微创介入医疗器械中高分子材料的应用

朱文娜

（河北省衡水市人民医院，河北衡水 053000）

微创介入医疗是使用一系列介入器材和现代化设备两种相结合而抵达体内病变位置，从而实现微创伤治疗效果的新兴医疗技术。相较于传统不同的外科手术，它具有只需要进行局部麻醉且创伤小、安全系数高、术后恢复快等优势，这样就大大减轻了病人的痛苦，也降低了病人的治疗费用；同时，要求医生具有的手术操作难度也明显降低。所以，微创介入医疗在临床医学医用领域具有广阔的应用前景。

对于微创介入医疗常用的高分子材料是治疗过程中关键环节，高性能的介入医疗器材在某种程度上可以确保手术的安全性、患者的舒适程度等。因此，这类医疗材料应具有生物相容性好、较易加工、机械强度高、耐腐蚀等特点［1］。当前，多元发展的高分子材料在满足这些要求的同时，也逐渐成为理想的医疗材料。现在高分子材料在微创介入医疗器械中应用十分广泛，如支架、覆膜材料、导管等［2］。为了更好地了解微创介入医疗器械，本文对相关的高分子材料产业的现状进行了总结、同时对未来的发展趋势进行了分析。

1 微创介入医疗器械高分子材料的现状

微创介入医疗器械材料从开发研制到生产加工再到应用，涉及了许多生物医疗材料，其主要可分为输入器高分子材料和植入性高分子材料，不论哪一种都在微创介入医疗领域发挥着极其重要的作用。

1.1 输送器高分子材料

在微创介入医疗器械中，常用的有支架、覆膜支架等。这些器械和输送器构成完整的介入医疗器械。输送器在运输后，还要完成放置后撤出体外的废弃过程，所以通常是一次性用具。虽然如此，输送器的性能优劣直接会影响手术过程的顺利程度和术后的恢复过程，更重要的是影响到治疗器械能否稳定准确放置到指定部位。

在治疗过程中，需要选择易于穿刺的静脉或浅表动脉入路，并且还需要通过迂曲的血管才能将治疗器械运输到病变部位，这样就要求输送器拥有良好的追踪性能、柔顺行和扭控性等。而各类具有不同性能的高分子材料为输送器材料提供多种方向，如聚醚嵌段酰胺共聚物、氟类高分子材料等。

1.1.1 聚醚酰胺嵌段共聚物（Pebax）

Pebax是通过组合不同种类和比例的硬段线性聚酰胺链段和软段聚醚链段得到不同硬度产物。其中聚醚软段提供了延展性与柔性，而聚酰胺硬段则提供了物理交联作用。不仅是硬度广泛，Pebax材料还具有良好的机械性能、生物相容性和易加工性，因此受到广泛关注［3］。

由于不同型号的Pebax间具有良好的相容性和热焊接强度，在作为微创介入治疗器械材料的导管时，根据需求将不同的Pebax材料作为不同的部分来得到硬度渐变且更为贴合的导管。例如前端在人体内弯曲的血管部分需要更为柔软以到达病变部位；而后端需要一定的硬度以保持足够的支撑；在过渡时则要求平滑且具有较好的连接强度来保证在使用过程中减小对血管的刺和前进时的阻力，同时在治疗时保持完整。由此可以看到Pebax材料在微创介入治疗器械中十分重要。

1.1.2 氟类高分子材料

实例 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

在微创介入医疗器械材料中，氟类高分子由于其摩擦系数小、生物相容性优异受到广泛关注［4］。其中聚四氟乙烯（PTFE）的摩擦系数最小，使其可以直接作为输送管，是微创介入治疗器械中最为常用的材料之一。然而，PTFE属于非极性高分子材料，不能直接进行胶粘或热焊接加工。因此，它仅能通过机械法进行连接；另外，PTFE的模量较低，在使用过程中受到的摩擦阻力和拉伸时会轻易伸长变形，因此限制了纯PTFE直接作为各类导管的应用。通常在使用时它需要制成复合材料。

聚偏氟乙烯（PVDF）和全氟乙烯丙烯共聚物（FEP）由于它们的熔点最低，使得其更易于热焊接或进行胶黏加工，因此在微创介入医疗器械材料对摩擦系数和加工方面有较高要求时使用。另一类氟类高分子材料，聚醚醚酮（PEEK），它是模量、强度最高、硬度最大的一种。PEEK在受热时会发生软化而难以形成熔融状态，所以很难对其进行热焊加工，它通常会在对硬度要求比较高的薄壁输送管被考虑采用。

