微創(chuàng)介入醫(yī)療器械中高分子材料的應(yīng)用

朱文娜

（河北省衡水市人民醫(yī)院，河北衡水 053000）

微創(chuàng)介入醫(yī)療是使用一系列介入器材和現(xiàn)代化設(shè)備兩種相結(jié)合而抵達(dá)體內(nèi)病變位置，從而實現(xiàn)微創(chuàng)傷治療效果的新興醫(yī)療技術(shù)。相較于傳統(tǒng)不同的外科手術(shù)，它具有只需要進行局部麻醉且創(chuàng)傷小、安全系數(shù)高、術(shù)后恢復(fù)快等優(yōu)勢，這樣就大大減輕了病人的痛苦，也降低了病人的治療費用；同時，要求醫(yī)生具有的手術(shù)操作難度也明顯降低。所以，微創(chuàng)介入醫(yī)療在臨床醫(yī)學(xué)醫(yī)用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

對于微創(chuàng)介入醫(yī)療常用的高分子材料是治療過程中關(guān)鍵環(huán)節(jié)，高性能的介入醫(yī)療器材在某種程度上可以確保手術(shù)的安全性、患者的舒適程度等。因此，這類醫(yī)療材料應(yīng)具有生物相容性好、較易加工、機械強度高、耐腐蝕等特點［1］。當(dāng)前，多元發(fā)展的高分子材料在滿足這些要求的同時，也逐漸成為理想的醫(yī)療材料?，F(xiàn)在高分子材料在微創(chuàng)介入醫(yī)療器械中應(yīng)用十分廣泛，如支架、覆膜材料、導(dǎo)管等［2］。為了更好地了解微創(chuàng)介入醫(yī)療器械，本文對相關(guān)的高分子材料產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀進行了總結(jié)、同時對未來的發(fā)展趨勢進行了分析。

1 微創(chuàng)介入醫(yī)療器械高分子材料的現(xiàn)狀

微創(chuàng)介入醫(yī)療器械材料從開發(fā)研制到生產(chǎn)加工再到應(yīng)用，涉及了許多生物醫(yī)療材料，其主要可分為輸入器高分子材料和植入性高分子材料，不論哪一種都在微創(chuàng)介入醫(yī)療領(lǐng)域發(fā)揮著極其重要的作用。

1.1 輸送器高分子材料

在微創(chuàng)介入醫(yī)療器械中，常用的有支架、覆膜支架等。這些器械和輸送器構(gòu)成完整的介入醫(yī)療器械。輸送器在運輸后，還要完成放置后撤出體外的廢棄過程，所以通常是一次性用具。雖然如此，輸送器的性能優(yōu)劣直接會影響手術(shù)過程的順利程度和術(shù)后的恢復(fù)過程，更重要的是影響到治療器械能否穩(wěn)定準(zhǔn)確放置到指定部位。

在治療過程中，需要選擇易于穿刺的靜脈或淺表動脈入路，并且還需要通過迂曲的血管才能將治療器械運輸?shù)讲∽儾课?，這樣就要求輸送器擁有良好的追蹤性能、柔順行和扭控性等。而各類具有不同性能的高分子材料為輸送器材料提供多種方向，如聚醚嵌段酰胺共聚物、氟類高分子材料等。

1.1.1 聚醚酰胺嵌段共聚物（Pebax）

Pebax是通過組合不同種類和比例的硬段線性聚酰胺鏈段和軟段聚醚鏈段得到不同硬度產(chǎn)物。其中聚醚軟段提供了延展性與柔性，而聚酰胺硬段則提供了物理交聯(lián)作用。不僅是硬度廣泛，Pebax材料還具有良好的機械性能、生物相容性和易加工性，因此受到廣泛關(guān)注［3］。

由于不同型號的Pebax間具有良好的相容性和熱焊接強度，在作為微創(chuàng)介入治療器械材料的導(dǎo)管時，根據(jù)需求將不同的Pebax材料作為不同的部分來得到硬度漸變且更為貼合的導(dǎo)管。例如前端在人體內(nèi)彎曲的血管部分需要更為柔軟以到達(dá)病變部位；而后端需要一定的硬度以保持足夠的支撐；在過渡時則要求平滑且具有較好的連接強度來保證在使用過程中減小對血管的刺和前進時的阻力，同時在治療時保持完整。由此可以看到Pebax材料在微創(chuàng)介入治療器械中十分重要。

