生物相容性：探究材料与生物的交互作用

医用材料的生物相容性是评价生物材料性质的最重要的指标。通常，生物相容性的研究包括两个方面：血液相容性和组织相容性。本小节将从这两个方面对医用热塑性聚氨酯弹性体材料的生物相容性进行介绍。

1. 血液相容性

血液相容性是材料与血液接触时对血液有无破坏作用的度量，包括是否导致血栓、红细胞破坏、血小板减少或功能下降；是否影响血液中多种酶的活性及电解质浓度的变化；是否引起有害的免疫反应等。如对上述诸因素影响很小，则视为血液相容性好，理论上把那些能与血液相容而不会引起血液凝结、毒性和免疫反应的材料称为血溶性材料。一般来讲，高分子材料一旦与血液接触，几秒钟之内就会吸附血浆蛋白，接着就会吸附血小板，继而血小板崩坏，放出血小板因子，结果在材料表面凝血产生了血栓。

血液相容性的评价方法基本可分为三类：体外法、体内法和半体内法。体外法主要包括：利用扫描电镜观察材料与血液共孵育后材料表面的血细胞、血小板及蛋白的附着和聚集情况；活化部分凝血酶时间（APTT）测量；凝血酶原时间（PT）测量；凝血酶时间（TT）测量；溶血率测量；血细胞形态观察实验；血小板激活实验及免疫学的补体激活实验等。体内法则是观察材料植入体内后表面的血栓形成状况、体内各脏器产生的微小血栓及血液成分的变化等。半体内法则是从活体动物的体外血液循环中设置试验腔、观察材料表面附近血浆蛋白、血小板、血细胞的数量级形态变化。

已有研究表明，TPU 比其他材料具有更为出色的生物相容性。TPU 的理化性质、机械特性和血栓形成之间的关系是众多学者感兴趣的问题之一。对不同化学性质的TPU 表面上血栓形成研究表明，TPU 的硬段、软段、离子的存在及成型加工技术均对材料的血液相容性有影响。软硬段的微相分离程度越高，则TPU 的血液相容性越好。TPU 结构中亲水性和链长对材料的血液相容性影响最大，亲水性越强，亲水链越长，则血液相容性越好。(www.xing528.com)

2. 组织相容性

组织相容性是指材料与生物体组织和体液接触后，组织不会引起炎症、排斥、细胞的突变、畸变、癌变及排异反应，材料不发生钙沉积等。当医用材料与装置植入体内某一部位时，局部的组织对异物发生机体防御性对答反应，材料周围的组织将出现白细胞、淋巴细胞和吞噬细胞的聚集，发生不同程度的急性炎症；当材料有毒性物质渗出时，局部炎症不断加剧，严重时出现组织坏死；在长期的医疗过程中，植入材料被淋巴细胞、成纤细胞和胶原纤维包裹，形成纤维性包膜囊，使正常组织和材料隔开；如果材料的组织相容性良好，则形成无炎症反应的正常包膜囊，如果材料的组织相容性差，材料中残留小分子毒性物质不断渗出，就会刺激局部组织细胞形成慢性炎症，材料周围的包囊壁增厚，淋巴细胞浸润，逐步出现肉芽肿或发生癌变。

组织相容性的考察方法主要有动物全身急性毒性实验、皮内刺激实验、肌肉植入后局部反应实验、直接接触细胞培养法、细胞毒性实验、四唑盐（MTT）比色实验及材料对细胞RNA（核糖核酸）合成的影响实验等。全身毒性实验是常用的评价一种材料作为医用生物材料应用于人体内的安全性和可行性的方法，即在观察期内观察实验动物有无运动减少、呼吸困难或腹部刺激症状等中毒现象。

虽然TPU 具有微相分离结构，与其他材料相比具有较好的生物相容性，但经长期的临床使用发现，TPU 作为医用生物材料的主要问题是所使用的硬段（主要是芳香族异氰酸酯）的降解产物具有一定的生物毒性。因此，近年来，常用脂肪族异氰酸酯和脂环族异氰酸酯来代替芳香族异氰酸酯，从而使无毒的TPU 生物材料成为可能，如以HMDI 和HDI 为硬段的TPU 材料由于不含苯环结构，不会分解产生致癌物MDA（4，4′-甲基二苯胺），从而提高了TPU 的使用安全性。