生物医用高分子与大分子化学生物学

第四节　生物医用高分子与大分子化学生物学

生物医用高分子材料包括医用植人材料、药物载体材料、临床检测材料和细胞与组织培养材料等，用于疾病诊断、治疗或组织器官替换、修复、再生。要求高分子在具有特殊功能与性能的同时还具有对人体组织、血液不产生不良作用的性质。世界上现已应用的医用高分子已有近百个品种，消耗量年增长率达15%。有非植人性的如一次性注射器、手套、输液袋（管）等，有植人性的如人工血管、人工瓣膜、人工晶体、人工脏器、药物载体、齿科材料、骨水泥和手术缝合线等。

生物医用材料产品的附加值非常高，但其质量直接与使用者生命安全相关，发达国家多年来已将生物医用材料的研究作为优先发展的重点领域。近年来国际上此领域的研究蓬勃发展，出现了许多新的研究热点并孕育着新的突破。生物医用材料的研究与开发对提高人民健康水平、国防和国家经济发展都具有重要意义，国外生物医用材料的产值近年已与半导体工业相当，每年以20%左右的增长率递增，而我国产品在世界市场份额不足2%，离我国在疾病治疗、创伤愈合和人口控制等方面对医用高分子材料的需求差距仍很大。

一、发展历史回顾

我国医用高分子材料研究起步于20世纪50年代，在世界上属于较早的，早期开展了人工血管、输血塑料袋等研究工作，对于几大类医用高分子材料目前都有一定规模的研究与生产，约有50多个单位从事医用高分子材料研究与开发，涉及60多种高分子材料，制品约400余种，据不完全统计，我国医用硅橡胶有10个品种，制品达百种，医用聚乙烯醇年产80t，医用聚甲基丙烯酸甲酯每年达200t。

北京大学冯新德先生是我国最早开展生物医用高分子材料的教授之一，由于他的贡献，1984年被聘为日本京都大学医用高分子与生物材料研究所客座教授，1988年受聘为美国西雅图华盛顿大学生物工程中心客座教授，获1997年日本国际奖、1998年何梁、何利科技成就奖和1999年国家自然科学奖三等奖。

专题学术活动起始于1974年黄家驷先生组织在天津召开的第一次全国医用高分子座谈会，之后，冯新德、何炳林、王有槐、卓仁禧等先生多次在华主持召开生物医用高分子材料国际学术会议，如1988年昆明、1991年桂林、1994年武汉、1996年西安等。

1996年成立了中国生物材料学会，并加入了国际生物材料学会，1999年卓仁禧、俞耀庭、朱鹤孙等三位高分子学者当选国际生物材料学会会士（Fellow），我国已获得了每隔四年一次的第八届世界生物材料大会承办权。

学术组织和学术会议对于我国生物医用高分子材料的发展起了重要推动作用，许多单位建立了相关重点实验室或专门研究机构，如南开大学吸附分离功能高分子材料国家重点实验室、南开大学教育部生物医用高分子材料开放实验室、武汉大学教育部生物医用高分子材料开放实验室、清华大学生物膜国家重点实验室等。

该领域的研究涉及到材料、化学及生命科学、医学多学科专家的相互渗透和交叉。

国家自然科学基金自1986年成立以来，对生物医用高分子材料的研究给予了持续支持，在多项面上项目支持的基础上，工程与材料科学部与化学科学部于1993年组织了跨学部的题为“生物医用材料的基础研究”重大项目。该项目承担单位中从事高分子材料的有南开大学、武汉大学、南京大学等单位，南开大学何炳林院士为项目负责人。另有几个单位从事无机或有机/无机复合医用材料。经过四年的努力，该项目在生物医用材料与生物体系之间相互作用的规律；医用材料设计、合成的新思想、新方法；医用材料在体内的降解过程及具体生物医用材料的制备等方面，开展了深入、系统且富有成效的研究，取得了一系列较高水平的研究成果。“八五”、“九五”、“十五”期间，自然科学基金还设立医用高分子材料方面的重点项目9项。在此基础上，在国家自然科学基金会的组织下，在此领域的研究队伍获得了“973”的进一步资助。

