生物降解性及分解过程的研究——以PCL为例

PCL具有良好的生物降解性，是一种重要的生物降解材料，分解它的微生物广泛地分布于喜气或厌气条件下。从分子结构看，PCL分子中的酯基—COO—在自然界中易被微生物或酶分解，最终被完全分解成CO₂和H₂O。如相对分子质量为30000的PCL制品在土壤中一年后即消失。

近30年的研究表明，PCL在生理环境中可水解降解，在某些情况下交联的PCL可被酶降解，低相对分子质量碎片可被吞噬细胞吞并，在细胞内降解，与聚乙二酸（PGA）和PLA有类似的组织反应和吸收代谢过程。

Pitt等在20世纪70年代末和80年代初就证明了PCL可以作为长效药物缓释载体，并很有可能应用于避孕药的缓释中。PCL均聚物的体内和体外降解试验表明，其降解至少要经过两个明显的过程。第一阶段是PCL分子链上的羧端基自催化的酯基无规水解，这是个非酶的过程，在这一阶段PCL的相对分子质量和化学结构发生了变化，但质量损失并不明显；当相对分子质量下降到5000时，第二阶段开始了，链断裂减慢，但低聚物扩散离开PCL的本体，因而可以观察到明显的质量损失。

由于其分子链比较规整，而且柔顺，结晶性较强，5个亚甲基的存在使得PCL的亲水性较差，不利于主链酯基水解反应的发生，因此降解比PGA和PLA慢得多。表5-1列出了PCL与PLA共聚物在体内的降解时间。从表中的数据可知，控制共聚物的组成比，可以得到降解时间从3个月到3年的一系列降解材料。

表5-1 聚己内酯-聚乳酸共聚物在体内的完全降解速率(www.xing528.com)

研究表明，初始数均相对分子质量为50000的PCL需要3年的时间才能从体内完全降解，说明PCL降解速率确实很低，不易在人体内吸收，致使其在某些领域的应用受到了限制，因此常用多种生物相容性的单体与ε-己内酯共聚，可以很好地改善PCL的亲水性，并降低其结晶度，因而可以提高甚至控制共聚产物的降解速率，以适应不同药物载体在人体内的吸收。但其体外降解实验中，加入脂肪酶可以明显加快PCL的降解，如将PCL膜放入磷酸缓冲溶液中，通过调节酶的浓度，可以使其膜在几天之内完全降解。

聚合物的尺寸、形状对降解速率也有很大的影响。在其他条件相同的情况下，将PCL制成纳米微粒分散在水相中，极大地提高了其比表面积，有利于酶的进攻，从而使PCL纳米颗粒的降解速率比PCL膜提高了约3个数量级。