生物降解指材料在生物體內(nèi)通過溶解、酶解、細(xì)胞吞噬等作用，在組織長入的過程中不斷從體內(nèi)排出，修復(fù)后的組織完全替代植入材料的位置，而材料在體內(nèi)不存在殘留的性質(zhì)。生物降解的研究內(nèi)容包括生物自身所具有的降解能力，有機(jī)化合物降解難易的規(guī)律，水溶性和非水溶性有機(jī)物生物降解的機(jī)理，以及生物降解的途徑等。
分類
金屬材料
生物降解金屬醫(yī)用材料是指金屬植入物在輔助并完成生物組織修復(fù)的過程中，在生物體內(nèi)逐漸腐蝕直至完全溶解的一類金屬材料，同時材料的腐蝕產(chǎn)物對生物體不會產(chǎn)生或產(chǎn)生輕微的宿主反應(yīng)。因此可生物降解金屬材料的主要組成元素應(yīng)為可被生物體通過新陳代謝排出體外的基本金屬元素，并在生物體內(nèi)具有一定的腐蝕速率。
生物降解金屬材料主要包括純鎂及鎂基合金、純鐵及鐵基合金、純鋅及鋅基合金、鎢和（鈣基、鋅基和基）大塊非晶合金等。
非金屬材料
生物陶瓷在生理環(huán)境中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)或物質(zhì)衰變，其產(chǎn)物被機(jī)體吸收利用或通過循環(huán)系統(tǒng)排出體外，稱為陶瓷的生物降解。生物可降解或生物可吸收陶瓷材料植入骨組織后，材料通過體液溶解吸收或被代謝系統(tǒng)排出體外，最終使缺損的部位完全被新生的骨組織所取代，而植入的生物可降解材料只起到臨時支架作用。在體內(nèi)通過系列的生化反應(yīng)一部分排出體外，一部分參與新骨的形成。
廣泛應(yīng)用和研究的可降解和吸收的生物陶瓷主要是指磷酸鈣類生物陶瓷材料，它包括磷酸三鈣、磷酸四鈣和羥基磷灰石以及它們的混合物等，這類磷酸鈣類陶瓷材料植入體內(nèi)后經(jīng)過一段時間，可部分或全部吸收，發(fā)生陶瓷生物降解，其中生物降解顯著的為β-磷酸三鈣（β-TCP）陶瓷，它具有良好的生物降解性、生物相容性和無生物毒性，當(dāng)其植入人體后，降解下來的?Ca、P?能進(jìn)入活體循環(huán)系統(tǒng)形成新生骨。
高分子材料
可降解吸收生物高分子材料在體內(nèi)一段時間可以充分發(fā)揮功能，一段時間后開始降解并失去原有的功能，其降解產(chǎn)物經(jīng)新陳代謝后被吸收或排出體外。由于可降解吸收生物高分子材料無須再次施行外科手術(shù)將其移出，因而在要求臨時性存在的植入治療中有廣泛的應(yīng)用前景。主要應(yīng)用在手術(shù)縫合線、外科手術(shù)隔離材料、人造皮膚、人造血管、骨固定及修復(fù)、組織工程載體及藥物控制釋放等領(lǐng)域。
可降解吸收生物高分子材料根據(jù)其來源分為天然和人工合成兩類。
天然材料是指來源于動植物或人體內(nèi)天然存在的大分子，如纖維素、甲殼質(zhì)、淀粉、木質(zhì)素、海藻酸等天然多糖類材料；膠原、纖維蛋白原等天然蛋白質(zhì)類材料。
合成生物降解高分子合成類可降解吸收生物高分子材料通過控制工藝條件，具有可重復(fù)性，還能進(jìn)行大量生產(chǎn)，并且通過簡單的物理、化學(xué)改性可獲得廣泛的性能來滿足不同需要，因此合成類可降解吸收生物高分子材料的應(yīng)用更加廣泛。主要有聚α-羥基酸、聚酸酐、聚α-氨基酸和脂肪族聚。
降解標(biāo)準(zhǔn)
根據(jù)待測材料的分類與性質(zhì)，可參照下列醫(yī)療器械生物學(xué)評價標(biāo)準(zhǔn)對其降解產(chǎn)物進(jìn)行定性與定量分析：
1.GB/T?16886.13-2001?醫(yī)療器械生物學(xué)評價?第13部分：聚合物醫(yī)療器械的降解產(chǎn)物的定性與定量
2.16886.14-2003?醫(yī)療器械生物學(xué)評價?第14部分:陶瓷降解產(chǎn)物的定性與定量
3.?GB/T?16886.15-2003?醫(yī)療器械生物學(xué)評價?第15部分:金屬與合金降解產(chǎn)物的定性與定量
GB/T?16886.16-2003?醫(yī)療器械生物學(xué)評價?第16部分:降解產(chǎn)物和可溶出物的毒代?動力學(xué)研究設(shè)計
影響因素
生物降解有機(jī)化合物的難易程度首先決定于生物本身的特性，同時也與有機(jī)物結(jié)構(gòu)特征有關(guān)。結(jié)構(gòu)簡單的有機(jī)物一般先降解，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的一般后降解。具體情況如下：
①脂肪族和環(huán)狀化合物較芳香族化合物容易被生物降解。
