高分子材料，“罷工”臟器的好替身

駱昌芹

幻想常常是科學(xué)的向?qū)В拖裨S多剛剛問世的高科技產(chǎn)品，其原型很多來源于曾經(jīng)的科幻之作。在遙遠(yuǎn)的古代，人們就曾用象牙、木材來修補(bǔ)一些受損的骨骼。到了現(xiàn)代，也有用不銹鋼或鈦合金修補(bǔ)人體骨骼的先例。但這些材料畢竟與人體格格不入，也許它們尚能代替人的骨骼，但想要修補(bǔ)筋肉卻絕不可行，更別提用來制作具有各種特殊功能的臟器了。

不過，合成高分子材料的出現(xiàn)，卻為人體醫(yī)用材料開辟了全新的局面。高分子材料化學(xué)性能比較穩(wěn)定，具有較好的彈性和可塑性，還有一定的機(jī)械強(qiáng)度，所以問世不久就被人們迅速應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。雖然一開始，人們只是用它們做一些假牙和牙托，但隨著一系列具有各種優(yōu)異性能的高分子材料不斷被開發(fā)出來，它們?cè)卺t(yī)學(xué)上的用途也更加廣泛，并最終形成了一個(gè)蓬勃發(fā)展的專門領(lǐng)域——醫(yī)用高分子材料。

人工臟器顯神通

大多數(shù)人類個(gè)體的死亡，往往不是因?yàn)槿繖C(jī)體的損壞，而只是某些主要器官出現(xiàn)了問題所致。如果我們能像修補(bǔ)門窗、桌椅，或者更換機(jī)器零件那樣，把那些受損的器官移除，并以全新的器官代替，那人類的壽命極限不就能有所突破了嗎？那么，用什么材料來制造人體器官呢？答案就是醫(yī)用高分子材料！

心臟是人體最關(guān)鍵的臟器。它的作用好比一個(gè)泵，為全身提供血液循環(huán)的動(dòng)力。心臟停止跳動(dòng)，通常就意味著生命的終止。泵要工作當(dāng)然少不了閥門，心臟的“閥門”是4個(gè)小小的瓣膜：二尖瓣、三尖瓣、主動(dòng)脈瓣和肺動(dòng)脈瓣。它們各有分工，協(xié)調(diào)合作，保證血液沿著一定的方向流動(dòng)。但只要其中一個(gè)瓣膜出現(xiàn)問題，就會(huì)造成血液流動(dòng)不暢或泄漏、回流，嚴(yán)重時(shí)更會(huì)危及生命。

雖然修理泵的閥門比較容易，但修復(fù)醫(yī)治瓣膜的創(chuàng)傷卻不簡(jiǎn)單。不論是通過藥物治療，還是手術(shù)修補(bǔ)，人們都很難挽救病變嚴(yán)重的瓣膜，只能通過研究心臟瓣膜的人工代用品來解決問題。但用于制造心臟瓣膜的材料要求非常高——人造瓣膜要植入心臟，還要跟血液直接接觸，而人體組織又有免疫性，總是傾向于排斥外來物質(zhì)。這就要求用于制作瓣膜的材料沒有毒性，不會(huì)引發(fā)凝血現(xiàn)象，且與機(jī)體的相容性較好，不會(huì)產(chǎn)生異物反應(yīng)和炎癥，更要有極好的曲繞強(qiáng)度和抗老化性。

幸運(yùn)的是，某些特種高分子正是具有這些優(yōu)異性能的材料，把它們做成球形或蝶形的瓣膜，安置在人的心臟里，就能起到控制血液循環(huán)單向閥門的作用。

既然高分子材料能夠用于制造瓣膜，那它們能不能用來制造人工心臟呢？其實(shí)，這也正是目前許多高水平科學(xué)家正在悉心研究的課題。隨著生物材料技術(shù)的不斷突破，3D打印技術(shù)也逐步成熟，科學(xué)家嘗試將高分子材料與3D打印技術(shù)有機(jī)結(jié)合，制造人工心臟。目前，體內(nèi)裝有人工心臟的小牛最長(zhǎng)已經(jīng)存活了184天。也許用不了太久，人工心臟就可以供臨床使用。

