自古以来,人们就利用天然高分子材料修补人体缺陷或医治创伤。例如早在公元3500年前墨西哥印第安人——阿兹台克人就用木板修补脑壳破洞,埃及人则用之于缝合伤口。各种天然聚合物,如棉纤维、天然丝、马鬃及几种动物肠线,都已成功地作为伤口缝线使用。
最近几十年来,人造纤维有了发展,它亦是一类可以纺丝的高聚物,其中极大多数的人造纤维和合成纤维,比之天然纤维有更佳的生化惰性,即对人体组织很少有反应和不发生炎症。由于合成纤维的优点很多,性能的适应范围又极广,因此几乎在所有的医药和外科中得到了实际应用。这还包括一些埋入人体的材料,如人造器官以及各种修补外科材料。所谓修补材料,包括人体缺少部分如人造假肢及假牙,还有如人造助听器及装于眼睛上的玻璃镜和眼镜等。
作为修补或埋入材料的质量要求十分严格,例如埋入材料必须是无毒,不能致癌,对人体无过敏症或不产生变态反应等,并对血液细胞或蛋白质都无害。这些材料必须对人体组织无过敏性,如不发生严重炎症和血凝(形成血栓症等)。修补材料必须在人体内十分稳定惰性,在使用过程中又必须具有化学和物理特性(即在化学方面稳定,在物理方面保持必要的强度和物理性能)。作为埋入材料,还必须具备某一种消毒方法的稳定性,例如用于热消毒、蒸汽消毒、乙撑氧化物消毒或γ射线消毒等,消毒后应保持形态及组分的稳定性。
伤口缝合 为了缝合伤口,外科手术一定要将伤口缝合牢固,直到组织痊愈并恢复强度。已有各种能适合这类缝合和粘合的合成聚合物材料中,有些缝线由于不能吸收,一定要待伤口痊愈后拆除。属于这类材料的有:聚酰胺如尼隆6,涤纶如聚对苯二甲酸酯Dacron,聚丙烯纤维等。其他材料目前尚不能使用,不是在伤口痊愈前降解就是在复原前被人体吸收。可以被吸收的缝合线,可以是天然聚合物如骨胶原及猫肠,或者是一些合成材料如简单羟酸酯聚合物等。其他如聚乙交酯,聚丙交酯 - 乙交酯及聚-p-二噁酮等,都可制成可吸收的缝线。作为缝合线,一定要在手术后几天内保持一定的机械强度——即不能降解太快。
医用胶粘剂用于粘补一些难于缝合的软组织,例如肝脏和某些眼组织。与缝线相同,这些胶粘剂可分成能被吸收的或不可吸收的两类。它们在使用时是一类粘度中等或粘度低的液体,与生物环境接触后即开始单体聚合直到凝固或固化。这些胶粘剂能对伤口痊愈提供必要的机械强度。因而可以是能起反应作用的单体,亦可以用聚合物单体制成溶液待用。替代的或没有替代的烷基2-氰基丙烯酸酯,就是这类能起强烈反应单体的胶粘剂典型示例。
还有一些胶粘带,则是对外伤起保护作用的(在治疗期间),亦由聚合物组分制成。
烷基2-氰基丙烯酸酯正发展用于人体,因为它的粘合性大。只要在需要粘合的表面有一单分子层(液体),粘合即会生效。
脉管外科 有时候遇到一段血管失效或存在血栓阻塞,或者粥样硬化,必须更换这段血管;但当这段血管被切除后不可能将剩下的血管拉伸进行重接时,这就需要有一根人造软管,而且这段血管必须具有足够的强度。这样的接合管就称作人造血管(假血管)。极大多数的脉管移植,都包括一段旁通管手术,即在患病脉管旁加一根旁通管,使人体流液得以从旁道通过。经过特种处理能防止发生血凝的涤纶管或聚四氟乙烯软管,已经作为可以联接大血管的通道。弹性织物——即应力松弛后仍能完全回复到原形的——带有一定空隙的管道如涤纶编织管,已经作为动脉移植管使用。
心脏外科 人们正在继续研究合成聚合物作为可以埋入人体的人造心脏,以代替心脏阀或其他心脏部件。目前聚合物像聚氨酯、聚硅酮及聚四氟乙烯等,都作为心脏外壳或电子起搏器涂层使用。在复杂的心脏手术中使用人工心肺机,其管道和薄膜都用聚合物制成。在球盒式人工心脏中的心脏小球,就是使用聚合物制成的。聚合物还可作为底板和缝线环材料等使用。
聚合物管道的应用 用各种聚合物制成的软管道,已在失败尝试中替代人体某些部位的管道使用。用硅板胶作涂层的涤纶管,已作为肺气管和食道管的代用品。胆囊管和从肝中输送胆汁酸的管道代用品,亦正在被研究探索中,还有大小肠道和输尿管(从肾到膀胱的输尿管)亦在探索中。
人工肾 除了移植活的肾脏外,另一种方法就是人工肾的使用。人工肾能将血液中的废料排除并保持正常电解质的平衡。机器使用的薄膜是一层半渗透膜,在薄膜的一边存在着液体,而另一面保持一定的溶液浓度,在薄膜的两边保持一定的压差。血液中的废料通过薄膜渗透扩散出去,而清洁的血液又再回复至病员。用纤维素制成的赛璐玢是薄膜的原料;这类机器的其他部分如所有的管道都用合成聚合物制造。
其他应用 眼睛 眼外科中用到很多聚合物,甚至将整个眼球用假眼球替代。硅柏胶管已用作眼泪管埋入人体以控制青光眼。聚(甲基丙烯酸甲酯)现已广泛使用于眼球作为白内障手术去除后的内目镜使用。
近年来代替普通眼镜的接触镜(主要是由聚合材料制成的)正被广泛地应用。已用硬质聚甲基丙烯酸甲酷或软质亲水交联及能溶胀的丙烯酜聚合物制成了各种各样的眼镜。
耳朵 有时候使用塑料制成小蜂窝链,将声波从耳鼓中传至内耳,这样可使失听者恢复听觉。用整修外科用聚合物材料重新制成外耳或耳廓。
牙齿 全部或局部假牙可用塑料制成,这是聚合材料应用最广的一种。修补牙龋,使用一种芳香族热固性丙烯酸酯和软性填隙衬里材料。当这一材料定型后,牙齿则可保持永久复原。此外,人造聚合物已成功地制成各种牙用胶粘剂正在应用。
结束语 聚合物还有其他各种应用,说明在医药上的应用潜力还很大。聚氯乙烯共聚物和烷基氰基丙烯酸酯,都用作烧伤涂层使用,在严重烧伤面积或中度烧伤,可以用上述材料作临时皮肤使用。聚合物还可用作替代胸腔软组织,修补疝和重制阴茎及睾丸。聚四氟乙烯膏糊已用来治疗单音性麻痹症并能恢复声音。聚合物还用作药物的输送和释放,使药效增长或效率更高。
本文回顾了聚合物的一些应用,说明这类特种分子具有在医药和外科方面的特效。在生物医药领域中,这种现象说明了在物理科学、医药科学、及工程学方面都具有不可分割的协作必要性。好在这方面工作还刚刚开始,美妙的将来和技术上的突飞猛进,将带来不可思议和意想不到的成效。
[Chemistry 1978年51卷5期17 ~ 21页]