丙烯酸树脂在医用黏合剂中的应用

摘要：讨论了丙烯酸树脂在医用黏合剂中的应用及进展。

 

关键词：丙烯酸树脂，黏合剂，应用

 

丙烯酸树脂在医州黏合剂领域中的开发和应用有着悠久的历史，1936年德国Kulzerr公刊以甲基内烯酸甲酯(MMA)为主体的牙齿黏合剂开始出售，1959年美国Fastman910a-氰基丙烯酸甲酯快速黏合剂问世，实现了外科手术由缝、扎到黏合的革命，1960年Charnly首先将丙烯酸骨水泥用于人工髋关节的手术中获得成功。自20世纪70年代开始，随着医用高分子材料学科的迅速发展，医用丙烯酸树脂黏合剂的研究开发与应用也不断扩展，单是以a-氰基丙烯酸酯为主体的医用胶，临床应用病例就超过了100万例。近年来，医用丙烯酸树脂黏合剂的发展更为迅速，逐步实现了产品系列化、品种多元化，适应于各种不同用途，其中包括组织黏合剂、牙齿黏合剂和骨黏固剂等，应用越来越广。

 

众所周知，丙烯酸类的聚合物具有一系列共同的特点，透明、低毒，易于配制，广泛的黏接性，耐水性，耐久性。使丙烯酸树脂在医用黏合剂中得到厂泛的应用，并可能满足医用黏合剂提出的特定的如下要求：

1)安全、可靠、无毒性、去三致(致癌、致畸、致突变)；

2)具有良好的生物相容性，不妨碍人体组织的自身愈合；

3)无菌，且可在一定时期内保持无菌；

4)在有血液和组织液的条件下可以使用；

5)在常温、常压下可以实现快速黏合；

6)具有良好的黏合强度及持久性，黏合部分具有一定的弹性和韧性；

7)在使用过程中对人体组织无刺激性；

8)具有良好的使用状态并易于保存。

目前应用于临床的主要有以下2类产品：

1)a-氰基丙烯酸酯类黏合剂；

2)聚丙烯酸酯类黏合剂。

其中a-氰基丙烯酸酯类黏合剂是发现最早、应用最广泛的组织黏合剂。该种黏合剂的特点是粘接速度快、粘接强度高、而且毒性相对较小，组织反应相刘较弱，是临床应用的主要品种。聚丙烯酸酯类黏合剂广泛用于口腔正畸、牙齿修补，在骨科中广泛用于人工关节置换术中人工关节的固定、骨缺损的充填材料。

 

自20世纪50年代美国Eastman Kodak公司发现a-氰基丙烯酸酯的黏合性能后，该类黏合剂以其优异的性能得到了厂泛的应用。我国自20世纪60年代开始研究应用a-氰基丙烯酸酯，70年代以后相继开发出了性能优异的同系列产品，如a-氰基丙烯酸正丁酯、异丁酯、止辛酯及改性的医用丙烯酸酯类黏合剂。目前，以a-氰基丙烯酸酯为主的多种软组织黏合剂已广泛应用于普外、脑神经、胸外、肛肠、泌尿、计划生育、耳、鼻、眼、口腔、烧烫伤等外科手术中，取得了显著的临床效果。

 

a-氰基丙烯酸酯中有高负电性的腈基和酯基，使单体中的双键具有极高的活性，易受弱碱(如水、醇)的进攻，快速引发阴离子聚合，使该黏合剂有瞬时粘接的特点，并具有较高的强度，此外高级酯比低级酯粘合的速度更慢、更易于操作，且毒性相对较小，组织反应相对较弱，但抗菌力和降解速度要差很多。因此，在医疗应用上要对这类黏合剂选择一种综合性能较好的单体来聚合。日本多用a-氰基丙烯酸乙酯；美国、德国等欧美国家多采用a-氰基丙烯酸正丁酯；我国多采用a-氰基丙烯酸正辛酯、正丁酯以及改性剂。我国从20世纪60年代中期起，由中国科学院化学所及上海、辽宁等地先后合成a-氰基丙烯酸正丁酯及其异丁酯。70年代，西安化工研究所合成了a-氰基丙烯酸系ZT胶和HT胶，用于组织吻合和血管栓塞，另外还有计划生育用胶，眼用胶及耳用胶，临床应用已逾万例。

