医用硅橡胶专题

--------医用硅橡胶

材料81

张骏闻

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　简介

医用硅胶是美容外科中应用相当广泛的生物材料，有多种形态，如：液态硅胶油、胶冻样硅胶、泡沫状硅胶海绵及弹性固体硅橡胶等，目前应用较多的是固体硅橡胶。硅橡胶具有良好的生物相容性，对人体组织无刺激性、无毒性、无过敏反应、机体排异反应极少；具有良好的理化特性，与体液以及组织接触过程中能保持其原有的弹性和柔软度，不被降解，是一种相当稳定的惰性物质。能耐高温，可消毒。加工成型方便，易加工雕刻形状，使用方便。

有机硅类的生物惰性材料主要有有机硅胶，有机硅橡胶具有无毒、无污染、不引起凝血、不致癌、不致敏、不致畸等性质，具有良好的生物相容性。化学稳定性好，可以耐受苛刻的消毒条件。有机硅橡胶制品长期植入体内不会丧失弹性和拉伸强度。有机硅橡胶可以根据需要加工成管道、片材、薄膜，以及其他形状复杂的构件。广泛用于制作人造瓣膜、人造心脏、人造血管、人工喉、人造肾脏等场合。有机硅凝胶还是整形外科的重要填充材料。

一、医用硅橡胶的发展

1、国外开发应用较早。

硅橡胶的医用特性发现于1945年。进入20世纪60年代，国外相继出现了不少有关硅橡胶作为人体植入材料和医疗制品应用的报道。特别是硅橡胶在心脏起搏器、心脏瓣膜中的应用，不仅使成成千上万的患者获得了新生，而且也为其他医用制品的开发起到了很大的促进作用。20世纪60~70年代，国外已有许多医用硅橡胶制品（硅橡胶乳房、指关节、眼眶底托、气管插管、耳廓、脑积水引流管、腹膜透析管、带气囊分道导管、导尿管等）投入了临床应用。

2、国内近年进展快

我国对医用硅橡胶制品的研发和应用始于20世纪60年代，但大量的基础研究及产品试制工作还是在70年代后进行的。特别是近几十年来，硅橡胶作为生物适应性材料的研究已取得了很大的进展，并且有许多功能化、系列化的医用硅橡胶制品投入了临床应用。

二、医用硅橡胶的特性和临床应用

近20年来随着化学工业的发展，高分子材料日益代替过去的金属材料（如金、银、铂及其他合金刚等）及生物性材料（如骨、软骨等）在临床上得到了广泛的应用，人体医用硅橡胶就是高分子材料中的一种。

1、医用硅橡胶的成分和特性

成分：硅橡胶属于合成橡胶之一，化学名称为聚甲基乙烯基硅氧烷，是由二甲基硅氧烷单体及其他有机硅单体在酸或碱性催化剂作用下聚合而成，相对分子量一般在40万~50万。

硅橡胶的主链只含有硅和氧原子，是长链硅氧烷结构，侧链可以接入各种不同的有机取代基，根据取代基不同构成性能各异的不同品牌。常见的取代基又甲基、乙烯基、苯基、氰基等，或者引入其他元素，如氟等，构成具有不同性质的甲基硅橡胶、甲基苯基硅橡胶和氟硅橡胶等，其化学结构可以表示如下：

不同策基的引入可以改善硅橡胶的硫化、耐高温或低温性能。硅橡胶的制备通常是以八甲基环四硅氧烷与少量含乙烯基或其他有机官能团的环硅氧烷为原料，在氢氧化钾或四甲基氢氧化铵催化下进行开环聚合得到的硅生胶，在经过硫化交联得到弹性聚合物。医用硅橡胶是将生胶与白炭黑均匀混炼，加热成型后，在用钴60辐射交联得到，由于引发剂等残留杂质少，其对机体的刺激性小。