二、高分子科学与生命科学的桥梁

合成高分子的许多重要问题也是要理解高分子链的折叠、手性控制等。生物高分子与非生物高分子的折叠过程均由链的初级结构、分子问或分子内有方向性的和无方向性的非共价相互作用等因素决定。

将生物大分子的初级结构与其三级、四级结构进行关联是科学的重要命题，最重要的决定因素包括大分子链的折叠与手性。

生物大分子和合成高分子都具有四级结构。初级结构是化学组成、构型、构象等；三级、四级结构对功能和性能起着根本的决定作用。

生物大分子以特定方式折叠形成二级结构，由二级结构决定三级构筑和所形成聚集体的功能。对生物大分子折叠过程的研究尚存在许多没有解决的问题。要想进一步很好的解决这些问题，重要因素之一是通过合成高分子的研究来进行。即合成出具有下述特点的非生物活性高分子，具有与生物高分子相同的折叠机理以天然高分子所显示的精巧水平和程度形成三维结构、功能和性能。从合成高分子或生物高分子衍生物，探讨通过控制高级结构获得与生物分子类似功能的可能性，被称为合成可实现溶液中精巧高级结构的低聚物（foldamers）的研究正在成为高分子科学研究的新方向。就是合成链状高分子的构象控制。（foldamers定义为能形成特殊紧密构象的聚合物；能折叠成构象有序状态的低聚物，其结构由无键连基元以非共价键相互作用实现稳定化，一类是单股螺旋链，只发生折叠；第二类是多股螺旋链，既有相互作用又有折叠）。

以螺旋聚合物链分子内交联形成有机高分子纳米管的工作就是这方面的例子。

生物大分子所具有的主要功能包括分子识别、信息存储、催化，这些过程都涉及到稳定的紧密三维结构生物大分子，这些生物大分子以纳米尺度颗粒悬浮在生理溶液中，每个颗粒中只含有一至几根链，链上的骨架原子空间位置是固定的，只有少数原子在其平衡位置有微小涨落。这些粒子的表面上存在丰富的三维信息，分子尺度的凹凸使得这些粒子具有亲和性、专一性的功能。链状合成高分子要具有类似结构和功能，应该也是在溶液中形成具有高级有序紧密结构，研究合成高分子溶液有序构象对于深入认识自然界生物高分子更为重要。

生物大分子按主链骨架结构分为三大类，但实际上生物大分子丰富多样，主要归根于共聚物序列的变化。由此可看到高分子合成化学中共聚合仍大有文章可做。

手性聚合物的合成与性能研究近年来又取得了许多新进展。从大分子构筑单元获得手性构筑也备受重视。

三、高分子金属配合物（络合物）研究

研究生物体系高分子金属配合物既有助于深入理解和认识生命过程，又有助于更好的设计和制备功能高分子金属配合物。自1985年以来，土田英俊等开始组织召开每两年一度的IUPAC高分子金属配合物会议，长期以来，模拟酶催化是此领域的重要内容，最新进展已发展到高分子固载纳米金属粒子或金属簇。此领域的研究涉及到化学的各个方面，与生物学、物理、医学等相交叉。目前，更加呈现出多学科交叉的特征，且其他科学技术的发展为进一步研究高分子金属配合物结构与性能关系提供了可能性，研究具有新催化性能、纳米结构和光电信息功能等高分子金属配合物的都非常活跃。今后需优先解决的问题包括：高分子配体一金属间配位键的特征（键长、稳定性等）及其与小分子配合物的差别仍需进一步研究；大分子链三个层次的运动（链段、整链、链间）的作用，配位过程热力学和动力学，定量研究方面等。

四、聚电解质与生物大分子

聚电解质是在溶液中能解离成含离子的聚合物，其性能与不带电荷的高分子有很大不同，主要是静电相互作用的存在，大多数生物材料如DNA、RNA均属此类，对这类材料的理论模拟研究目前是很受重视的，对聚电解质构象问题的深入理解，将为蛋白质、核酸等生物大分子的研究提供可靠的分子模型和相互作用机理，聚电解质中存在的长程静电相互作用与其他相互作用如氢键、范德瓦尔斯力相互竞争、共同对聚合物构象形态起作用。理解长程静电相互作用对高分子构象统计行为的影响对理论描述增加了难度。