②不飽和脂肪族化合物(如丙烯基和羰基化合物)一般是可降解的，但有的不飽和脂肪族化合物（如苯代亞乙基化合物）有相對不溶性，會影響它的生物降解程度。有機(jī)化合物主要分子鏈上除碳元素外還有其他元素（如醚類、飽和對氧氮和叔胺等），就會增強(qiáng)對生物降解作用的抵抗力。
③有機(jī)化合物分子量的大小對生物降解能力有重要的影響。聚合物和配位化合物的分子能抵抗生物降解，主要因為中國科學(xué)院微生物研究所必需的酶不能靠近并破壞化合物分子內(nèi)部敏感的反應(yīng)鍵。
④具有被取代基團(tuán)的有機(jī)化合物，其異構(gòu)體的多樣性可能影響生物的降解能力。如伯醇、仲醇非常容易被生物降解，而叔醇則能抵抗生物降解。
⑤增加或去除某一功能團(tuán)會影響有機(jī)化合物的生物降解程度。例如羥基或胺基團(tuán)取代到苯環(huán)上，新形成的化合物比原來的化合物容易被生物降解，而鹵代作用能抵抗生物降解。很多種有機(jī)化合物在低濃度時完全能被生物降解；而在高濃度時，生物的活動會受到毒性的抑制，酚便是一例。降解機(jī)理在水中溶解的有機(jī)物能否擴(kuò)散穿過細(xì)胞壁，是由分子的大小和溶解度決定的。目前認(rèn)為低于12個碳原子的分子一般可以進(jìn)入細(xì)胞。至于有機(jī)物分子的溶解度則由親水基和疏水基決定的，當(dāng)親水基比疏水基占優(yōu)勢時，其溶解度就大。溶于水的有機(jī)醇代謝開始時，羥基被氧化，醇便氧化為酸。在生物代謝中，酸是活化的中間產(chǎn)物，一部分酸被代謝為二氧化碳和水，所產(chǎn)生的能量使剩余酸轉(zhuǎn)變?yōu)樵|(zhì)的各種組分。不溶于水的有機(jī)質(zhì),其疏水基比親水基占優(yōu)勢,代謝反應(yīng)只限于生物能接觸的水和烴的界面處。尾端的疏水基溶進(jìn)細(xì)胞的脂肪部分并進(jìn)行β－氧化。有機(jī)化合物以這種形式從水和烴的界面處被逐步拉入細(xì)胞中并被代謝。微生物和不溶的有機(jī)物之間的有限接觸面，妨礙了不溶解化合物的代謝速度。有機(jī)物分子中碳支鏈對代謝作用有一定影響。一般情況下，碳支鏈能夠阻礙微生物代謝的速度,如正碳化合物比仲碳化合物容易被微生物代謝,叔碳化合物則不易被微生物代謝。這是因為微生物自身的酶須適應(yīng)鏈的結(jié)構(gòu)，在其分子支鏈處裂解，其中最簡單的分子先被代謝。叔碳化合物有一對支鏈，這就要把分子作多次的裂解。代謝的步驟越復(fù)雜，生化的反應(yīng)就越慢，代謝作用的速度是由微生物對有機(jī)化合物的適應(yīng)能力和細(xì)胞中酶的濃度決定的。
降解途徑對環(huán)狀化合物和多環(huán)芳烴的代謝途徑一般有5種：
①在單一氧化酶的催化下氧化有機(jī)質(zhì)。
②二羥基化，即有機(jī)物降解開始時接受兩個氧原子形成兩個羥基。
③在酶的催化下水中的氧原子作為羥基進(jìn)入基質(zhì)。
④在苯環(huán)裂解時必需雙氧化酶催化，使苯核帶上兩個羥基取代物。
⑤對于帶內(nèi)酯的苯環(huán)裂解的代謝順序是先形成內(nèi)酯，然后水解內(nèi)酯而達(dá)到苯環(huán)裂解。研究有機(jī)物的降解途徑和形式，可為闡明微生物降解能力，以及為合成生物可降解的農(nóng)藥和難降解的防腐劑提供依據(jù)。酚是構(gòu)成芳香物的基本單元，是一種常見的有機(jī)污染物。酚類化合物是通過苯型化合物直接羥基化，需要一個氧分子進(jìn)行羥基化和環(huán)的裂解反應(yīng)，所以用微生物處理酚的廢棄物,可以采用強(qiáng)烈曝氣法。如果不曝氣,在處理生活污水時酚將轉(zhuǎn)化為難聞的氯酚。多環(huán)芳烴污染對生物有致突變作用和致癌作用。因此引起人們的重視。微生物代謝多環(huán)芳烴的途徑為順式羥基化，即需雙加氧酶的作用才能完成，而哺乳綱氧化這類化合物只要一個加氧酶就能完成。以后的反應(yīng)有一種是加水作用產(chǎn)生反式二氫二醇。因此，微生物能氧化苯并[a]芘(a)芘為順式9,10-二羥基9，10-二氫苯并(a)芘，能氧化苯并(a)為順式1,2-二羥基-1，2-二氫苯并(a)蒽，還能氧化聯(lián)苯為順式2,3-二羥基-1-苯基環(huán)己-4,6-二烯。微生物對、菲和蒽的降解途徑與上述類似。發(fā)展趨勢①研究自然環(huán)境中有機(jī)污染物和無機(jī)化合物污染物的生物降解途徑，尋找自然界中具有生物凈化能力的特殊群體，探討生物降解和污染物的相互作用關(guān)系，以便制定消除污染的措施。②利用遺傳學(xué)方法將多種有益的特性基因重組成具有多功能、高降解能力的菌株。③利用酶的固定化技術(shù)制備成專一的或多功能的多酚氧化酶，以降解多種污染物。如將胰蛋白酶和核糖核酸酶吸附在硅膠或玻璃纖維上，以去除塵埃，阻留和溶化水中帶病毒的粒子。又如將酶吸附在氧化鐵粉末上，酶和污染物作用后，借助四氧化三鐵回收利用。
參考資料 >