生物医用高分子材料是指用于人工器官、组织工程与再生医学、体内外诊断、药物制剂及医疗器械等领域的一类高分子材料。其中，可降解医用高分子材料在体内环境中能够因分子链发生特异性或非特异性断裂而逐步降解，且降解产物可以被人体吸收或经代谢过程排出体外。因此，这类材料在完成自身体内使命后能自动消除，不会对人类健康造成二次伤害，近年来已经成为一类备受关注的生物医用材料。
人类很早以前就开始使用高分子材料，例如，木材、棉、麻、天然橡胶等以天然高分子为主要成分的材料早就已经被人们在生产与生活中使用，其中也不乏将棉、麻等材料用于早期医学治疗的例子。然而，当时人们对于这些天然高分子的化学组成和结构并不清楚。直到20世纪20~30年代线型长链高分子学说的创立，高分子科学真正作为一门学科发展至今仅有近百年的历史，尽管如此，高分子科学自创立以来，发展极为迅速，随着高分子合成技术的不断进步、高分子理论研究的逐步深入，以及新型结构与特定功能的高分子材料的不断涌现，促进了高分子材料的广泛应用。
图1 不同型号的可吸收骨折内固定植入器械
今天，高分子材料已经遍及地球的各个角落。值得指出的是，聚乙烯、聚丙烯等来源于石化资源的高分子材料的广泛使用也不可避免的带来了日益严重的环境污染问题，该问题目前已受到越来越多国家的高度重视。因此，作为传统石油基塑料替代材料的生物基可降解高分子材料近年来发展迅速。以生物可降解塑料为例，预计到2025年市场总量将超过300万吨，年复合增长率达20%。
图2 聚氨基酸的合成与功能化
目前，来源于生物资源的生物可降解合成高分子主要包括聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯等。其中，以玉米、木薯等为原料的聚乳酸材料成为近年来发展最快的生物可降解合成高分子材料之一。美国Nature Works公司自2001年起逐步建成了年产15万吨的聚乳酸生产线。在我国，浙江海正生物材料有限公司从2007年开始，逐步建成了年产1.5万吨的聚乳酸生产线，并将进一步扩建至年产4.5万吨的规模。目前，聚乳酸的主要消费领域为包装材料，而其在生物医药领域的应用近年来也呈快速增长的趋势。因此，聚乳酸类可降解医用高分子材料开发是近年来研究最活跃的课题之一。另外，聚羟基脂肪酸酯和聚丁二酸丁二醇酯也已分别实现了万吨级规模的产业化。值得指出的是，聚氨基酸类材料由于大规模化学合成难度较高，目前其产业化规模仍远低于其它几类生物可降解高分子材料。然而，聚氨基酸作为一类以人体所必需的氨基酸分子为原料的高分子材料，其优良的生物相容性及功能多样性在生物医学领域的应用具有独特的优势，因而在近年来备受关注，成为国内外材料研究开发的热点。
图3 通过谷胱甘肽调节四臂聚乙二醇-聚（L-谷氨酸）水凝胶高分子网络中键合的RGD肽数量，进而调控材料的细胞黏附性能示意图
示意图来源于文献Biomacromolecules, 2017, 18: 1411-1418
值得关注的是，越来越多的研究表明，生物可降解高分子材料在复杂体内环境中的有效应用，尤其是材料的最终临床转化仍然面临一系列关键问题和挑战。为了适应不同体内环境下的医学应用，可降解高分子材料通过自组装、化学反应、成型加工等方法制成了微纳米颗粒、凝胶、可植入器件等不同类型的材料或产品。
图4 刺激响应性的高分子纳米凝胶的调控药物释放
示意图来源于文献Small Methods, 2018, 2: 1700307
基于以上背景，中国科学院长春应用化学研究所陈学思院士总结了其研究团队过去二十年中在聚乳酸和聚氨基酸两类可降解高分子材料设计合成、器件制备及其在生物医学应用方面的研究进展，同时融合了部分相关国际重要研究成果。《可降解医用高分子材料》共分为8章：第1章，绪论；第2章，丙交酯开环聚合催化剂；第3章，医用聚乳酸材料及其器件制备；第4章，聚氨基酸的合成与功能化；第5章，可注射聚氨基酸水凝胶；第6章，高分子纳米药物传输体系及其应用；第7章，抗肿瘤高分子键合药与协同治疗；第8章，高分子基因载体。作者期望通过本书内容，对可降解医用高分子材料产业化及临床应用的未来重点发展方向及面临的重要问题有所启发，同时为相关领域学者、研究生提供有价值的学术参考。
图5 聚丝氨酸改性聚乙烯亚胺阳离子基因载体同时担载pDNA和siRNA用于联合抗肿瘤研究
示意图来源于文献Materials Chemistry Frontiers, 2017, 1: 937-946
全书由陈学思院士组织撰写、统稿和审校，并得到了科学出版社编辑团队的大力支持和协助。
本文摘编自《可降解医用高分子材料》一书，标题为编者所加。
（生物材料科学与工程丛书/王迎军 总主编）
国家出版基金项目
可降解医用高分子材料
陈学思 著
北京：科学出版社
ISBN 978-7-03-065375-8
丛书策划：翁靖一
本书为“生物材料科学与工程丛书”之一。生物医用高分子材料是指用于人工器官、组织工程与再生医学、体内外诊断、药物制剂及医疗器械等领域的一类高分子材料，是伴随着高分子科学的发展而逐渐形成的一门新兴学科。其中，可降解医用高分子材料在完成自身体内使命后能自动消除，不会对人类健康造成二次负担，因而近年来备受关注。本书聚焦于聚乳酸、聚氨基酸两类生物可降解高分子材料的设计、合成及其在生物医学方面的应用开发，以作者带领的研究团队近二十年在相关方向的研究成果和发展历程为主线，同时融合部分相关国际重要研究成果。例如，从单体聚合的催化剂设计及聚合条件优化、到工业级和医用级可降解高分子材料的大规模制备、到构建宏观的医用材料应用等，形成了从源头到应用的全链条覆盖。