1.1.2 氟類高分子材料

實例 1：……and soon afterwards Mr.Darcy,drawing near Elizabeth,said to her——‘Do not you feel a great inclination,Miss Bennet,to seize such an opportunity of dancing a reel?’She smiled,but made no answer.He repeated the question,with some surprise at her silence.[5]45

在微創(chuàng)介入醫(yī)療器械材料中，氟類高分子由于其摩擦系數(shù)小、生物相容性優(yōu)異受到廣泛關(guān)注［4］。其中聚四氟乙烯（PTFE）的摩擦系數(shù)最小，使其可以直接作為輸送管，是微創(chuàng)介入治療器械中最為常用的材料之一。然而，PTFE屬于非極性高分子材料，不能直接進行膠粘或熱焊接加工。因此，它僅能通過機械法進行連接；另外，PTFE的模量較低，在使用過程中受到的摩擦阻力和拉伸時會輕易伸長變形，因此限制了純PTFE直接作為各類導(dǎo)管的應(yīng)用。通常在使用時它需要制成復(fù)合材料。

聚偏氟乙烯（PVDF）和全氟乙烯丙烯共聚物（FEP）由于它們的熔點最低，使得其更易于熱焊接或進行膠黏加工，因此在微創(chuàng)介入醫(yī)療器械材料對摩擦系數(shù)和加工方面有較高要求時使用。另一類氟類高分子材料，聚醚醚酮（PEEK），它是模量、強度最高、硬度最大的一種。PEEK在受熱時會發(fā)生軟化而難以形成熔融狀態(tài)，所以很難對其進行熱焊加工，它通常會在對硬度要求比較高的薄壁輸送管被考慮采用。

將氟類高分子在作為導(dǎo)管或是輸送器時，可以降低治療器械的阻力，提升治療器械釋放時的可控性與準(zhǔn)確性。另外，氟類高分子材料也可以作為金屬材料導(dǎo)管外表面涂層所使用的材料，來減小在人體內(nèi)受到的阻力。

1.1.3 聚酰胺材料

相較于前幾類材料，聚酰胺高分子材料（PA）具有適中的摩擦系數(shù)、易于加工、高強度等特點，也可以作為微創(chuàng)介入治療時所使用的導(dǎo)管。另外，PA及其共聚物高分子材料耐磨損且模量高，也可以將其作為制備球囊的首要材料。如FXminiRAIL雙導(dǎo)絲球囊擴張導(dǎo)管，它的球囊部分及導(dǎo)管主干外層成分中含有PA，并且在導(dǎo)管的外表面涂敷了一層由聚乙烯吡咯烷酮和聚丙烯腈所共同組成的水性涂層，因此它被廣泛應(yīng)用在改善冠脈。另一類MissouriPTCA球囊擴張導(dǎo)管的球囊也是由PI構(gòu)成的，其近端管是由涂敷了PFTE涂層的不銹鋼材料支撐的。

1.1.4 聚酰亞胺材料

聚酰亞胺（PI）具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，綜合性能最佳，耐高溫甚至可以達(dá)到400℃以上，并且具有耐腐蝕、無明顯熔點、吸水性差、機械強度（1×106Psi）和模量（42×105Psi）高等優(yōu)點。其高強度和低延伸性，可將其制為薄管壁（0.03~0.05 mm）的微創(chuàng)介入治療器械中所使用的輸送器材料，最大降低了輸送器的截面積，減小了手術(shù)的風(fēng)險。由PI所制成的材料也適用于其他各類醫(yī)療器械，如血管構(gòu)造、輸送器鞘管等材料。