 

a-氰基丙烯酸酯类化合物作为医用黏合剂使用叫具有其独特的优点，主要体现在以下几个方面：

1)使用方便。该类化合物为单组分液态无溶剂黏合剂。使用时无需外力加条件(如加热、加催化剂等)即可在室温下几分钟，甚至几秒钟内固化，被粘接表面不需要特殊的处理。

2)使用量少。该类化合物的黏度低，易铺展，单位面积的使用量少，粘接强度高，适用范围广。

3)固化后无色透明，收缩率一般为11%-14%，外表美观。

4)具备与天然组织相适应的物理性能。

5)具有良好的生物相容性。

a-氰基丙烯酸酯类黏合剂虽然应用广泛，与传统的缝合方式相比具有明显的优势，也逐渐被临床使用者所接受，但仍然存在着一些问题，如：

1)存在对活体组织的异物反应，妨碍组织愈合；

2)使用时聚合热易使黏接面组织受到损伤；

3)黏接部位弹性差，随器官表面张力的柔软性不够：

4)储存期短，易发生凝固，而且具有较强的刺激性气味和弱催泪性，粘接处有时发生白化现象。

因此，在充分考虑到诸如粘接强度、固化物柔软性等因素后，用改性手段最大限度地降低其副作用是目前研究的热点。改性的重点在于提高以下性能：

1)吸收生物体组织的水分，快速固化，增强与组织间的密合；

2)固化后粘合部位具有一定的柔韧性；

3)缓解软组织吻合部位的应力集中；

4)黏合剂贮存稳定；

5)具有良好的生物相容性和生物可降解性。

 

在牙科黏合剂中，丙烯酸树脂是目前牙科临床应用最多的高分子修复材料，常用的丙烯酸树脂为MMA和双甲基丙烯酸缩水甘油酯(Bis-GMA)及其衍生物。主要用作齿科充填树脂、牙釉质黏合剂和牙本质黏合剂。

 

最近，唐立辉等^[1]研制了1种含新型基材树脂PU-EAM(六次甲基二异腈酸酯)HDI改性环氧-丙烯酸酯的CC-2SH型牙科黏合剂，并进一步用该基材树脂开发了可见光同化VLC-OA型正畸黏合剂，与化学固化粘合剂相比，其操作方便，固化时间短。

 

蒋继英等^[2]研制了6-甲基丙烯氧二氰磷酸酯活性单体，该单体分子中磷酸酯基团与牙齿中的Ca2+能形成络合配位键，同时与牙齿中的有机成分也可能形成氢键。分子另一端的丙烯酸酯基团则可与复合树脂类修复材料的基质树脂发生共聚反应，形成共价键，因此使黏合剂既可粘接釉质又可粘接牙本质。

 

丙烯酸树脂在牙科黏合剂中主要承担机械结合力的作用，为了强化与牙质的黏合性，需存其中添加偶联剂。常见的偶联剂有甲基丙烯酸氧乙基偏苯三酸酐酯(4-META)、均苯四甲酸二酐与甲基丙烯酸羟乙基的加成物(PMDM)、6-甲基丙烯酰乙基萘-1，2，6-三羧酸酐(MENTA-1，2，6)、2-羟基-3(2，6-二乙基苯胺)丙基甲基丙烯酸酯，以及有机磷酸脂类。使用这些偶联剂，与牙釉质的粘接强度可达20～30MPa，与牙本质的粘接强度可达20MPa以上。华西医科大学邹肇娥^[3]对偶联剂做了深入研究，筛选出2种偶联剂NBG-GMA和NBG-CGE，临床应用500例，疗效良好，性能稳定，优于国外同类产品。

 

