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医用硅橡胶产业化

 

    硅橡胶作为一种性能优良的医用高分子材料,无论是在橡胶行业还是在医学领域都受到了专业人士的关注。其原因是,第一,用作橡胶医用材料其技术含量高、成本低、附加值高、经济效益十分可观;第二,利用硅橡胶的医用特性,既能解决医术上不少难题,也可使患者获得满意疗效;第三,橡胶来源广泛、便于生产和细加工,具有较好的社会效益和经济效益。

    1、医用硅橡胶的产业化现状

    20世纪80年代后,全世界有机硅产品以每年20%的速度快速发展,目前全球有机硅市场规模已达80~100亿美元;其中硅橡胶约占60%的份额,许多大公司把医用硅橡胶作为开发的主要目标。在发达国家,医用硅橡胶已有很大发展,如DowingCorning公司的医用产品就已成为该公司的五大产业部门之一,医用硅橡胶产品牌号有近40个,其医用制品达500多种。该公司推出了可满足美国药典VI级要求的有机硅弹性体生产线,该弹性体能满足非植入医疗器件和药品加工的要求。Rhodia公司为进入北美的医疗有机硅市场,投资150万美元用于扩大美国加州Ventura的硅橡胶工厂。Genencor国际公司已同意与DowingCorning公司合作开发用于各种生物和工业领域的有机硅材料。

     我国的医用硅橡胶的研发起步很早,20世纪70年代已经合成出医用级硅橡胶,并注重医用制品的研发和应用。心脏瓣膜和脑积水引流装置得到成功应用,挽救了病人的生命。20世纪80年代开发出一系列医用硅橡胶产品:如视网膜植人物、人工硬脑膜、人工喉管、人工手指、手掌关节、人造鼓膜、牙齿印模及托牙组织面软衬垫、人工肌腱、人工乳房等等。而药物缓释制剂的研发在这一阶段得到了快速发展。20世纪90年代注重了医用硅橡胶产品的产业化。

     建立医用有机硅材料产业化示范工程,重点突破植入人体的医用有机硅材料及装置的性能、质量评价技术,扩大产品生产规模,提高产品档次,发展有机硅的边缘学科(加强有机硅材料在药物控制释放制剂中的应用研究,并用于各种治疗疾病用的给药装置),完善医用制品的质量标准和检测方法是医用硅橡胶的发展方向。

     2、医用硅橡胶的发展方向

     硅橡胶在医用领域已占据了相当重要的地位,但若要有更大发展,仍需解决有关技术问题。

     硅橡胶由于其琉水性,使其制品植入人体后仍有轻微的异物感。要解决这问题,可采用表面改性的方法,如在硅橡胶制品表面涂敷亲水性物质,或用辐射法使硅橡胶表面接枝,或用等离子体处理或通过共混改性。

     由于以硅橡胶为载体的长效皮下埋植剂在放置有效期满后必须取出,增加了使用者的痛苦和花费,而且难以保证所有使用者均能按期取出,从而增加了避孕失败的危险。因此引发了可生物降解型皮下避孕埋植剂的研究,即以一种具备生物降解性和甾体药物通透性的聚合物,代替硅橡胶作为释放孕激素的载体,孕激素释放完毕后载体在体内降解吸收而无须取出。美国三角研究院研制出可生物降解型皮下避孕埋植剂Capronor(有效避孕一年),其避孕效率、安全性、可接受性等与Norplant类似,胶囊保持结构完整18~24个月,然后开始变形、碎裂和逐步降解。而中国医学科学院生物医学工程研究所在Ca—pronor的基础上改变胶囊配方,制成了具有可生物降解性的皮下避孕埋植剂CaproF,现已完成基础研究与动物实验。总之,单根型埋植剂、生物降解埋植剂是主要的研究开发方向。

     随着生物医学工程.组织工程的发展,对医用材料的技术和性能要求日益提高。就硅橡胶而言,如何使其充分应用于生物工程与组织工程是今后研究工作的主要方向。如:生物传感器是当今引人注目的一项生物技术。生物传感器的微型化,与生物体的适应性等,将成为与人工脏器相关的重要课题。

     总之,医用硅橡胶在生命科学、医疗器械、药物等领域中已得到广泛而重要的应用,但还有巨大潜力可挖,随着生命科学的发展及生物材料的研究,它将为人类社会做出更大的贡献。

     3、举例说明硅橡胶材料在医疗器械的应用:

    (1)、医疗导管

     医疗产品,需要高纯度和高洁度的材料,所以过氧化物硫化的硅橡胶越来越多地被加成/铂金硫化的硅橡胶取代。“加成硫化”的名称来自于其交联过程中发生的化学反应:在贵金属(如铂)的催化下,多官能团的交联剂分子上的SiH官能团被加成在乙烯基聚硅氧烷分子的乙烯基双键上,从而将交联剂分子与乙烯基聚硅氧烷分子通过化学键联为一体。由于一个交联剂分子含有多个SiH官能团,所以一个交联剂分子可以与多个聚硅氧烷高分子链发生反应,形成交联结构。

     此加成交联反应在室温时就相当快速,因此必需在胶中加入阻聚剂,使铂催化剂在室温时活性降低,以延缓室温时不必要的硫化。温度提高后,阻聚剂被驱走,催化剂恢复催化交联反应的功能。阻聚剂是与铂催化剂的亲合性大于聚硅氧烷分子中的乙烯物质,如过氧化物、水合过氧化物、炔类衍生物等。而且,如果不加控制,此类物质以及硫化物和胺类也可成为铂催化剂的永久失活剂。所以,加成硫化的硅橡胶必须在干净的环境中加工,最好与其它有机材料的加工区分开。

     通常,铂催化的硅橡胶在使用前是以双组份的形式供应的。当此两组份混合后,铂催化硅橡胶可使用的时间较短,所以这种材料通常需要在混合后的几小时内挤出并硫化。当然,根据铂催化技术最新的进展,单组份的加成硫化硅橡胶已经被开发出来了。这种材料以一种“即取即用”的形式供应给制造商,催化剂和阻聚剂被预先混合在硅橡胶中,所以不需要在使用前先进行混合。这种有效期通常为3个月的单组份加成硫化硅橡胶给制造商提供了“即取即用”的方便,也降低了制造商的成本。

     过去,高抗撕、过氧化物硫化硅橡胶是蠕动泵管用材料的标准,具有寿命长以及尺寸公差小的优点。然而。过氧化物硫化硅橡胶需要二次硫化以除去酸性的副产物,而且,其可萃出物的含量一般也比铂催化的硅橡胶高。大多数现有的铂催化硅橡胶产品是为提高拉伸和撕裂强度而设计的,所以很少考虑其它的性能,如弹性记忆、压缩变形、反弹性以及滞后性等。而由于蠕动泵导管需要经受上百万次的周期性挤压,这些其它性能会影响硅橡胶的抗动态疲劳失效的性能,因而在很大程度上影响导管的使用寿命。最近,一批优化了这些关键性能的铂催化硅橡胶产品已经被开发了出来。