1.1.5 復(fù)合高分子材料雖然上述各類材料各自具有優(yōu)異的特性，但是若單一使用它們的輸送器材料通常會具備許多缺點，如聚醚嵌段酰胺共聚物所制成的輸送器易斷裂且模量小，在進入人體并釋放醫(yī)療器械時所受的阻力會增大，有甚者會導(dǎo)致鞘管拉伸變形等，這樣會增加微創(chuàng)介入手術(shù)的風(fēng)險。由此，需要綜合它們的優(yōu)點來制備出復(fù)合材料，以滿足微創(chuàng)介入治療器械的需求［5］。

1.2 植入型高分子材料

在微創(chuàng)介入治療器械中，覆膜支架、栓塞劑、可降解支架和治療藥物等需要控制來釋放體系的載體均可以用高分子材料滿足需求。而這類器材被植入后通常存在長期與人體共存的情況。由此，所使用的高分子材料應(yīng)確保具備良好的抗血栓性、優(yōu)異的相容性、穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)和較高的機械強度［6］。

1.2.1 覆膜支架材料

覆膜支架中分為覆膜和支架兩個部分，由覆膜（一層高分子膜）附著在金屬支架表層并隨著支架長期地被植入在人體。所以其使用的高分子材料需具備優(yōu)異的生物相容性和較好的機械性能，而在治療不同疾病時所使用的覆膜通常還需要具備特定的功能。目前聚氨酯（PU）和膨體聚四氟乙烯材料（ePTFE）最廣為使用［7］。

PU的機械強度高、抗老化、耐腐蝕、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、支撐力強，并且在展開時充分。另一方面，PU的制備工藝較為簡單，可以使用合適的溶劑將聚氨酯樹脂溶解為液體后，后將其附在支架上烘干即可［8］。

對于ePTFE，在其制備過程中可以通過受控條件來對PTFE管進行膨脹而形成，所制備的ePTFE的結(jié)構(gòu)上將會產(chǎn)生許多微小氣孔，可以利用這個特點再對其進行修飾，賦予其更多的特定功能（如透氣、多微孔結(jié)構(gòu)、化學(xué)穩(wěn)定性、低摩擦系數(shù)等）。在這幾十年的觀察中，ePTFE無致敏性、無毒、無致癌性，人體內(nèi)的血管組織或是其他的組織細(xì)胞可通過微孔結(jié)構(gòu)生長在支架上，而不形成纖維囊腫，不與人體環(huán)境組織發(fā)生排異行為［9］。

1.2.2 栓塞劑高分子材料

栓塞治療在微創(chuàng)介入治療中起到重要作用，通常應(yīng)用于腫瘤治療、出血控制和消除器官功能等。在通過靜脈內(nèi)導(dǎo)管或動脈往往需要人為地將塞物注入到病變位置的供應(yīng)血管或部位中，此時需要閉塞血管或中斷供血的栓塞劑。這就要求栓塞劑能保證栓塞時間（幾天到幾周）的同時不影響人體活動。常用的栓塞劑有吸收固體栓塞劑材料、永久性固體栓塞材料、微彈簧圈栓塞材料等。

可吸收固體栓塞劑材料中明膠海綿由于其具備優(yōu)異的遇水膨脹性、可壓縮性、抗原性、廉價、無明顯生物毒性等特點最為突出。但是明膠海綿栓塞劑在進入人體后只能暫時起到閉塞作用。它常用于腫瘤切除前的栓塞止血、小動脈出血栓塞等。永久性栓塞材料中常用的是聚乙烯醇顆粒，它不溶于水且在體內(nèi)不會發(fā)生降解，同時具備優(yōu)異的生物相容性。當(dāng)其在血管中聚集時，將會堵塞血管形成血栓，接著阻礙栓塞治療時所建立的側(cè)支循環(huán)。然而，聚乙烯醇易產(chǎn)生“黏管”，這將會帶給患者疼痛和并發(fā)癥。微彈簧圈栓塞材料是一類機械栓塞材料，在治療過程中，它將在導(dǎo)絲的牽引下通過微導(dǎo)管保護人體正常身體組織的前提下，對體內(nèi)存在損傷的血管進行結(jié)扎。