基于分子模型的标度理论是克服传统德拜理论所存在困难的最好方法，这方面的理论和模拟研究是指导这一体系自组装实验，如多层正负离子聚电解质交替组装的理论基础。

德国马普高分子所的教授发现聚电解质的形态并不只是取决于电荷强度本身，还取决于正负电子在聚合物链上的分布序列。DNA和其他带电荷的生物高分子也是很重要的，DNA持续长度是50nm，可将此看成带电荷的刚性棒，研究发现，在多价离子存在时，能观察到特别有趣的相关相互作用，这是因为反离子聚集的强相互作用，带电荷的刚性棒在多价离子溶液中存在超电荷现象，当大质量盐溶液中，观察到了离子体积效应。研究超电荷效应对理解胶体稳定性、DNA双螺旋相互作用和电泳很有意义。

设计合成了磺化聚苯用于研究DNA带电荷的刚性棒在水溶液中复合过程。

五、旋光聚合物

当一个分子的镜像结构不能与这个分子本身重合时，这个分子就是一个手性分子。手性是自然界存在的普遍现象，生命体中蕴藏着大量的手性分子，手性分子的研究在生命科学、制药以及材料科学中起着重要的作用。另一方面，分子往往要通过分子之间的相互作用来实现其功能。当分子与分子之间相互作用形成聚集体或者材料时，是不是要求分子本身都必须具有手性或者非手性分子能否形成具有手性的聚集体问题，就成了手性研究领域的一个热点。

螺旋选择性聚合可实现对聚合物相对分子质量和旋光方向的控制。合成单向螺旋链高分子仍是十分重要的研究方向。

刘鸣华等通过形成有序高级结构从非手性分子可以构筑手性体系，研究了分子以上层次的手性的基本特征以及构筑这些手性聚集体对分子的基本要求。他们发现当非手性的萘并咪唑长链衍生物铺展在含有银离子的亚相上时，可以与银离子发生原位配位，由于二维界面的限制和萘并咪唑环的影响，所有的芳香族分子不能排列在一个平面内，从而相邻的官能团只能互相扭曲，当这些官能团仅向一个方向扭曲时，就产生了螺旋手性。值得指出的是这类手性与分子的手性有所不同，组装分子聚集体的手性方向是随机的，而不是惟一的。他们进一步用圆二色性光谱考察了在石英板上组装好的萘并眯唑长链衍生物有序膜与银离子配位时手性产生的动态过程。这一研究工作实现了用非手性分子在气液界面形成手性聚集体的转变，对于研究手性材料的形成及功能等具有重要意义。相关的研究工作在美国化学会主办的Chemistry.org网站上进行了介绍。

六、受生物启发或模拟生物体系的高分子

模仿由生物生产的天然材料，进行材料科学研究，是受到国际重视的一个重要方向。受生物启发，对材料结构仿生、功能仿生或过程仿生的研究有望得到性能很好的材料。

对由生物过程生成的天然材料的组成、结构研究是仿生材料的基本问题，是进行仿生设计的前提，已开展的研究也是较多的集中在此。

天然材料的基本特点是轻强韧。

与生物高分子结构类似或相同的高分子材料。生物高分子的性能在许多方面比合成高分子优异，是由特殊化学或物理结构决定的。通过对天然生物材料的观察、分析、模型计算和分子设计，制备与生物高分子相仿的材料。高分子科学早期研究中从研究天然橡胶人手，得到了合成橡胶（聚异戊二烯）。蚕丝、蜘蛛丝等天然纤维的仿生合成是正在努力的方向。天然生物材料中有许多是复合材料，如竹子、骨、贝壳等。复合材料设计中模仿天然生物材料的理想结构，有望获得性能突出的聚合物基复合材料。

七、抗菌高分子

美国宾夕法尼亚大学Klein、DeGrado和麻省理工大学Tew教授合作在抗菌高分子方面作出了有突破的进展，有望用于需抗菌的工作台面到智能织物，所合成的多肽分子具有长久抗菌性能，人体在遇到外来侵害时，第一道防线是防卫性多肽，在白血球抗击外界感染前就开始起作用，这些蛋白质在遇到细菌时能破坏其细胞膜，导致细菌细胞破裂，造成细菌死亡。合成的抗菌分子就是以类似原理起作用。是具有双亲结构带正电荷的磷脂质体，遇到外表带负电荷的细菌细胞膜，黏附并使其破裂。合成多肽的分子形状很重要，其综合物理化学性能更为重要，特异选择性也是必须考虑的。

