù)合后，可以改善PCL的降解性能和力學(xué)性能。

Cocca等[5]首先將30g的PCL、2g馬來酸酐（MA）和0.5g的自由基引發(fā)劑、過氧化二苯甲酰在100℃混合均勻后，逐滴加入2g甲基丙烯酸縮水甘油酯（GMA）反應(yīng)20min制得接枝聚合物PCL-g-MAGMA。然后，將此接枝聚合物在120℃條件下分別加入PCL與非晶態(tài)纖維素顆粒、非晶態(tài)CE顆粒（10%、20%、30%）、結(jié)晶性700μm長(zhǎng)的中等長(zhǎng)度CE纖維的混合物中以促進(jìn)PCL和CE填料之間的界面黏附力，其中CE填料含量為20wt%，最終將三種混合物制備成0.1mm厚的復(fù)合膜和1mm厚的復(fù)合板。土壤掩埋降解測(cè)試表明，與短CE纖維和中等長(zhǎng)度CE纖維相比，無定型CE顆粒的加入能夠顯著提升PCL的降解速率，而加入PCL-g-MAGMA后，PCL復(fù)合材料的降解動(dòng)力學(xué)變慢。因而，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，采用不同的復(fù)合工藝，能夠調(diào)控PCL基復(fù)合材料的性能。

王秀威[6]將顆粒狀細(xì)菌纖維素（PCB）和纖維狀細(xì)菌纖維素（FCB）用作增強(qiáng)劑，將其與PCL進(jìn)行復(fù)合，制備PCL基可降解復(fù)合材料。通過拉伸性能測(cè)試和動(dòng)態(tài)力學(xué)分析表明，PCB或FCB的加入均有利于大幅提升PCL的力學(xué)性能。FCB對(duì)PCL力學(xué)性能的提升更大。CE納米纖維越長(zhǎng)，F(xiàn)CB對(duì)PCL/FCB復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和彈性模量也越大。

4 PCL與SF復(fù)合

在天然纖維中，除蜘蛛絲外，蠶絲是力學(xué)性能最好的纖維。SF占蠶絲重量的70%～80%，容易被分離、提純，具有優(yōu)異的力學(xué)性能、透氣性和生物的相容性，可制作成粉、凝膠等多種形態(tài)。34SF與PCL復(fù)合后，能夠改善PCL的力學(xué)性能、親水性以及降解速率，同時(shí)促進(jìn)組織再生，因此，PCL/SF復(fù)合材料常用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

王敏超[7]通過靜電方式技術(shù)制備了SF與聚乳酸-共聚-聚己內(nèi)酯P（LLA-co-CL）復(fù)合的納米纖維支架，用于兔腱骨組織再生。掃描電子顯微鏡測(cè)試表明SF/P（LLA-co-CL）納米纖維支架為非取向結(jié)構(gòu)，直徑為（219.4±66.5）nm。通過長(zhǎng)期細(xì)胞培養(yǎng)和支架移植后兔腱-骨組織愈合情況觀察發(fā)現(xiàn)，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，細(xì)胞增多并且生長(zhǎng)良好，兔腱-骨界面逐漸長(zhǎng)出新骨，而對(duì)照組無新骨生成。生物力學(xué)測(cè)試表明，手術(shù)6周后，實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組失效負(fù)荷及剛度無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，而12周后，實(shí)驗(yàn)組失效負(fù)荷及剛度均明顯高于對(duì)照組。可見，SF/P（LLA-co-CL）納米纖維復(fù)合支架具有較好的細(xì)胞相容性，并有效促進(jìn)兔腱-骨組織愈合，為PCL基復(fù)合支架的拓展應(yīng)用新思路。

5 結(jié)束語

PCL具有良好的生物相容性和生物可降解性，可用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,如藥物傳遞或組織再生。但是，PCL具有分子量較低、力學(xué)性能較差、抗菌性差、生物降解速率慢等缺點(diǎn)，可以通過共混、靜電紡絲、流延成膜法與其他材料進(jìn)行復(fù)合，以克服其缺點(diǎn)。天然可降解高分子具有來源廣泛，成本低，生物相容性好、生物可降解等優(yōu)勢(shì)，降解速率與其成分、結(jié)構(gòu)和分子量相關(guān)。根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，可選擇合適的天然可降解高分子與PCL復(fù)合，通過改變復(fù)合材料制備工藝、成分配比和形態(tài)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化其性能，從而克服單一成分帶來的缺點(diǎn)。甚至可以在PCL基復(fù)合材料中引入抗菌劑，如銀離子增加其抗菌性能。因此，將PCL與一種或多種天然可降解高分子、其他人工合成可降解高分子、功能性無機(jī)納米離子進(jìn)行二元及以上的多元復(fù)合，通過合適的制備工藝制備出具有合適結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，有利于促進(jìn)PCL功能性多樣化、全面化的發(fā)展。