医用高分子材料除了从原料到成品都必须进行严格控制外，还必须满足以下要求：化学惰性、不受组织液侵蚀；与周围组织相适应，不引发炎症，不与生物体反应，异物反应尽可能少；不致癌；不引起过敏反应、表面凝血；植入体内，长期使用不丧失拉伸强度、弹性等机械性能；不变形，能经受必要的消毒措施；易于加工成复杂的形状等。

硅橡胶具有优异的生理特性、无毒、无味、生物性相容性好，植入体内无不良影响，耐生物老化，耐高低温、透气性良好，并且具有良好的力学性能等，符合医用高分子材料的要求。此外，硅橡胶与其他高分子材料相比，具有更好的氧及二氧化碳的透过性能，这对于要求气体透过性很高的薄膜型人造肺、眼镜等医疗应用方面十分重要。在医用高分子制品中，它的应用是最广泛的，可用于人工器官、外科矫形制品及体内植入物；此外，还可用于皮下埋植用于药物的缓释制剂。

2、人体医用硅橡胶的类型及性状：

目前供人体医用的硅橡胶有四种类型：

1、固体型：有软硬两种，色乳白，不透明，硬质如骨，软质者中等硬度，具有弹性，易于加工塑性。

2、泡沫型（海绵型）：呈细孔海绵状，质软，色白或淡黄，有较大的弹性和伸展性。

3、薄膜型：为透明或半透明的薄膜，色淡黄或呈乳白色，弹性较大。

4、液态型：又称硅油，为粘稠的液体，色微黄或呈白色乳胶状。

医用硅橡胶的临床应用：

1、固体型医用硅橡胶可以代替骨或者软骨，作为组织充填或支架材料，因此可制成人工关节、人工肌腱来修复四肢关节及肌腱的缺损。整形材料多用作为修复面部、耳部、鼻部等处的畸形缺损的材料。

2、泡沫型医用硅橡胶可以代的脂肪组织，修复人体面部皮下组织缺损畸形，如半侧面部萎缩症。

3、薄膜型医用硅橡胶可用腱鞘的代用品；肠外瘘内堵片亦由本型硅胶制成，其作用是在肠腔内将肠瘘封闭，不使肠液外漏，保持肠道的通畅，恢复肠道营养，减少并发症，简化了肠瘘的治疗。

4、液态型医用硅橡胶又称硅油，为一种低粘度的透明液体，利用粗注射针头将硅油注射至颅面部凹陷畸形部位，使用方便，可以塑形，不用住院，可在门诊治疗。

5、此外在临床上利用医用硅橡胶制成脑积水引流装置，治疗脑积水病。制成球形人造心脏瓣膜，代替损坏的心脏二尖瓣膜。至于硅胶避孕环更具有安全、方便、可靠、长效等优点、硅胶静脉导管、胃管、导尿管等具有损伤轻、刺激小，可长期插在人体有关部位，在临床上已得到了广泛应用。

硅橡胶按照在医疗、医药及卫生行业的应用课大致归纳为：长期留置于人体内的器官或组织代用品、短期留置人体内的医疗器械、整形医疗器械、药物缓释体系、体外用品等几个方面，下面分别论述。

1、长期留置于人体内的器官或组织代用品

这类器官或组织包括脑积水引流装置、人工肺、视网膜植入物、人工脑膜、喉头、人工手指、手掌关节、人造鼓膜、牙齿印模及托牙组织面软衬垫、人工心脏瓣膜附件等。

脑积水引流装置是最早的硅橡胶植入物，1955年美国道康宁公司生产出世界上第一套硅橡胶脑积水引流装置，可把脑积水引到胸腔或腹腔内，效果甚佳；至今仍被成功地应用于医疗方面，而且至今为止，硅橡胶仍是这一装置的唯一材料。

硅橡胶优异的透气性能使它可作为人工肺使用，从而确保胸细胞器官外科材料手术的顺利进行，美国GE公司用聚二甲基硅氧烷与聚碳酸酯嵌段共聚物（MEM-213）制成人工肺膜，改性的加成型硅橡胶是很好的氧气富集材料。