抗菌高分子纤维：管云林教授在仿生抗菌纤维研究方面取得了重要进展，已发表相关研究论文多篇，其中有的论文已被国外同行多次引用。

大量存在于虾、蟹等甲壳中的壳聚糖，作为一种资源丰富的天然生物高分子，是迄今为止发现的惟一的天然聚正离子化合物。研究表明，壳聚糖和它的衍生物显示出了良好的抗菌活性，抗菌谱广。以往采用的织物抗菌剂多为无机物或有机小分子化合物，存在毒性大、易被洗脱等缺点，而以壳聚糖作为抗菌剂能克服上述问题。黏胶纤维具有很好的穿着舒适性，是由纤维素为原料制成的，纤维素同样是自然界中贮量巨大的可再生天然高分子材料，管云林教授选择了以壳聚糖与黏胶纤维共混制备天然抗菌纤维，因二者结构相似具有良好的相容性，最终织物仍具天然高分子材料所特有的环境友好性能，对保健和环保性衣着织物的研究与开发具有重要意义和广阔的应用前景。

天然壳聚糖相对分子质量很大，并且有紧密的晶体结构，不溶于普通溶剂，限制了其应用范围，而且壳聚糖的许多独特功能只有在相对分子质量降低到一定程度时才能表现出来，选择适当的方法对壳聚糖进行降解制备低相对分子质量壳聚糖就显得尤为重要。管云林教授研究小组选用生产成本低、工艺简单、无污染的Co⁶⁰辐射源，研究了壳聚糖在γ射线辐照下的降解行为。结果表明：壳聚糖相对分子质量随辐射剂量的增加而逐步下降，而且符合聚合物无规降解动力学规律；辐照过程中，壳聚糖降解产物脱乙酰化度略有升高；辐照降解没有引起壳聚糖氨基和羟基官能团和主链结构特征的明显变化。利用超声波进行粉碎，制备了粒径小的微细壳聚糖水分散体，其中壳聚糖微粒分布均匀，研究了多种壳聚糖衍生物的抗菌性，探讨了壳聚糖抗菌性的影响因素及其可能的抗菌机理。在此基础上，以微细壳聚糖水分散体、壳聚糖衍生物的混合物为抗菌剂，以壳聚糖衍生物为增容剂，添加至黏胶纺丝液中，经湿法纺丝制备壳聚糖/黏胶天然抗菌黏胶长丝纤维。该工艺方法新颖，至今未见相同报道。

该抗菌纤维已在几家工厂黏胶长丝生产线上通过批试，所获得的抗菌纤维的物理力学和染化性能均符合国家标准GB　13758－92中优等品和一等品的要求。经权威部门检验所获得的黏胶长丝纤维对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念球菌具有抗菌性。经几十次洗涤后织物抗菌性无明显变化。

华东理工大学和中国纺织科学研究院也在相关研究领域作出了重要研究成果。

弗吉尼亚commonwealth大学的Wynne教授研究了聚合物表面功能化，表面分析技术中，各种测试的表面尺度范围是：原子力显微镜小于1nm，光电子能谱小于5nm，动态表面接触角仪小于1nm。高分子的表面特性对材料的性能影响非常大，多组分聚合物不同组分在表面的分布是不同的，例如聚氨酯中软段在表面附近的分布就是呈现表面富集，他们设计合成了取代环丁醚通过开环聚合制备了大分子单体，观察到带有含氟侧链的组分富集在表面，改善了表面性能，基于此现象，他们在大分子单体上引入具有抗菌功能的基团，当接触到水时此基团会进一步富集到表面，含有2%的这种组分时，能将大肠杆菌等彻底杀死。