1.2.3 可降解高分子支架

近幾年，生物可降解高分子材料所制成的支架材料引起廣泛關(guān)注［10］。其中，聚乳酸材料（PLLA）作為突出。它具有高張力強度、較高模量和機械性能等優(yōu)點。在自然環(huán)境中，PLLA的自我完全降解時間多于2年，而在具體的治療中，血管再狹窄會發(fā)生在3~6個月，往往大約在3個月達(dá)到峰值，之后發(fā)展緩慢，并且在6個月時便會停止，1年后在發(fā)生再狹窄的可能性較低。PLLA支架的機械強度與金屬支架相近，所以可以將其直接用于微創(chuàng)介入治療支架的制備。然而，當(dāng)前還有一些問題需要解決，如PLLA支架在使用時展現(xiàn)出的親水性差、韌性和生物活性不足等缺點，因此需要對PLLA材料進行改性來提升有效性和安全性，以滿足治療需求。

2 微創(chuàng)介入醫(yī)療器械高分子材料產(chǎn)業(yè)的展望

隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展、科學(xué)技術(shù)的進步和國民生活水平不斷提高，醫(yī)用高分子材料逐漸被廣泛地應(yīng)用于醫(yī)療診斷器材材料中，包括臨床診斷、疾病治療和檢測以及病患護理中。由于在醫(yī)療過程中必須與患者直接接觸，所以對于高分子材料性能要求是十分嚴(yán)苛，必須同時滿足生物相容性好、機械性能強兩個特點。特別是在與患者的皮膚、血液或是體液直接接觸時，這些含有高分子材料的醫(yī)療器械或長或短都將被植入或置于患者體內(nèi)。由此更加要求微創(chuàng)介入醫(yī)療材料含有的高分子材料必須具有相應(yīng)特性來保證器械的安全穩(wěn)定性。

要將性能優(yōu)異的高分子材料應(yīng)用于微創(chuàng)介入醫(yī)療器械材料領(lǐng)域，就需要根據(jù)市場和材料的發(fā)展需求，優(yōu)化并調(diào)整兩者的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，鼓勵企業(yè)和科研機構(gòu)的科技創(chuàng)新，推進高分子材料產(chǎn)業(yè)和微創(chuàng)介入醫(yī)療器械領(lǐng)域的轉(zhuǎn)型升級，扶持重點產(chǎn)業(yè)，提高對生物基材料、高端樹脂在醫(yī)療器械領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)研究和應(yīng)用，逐步打開高分子材料在國民基礎(chǔ)醫(yī)療器械領(lǐng)域的市場。另一方面，同時也需要設(shè)立國內(nèi)高新技術(shù)企業(yè)產(chǎn)品注冊綠色通道，與政府支持下的產(chǎn)學(xué)研醫(yī)緊密結(jié)合，制定有利于微創(chuàng)醫(yī)療器械全面發(fā)展的國家及省市醫(yī)保政策。在現(xiàn)代醫(yī)療背景下，推動醫(yī)用生物高分子材料的研發(fā)過程具有至關(guān)重要的作用。然而，根據(jù)目前情況而言，高分子材料在微創(chuàng)介入醫(yī)療器械市場中還存在一定抵抗性。在研究與實際應(yīng)用中，研究人員與醫(yī)師應(yīng)在根據(jù)實際的臨床需求與病癥，對醫(yī)療器械原材料和治療方案進行選擇。

3 結(jié)語

隨著科技進步和時代的發(fā)展，醫(yī)療方式逐漸傾向于快速、穩(wěn)定、健康可靠，而微創(chuàng)介入醫(yī)療在未來必將起到至關(guān)重要的作用。然而從高分子材料當(dāng)前的應(yīng)用數(shù)據(jù)，在微創(chuàng)介入醫(yī)療器械市場上，仍對具有出眾性能的高分子材料的廣泛應(yīng)用存在一定的阻力。在實際研發(fā)、制造和應(yīng)用時，對于各類臨床需要，選擇最佳醫(yī)療器械原材料和解決方案以滿足疾病等可持續(xù)發(fā)展時代的要求，這仍然是現(xiàn)實的重點難點。通過推動生物醫(yī)藥高分子材料在醫(yī)療器械中的研發(fā)和應(yīng)用，將會充分發(fā)揮微創(chuàng)介入醫(yī)療器械和聚合物材料在醫(yī)療服務(wù)中的作用。