提高用材料的力學性能

生物用材料除了應具備良好的生物相容性外，還應依據(jù)其使用目的而具備相應的力學性能和相應的生物功能。某些天然高分子材料具有良好的生物相容性和可降解性，但是其力學性能往往無法滿足要求。天然水凝膠具有良好的生物學特性，它能夠吸收并保持大量的水分而又不溶解。同時，由于其表面張力很低，可以減少對體液中蛋白質(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是力學性能太差，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性能。

交聯(lián)是增加材料力學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。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，電離輻射對人體和環(huán)境是安全的。

目前提高高分子材料的力學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，無污染，除輻射源之外不需特殊設備，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)為自由基鏈式反應。

輻射交聯(lián)反應可以分為3步：

1.初級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性能，而且能改善共混物的相界面。上?？萍即髮W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)的進展對疾病的診斷、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)在研究的一項重大課題。

目前，研究和應用的固定化方法可以歸納為吸附法、包埋法、共價結(jié)合法、肽鍵結(jié)合法和交聯(lián)法等幾大類。酶和細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。

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。而共價結(jié)合法則涉及到酶的功能團與聚合物載體的共價鍵結(jié)合條件較劇烈，制備過程繁瑣。交聯(lián)法是利用功能團試劑與酶分子之間進行分子交聯(lián)，制備程序相對復雜。

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，因此很少有實用價值，而離子吸附法中酶與含有離子交換基團的水不溶性載體結(jié)合相對牢固。包埋法、共價結(jié)合法、交聯(lián)法的結(jié)合程度都比吸附法更強?？梢钥闯?，吸附法操作簡單，對酶活性影響不大，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。共價結(jié)合法和交聯(lián)法中酶與載體的結(jié)合較強。

南京大學環(huán)境學院污染控制與資源化研究*重點實驗室的李芳捷等應用低溫輻射技術(shù)輻射誘導甲基丙烯酸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；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50年代，由于大功率輻射源的出現(xiàn)，輻射滅菌進入實用階段。輻射滅菌即在一定劑量的Υ射線或者高能電子束對材料進行輻照時，引起的微生物DNA、蛋白質(zhì)、脂類等有機分子化學鍵的斷裂，從而導致微生物死亡，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、化學滅菌相比，具有滅菌徹底、操作安全、不污染環(huán)境、可對帶包裝的物品以及熱敏物質(zhì)進行滅菌、以及可實現(xiàn)連續(xù)化操作等優(yōu)點。因而，輻射滅菌已經(jīng)成為輻射加工中發(fā)展*快，應用*成功的領域之一。

隨著人類逐步進入老齡化社會，開發(fā)生物相容性優(yōu)良、力學性能好、具有特殊功能的生物材料顯得日益重要。同時由于核輻照與電子射線技術(shù)的進步以及在材料制備中的應用日趨廣泛，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、消毒上的研究和應用，將大大促進生物用材料的發(fā)展。