Michielsen等研究了具有光诱导杀菌性能的尼龙纤维，能有效杀死金黄色葡萄球菌和大肠杆菌。其思路是为提高卟啉锌在尼龙上的加载量，采用在尼龙上接聚丙烯酸，所用偶联剂是碳二酰亚胺，利用聚丙烯酸和卟啉锌衍生物的氨基作用以共价键结合。抗菌原理是卟啉锌吸收可见光时将能量传递给氧，产生具有高杀菌能力的氧活性种。这种织物有望用于医用纺织品。

八、高分子纳米纤维固载酶

固载在纳米纤维上的酶催化剂使酶活性得到保持或提高。以氨基功能化聚苯乙烯静电喷纺得到直径为120nm的纤维，通过偶联接枝反应将”胰凝乳蛋白酶接在纳米纤维表面，重量接枝率是1.4%，相当于27%的表面被酶包裹，催化性能研究表明：水中催化活性是未固载酶的65%，比其他固载方法高。非水体系中催化活性是未固载悬浮在体系中酶活性的3倍，共价结合改进了酶的稳定性，甲醇中催化活性半寿命比未固定酶长18倍。

从水溶性氨基酸制备丝绸纤维。从γ－苄基－α－谷氨酸酯（BLG）和ε－苄基氧羰基－α－L－赖氨酸（ZLL）与双（三氯甲基）碳酸酯形成N羧酸酐中间体，在胺作用下，缩聚反应形成PBLG和PZLL，水解后得到聚谷氨酸和聚（α－L－赖氨酸），将两种水解产物混合在界面上反应，所产生的聚合物可连续形成纤维，这种由带相反电荷的聚合物形成多股复合形成可纺聚多肽与蜘蛛丝纺丝过程的自组装过程相似。

九、医用高分子

用于医疗中诊断、治疗、修复或替换人体组织或器官的生物医用高分子材料要求高分子在具有特殊功能与性能的同时还具有对人体组织、血液不产生不良作用的性质。应用的医用高分子已有近百个品种，消耗量年增长率达15%。有非植人性的如一次性注射器、手套、输液袋（管）等，有植人性的如药物载体、人工血管、人工晶体、人工脏器、组织工程中的支架材料等。

药物载体材料用于药物控制释放的高分子材料称为药物载体材料。载体材料中非降解性高分子材料已很少用于体内用药，主要研究可降解高分子材料，冯新德先生是我国这一研究方向的创始者，他长期的研究已取得一系列成果并培养了大批人才。药物载体材料特别是控释体系对降低药物毒性、提高治疗效果和减少病人痛苦或麻烦都有重要作用。从释放药物来讲，经历了一般消炎、抗菌药、抗癌药、生育控制制剂，到最新的基因物质、多肽与蛋白类药物。从材料来说，主要研究和使用可降解高分子材料。对基因治疗物质、多肽与蛋白类药物来说，载体材料首先要具有对药物的保护作用，然后是释放可控性，再加上其降解产物对组织无不良刺激性，载体材料具有分子识别性时，能实现靶向控释在特定组织中，即使药物在病区定位释放。另一类药物载体材料具有环境敏感性能，能随环境酸碱性、温度或某种物质浓度的变化而改变药物释放量。

对基因治疗物质、多肽与蛋白类药物来说，载体材料首先要具有对药物的保护作用，然后是释放可控性，再加上其降解产物对组织无不良刺激性，朱康杰等在此领域作出了出色成果。顾忠伟也已研究发展出长效避孕药物和疫苗控释系统。当药物载体材料具有环境敏感性能时，药物缓释系统能随环境酸碱性、温度或某种物质浓度的变化而改变药物释放量。这类载体常被称为智能型高分子载体。姚康德在此方面经多年研究已多有建树。卓仁禧院士曾研究了具有抗癌性的高分子型药物体系，其成果获国家自然科学四等奖，在此基础上，他针对生物降解高分子材料提出了“降解速率—功能匹配”的思想并已得到了较好的验证，发展了一些新的缩聚和开环聚合方法，合成得到生物降解和药物控释材料如聚磷酸酯、聚乳酸、聚碳酸酯、聚酸酐及它们的共聚物等，其中对聚磷酸酯的研究取得了创新性成果，在用于基因运载和转染的高分子材料研究也获得了高水平的成果，为“智能化”或靶向控释药物的进一步研究提供了基础。载体材料具有分子识别性时，能实现在特定组织中靶向控释。

