提高用材料的力學(xué)性能

生物用材料除了應(yīng)具備良好的生物相容性外，還應(yīng)依據(jù)其使用目的而具備相應(yīng)的力學(xué)性能和相應(yīng)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，但是其力學(xué)性能往往無法滿足要求。天然水凝膠具有良好的生物學(xué)特性，它能夠吸收并保持大量的水分而又不溶解。同時(shí)，由于其表面張力很低，可以減少對(duì)體液中蛋白質(zhì)的吸附。另外，水凝膠有良好的水蒸氣和空氣透過率，因此，水凝膠成為生物用材料研究的熱門課題。但水凝膠的主要缺點(diǎn)是力學(xué)性能太差，一般只能和其他材料配合使用，或通過改性方法來提高其力學(xué)性能。

交聯(lián)是增加材料力學(xué)性能的一種有效方法，輻射交聯(lián)是利用射線的能量活化材料，使材料發(fā)生自身交聯(lián)。輻射交聯(lián)合成水凝膠有許多優(yōu)點(diǎn)。首先，他解決了產(chǎn)品滅菌問題；其次，它不用額外添加材料，避免有毒殘留物污染；再者，電離輻射對(duì)人體和環(huán)境是安全的。

目前提高高分子材料的力學(xué)性能能采用的方法是輻射交聯(lián)技術(shù)。輻射交聯(lián)一般不需要催化劑、引發(fā)劑，後處理簡單，可在常溫下反應(yīng)，無污染，除輻射源之外不需特殊設(shè)備，在許多方面優(yōu)于過氧化物交聯(lián)技術(shù)。聚合物的輻射交聯(lián)為自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。

輻射交聯(lián)反應(yīng)可以分為3步：

1.初級(jí)自由基及活性氫原子的形成；

2.活潑氫原子可繼續(xù)攻擊大分子片段再產(chǎn)生自由基；

3.大分子鏈自由基之間反應(yīng)形成交聯(lián)鍵。

高分子輻射交聯(lián)改性不同于物理共混體系。物理共混由于各組分在其相界面往往存在缺陷而使性能受到影響，而輻射反應(yīng)在相界面間發(fā)生，可改善組分間粘合力及相容性。如己有研究發(fā)現(xiàn)，輻射交聯(lián)不僅能改善材料的力學(xué)性能，而且能改善共混物的相界面。上?？萍即髮W(xué)的劉鈺銘等輻射合成甲基丙烯酸β-羥乙酯(PHEMA)水凝膠，發(fā)現(xiàn)完成這一聚合-交聯(lián)過程所需劑量很小，不到1×10-4Gy即可得到高于90%的凝膠含量的水凝膠產(chǎn)物，且水凝膠的力學(xué)性能明顯提高。

生物活性物質(zhì)的固定化

生物活性物質(zhì)是指酶、抗體、抗原、抗生素、激素以及各類藥物等，可以用各種方法將他們結(jié)合在生物高分子材料內(nèi)部或者表面。這種技術(shù)統(tǒng)稱為活性物質(zhì)的固化。這一新技術(shù)的進(jìn)展對(duì)疾病的診斷、治療和藥物的合理使用開辟了一條新路徑。以藥物緩釋為例治療某一疾病，攝入的藥量往往要超過實(shí)際藥量的數(shù)百倍，以維持局部患病區(qū)血液中藥物的必要濃度，因而增加了副作用。如何將低分子藥物與高分子材料結(jié)合起來植入患區(qū)，然後讓藥物緩慢地釋放出來，*可以使藥物在指定部位持續(xù)安全穩(wěn)定的發(fā)揮藥效是現(xiàn)在研究的一項(xiàng)重大課題。

目前，研究和應(yīng)用的固定化方法可以歸納為吸附法、包埋法、共價(jià)結(jié)合法、肽鍵結(jié)合法和交聯(lián)法等幾大類。酶和細(xì)胞的固定化方法雖然很多，但是每種方法都各有其優(yōu)缺點(diǎn)。

從制備的難易程度上看，吸附法是將酶直接或者通過離子交換吸附到載體上的一種方法，相對(duì)比較容易。包埋法是將酶包埋于凝膠或其它聚合體格子內(nèi)，工藝也比較簡便。而共價(jià)結(jié)合法則涉及到酶的功能團(tuán)與聚合物載體的共價(jià)鍵結(jié)合條件較劇烈，制備過程繁瑣。交聯(lián)法是利用功能團(tuán)試劑與酶分子之間進(jìn)行分子交聯(lián)，制備程序相對(duì)復(fù)雜。

從結(jié)合程度方面看，物理吸附法中酶與載體的結(jié)合不牢固，易于脫落，因此很少有實(shí)用價(jià)值，而離子吸附法中酶與含有離子交換基團(tuán)的水不溶性載體結(jié)合相對(duì)牢固。包埋法、共價(jià)結(jié)合法、交聯(lián)法的結(jié)合程度都比吸附法更強(qiáng)?？梢钥闯?，吸附法操作簡單，對(duì)酶活性影響不大，但酶與載體的結(jié)合較弱，易于脫落，并不是一種理想的固定化方法。共價(jià)結(jié)合法和交聯(lián)法中酶與載體的結(jié)合較強(qiáng)。

南京大學(xué)環(huán)境學(xué)院污染控制與資源化研究*重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的李芳捷等應(yīng)用低溫輻射技術(shù)輻射誘導(dǎo)甲基丙烯酸β-羥乙脂丙烯酸羥乙酯共聚合制備了高分子載體固定氨氧化細(xì)菌，經(jīng)充分溶脹後的聚合物表面水接觸角幾乎為0，含水率為450%，潤濕性能良好；聚合物表面具有極性官能團(tuán)；聚合物的非晶結(jié)構(gòu)有利于小分子尤其是水分子的滲透和擴(kuò)散，多孔結(jié)構(gòu)有利于微生物的生長和繁殖。

用材料的消毒

早在倫琴發(fā)現(xiàn)X射線的第二年，Mink*提出了射線滅菌的猜想，到上世紀(jì)50年代，由于大功率輻射源的出現(xiàn)，輻射滅菌進(jìn)入實(shí)用階段。輻射滅菌即在一定劑量的Υ射線或者高能電子束對(duì)材料進(jìn)行輻照時(shí)，引起的微生物DNA、蛋白質(zhì)、脂類等有機(jī)分子化學(xué)鍵的斷裂，從而導(dǎo)致微生物死亡，使材料無菌，保證材料的安全衛(wèi)生。 

用品的輻射滅菌與傳統(tǒng)的高壓滅菌、化學(xué)滅菌相比，具有滅菌徹底、操作安全、不污染環(huán)境、可對(duì)帶包裝的物品以及熱敏物質(zhì)進(jìn)行滅菌、以及可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化操作等優(yōu)點(diǎn)。因而，輻射滅菌已經(jīng)成為輻射加工中發(fā)展*快，應(yīng)用*成功的領(lǐng)域之一。

隨著人類逐步進(jìn)入老齡化社會(huì)，開發(fā)生物相容性優(yōu)良、力學(xué)性能好、具有特殊功能的生物材料顯得日益重要。同時(shí)由于核輻照與電子射線技術(shù)的進(jìn)步以及在材料制備中的應(yīng)用日趨廣泛，輻射技術(shù)已成為研制生物用材料以及材料改性中一個(gè)重要方向。我們相信伴隨著輻射接枝、交聯(lián)、固定化等輻射技術(shù)在生物用材料制備、改性、消毒上的研究和應(yīng)用，將大大促進(jìn)生物用材料的發(fā)展。