微創(chuàng)介入醫(yī)療器械中高分子材料產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)

侯正松，楊風(fēng)輝，朱 偉

(上海長(zhǎng)海醫(yī)院,上海 200433)

醫(yī)學(xué)技術(shù)一直是人類社會(huì)健康而平穩(wěn)發(fā)展的重要保障,而要論20 世紀(jì)以來(lái)醫(yī)學(xué)技術(shù)方面最引人注目的成就莫過(guò)于微創(chuàng)介入醫(yī)學(xué)技術(shù)。微創(chuàng)介入技術(shù)近年來(lái)得以飛速迅猛發(fā)展的原因就是其可以無(wú)痛、微創(chuàng)的特點(diǎn)給人進(jìn)行相關(guān)治療,且其涵蓋范圍極其廣闊,在癌癥、婦科、腦血管、耳鼻喉科等都可以進(jìn)行應(yīng)用。微創(chuàng)介入技術(shù)解決了很多過(guò)去傳統(tǒng)醫(yī)療技術(shù)無(wú)法避免的問(wèn)題,如手術(shù)傷口較大、術(shù)后可能出現(xiàn)并發(fā)癥或大出血、需要較長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行恢復(fù)等問(wèn)題。同時(shí)微創(chuàng)介入技術(shù)也明顯降低了手術(shù)的難度和風(fēng)險(xiǎn),讓病人減輕痛苦的同時(shí)也可以節(jié)省部分醫(yī)療費(fèi)。

微創(chuàng)介入技術(shù)的順利發(fā)展與一些精密的醫(yī)療器械的出現(xiàn)是分不開(kāi)的,現(xiàn)在微創(chuàng)介入醫(yī)療器械中應(yīng)用最為廣泛的就是高分子材料,其具有較低的摩擦系數(shù)、容易加工、較高的強(qiáng)度及耐腐蝕能力等優(yōu)點(diǎn)[1]。在微創(chuàng)介入醫(yī)療器械領(lǐng)域中,高分子材料可以作為腦血管介入器械,如顱內(nèi)血管支架等,也可作為心血管介入器械。

1 微創(chuàng)介入醫(yī)療器械領(lǐng)域中高分子材料應(yīng)用現(xiàn)狀

醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)中的一個(gè)極為重要的組成部分就是生物醫(yī)療材料,生物醫(yī)療材料的發(fā)展和進(jìn)步也會(huì)對(duì)整個(gè)微創(chuàng)介入醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)起到一定的促進(jìn)作用。高分子材料在生物醫(yī)療材料中占據(jù)主要地位,可以成為治療器械的關(guān)鍵組成部分,如栓塞材料,可用來(lái)治療腫瘤；也可以作為組織工程支架、植入物或者藥物控釋載體等在微創(chuàng)介入醫(yī)療器械的制造和使用中起到關(guān)鍵性作用[2]。

1.1 可植入人體高分子材料

1.1.1 栓塞劑

微創(chuàng)介入治療中經(jīng)常會(huì)使用到插管導(dǎo)管栓塞術(shù),這主要是通過(guò)將可以作為阻塞物的高分子材料通過(guò)動(dòng)脈或者靜脈內(nèi)的導(dǎo)管注入到患者的病變血管中,達(dá)到阻斷血液供應(yīng)的治療手段[3]。

微彈簧圈栓塞材料是主要以用鉑制造的彈簧圈為主的機(jī)械栓塞材料,因其比較柔軟,故可以應(yīng)對(duì)不同形狀和大小的栓塞部位。且其可以較為容易地在導(dǎo)絲的牽引下通過(guò)微導(dǎo)管結(jié)扎人體內(nèi)破損的血管,起到保護(hù)作用。游建雄等[4]研究了微彈簧圈栓塞與明膠海綿聯(lián)合作用治療外傷所導(dǎo)致的高流量型陰莖異常勃起的安全性及可行性,并通過(guò)收治患者對(duì)其臨床療效進(jìn)行觀察。治療結(jié)果顯示,經(jīng)治療后,患者陰莖異常勃起狀況消失,且術(shù)后回訪也無(wú)復(fù)發(fā)情況。證明微彈簧圈栓塞與明膠海綿聯(lián)合作用對(duì)外傷性陰莖動(dòng)脈假性動(dòng)脈瘤患者安全有效。

可吸收性固體栓塞材料主要使用具有廉價(jià)、有良好的可壓縮性的明膠海綿,謝興武等[5]使用空白明膠海綿微粒序貫栓塞作為對(duì)照,觀察了表阿霉素-明膠海綿微?；鞈乙旱乃ㄈЧ麑?duì)大肝癌的治療效果。使用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)患者腫瘤的總緩解率以及部分緩解率進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)表阿霉素-明膠海綿微粒混懸液栓塞具有良好的藥物緩釋作用,在治療大肝癌方面與較序貫栓塞相比具有更好的近期療效。