MIT Robert Langer研究了一种不用外加触发的脉冲式释放高分子微芯片。现有的药物控释体系多数是连续释放，但对许多药物如胰岛素、生长因子等来说，连续释放并不能达到好效果，需要以不连续的脉冲式释放，这方面的许多研究都是采用外加触发方式实现的，如pH值变化、变温、光照甚至外加电场。

他们报道的高分子微芯片直径1.2cm，厚度为480～560μm，有36个储药区，每个储药区中可放置不同的药物，储药区外壳是以不同相对分子质量的乳酸乙醇酸共聚物制备的，外面再用聚－L－乳酸包覆，原型器件尝试了多种药物的脉冲释放，如用辐射标记的dextran heparin生长因子等，实现了多种剂量的间歇释放、单一器件释放两种以上的药物（dextran heparin）142天后释放的药物仍具有其生物活性，有望用于长期治疗。基于高分子核壳结构的超分子药物控制释放体系在近年来有了很大的发展。

高分子药物是发展方向。有些高分子本身具有药理活性，聚负离子高分子（羧酸、硫酸、磺酸、磷酸等）能诱发机体产生干扰素，具有抗病毒性或抑制艾滋病毒性，天然存在的聚负离子如含硫酸基和羧酸基（肝素）、含马来酸基聚多糖最具潜在应用前景。另一类高分子药物是通过在高分子链上以化学键接上具有药理活性的物质形成，如将腺嘌呤、胸腺嘧啶或尿嘧啶等基团接在水溶性高分子上。高分子固定化酶药物可避免体内免疫反应，保持高活性。将抗癌药等毒性较大的药物接在高分子上可降低或消除毒性且不易被排泄，当高分子上同时带有靶向基团时，药物靶向性和选择性将大大提高，当高分子链与药物基团连接键断裂后药物基团形成的分子才起作用时，药物高分子化可起到缓释给药作用。

用于组织工程的高分子材料成为近几年的重要研究对象。组织工程是在具有特殊三维结构的可降解聚合物中种植细胞，在一定条件下孵育后形成组织，植入病人体内，组织存活并具有功能时，聚合物完全降解。在软骨、皮肤及心脏瓣膜等方面已取得较大进展。对所需的支架材料，性能的要求要比一般医用材料更高，应同时满足下列要求：相容性好，不引起邻近组织的排异反应，降解速率适宜，在组织生长中需要其具有支架作用时，应具有生物力学所需要的强度，在植人体内时及随后的一段时间内仍能保持原有形状，随组织生长而逐渐降解，表面性能应有利于保存和促进细胞功能。中国科学院化学研究所王身国在用于神经修复组织工程的可降解高分子材料方面作出了出色成绩，动物实验已证明能实现神经组织修复再生。目前，已有聚乙醇酸、聚乳酸和聚乳酸一乙醇酸共聚物三种材料获得成功应用并获美国FDA批准。

介入诊疗高分子材料是我国亟待研究赶上世界水平的一类附加值非常高的医用材料。

医用高分子的生物相容性和血液相容性对其在心血管心瓣膜材料、抗凝血材料、心血管材料及介入导管及器件等方面的应用极其重要。南京大学林思聪通过对生物医用材料生物相容性中血液相容性的分子工程的深入研究，提出“维持正常构象假说”和“化学放大”原理，使争论达半个世纪的血液相容性与材料结构关系的问题得到了本质的阐明；在此基础上对抗凝血生物医学材料表面分子结构的设计、建构与组装也得到了较好的解决，发展了高分子材料表面接枝改性的新途径，有效地提高了材料表面的抗凝血性，从而使生物医用材料中这个重要领域的研究形成我国自己的体系和特色。

十、受到国际关注的几项中国学者的研究成果

我国学者在生物医用高分子方面的研究取得了一定的成就。2003年，美国化学会网站每周一期（每期8篇）的Heart cut栏目评述过的我国生物医用高分子的文章就有多篇。

