辐射技术在医学高分子材料中的应用研究(下)

提高用材料的力学性能
       生物用材料除了应具备良好的生物相容性外，还应依据其使用目的而具备相应的力学性能和相应的生物功能。某些天然高分子材料具有良好的生物相容性和可降解性，但是其力学性能往往无法满足要求。天然水凝胶具有良好的生物学特性，它能够吸收并保持大量的水分而又不溶解。同时，由于其表面张力很低，可以减少对体液中蛋白质的吸附。另外，水凝胶有良好的水蒸气和空气透过率，因此，水凝胶成为生物用材料研究的热门课题。但水凝胶的主要缺点是力学性能太差，一般只能和其他材料配合使用，或通过改性方法来提高其力学性能。

       交联是增加材料力学性能的一种有效方法，辐射交联是利用射线的能量活化材料，使材料发生自身交联。辐射交联合成水凝胶有许多优点。首先，他解决了产品灭菌问题；其次，它不用额外添加材料，避免有毒残留物污染；再者，电离辐射对人体和环境是安全的。

       目前提高高分子材料的力学性能能采用的方法是辐射交联技术。辐射交联一般不需要催化剂、引发剂，後处理简单，可在常温下反应，无污染，除辐射源之外不需特殊设备，在许多方面优于过氧化物交联技术。聚合物的辐射交联为自由基链式反应。

       辐射交联反应可以分为3步：1.初级自由基及活性氢原子的形成；2.活泼氢原子可继续攻击大分子片段再产生自由基；3.大分子链自由基之间反应形成交联键。

       高分子辐射交联改性不同于物理共混体系。物理共混由于各组分在其相界面往往存在缺陷而使性能受到影响，而辐射反应在相界面间发生，可改善组分间粘合力及相容性。如己有研究发现，辐射交联不仅能改善材料的力学性能，而且能改善共混物的相界面。上海科技大学的刘钰铭等辐射合成甲基丙烯酸β-羟乙酯(PHEMA)水凝胶，发现完成这一聚合-交联过程所需剂量很小，不到1×10-4Gy即可得到高于90%的凝胶含量的水凝胶产物，且水凝胶的力学性能明显提高。

生物活性物质的固定化
       生物活性物质是指酶、抗体、抗原、抗生素、激素以及各类药物等，可以用各种方法将他们结合在生物高分子材料内部或者表面。这种技术统称为活性物质的固化。这一新技术的进展对疾病的诊断、治疗和药物的合理使用开辟了一条新路径。以药物缓释为例治疗某一疾病，摄入的药量往往要超过实际药量的数百倍，以维持局部患病区血液中药物的必要浓度，因而增加了副作用。如何将低分子药物与高分子材料结合起来植入患区，然後让药物缓慢地释放出来，*可以使药物在指定部位持续安全稳定的发挥药效是现在研究的一项重大课题。

       目前，研究和应用的固定化方法可以归纳为吸附法、包埋法、共价结合法、肽键结合法和交联法等几大类。酶和细胞的固定化方法虽然很多，但是每种方法都各有其优缺点.

       从制备的难易程度上看，吸附法是将酶直接或者通过离子交换吸附到载体上的一种方法，相对比较容易。包埋法是将酶包埋于凝胶或其它聚合体格子内，工艺也比较简便。而共价结合法则涉及到酶的功能团与聚合物载体的共价键结合条件较剧烈，制备过程繁琐。交联法是利用功能团试剂与酶分子之间进行分子交联，制备程序相对复杂。

       从结合程度方面看，物理吸附法中酶与载体的结合不牢固，易于脱落，因此很少有实用价值，而离子吸附法中酶与含有离子交换基团的水不溶性载体结合相对牢固。包埋法、共价结合法、交联法的结合程度都比吸附法更强。可以看出，吸附法操作简单，对酶活性影响不大，但酶与载体的结合较弱，易于脱落，并不是一种理想的固定化方法。共价结合法和交联法中酶与载体的结合较强。

       南京大学环境学院污染控制与资源化研究*重点实验室的李芳捷等应用低温辐射技术辐射诱导甲基丙烯酸β-羟乙脂丙烯酸羟乙酯共聚合制备了高分子载体固定氨氧化细菌，经充分溶胀後的聚合物表面水接触角几乎为0，含水率为450%，润湿性能良好；聚合物表面具有极性官能团；聚合物的非晶结构有利于小分子尤其是水分子的渗透和扩散，多孔结构有利于微生物的生长和繁殖。

用材料的消毒

       早在伦琴发现X射线的第二年，Mink*提出了射线灭菌的猜想，到上世纪50年代，由于大功率辐射源的出现，辐射灭菌进入实用阶段。辐射灭菌即在一定剂量的Υ射线或者高能电子束对材料进行辐照时，引起的微生物DNA、蛋白质、脂类等有机分子化学键的断裂，从而导致微生物死亡，使材料无菌，保证材料的安全卫生。 

       用品的辐射灭菌与传统的高压灭菌、化学灭菌相比，具有灭菌彻底、操作安全、不污染环境、可对带包装的物品以及热敏物质进行灭菌、以及可实现连续化操作等优点。因而，辐射灭菌已经成为辐射加工中发展*快，应用*成功的领域之一。

       随着人类逐步进入老龄化社会，开发生物相容性优良、力学性能好、具有特殊功能的生物材料显得日益重要。同时由于核辐照与电子射线技术的进步以及在材料制备中的应用日趋广泛，辐射技术已成为研制生物用材料以及材料改性中一个重要方向。我们相信伴随着辐射接枝、交联、固定化等辐射技术在生物用材料制备、改性、消毒上的研究和应用，将大大促进生物用材料的发展。