材料在生物环境中的降解

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1、2012届浙江医药高等专科学校毕业设计（论文）2012届毕业设计（论文）题目材料在生物环境中的降解系部医疗器械与制药设备系专业市场营销班级D12市场6班学号D1211010601姓名倪秋红指导教师胡彬完成日期2013年6月14日52012届浙江医药高等专科学校毕业设计（论文）材料在生物环境中的降解倪秋红摘　要：介绍材料的种类及其在生物环境中的降解因素及生理机制，同时根据材料在生物环境中的情况，为其临床合理植入，保证生物材料的可行性，提供理论依据。关键词：聚合物；降解；腐蚀；机理0引言生物环境是十分严酷的，能导致

2、许多植入材料的迅速或逐步崩溃从表面上看，人的机体是由中性的pH值、低浓度盐、以及适宜的体温所构成的一个比较温和的环境，但是材料在生物环境中的降解过程相当复杂，包括一系列的物理、化学、生化因素。生物降解的发生过程可能十几分钟或数年，甚至是十几年。生物降解可以是在移植手术后就逐步开始自行分解，或者是由于生物环境中未知因素长时间的作用而导致的结果。生物降解是一个范围很广的概念，近年来植入材料的生物降解问题引起越来越多的关注。1聚合物材料在生物环境中的降解[1]1.1影响聚合物降解的因素[2]生物降解是通过机体对材料的

3、物理作用和化学作用而导致材料的物理性能的变化。其中聚合物受到物理破坏和化学破坏的机理可能是单独作用的，也可能是一个聚合物在不同阶段联合起作用。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1.1.1化学结构在影响材料降解速度的诸多因素中，起决定作用的是材料本身的化学结构，其中聚合物主链的易水解性和单体的亲水性是主要因素。1.1.2水的摄取量降解速度与材料

4、对水的渗透性有极大的关。单体的亲水性对聚合物的降解有决定性的作用，聚合物摄入的水量越大越有利于反应的进行。1.1.3结晶度与相对分子量结晶态聚合物中分子排列有序，结构致密最大限度的限制了水分子的渗透，聚合物的结晶度对降解有直接影响。聚合物的相对分子质量的大小虽不影响降解的速度，但相对分子质量越大，达到失重极限的时间就越长，因而对于同一聚合物，相对分子质量越大，有效寿命就越长。52012届浙江医药高等专科学校毕业设计（论文）1.1.4加工工艺通过影响材料的致密性来改变其降解速度。在加工过程中高温和应力作用，以及灭

5、菌过程的高温或辐射作用等外界因素会导致分子质量的下降和降解。加工条件还可以改变聚合物的结晶度。1.1.5pH值许多聚合物的降解产物呈酸性会改变水解环境的pH值，而环境pH值的改变又会影响聚合物的降解速度。1.1.6共聚物组成共聚物可以明显地改变结晶度和玻璃化转变温度。共聚物中各单体单元的键接方式也对水解速度有影响，如A和B两种单体组成的共聚物，键连接方式有4种：A—A、B—B、A—B、B—A，这些键的水解速度不一定相同。1.1.7生物环境因素生理环境通过更有活性的方式使高分子材料分解，其中两个主要因素是酶和自由

6、基。酶除了在生物体内水解作用外还具有氧化降解。1.2聚合物在生物环境中降解的探讨1.2.1宿主诱导的水解机理[1]在宿主体内，中性水能以显著的速度水解一些聚合物，如聚乙酸醇[3]。另外，体液中离子也可以催化水解。再次是酶的催化水解。1.2.2生物氧化降解机理聚合物的氧化有均裂和异裂两种机理。根据引发的步骤，氧化生物降解可分为宿主直接氧化装置或外部环境-介质的间接氧化。1.2.3生物侵蚀机理[1]物理机制：固态聚合物的植入物在体内转变成水溶性材料的现象称为“生物侵蚀”，分为整体侵蚀和表面侵蚀两种模型；化学机制：化

7、学反应可能会引发水溶性聚合物分子链之间交联的断裂或引发聚合物原有侧链断裂，而形成极性或带电基团，或引发聚合物股价断裂。在一些反应中这些机制可能同时存在。2　金属材料在生物环境中的降解[4]2.1金属材料在生物环境中的腐蚀2.1.1金属腐蚀的基本原理水溶解腐蚀是金属生物材料的最常见的腐蚀方式。在电解液中，金属表面发生电化学腐蚀时发生水溶液腐蚀。此过程存在两种反应：产生金属离子的阳极反应（氧化反应）和消耗电子的阴极反应（还原反应）。52012届浙江医药高等专科学校毕业设计（论文）2.1.2生物环境对金属腐蚀的影响生

8、物大分子的存在并不会产生一个完全新的腐蚀机制，但可以以阳极或阴极反应的方式影响腐蚀的速度。下面讨论发生这种情况的四种方式：生物分子会通过消耗一个或多个阳极和阴极反应产物的方式破坏腐蚀的平衡；氧化层的稳定性取决于电势和溶液的pH值；氧化层的稳定性也会受氧含量的影响；阴极反应一般会导致氢的产生。2.1.3在生物环境中金属的腐蚀及其控制金属在体内具有点状腐蚀、摩擦度和腐蚀、裂缝腐蚀、晶间腐蚀