卓仁禧及其研究小组在固定化酶催化聚合方面的工作很有新意。他们先将硅烷偶联剂与多孔二氧化硅反应，随后以谷胺醛将脂肪酶连接在多孔二氧化硅表面，实现酶固载化。实验发现，这种固载化酶催化三亚甲基碳酸酯本体聚合的活性远比未固载的高，得到的聚三亚甲基碳酸酯相对分子质量高达87400，相对分子质量分布2.06，催化剂可反复使用多次，且催化活性在再循环时更高，聚合物收率不变。

聚丙烯酸甲酯是广泛应用的通用高分子，但不具有生物降解性。卓仁禧及其研究小组将2－亚甲基－1，3－二氧庚环（MDO）与丙烯酸甲酯经自由基加成和开环聚合共聚得到了含脂肪族聚酯结构的共聚物，具有生物可降解性，这类聚合物在水中稳定，如将共聚物放在37℃磷酸缓冲液中6个月，其质量和相对分子质量均未降低，而在从蚯蚓中提取的酶存在下，共聚物发生降解，例如，MDO组分为11.6%的共聚物，在10天内失重20%以上，相对分子质量降至一半。

姚康德研究小组通过共聚对聚乳酸进行改性，他们将L－乳酸、柠檬酸、聚乙二醇或其他二醇如1，6－己二醇共聚，得到多嵌段共聚物，比聚乳酸均聚物亲水性好，水解比聚乳酸快，但同时拉伸强度下降50%，熔点、玻璃化温度降低、断裂伸长率增大。

陈学思及其研究小组在己内酯和丙交酯开环聚合的新催化剂方面取得了进展，制备了一种具有很好催化性能新的稀土钐催化剂。将金属钐在－78℃下溶于液氨，然后加入环氧丙烷，形成异丙基钐胺。此化合物能在40～60℃催化己内酯和丙交酯开环聚合，即可进行均聚反应，也可进行共聚。引发机理是催化剂上的烷氧基进攻羰基碳，钐与单体酯基氧结合形成新的烷氧钐胺活性中心。

姚康德教授等在甲壳素上接枝聚乳酸制备得到具有细胞相容性的接枝共聚物。在65℃下将乳酸与甲壳素混合，在80～90℃真空脱水获得接枝共聚物，所得产物无水条件下为脆性，含水增塑后变为韧性。接枝共聚物拉伸强度提高，虽然细胞在共聚物上的生长速度随聚乳酸支链含量的增加而降低，但材料仍具有较好的细胞相容性。力学性能与生物特性的最佳协调可由共聚物中组分调整而实现。

十一、高分子“温度计”

利用温度变化诱导的含荧光物质的聚合物相转变，获得纳米尺度的器件，在特定温度区域，荧光强度发生非常大的变化，从而显示出温度。所用聚合物是聚－N－烷基丙烯酰胺，其中含有约1%的荧光单体单元，在较低温度下，此聚合物几乎没有荧光，随着温度提高，聚合物开始发生相转变，局部极性下降，引起聚合物链上荧光组分荧光强度的大幅增强。例如，37℃时的荧光强度是29℃的13倍。对应每度的变化这种方法给出的荧光强度是其他方法的10～30倍。这种结果至少可反复10次。而敏感温度的范围可由变换聚合物单体上的N－烷基而改变。有望用于医学、生理学和分子生物学检测等。

十二、界面相互作用研究新方法

酯质体膜与聚合物黏附相互作用对于聚合物在药物控制释放和基因治疗方面的应用起着重要作用，在聚合物黏附的宏观效应方面已进行了大量研究（如断裂硬化、体积变化、膜形状变化等），但在分子水平上的研究刚刚开始。以衰减全反射傅里叶红外检测高分子在酯质体双层膜上的吸附与扩散动力学，获得了分子尺度的信息。该研究提供了聚合物链在酯质体双层膜上吸附和扩展动力学新认识：聚合物在双层体系凝胶和流体两种状态的扩展均与高分子聚合度无关、扩散时间短、酯质体重新取向等现象意味着聚合物在流体双层膜表面吸附的速度控制步骤是聚合物链自组织和酯质体双层膜重构。

模型体系是常用酯质体简单双层结构，在固体基体表面上的双层膜的静电荷为零，避免了静电荷影响带来的复杂性，此体系在23℃有一个凝胶到流体的转变，便于研究酯质体的流动效应，并保持生物类酯膜的流体特性，由纳米尺度水层将双层膜与基体隔开。