新型海藻酸鈉微球栓塞劑具有良好的生物相容性,且其具有容易控制、栓塞效果好、術(shù)后并發(fā)癥少等特點(diǎn)。且其既可以經(jīng)過(guò)三四個(gè)月的時(shí)間在患者體內(nèi)完全降解,也可以形成永久性栓塞的效果,目前主要被用來(lái)治療肝癌、脾功能亢進(jìn)、子宮肌瘤等疾病。黃德佳[6]研究了在支氣管動(dòng)脈內(nèi)栓塞治療大咯血時(shí)使用海藻酸鈉微球的可靠性及臨床效果。結(jié)果表明,海藻酸鈉微球在BAE 中具有良好的止血效果,并且咯血復(fù)發(fā)率較低,可以在臨床應(yīng)用中推廣。

永久性固體栓塞材料在臨床微創(chuàng)介入治療中也較常用到,其主要為不溶于水且難以在人體內(nèi)降解的聚乙烯醇顆粒,但其具有優(yōu)良的生物相容性。聚乙烯醇是通過(guò)在血管中聚集的方式進(jìn)行阻塞,同時(shí)形成血栓,以達(dá)到減少栓塞治療后局部建立側(cè)支循環(huán)的目的。但其缺點(diǎn)也比較明顯,就是在使用過(guò)程中易造成“黏管”,容易導(dǎo)致疼痛等術(shù)后并發(fā)癥。吳追文[7]研究了使用聚乙烯醇顆粒作為栓塞劑對(duì)選擇性支氣管動(dòng)脈栓塞的可行性及臨床效果。治療結(jié)果顯示,作為栓塞劑的PVA 顆?？梢暂^好地治療咯血。

1.1.2 可降解高分子支架

聚乳酸具有較高的模量、良好的物理機(jī)械性能以及低伸張度。自然條件下聚乳酸在24 個(gè)月內(nèi)不會(huì)被完全降解,微創(chuàng)介入治療后的三到六個(gè)月是血管再狹窄的主要發(fā)生階段,通常在三個(gè)月時(shí)最為嚴(yán)重,而到了六個(gè)月則逐漸停止,術(shù)后一年以后幾乎不會(huì)再發(fā)生血管再狹窄的情況,而且與金屬支架相比,聚乳酸具有類似的機(jī)械強(qiáng)度,足以承擔(dān)壁管的壓力,因此可以使用聚乳酸作為微創(chuàng)介入支架。但其也存在生物活性較差、親水性較好的缺點(diǎn),所以在使用之前需對(duì)其進(jìn)行一定的改性,以提升其作為可降解支架的可靠性和效果。同時(shí)也存在有足夠的 X 射線可視性的情況下保證良好的生物相容性,制備反映條件溫和、無(wú)毒、聚合物分子量可控的催化劑等問(wèn)題需要解決[8]。

1.1.3 覆膜支架材料

覆膜支架主要被用來(lái)治療長(zhǎng)段閉塞性病變、外傷型血管病變等,在微創(chuàng)介入治療時(shí),某些覆膜還要具有一定的特殊功能或性質(zhì),目前多用膨體聚四氟乙烯以及聚氨酯來(lái)作為微創(chuàng)介入支架的覆膜材料。

膨體聚四氟乙烯是在生產(chǎn)過(guò)程中在特定條件下將聚四氟乙烯膨脹制得,在此過(guò)程中,膨體聚四氟乙烯會(huì)形成具有大量為微小氣孔的結(jié)構(gòu),這樣就可以賦予其更多的特殊功能,如生物相容性、柔軟有韌性、多微孔結(jié)構(gòu)、低摩擦系數(shù)等。其多微孔可以為人體的組織細(xì)胞以及血管組織提供生長(zhǎng)環(huán)境,在不與人體組織發(fā)生排異反應(yīng)以及不形成纖維囊腫的情況下,形成和人本身組織幾乎相同的組織連接。蘇娛等[9]研究了在慕絲線額肌懸吊術(shù)與額肌懸吊術(shù)中使用改良后的膨體聚四氟乙烯治療先天性上瞼下垂的安全性及臨床效果。通過(guò)對(duì)比兩組患兒手術(shù)前后眼瞼閉合度、眼表形態(tài)以及瞼裂高度變化情況,證明e-PTFE 額肌懸吊聯(lián)合個(gè)體化重瞼術(shù)可以對(duì)兒童上瞼下垂進(jìn)行有效的治療。

聚氨酯因其具有展開(kāi)充分、耐腐蝕、不易老化等特點(diǎn)而被作為支架覆膜材料。聚氨酯覆膜的制作工藝非常簡(jiǎn)單,使用有機(jī)溶劑將聚氨酯樹(shù)脂溶解,并將其涂覆到支架上,經(jīng)烘干后即可使用。