世界上治疗视网膜脱离的方法是将柔软的硅橡胶巩膜海绵植入眼窝骨和眼球壁之间，促进视网膜再植，这些硅橡胶视网膜植入物主要包括环扎带、坏扎轮，复合人工脑膜采用室温硫化硅橡胶和尼龙织物为原料，可用于修补外伤性脑硬膜损伤及因切除肿瘤在硬膜的基蒂或浸润区所造成的硬脑膜和硬脊膜缺损。

用高抗撕硅橡胶制成的人造喉头可取代在喉头切除手术中除去的软骨，术后患者能迅速恢复说话、饮食和呼吸等功能（山东大学采用国产ST-01高抗撕硅橡胶制成的人造喉头），无异常现象发生。

硅橡胶人工指关节从1963年起推向市场，在过去的几十年中，世界上已有90多个国家的成千上万名患者植入了硅橡胶指关节，但该产品的研制在我国只进行了很短一段时间，主要原因一是因类风湿关节炎引起的手指关节畸形发病率不如西方国家高；二是手术要求非常精细及使用专用的器械，稍有不慎便不能成功。

1960年，国外开始了人造鼓膜的研究。我国从1975年起开始研制硅橡胶人造鼓膜，现已开发出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型和薄膜型人造鼓膜的厚度和大小相同的薄膜或带框架的薄膜装置，将其贴补在穿孔的鼓膜上，可促进鼓膜愈合、提高听力。

室温硫化橡胶可做成假牙基托的软衬垫，在患者口腔中直接成型和粘接；使用后无压痛感，并能增强固位力，这种软衬垫具有牙龈的弹性，可有效防止假牙的松动和脱落，开发人工心脏瓣膜产品始于19年，我国的科研人员用硅橡胶制成了人造球形二尖瓣，临床应用结果表明，植入该产品的患者心脏功能恢复正常，且能胜任一般的体力劳动。

1953年起，国内外就开始采用各种材料制作人工腱，作为肌腱的永久性替代物，人工肌腱必须满足以下条件：植入后无异物反应，可屈性和绕弯性好、不变形，可与受体腱牢固结合，结合部与肌腱本身都能承受一定拉力而不断裂，与周围组织不发生粘连，容易消毒，筛选了多种材料后，发现用硅橡胶管作为人工腱材料修复屈肌腱的可行性较大；这是由于包裹硅橡胶管形成的假鞘能防止受体腱与周围组织粘连，使病人很快恢复功能。

2、短期留置人体内的辅助医疗器械

硅橡胶制品作为人体内的辅助医疗器械课短期留置体内，起到补液、抢救、引流注入、防粘连或消泡作用，这类器械包括静脉插管、导尿管、动静脉外瘘管、腹部透析管、接触眼镜、输血管、泄压管、胸腔引流管、胃镜套管、中耳炎通气管、导液管和鼻插管等。

3、医疗器械上的关键部件

这些部件包括人工心肺输血泵管、膜式人工心肺机、胎儿吸引器和人工血液循环装置等。

4、在整容和修复方面的应用

近20年来，硅橡胶在整容和修复术方面也取得了广泛的应用，例如：用硅橡胶修补面容的缺陷，治疗外耳的缺损，进行颅骨和胸部的整容手术以及修补内脏等，还有现在争议很大的人工乳房。

人工乳房是安全性争议最大的产品，国外将人工乳房植入体内已有30多年的历史，也发生了一些问题（如渗漏、异物反应）；目前我国对这一制品的前途也采取了较谨慎的态度，但除去美容作用外，对于先天性乳房发育不良者或者因病造成缺陷者仍具有较强的吸引力。

