生物降解
生物降解指材料在生物体内通过溶解、酶解、细胞吞噬等作用，在组织长入的过程中不断从体内排出，修复后的组织完全替代植入材料的位置，而材料在体内不存在残留的性质。生物降解的研究内容包括生物自身所具有的降解能力，有机化合物降解难易的规律，水溶性和非水溶性有机物生物降解的机理，以及生物降解的途径等。
分类
金属材料
生物降解金属医用材料是指金属植入物在辅助并完成生物组织修复的过程中，在生物体内逐渐腐蚀直至完全溶解的一类金属材料，同时材料的腐蚀产物对生物体不会产生或产生轻微的宿主反应。因此可生物降解金属材料的主要组成元素应为可被生物体通过新陈代谢排出体外的基本金属元素，并在生物体内具有一定的腐蚀速率。
生物降解金属材料主要包括纯镁及镁基合金、纯铁及铁基合金、纯锌及锌基合金、钨和（钙基、锌基和基）大块非晶合金等。
非金属材料
生物陶瓷在生理环境中产生的结构或物质衰变，其产物被机体吸收利用或通过循环系统排出体外，称为陶瓷的生物降解。生物可降解或生物可吸收陶瓷材料植入骨组织后，材料通过体液溶解吸收或被代谢系统排出体外，最终使缺损的部位完全被新生的骨组织所取代，而植入的生物可降解材料只起到临时支架作用。在体内通过系列的生化反应一部分排出体外，一部分参与新骨的形成。
广泛应用和研究的可降解和吸收的生物陶瓷主要是指磷酸钙类生物陶瓷材料，它包括磷酸三钙、磷酸四钙和羟基磷灰石以及它们的混合物等，这类磷酸钙类陶瓷材料植入体内后经过一段时间，可部分或全部吸收，发生陶瓷生物降解，其中生物降解显著的为β-磷酸三钙（β-TCP）陶瓷，它具有良好的生物降解性、生物相容性和无生物毒性，当其植入人体后，降解下来的 Ca、P 能进入活体循环系统形成新生骨。
高分子材料
可降解吸收生物高分子材料在体内一段时间可以充分发挥功能，一段时间后开始降解并失去原有的功能，其降解产物经新陈代谢后被吸收或排出体外。由于可降解吸收生物高分子材料无须再次施行外科手术将其移出，因而在要求临时性存在的植入治疗中有广泛的应用前景。主要应用在手术缝合线、外科手术隔离材料、人造皮肤、人造血管、骨固定及修复、组织工程载体及药物控制释放等领域。
可降解吸收生物高分子材料根据其来源分为天然和人工合成两类。
天然材料是指来源于动植物或人体内天然存在的大分子，如纤维素、甲壳质、淀粉、木质素、海藻酸等天然多糖类材料；胶原、纤维蛋白原等天然蛋白质类材料。
合成生物降解高分子合成类可降解吸收生物高分子材料通过控制工艺条件，具有可重复性，还能进行大量生产，并且通过简单的物理、化学改性可获得广泛的性能来满足不同需要，因此合成类可降解吸收生物高分子材料的应用更加广泛。主要有聚α-羟基酸、聚酸酐、聚α-氨基酸和脂肪族聚。
降解标准
根据待测材料的分类与性质，可参照下列医疗器械生物学评价标准对其降解产物进行定性与定量分析：
1.GB/T 16886.13-2001 医疗器械生物学评价 第13部分：聚合物医疗器械的降解产物的定性与定量
2.16886.14-2003 医疗器械生物学评价 第14部分:陶瓷降解产物的定性与定量
3. GB/T 16886.15-2003 医疗器械生物学评价 第15部分:金属与合金降解产物的定性与定量
GB/T 16886.16-2003 医疗器械生物学评价 第16部分:降解产物和可溶出物的毒代 动力学研究设计
影响因素
生物降解有机化合物的难易程度首先决定于生物本身的特性，同时也与有机物结构特征有关。结构简单的有机物一般先降解，结构复杂的一般后降解。具体情况如下：
②不饱和脂肪族化合物(如丙烯基和羰基化合物)一般是可降解的，但有的不饱和脂肪族化合物（如苯代亚乙基化合物）有相对不溶性，会影响它的生物降解程度。有机化合物主要分子链上除碳元素外还有其他元素（如醚类、饱和对氧氮和叔胺等），就会增强对生物降解作用的抵抗力。