实验过程中，将聚甲基丙烯酸10mg/L到1000mg/I，稀溶液与双层膜接触，以红外光谱原位检测。质量黏附对时间的曲线表明，由于聚甲基丙烯酸与酯质体端头基团静电相互作用，聚合物很快发生吸附，聚合物链在双层膜表面的扩展可由带电荷吸附剂与不带电荷吸附剂的强度变化比来检测。此比值的指数衰减表明，从其三维构象到二维构象链的“去折叠”使链段一酯质体静电接触增加。

结果表明：扩展速度比酯质体在双层膜中的扩散速度低，而且聚合物在双层体系凝胶和流体两种状态的扩展均与聚合物中重复单元数无关，意味着液滴在黏弹表面上的扩展。偏振光红外光谱的确表明聚合物吸附导致酯质体链相对于基体的重新取向，对应凝胶双层膜变化角度约10°，对应液体7°。将二元色性与离子化比例进行相关分析，计算出了当体系达到平衡时，聚合物上的一个带电荷单元至少影响5个酯质体端基基团。

十三、单一活化同时多重释放的超支化高分子

所设计合成的超支化高分子，在特殊条件下，可在几代所有支化点同时发生断裂，呈“小瀑布式释放”、“自毁灭”、“超支化放大”。可用于药物控制释放或化学放大器。

十四、血液净化高分子材料

何炳林等在深入认识生物大分子分子识别的基础上，设计合成了特异性免疫吸附剂和高选择性血液毒性成分吸附剂，用于净化血液中致病物质、神经毒素、过量药物，并为进一步解决血液净化法低密度脂蛋白清除和自免疫疾病治疗等奠定了基础。这一研究不仅总结了血液吸附性能与血液净化功能之间的关系，揭示了主客体之间的分子识别规律，而且成功地使两个以上的品种开始产业化。

中国科学院成都有机化学所邓先模在聚乳酸型可降解材料方面的研究处于较高水平。有望用于骨折病人手术时植入的固定夹板等。

十五、综述

今后，医用高分子材料的研究将会更加关注材料与机体细胞间的相互作用和医用高分子表面修饰；对适于组织工程应用的和具有不同降解速度可降解高分子材料的研究仍将很受重视。同时，有机聚合物无机纳米复合型仿生医用高分子材料的研究会有新的进展，长远来看，具有生物活性的医用高分子材料将不断逐渐面世并走向应用。

目前，以生物高分子为起始物，进行组装、复合制备图案化、复合材料、构筑等研究日益增多，如MIT研究小组以多肽进行组装、获得了各种构筑；Naik等以多肽等生物高分子作为模板（起催化剂或诱导剂作用），进行无机物生物矿化过程的研究，观察到了生物高分子对无机物的成核作用和生长过程的控制作用，研究发现其活性可控。在许多情况下，生物高分子/无机纳米复合材料中的生物高分子（例如酶）依然保持了活性，他们详细考察了各种生物高分子对无机物的成核作用规律；制备了高分子与生物高分子/无机纳米复合材料的纳米图案化，发现在周期性合成高分子的图案中，生物高分子催化无机物形成直径约在500nm的无机颗粒连续排列的阵列，可望作为光子学器件的制备方法之一。含生物活性侧链的聚烯烃、其他聚合物等都正在被大量的研究和报道。

生物材料制备现在有两条互为补充的途径。一条是从大到小，将复杂生物体系裂碎成其组成部分。例如将病毒粒子分离得到外壳形成病毒笼；另一条是从小到大，从分子或原子生成新的超分子构筑，需要对每个分子构筑单元及其结构、组装性质、动力学行为有很好的认识。分子组装的两个关键因素是化学互补性和结构相容性，在自组装中以非共价键弱相互作用将构筑单元结合起来。借鉴自然过程，已在纳米材料和生物科学的结合上取得了许多进展，包括用于三维细胞培养和组织工程的纳米纤维材料、多肽或蛋白质纳米管、螺旋带的组装、多肽蛋白和酯质体支架的制备、由噬菌体选择组装获得电子材料、用微波调整分子行为等。