将氟类高分子在作为导管或是输送器时，可以降低治疗器械的阻力，提升治疗器械释放时的可控性与准确性。另外，氟类高分子材料也可以作为金属材料导管外表面涂层所使用的材料，来减小在人体内受到的阻力。

1.1.3 聚酰胺材料

相较于前几类材料，聚酰胺高分子材料（PA）具有适中的摩擦系数、易于加工、高强度等特点，也可以作为微创介入治疗时所使用的导管。另外，PA及其共聚物高分子材料耐磨损且模量高，也可以将其作为制备球囊的首要材料。如FXminiRAIL双导丝球囊扩张导管，它的球囊部分及导管主干外层成分中含有PA，并且在导管的外表面涂敷了一层由聚乙烯吡咯烷酮和聚丙烯腈所共同组成的水性涂层，因此它被广泛应用在改善冠脉。另一类MissouriPTCA球囊扩张导管的球囊也是由PI构成的，其近端管是由涂敷了PFTE涂层的不锈钢材料支撑的。

1.1.4 聚酰亚胺材料

聚酰亚胺（PI）具有稳定的化学性质，综合性能最佳，耐高温甚至可以达到400℃以上，并且具有耐腐蚀、无明显熔点、吸水性差、机械强度（1×106Psi）和模量（42×105Psi）高等优点。其高强度和低延伸性，可将其制为薄管壁（0.03~0.05 mm）的微创介入治疗器械中所使用的输送器材料，最大降低了输送器的截面积，减小了手术的风险。由PI所制成的材料也适用于其他各类医疗器械，如血管构造、输送器鞘管等材料。

1.1.5 复合高分子材料虽然上述各类材料各自具有优异的特性，但是若单一使用它们的输送器材料通常会具备许多缺点，如聚醚嵌段酰胺共聚物所制成的输送器易断裂且模量小，在进入人体并释放医疗器械时所受的阻力会增大，有甚者会导致鞘管拉伸变形等，这样会增加微创介入手术的风险。由此，需要综合它们的优点来制备出复合材料，以满足微创介入治疗器械的需求［5］。

1.2 植入型高分子材料

在微创介入治疗器械中，覆膜支架、栓塞剂、可降解支架和治疗药物等需要控制来释放体系的载体均可以用高分子材料满足需求。而这类器材被植入后通常存在长期与人体共存的情况。由此，所使用的高分子材料应确保具备良好的抗血栓性、优异的相容性、稳定的物理化学性质和较高的机械强度［6］。

1.2.1 覆膜支架材料

覆膜支架中分为覆膜和支架两个部分，由覆膜（一层高分子膜）附着在金属支架表层并随着支架长期地被植入在人体。所以其使用的高分子材料需具备优异的生物相容性和较好的机械性能，而在治疗不同疾病时所使用的覆膜通常还需要具备特定的功能。目前聚氨酯（PU）和膨体聚四氟乙烯材料（ePTFE）最广为使用［7］。

PU的机械强度高、抗老化、耐腐蚀、化学性质稳定、支撑力强，并且在展开时充分。另一方面，PU的制备工艺较为简单，可以使用合适的溶剂将聚氨酯树脂溶解为液体后，后将其附在支架上烘干即可［8］。

对于ePTFE，在其制备过程中可以通过受控条件来对PTFE管进行膨胀而形成，所制备的ePTFE的结构上将会产生许多微小气孔，可以利用这个特点再对其进行修饰，赋予其更多的特定功能（如透气、多微孔结构、化学稳定性、低摩擦系数等）。在这几十年的观察中，ePTFE无致敏性、无毒、无致癌性，人体内的血管组织或是其他的组织细胞可通过微孔结构生长在支架上，而不形成纤维囊肿，不与人体环境组织发生排异行为［9］。