5、在药物缓释体系中的应用

延长药物的疗效和提高药物作用的专一性和安全性是药物研究中的一个重要课题。

1957年硅橡胶材料开始用作控制释放药物的包裹材料，19年Folkman和Long首先证明，在封闭的硅橡胶管内，药物可以缓慢释放出来，而且在相当长的一段时间里可在体内维持一定的药物浓度，随着研究的深入，人们发现硅橡胶具有良好渗透性及透过性，是理想的药物缓释材料；药物正是利用了硅橡胶的这种特性，透过硅橡胶进行有效的控制释放和缓慢扩散。

利用硅橡胶控制药物释放的方式主要有两种：一是包封型，即以药物为核心，外用硅橡胶薄膜包封；这种载药方式相当于将高分子膜囊作为药物的“仓库”，因此也称为储库剂或膜制剂。二是颗粒分散型，即药物以微粒形式分散在硅橡胶基质中，它随药物释放速度的加快及时间的增长而变小；但制造比较简单，只需将药物和硅橡胶混匀、成型即可。

在药物缓释体系中的应用包括硅橡胶胶囊、长效避孕药具、基质型药物缓释制剂、皮肤吸收型制剂等。

6、用作体外用品

由于硅橡胶薄膜具有良好的透氧、透二氧化碳特性及与人体皮肤水分蒸发量相近的透湿性，对人体无毒、无害、不过敏、不易引起异物反应或排斥反应等优点，在经尼龙、聚酯纤维等增强后可用作人工皮肤。

此外，加成型硅橡胶可用于非手术的女性输卵管粘堵绝育，这种方法比较理想；目前已成为接受永久性绝育的妇女可选择的重要方法，在硫化前，硅橡胶粘度小，便于注射；硫化后，硅橡胶硬度适中、近似软骨，具有伸展性，对周围组织无刺激作用，不会引起炎症和异物反应。

7、其他

医用硅橡胶除以上几个方面的应用外，还能应用于生物医学工程领域，主要包括医疗装置、医用电极、生物植入传感器的外包装材料等。

三、医用硅橡胶的发展方向

硅橡胶在医学领域已占据了相当重要的地位，但想有更大发展，仍需解决有关技术问题：

一是硅橡胶的疏水性，其制品植入人体后仍有轻微的异物感，可采用表面改性解决，如在硅橡胶制品表面涂覆亲水性物质或用辐射、等离子体处理，或通过共混改性，提高硅橡胶的亲水性；

二是对皮下避孕埋植系统而言，以硅橡胶为载体的长效皮下埋植剂在放置有效期满后必须取出，增加了使用者的痛苦和花费，而且难于保证所有使用者均能按期取出，从而增加了避孕失败的危险，因此引发了可生物降解型皮下避孕埋植剂的研究，即以一种具备生物降解性和甾体药物透过性的聚合物代替硅橡胶作为释放孕激素的载体；孕激素释放完毕后，载体在体内降解吸收而无须取出，单根型埋植剂、生物降解埋植剂是主要的研究开发方向；

三是随着生物医学工程、组织工程的发展，对材料的技术、性能要求日益提高；如何使硅橡胶充分应用于生物工程与组织工程将是今后研究工作的主要方向，如生物传感器是当今引人注目的一项生物技术，生物传感器的微型化、与生物体的适应性等，将成为与人工脏器相关的重要课题。

总之，医用硅橡胶在生命科学、医疗器械、药物等领域中已得到广泛而重要的应用，但其潜力仍有待挖掘；随着技术的发展，它将为人类做出更大的贡献。

参考文献：《医用高分子材料》，高长有、马列编著，化学工业出版社

中国知网，余土根---美化人类现代生活的硅橡胶

中国知网，西北橡胶研究所设计院  刘爱堂---医用硅橡胶：提升人  类生存质量的保障

中国知网，刘爱堂、高桂芝---医用硅橡胶的最新发展

中国知网，口腔系  尹立乔---人体应用硅橡胶的特性及其在临床上的应用

中国知网，张承焱---硅橡胶在生物医学领域的应用