在嘗試制造人工心臟之前，科學(xué)家早已開始了對(duì)人工腎臟的研究。19世紀(jì)40年代，人們還只是希望通過人工手段，硬性實(shí)現(xiàn)腎臟的某些功能。但最近這幾十年，制造人工腎臟的技術(shù)已經(jīng)有了飛速的發(fā)展，它們效率越來越高，體積越來越小，應(yīng)用也越來越廣泛。

就人工腎臟而言，最不易克服的難關(guān)就是要使其具備選擇性透過的功能。目前，科學(xué)家已經(jīng)解決了這個(gè)問題，他們利用醋酸纖維、聚丙烯腈等高分子材料，做成透析膜，以容許尿素、尿酸、肌酐等廢物的通過，并將有用的成分加以保留，使血液變得“澄清”，從而實(shí)現(xiàn)腎臟的真正功能。

近年來，有關(guān)人工臟器的研究工作非常活躍。正是由于醫(yī)用高分子材料的出現(xiàn)，人工肺、人工血管、人工氣管等不斷問世，甚至開始研制人工肝臟、人工血球和人工細(xì)胞等。

戰(zhàn)勝病魔的威脅

除了被用于制造人工臟器，多才多藝的高分子材料還被用于治療許多所謂的“不治之癥”。

僅僅十幾年前，腦積水病還被人們當(dāng)作“絕癥”。但如今，科學(xué)家用高分子材料做成引流管，并裝備具有自動(dòng)調(diào)節(jié)流速功能的閥門，兩頭分別連接腦室和頸靜脈，就能使腦脊液通過引流管流進(jìn)右心房，從而建立起全新的腦脊液循環(huán)系統(tǒng)，解決了這個(gè)困擾許多病患的頑疾。

感官對(duì)于人類的重要性不言而喻，視網(wǎng)膜的脫落，使許多人失去了再見光明的希望，還有許多人因?yàn)槁晭У膿p壞而無法發(fā)聲。不過，高分子材料的出現(xiàn)卻完美地解決了這些問題：人們可以用硅橡膠和滌綸布制成窄帶，按壓在眼球四周，使脫落的視網(wǎng)膜重新回到正常位置。人們還可以將室溫硫化硅橡膠注入體內(nèi)，代替肌肉，彌補(bǔ)面部、胸部的缺陷。也許在高分子材料出現(xiàn)以后，人們將很難再體會(huì)到失去感官的痛苦。

發(fā)揮藥物的作用

既然高分子材料能被應(yīng)用于眾多醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，那么它們?cè)谥扑庮I(lǐng)域又會(huì)創(chuàng)造怎樣的神奇呢？其實(shí)，它們?cè)谔岣咚幜退幮Х矫妫呀?jīng)打開了新局面。

利用高分子材料制成的藥丸膠囊，具有極強(qiáng)的定位能力，它們可以使藥物在指定的部位釋放，從而提高藥效。比如，大多數(shù)用于治療腸病的藥丸，其實(shí)在途經(jīng)胃部的時(shí)候就已損耗了大量的藥力，真正能夠用于醫(yī)治目標(biāo)區(qū)域的藥量少之又少。但只要利用某些“疏酸親堿”的高分子材料制成膠囊，就能使藥丸在通過胃的酸性環(huán)境時(shí)“安然無恙”，待完全進(jìn)入腸的堿性環(huán)境時(shí)再釋放，在那里使藥劑“物盡其用”。

此外，高分子材料制成的藥物膠囊，能使藥力均勻釋放，幫助我們更好地戰(zhàn)勝病魔。更神奇的是，人們發(fā)現(xiàn)，有些高分子材料本身就具有抵抗病毒和消除炎癥的作用。

如今，醫(yī)用高分子材料技術(shù)仍在不斷發(fā)展，它的應(yīng)用范圍早已從最初的口腔科、骨科，擴(kuò)大到今天的腦外科、胸外科等眾多領(lǐng)域。目前，高分子材料每天都能挽救成千上萬人的生命，而全世界更是已有150多萬人安裝了用高分子材料制成的人工臟器和人工血管。希望在不久的將來，高分子材料能夠讓我們不再害怕臟器的“罷工”！