③有机化合物分子量的大小对生物降解能力有重要的影响。聚合物和配位化合物的分子能抵抗生物降解，主要因为中国科学院微生物研究所必需的酶不能靠近并破坏化合物分子内部敏感的反应键。
④具有被取代基团的有机化合物，其异构体的多样性可能影响生物的降解能力。如伯醇、仲醇非常容易被生物降解，而叔醇则能抵抗生物降解。
⑤增加或去除某一功能团会影响有机化合物的生物降解程度。例如羟基或胺基团取代到苯环上，新形成的化合物比原来的化合物容易被生物降解，而卤代作用能抵抗生物降解。很多种有机化合物在低浓度时完全能被生物降解；而在高浓度时，生物的活动会受到毒性的抑制，酚便是一例。降解机理在水中溶解的有机物能否扩散穿过细胞壁，是由分子的大小和溶解度决定的。目前认为低于12个碳原子的分子一般可以进入细胞。至于有机物分子的溶解度则由亲水基和疏水基决定的，当亲水基比疏水基占优势时，其溶解度就大。溶于水的有机醇代谢开始时，羟基被氧化，醇便氧化为酸。在生物代谢中，酸是活化的中间产物，一部分酸被代谢为二氧化碳和水，所产生的能量使剩余酸转变为原生质的各种组分。不溶于水的有机质,其疏水基比亲水基占优势,代谢反应只限于生物能接触的水和烃的界面处。尾端的疏水基溶进细胞的脂肪部分并进行β－氧化。有机化合物以这种形式从水和烃的界面处被逐步拉入细胞中并被代谢。微生物和不溶的有机物之间的有限接触面，妨碍了不溶解化合物的代谢速度。有机物分子中碳支链对代谢作用有一定影响。一般情况下，碳支链能够阻碍微生物代谢的速度,如正碳化合物比仲碳化合物容易被微生物代谢,叔碳化合物则不易被微生物代谢。这是因为微生物自身的酶须适应链的结构，在其分子支链处裂解，其中最简单的分子先被代谢。叔碳化合物有一对支链，这就要把分子作多次的裂解。代谢的步骤越复杂，生化的反应就越慢，代谢作用的速度是由微生物对有机化合物的适应能力和细胞中酶的浓度决定的。
降解途径对环状化合物和多环芳烃的代谢途径一般有5种：
①在单一氧化酶的催化下氧化有机质。
②二羟基化，即有机物降解开始时接受两个氧原子形成两个羟基。
③在酶的催化下水中的氧原子作为羟基进入基质。
④在苯环裂解时必需双氧化酶催化，使苯核带上两个羟基取代物。
⑤对于带内酯的苯环裂解的代谢顺序是先形成内酯，然后水解内酯而达到苯环裂解。研究有机物的降解途径和形式，可为阐明微生物降解能力，以及为合成生物可降解的农药和难降解的防腐剂提供依据。酚是构成芳香物的基本单元，是一种常见的有机污染物。酚类化合物是通过苯型化合物直接羟基化，需要一个氧分子进行羟基化和环的裂解反应，所以用微生物处理酚的废弃物,可以采用强烈曝气法。如果不曝气,在处理生活污水时酚将转化为难闻的氯酚。多环芳烃污染对生物有致突变作用和致癌作用。因此引起人们的重视。微生物代谢多环芳烃的途径为顺式羟基化，即需双加氧酶的作用才能完成，而哺乳纲氧化这类化合物只要一个加氧酶就能完成。以后的反应有一种是加水作用产生反式二氢二醇。因此，微生物能氧化苯并[a]芘(a)芘为顺式9,10-二羟基9，10-二氢苯并(a)芘，能氧化苯并(a)为顺式1,2-二羟基-1，2-二氢苯并(a)蒽，还能氧化联苯为顺式2,3-二羟基-1-苯基环己-4,6-二烯。微生物对、菲和蒽的降解途径与上述类似。发展趋势①研究自然环境中有机污染物和无机化合物污染物的生物降解途径，寻找自然界中具有生物净化能力的特殊群体，探讨生物降解和污染物的相互作用关系，以便制定消除污染的措施。②利用遗传学方法将多种有益的特性基因重组成具有多功能、高降解能力的菌株。③利用酶的固定化技术制备成专一的或多功能的多酚氧化酶，以降解多种污染物。如将胰蛋白酶和核糖核酸酶吸附在硅胶或玻璃纤维上，以去除尘埃，阻留和溶化水中带病毒的粒子。又如将酶吸附在氧化铁粉末上，酶和污染物作用后，借助四氧化三铁回收利用。
参考资料
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