Принципы классификации полимеров и материалов на их основе, используемых в биомедицинских технологиях.

Классификация полимеров биомедицинского назначения по признаку химической структуры и молекулярных характеристик

До начала ХХ века – века широкого использования натуральных и синтетических полимерных материалов – набор используемых в медицине полимерных материалов был весьма узким. Прежде всего, это целлюлоза, представленная разного рода растительными волокнами и тканями на их основе. Главное назначение этих материалов, сохраняющееся до настоящего времени – перевязочные и шовные материалы для ран. Другие полисахариды также находили применение в качестве основ для мазей, пленочных покрытий для ран и других целей.

После того, как были открыты каучук и гуттаперча, а особенно после изобретения резины как продукта вулканизации каучука, резиновые и гуттаперчевые изделия также нашли свое применение в медицине в качестве различных катетеров, трубок для введения жидкостей, кровоостанавливающих жгутов.

Использование белковых материалов было распространено меньше – шелковые нити как шовный материал, шерстяные повязки в качестве согревающих и массирующих средств и т.д. Вместе с тем было обнаружено, что ряд белковых веществ (без понимания их химической природы) могут использоваться и как сильнодействующие яды, и как лекарственные средства. Правда, все эти знания носили чисто эмпирический характер.

С открытием макромолекулярной природы высокомолекулярных соединений в 20-х годах прошлого века, с последовавшим за этим массовым производством синтетических полимеров, а также с развитием понимания роли высокомолекулярных соединений в существовании живых организмов произошел резкий рост использования полимеров в биомедицинских целях. Полимеры как натуральные, так и синтетические практически любой химической структуры нашли себе то или иное применение в медицине и в биологии.

Углеводороды и элементорганические полимеры.

Применение полимеров этого класса начиналось с использования изделий из натурального каучука. В значительной мере и в современной медицине полимеры сходной структуры используются как высокоэластические мягкие и гибкие материалы различного функционального назначения. К ним относятся синтетические каучуки – полибутадиен (СКБ, СКД), полиизопрен (СКИ), полиизобутилен и др. К этой группе можно отнести также силиконовые и полифосфазеновые каучуки. Кроме того, другие полимеры этого химического класса находят широкое применение в медицине. Это, прежде всего, полиэтилен, включая сверхвысокомолекулярный, полипропилен и сополимеры на их основе, полистирол.

Полисахариды и их производные.

Роль полимеров этого класса для биомедицинского использования продолжает постоянно возрастать, а области функционального назначения – расширяться. По-прежнему широко используется целлюлоза в различных ее модификациях – волокнистая, микрокристаллическая и др. Очень широко при производстве лекарственных средств используется крахмал и родственные ему соединения. Различные применения находит себе поли-1,6-гликан – декстран. Особенно следует отметить рост интереса к производным хитина и хитозана. Следует отметить, что используемые в медицине и биологии полисахариды представляют собой полимеры исключительно натурального происхождения, а также продукты их химических превращений.

Полиэфиры и поликарбонаты

Полимеры этих химических групп могут быть алифатическими, алкилен-ароматическими и полностью ароматическими сложными эфирами. Представители всех этих подгрупп широко используются в медицине для различных целей. В последнее время особый интерес привлекают алифатические полиэфиры и родственные им высокомолекулярные соединения. Этот интерес связан с их способностью подвергаться в физиологических средах довольно быстрой гидролитической деструкции. Эта особенность их поведения определила обширный круг областей их использования – от саморассасывающихся шовных материалов до полимерных матриц, используемых для формирования тканей и органов в тканевой инженерии. Среди саморассасывающихся полиэфиров для изготовления шовных материалов наиболее распространены полилактид, полигликолид и их сополимеры, из нерассасывающихся – полиэтилентерефтаталат (ПЭТ, лавсан), который находит применение и в протезировании.

 

полиэтилентерефтаталат	поликарбонат

 

Поликарбонаты (ароматические полиэфиры угольной кислоты), напротив, гидролитически весьма стабильны, что дает основания изготавливать из них протезы внутренних органов с длительным сроком службы.

Полиамиды.

По использованию в медицинских целях полимеры этого класса можно разделить на две большие группы – синтетические полиамиды типа нейлонов и натуральные полиамиды белковой или родственной природы, а также их синтетические аналоги.

 

нейлон 6 (капрон)	нейлон 66

 

Нейлоновые нити используются как шовные материалы наряду целлюлозными и другими. Они достаточно стабильны для долговременного пребывания в организме, но в конечном счете претерпевают биодеградацию и рассасываются. Для изготовления деталей протезов внутренних органов используются сравнительно редко.

Натуральные полиамиды белковой природы и их синтетические аналоги – полипептиды используются очень широко, начиная от шелковых шовных материалов, вплоть до различного рода натуральных и синтетических гормонов, ферментов и других лекарственных препаратов.