1.2.2 栓塞剂高分子材料

栓塞治疗在微创介入治疗中起到重要作用，通常应用于肿瘤治疗、出血控制和消除器官功能等。在通过静脉内导管或动脉往往需要人为地将塞物注入到病变位置的供应血管或部位中，此时需要闭塞血管或中断供血的栓塞剂。这就要求栓塞剂能保证栓塞时间（几天到几周）的同时不影响人体活动。常用的栓塞剂有吸收固体栓塞剂材料、永久性固体栓塞材料、微弹簧圈栓塞材料等。

可吸收固体栓塞剂材料中明胶海绵由于其具备优异的遇水膨胀性、可压缩性、抗原性、廉价、无明显生物毒性等特点最为突出。但是明胶海绵栓塞剂在进入人体后只能暂时起到闭塞作用。它常用于肿瘤切除前的栓塞止血、小动脉出血栓塞等。永久性栓塞材料中常用的是聚乙烯醇颗粒，它不溶于水且在体内不会发生降解，同时具备优异的生物相容性。当其在血管中聚集时，将会堵塞血管形成血栓，接着阻碍栓塞治疗时所建立的侧支循环。然而，聚乙烯醇易产生“黏管”，这将会带给患者疼痛和并发症。微弹簧圈栓塞材料是一类机械栓塞材料，在治疗过程中，它将在导丝的牵引下通过微导管保护人体正常身体组织的前提下，对体内存在损伤的血管进行结扎。

1.2.3 可降解高分子支架

近几年，生物可降解高分子材料所制成的支架材料引起广泛关注［10］。其中，聚乳酸材料（PLLA）作为突出。它具有高张力强度、较高模量和机械性能等优点。在自然环境中，PLLA的自我完全降解时间多于2年，而在具体的治疗中，血管再狭窄会发生在3~6个月，往往大约在3个月达到峰值，之后发展缓慢，并且在6个月时便会停止，1年后在发生再狭窄的可能性较低。PLLA支架的机械强度与金属支架相近，所以可以将其直接用于微创介入治疗支架的制备。然而，当前还有一些问题需要解决，如PLLA支架在使用时展现出的亲水性差、韧性和生物活性不足等缺点，因此需要对PLLA材料进行改性来提升有效性和安全性，以满足治疗需求。

2 微创介入医疗器械高分子材料产业的展望

随着我国经济快速发展、科学技术的进步和国民生活水平不断提高，医用高分子材料逐渐被广泛地应用于医疗诊断器材材料中，包括临床诊断、疾病治疗和检测以及病患护理中。由于在医疗过程中必须与患者直接接触，所以对于高分子材料性能要求是十分严苛，必须同时满足生物相容性好、机械性能强两个特点。特别是在与患者的皮肤、血液或是体液直接接触时，这些含有高分子材料的医疗器械或长或短都将被植入或置于患者体内。由此更加要求微创介入医疗材料含有的高分子材料必须具有相应特性来保证器械的安全稳定性。

要将性能优异的高分子材料应用于微创介入医疗器械材料领域，就需要根据市场和材料的发展需求，优化并调整两者的产业结构，鼓励企业和科研机构的科技创新，推进高分子材料产业和微创介入医疗器械领域的转型升级，扶持重点产业，提高对生物基材料、高端树脂在医疗器械领域的产业研究和应用，逐步打开高分子材料在国民基础医疗器械领域的市场。另一方面，同时也需要设立国内高新技术企业产品注册绿色通道，与政府支持下的产学研医紧密结合，制定有利于微创医疗器械全面发展的国家及省市医保政策。在现代医疗背景下，推动医用生物高分子材料的研发过程具有至关重要的作用。然而，根据目前情况而言，高分子材料在微创介入医疗器械市场中还存在一定抵抗性。在研究与实际应用中，研究人员与医师应在根据实际的临床需求与病症，对医疗器械原材料和治疗方案进行选择。

3 结语

随着科技进步和时代的发展，医疗方式逐渐倾向于快速、稳定、健康可靠，而微创介入医疗在未来必将起到至关重要的作用。然而从高分子材料当前的应用数据，在微创介入医疗器械市场上，仍对具有出众性能的高分子材料的广泛应用存在一定的阻力。在实际研发、制造和应用时，对于各类临床需要，选择最佳医疗器械原材料和解决方案以满足疾病等可持续发展时代的要求，这仍然是现实的重点难点。通过推动生物医药高分子材料在医疗器械中的研发和应用，将会充分发挥微创介入医疗器械和聚合物材料在医疗服务中的作用。