1.2 輸送器用高分子材料

輸送器的質(zhì)量好壞會(huì)直接影響手術(shù)過(guò)程,也可能會(huì)對(duì)治療器械的準(zhǔn)確安放造成影響[10]。微創(chuàng)介入治療入路通常會(huì)從容易穿刺的淺表動(dòng)脈或靜脈入手,這意味著輸送器若要將治療器械準(zhǔn)確送達(dá)病變處要經(jīng)過(guò)曲折的血管,因此要求輸送器具有扭控性、跟蹤性以及良好的柔順性?，F(xiàn)在常用的輸送器高分子材料包括金屬纖維加強(qiáng)合成的復(fù)合材料、強(qiáng)度較高的聚酰亞胺、低摩擦系數(shù)氟類材料、聚醚嵌段酰胺共聚物等。

1.2.1 聚酰亞胺材料

聚酰亞胺具有優(yōu)良的理化性質(zhì),如耐火焰、高強(qiáng)度、模量高、不吸水、機(jī)械強(qiáng)度高、低延伸性、無(wú)明顯的熔點(diǎn)、耐腐蝕等。其可以制備出管壁僅有0.03～0.05 mm厚的薄管,可以大幅降低輸送器的截面積,提升微創(chuàng)介入手術(shù)的安全性。聚酰亞胺可在200～300 ℃范圍內(nèi)長(zhǎng)期使用,是構(gòu)造血管、制備輸送器的理想材料。首個(gè)符合《化學(xué)商品注冊(cè)、評(píng)估、許可和限制法規(guī)》以及歐盟《醫(yī)療器械法規(guī)》的聚酰亞胺導(dǎo)管材料是由Zeus Industrial Products Inc.公司推出的[11]。

1.2.2 氟類材料

氟類高分子材料在所有金屬或高分子材料中具有最低的摩擦系數(shù)以及優(yōu)異的生物相容性。目前常用的氟類高分子材料有聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物等[12]。其中在微創(chuàng)介入治療器械中應(yīng)用最多的是聚四氟乙烯,因其摩擦系數(shù)低,可以直接用來(lái)作為導(dǎo)管材料。但因?yàn)樯頌榉菢O性高分子的聚四氟乙烯無(wú)法直接熱焊接加工或者膠粘,這在一定程度上限制了聚四氟乙烯在薄導(dǎo)管材料中的應(yīng)用。

1.2.3 聚醚嵌段酰胺共聚物

可以使用精密擠出技術(shù)將聚醚嵌段酰胺制成中空纖維,然后作為微創(chuàng)介入輸送管。聚醚嵌段酰胺是一種彈性體,具有一定熱塑性,由可以讓共聚物具有柔性與延展性的聚醚以及為共聚物提供物理交聯(lián)作用的聚酰胺組成。因?yàn)槠浣Y(jié)晶度和熔點(diǎn)較高,導(dǎo)致聚酰胺和聚醚的相容性較低,故其在高溫環(huán)境下仍可保證完整,可以在較高溫度下進(jìn)行應(yīng)用[13]。

2 高分子材料產(chǎn)業(yè)在微創(chuàng)介入醫(yī)療器械領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)

隨著現(xiàn)代醫(yī)療水平、科學(xué)技術(shù)的逐漸提升,高分子材料逐漸被用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,尤其是疾病治療、檢驗(yàn)、臨床診斷以及病患護(hù)理中。因?yàn)檫@類醫(yī)療器械一般會(huì)與患者直接接觸,所以對(duì)其性能具有極高的要求,必須要滿足物理機(jī)械性能強(qiáng)、生物相容性優(yōu)異的特點(diǎn),保證醫(yī)療過(guò)程中的安全性。

高分子材料對(duì)微創(chuàng)介入醫(yī)療器械領(lǐng)域的發(fā)展具有深遠(yuǎn)影響。在現(xiàn)代化醫(yī)療背景下,許多高性能醫(yī)用高分子材料如聚氨酯彈性體、醫(yī)用硅橡膠、聚乙交酯等被應(yīng)用于植入型支架或者醫(yī)療器械的輸送器中,這可以極大程度地提升微創(chuàng)介入治療效果并且保障患者生命安全。但從目前的應(yīng)用情況來(lái)看,研究人員仍要根據(jù)實(shí)際的需求來(lái)選擇最佳的醫(yī)療器械原材料,并且在研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用過(guò)程中也要不斷調(diào)整,以滿足可持續(xù)發(fā)展的時(shí)代需求,充分發(fā)揮高分子材料在微創(chuàng)介入醫(yī)療器械領(lǐng)域中的作用。