在上一期中，我們討論了聚合物的熱穩(wěn)定性，這通常是評價聚合物穩(wěn)定性的主要因素。通過介紹聚合物熱穩(wěn)定性，我們可以了解到聚合物的化學和物理性質對穩(wěn)定性的影響。

除熱穩(wěn)定性外，聚合物的『水中穩(wěn)定性』和『生物穩(wěn)定性』也被用于評價特殊聚合物，尤其是作為醫(yī)用材料的聚合物，這些穩(wěn)定性受到特征官能團的親水性和酶的作用影響。當然，聚合物的『分子量和物理結構』也會影響其水中穩(wěn)定性和生物穩(wěn)定性。

接下來，我們將系統(tǒng)地了解聚合物的水中穩(wěn)定性和生物穩(wěn)定性，即水解和生物降解，及其對聚合物性能和應用的影響。

聚合物水解

聚合物的水解是指聚合物分子被水分子進攻，使聚合物在水中發(fā)生裂解反應，導致聚合物的分子量降低，或者產(chǎn)生小分子物質。

與化學小分子不同，聚合物的水解過程是水分子先進攻聚合物的表面并滲透至聚合物結構內部的過程，因此水解的影響因素包括官能團的親水性和物理結構。

典型的聚合物水解包括聚合物主鏈水解、支鏈親水官能團轉變?yōu)槭杷倌軋F或交聯(lián)結構水解為線性結構。

圖1 聚合物水解機理和類型圖片源自：An Introduction to Tissue-Biomaterial Interactions, Kay C Dee, David A. Puleo, Rena Bizios.

『雙鍵氧化碳（C=O）』是醫(yī)用材料中常見且最易受水解的鍵。這類鍵可以共價結合聚合物中的其他原子，如氧和氮，這些鍵可以是酯，酰胺，碳酸酯和脲。

在含有雙鍵氧化碳的化學鍵中，酐顯示出最高的水解速率，其次是酯和碳酸酯。這些基團都具有較高的極性，也更易與水分子形成具有強相互作用力的氫鍵從而促使水分子與聚合物鏈段結合。

其他雙鍵氧化碳基團，如氨基甲酸乙酯、脲、亞酰胺、酰胺等，如果該基團包含在疏水骨架或高度有序的形態(tài)結構內就表現(xiàn)出長期良好的穩(wěn)定性。

聚合物的『空間結構或分子排序』也會影響聚合物的水中穩(wěn)定性和生物穩(wěn)定性。對于孔隙或多孔結構的聚合物來說，其暴露表面積與體積比更高，水分子更容易滲透到聚合物結構的內部，表面粗糙的材料比光滑的材料更容易讓水分子滲透到結構內部，這些物理結構都會加速水解過程。

更多的，影響聚合物的水解因素還有『結晶度和交聯(lián)度』，如果一個易水解的化學鍵被一個疏水結構或結晶區(qū)所保護，其水解的有效速率可能會減慢。

聚合物生物降解

生物降解是指聚合物被生物體中的酶分解成小分子物質的過程，在這過程中，酶會吸附在聚合物表面并滲透至結構內部加速降解。這類聚合物都含有特征的化學片段，特征的化學片段一般是生物界或者生物體內存在的化學鍵或片段。

生物降解最終會轉化為二氧化碳、水、甲烷或其他小分子物質。對于聚合物的生物降解來說，天然的大分子聚合物或者其改性的聚合物一般是可生物降解的，而一些化學合成而來的聚合物，其疏水性越高越難降解，尤其是一些聚烯烴，因此『親水性』也是輔助判斷生物降解性的重要考量。

除此之外，『表面粗糙的材料』比光滑的材料更容易讓微生物附著從而加速生物降解，而『交聯(lián)結構』可能會阻礙生物降解。典型的可降解聚合物材料包括聚（ε-己內酯）（PCL）、聚乳酸（PLA）、聚3-羥基丁酸酯（PHB）等。

圖2 聚合物水解/生物降解過程
圖片源自：An Introduction to Tissue-Biomaterial Interactions, Kay C Dee, David A. Puleo, Rena Bizios.

聚合物·知識卡片

聚合物的水解和生物降解性是聚合物材料（例如醫(yī)用材料）會更多考量的方面。

可以通過綜合其化學結構的親水性和物理結構特性等方面綜合進行預測，也可以設計試驗對聚合物的水解和生物降解性進行分析和判斷。