1960年，J．Charnly首先将丙烯酸树脂骨水泥应用于人工关节置换术中，此后在矫形外科中的应用迅速增加，得到了广泛应用。在国外，丙烯酸树脂骨水泥已形成系列化产品，较知名的有德国Palacos骨水泥、美国Howmedica公司的Simplex-P骨水泥及美同Zimmer公司的系列骨水泥等。

 

丙烯酸树脂骨水泥是由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或甲基丙烯酸甲酯的共聚物与甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体组成的室温自凝粘固剂。丙烯酸树脂骨水泥成品一般由聚甲基丙烯酸甲酯粉剂和甲基丙烯酸甲酯液剂2种组分组成，使用时粉剂和液剂按一定比例混合后，在室温下经过沙浆状-稀粥状-面团状，最终固化成同体物质，从而达到对人工关节镶嵌固定的目的。骨水泥适用的病种有类风湿关节炎、骨关节炎、例伤性关节炎、陈旧性股骨颈骨折、老年股骨颈骨折，适于做人工关节置换者以及关节成形术后需再次手术者等，此外，也可用于恶性肿瘤引起的不稳定骨折，作为固定材料及充填修补材料及颅骨修补术等。

 

丙烯酸树脂骨水泥从使用方法上分为面团型和注射型2种，而团型骨水泥是在面团状初期时用手指将其填入骨髓腔中，再插入人工关节以达到关节固定的目的；注射型骨水泥是将骨水泥用注射器或骨水泥枪注入骨髓腔中，然后插入人工关节进行固定。面团型骨水泥由于黏度高、流动性差，因此在骨界面渗透不好，常有缺损，簿厚不均，从而降低了界面强度、容易造成人工关节的远期松动，注射型骨水泥黏度较低，在骨水泥骨界面形成了较多的交锁作用，同时使假体骨水泥的界面更紧密接触，从而提高了假体的牢固性，大大降低了假体的远期松动。1982年StaufferSutherland分别报告了使用面团型骨水泥充填技术实行全髋关节置换术10年随访结果，X线松动率分别为29.9%和40%，1990年Stauffer又报告了一组使用注射型充填技术的全髋关节置换病例，共222髋，平均随访9.6年，松动和其他原因所致的总失败率为7.7%，Callaghen(1994)报告使用注射型充填技术随访超10年的106髋，松动率为1.8%，再手术率为0。

 

在国内，天津市合成材料工业研究所和中国人民解放军总医院共同研制的面团型丙烯酸树脂骨水泥于1979年通过鉴定，填补了国内空白，随后天津市合成材料工业研究所又研制开发了含硫酸钡显影剂丙烯酸树脂骨水泥，已投放市场20余年，被广大医生认为是国内进行人工关节置换术的首选材料。近年来，随着改革开放的不断深入，国外人工关节置换新技术不断引进，同外各种品牌的注射型骨水泥也在国内市场不断出现，但价格昂贵，极大地阻碍了骨水泥新技术的普及。目前，天津市合成材料工业研究所已研制开发出了注射型丙烯酸树脂骨水泥，填补了国内空白。

 

Sadao Morita等^[4]制备一种新型丙烯酸骨水泥，它与骨有良好的粘结性。在MMA中添加羟乙基均苯三酸4-甲基丙烯酯(4-META)作为促粘剂，添加HA粒子作为骨相容性填充材料。未添加4-META的骨水泥的强度随HA含量增加明显下降，而添加4-META的骨水泥强度并未受HA粒子的影响。

 

Pascual B等人^[5]采用乙氧基三缩二乙二醇的甲基丙烯酸甲酯作为骨水泥的改性物。

Durtan N．等[将聚甲基丙烯酸丁酯与聚甲基丙烯酸甲酯共混制备低模量聚甲基丙烯酸甲丁酯骨水泥，其弹性模量仅0.27GPa，远低于普通PMMA骨水泥的212GPa。与PMMA相比，其耐磨性能提高，可有效防止磨损颗粒的产生。

 

目前，医用丙烯酸树脂黏合剂已广泛应用于外科领域，晶种越来越多，用途越来越广，但还需进行改进和完善。随着医用丙烯酸树脂黏合剂的发展，外科治疗必将日益完善。