輻射技術在醫學高分子材料中的應用研究（下）

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。

交聯是增加材料力學性能的一種有效方法，輻射交聯是利用射線的能量活化材料，使材料發生自身交聯。輻射交聯合成水凝膠有許多優點。首先，他解決了產品滅菌問題；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技術。輻射交聯一般不需要催化劑、引發劑，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，在許多方面優于過氧化物交聯技術。聚合物的輻射交聯為自由基鏈式反應。

輻射交聯反應可以分為3步：

1.初級自由基及活性氫原子的形成；

2.活潑氫原子可繼續攻擊大分子片段再產生自由基；

3.大分子鏈自由基之間反應形成交聯鍵。

高分子輻射交聯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生，可改善組分間粘合力及相容性。如己有研究發現，輻射交聯不僅能改善材料的力學性能，而且能改善共混物的相界面。上海科技大學的劉鈺銘等輻射合成甲基丙烯酸β-羥乙酯(PHEMA)水凝膠，發現完成這一聚合-交聯過程所需劑量很小，不到1×10-4Gy即可得到高于90%的凝膠含量的水凝膠產物，且水凝膠的力學性能明顯提高。

生物活性物質的固定化

生物活性物質是指酶、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合在生物高分子材料內部或者表面。這種技術統稱為活性物質的固化。這一新技術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百倍，以維持局部患病區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合起來植入患區，然後讓藥物緩慢地釋放出來，*可以使藥物在指定部位持續安全穩定的發揮藥效是現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、共價結合法、肽鍵結合法和交聯法等幾大類。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，工藝也比較簡便。而共價結合法則涉及到酶的功能團與聚合物載體的共價鍵結合條件較劇烈，制備過程繁瑣。交聯法是利用功能團試劑與酶分子之間進行分子交聯，制備程序相對復雜。

從結合程度方面看，物理吸附法中酶與載體的結合不牢固，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合相對牢固。包埋法、共價結合法、交聯法的結合程度都比吸附法更強。可以看出，吸附法操作簡單，對酶活性影響不大，但酶與載體的結合較弱，易于脫落，并不是一種理想的固定化方法。共價結合法和交聯法中酶與載體的結合較強。

南京大學環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；聚合物的非晶結構有利于小分子尤其是水分子的滲透和擴散，多孔結構有利于微生物的生長和繁殖。

用材料的消毒

早在倫琴發現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，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、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，保證材料的安全衛生。 

用品的輻射滅菌與傳統的高壓滅菌、化學滅菌相比，具有滅菌徹底、操作安全、不污染環境、可對帶包裝的物品以及熱敏物質進行滅菌、以及可實現連續化操作等優點。因而，輻射滅菌已經成為輻射加工中發展*快，應用*成功的領域之一。

隨著人類逐步進入老齡化社會，開發生物相容性優良、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的進步以及在材料制備中的應用日趨廣泛，輻射技術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、固定化等輻射技術在生物用材料制備、改性、消毒上的研究和應用，將大大促進生物用材料的發展。