有机硅材料问世于20世纪40年代，具有化学惰性、不致癌、低过敏性、长期植入不会丧失机械性能等性质，适用于多种医学用途，如用作骨组织再生的仿生材料、各类导管、乳房植入物、假肢、生物支架、人造皮肤、心脏搭桥机、修补材料、填塞材料、涂层等。此外，良好的血液相容性也使其能满足材料与血液接触的需求。
本文从体外、体内及在血液中的应用三个方面对有机硅材料在医用领域的开发应用进行了综述，并简要介绍了相关的抗菌性研究。
有机硅的主链由Si-O组成，在Si原子上可连接各种有机基团，如甲基、氨基、甲氧基等。硅氧结构与有机基团的分子结构使得有机硅材料兼具有机材料和无机材料的特性，因而具有耐腐蚀、耐高低温、无毒、憎水以及生理惰性等优异性能。有机基团的引入极大丰富了有机硅材料的应用。
例如，陈亮等人采用乳液聚合制得阴离子型氨基改性有机硅乳液，氨基的引入有效解决了纺织染整领域中有机硅柔软剂、平滑剂性能达不到预期的问题。
Wang等人在硅橡胶分子链中引入适量的苯基和环氧基，当环氧苯基硅橡胶(EMVPQ)中苯基含量从5%增加到20%时，EM-VPQ的力学性能显著降低，但阻尼性能和抗辐射性能大大提高，热分解温度略有升高;苯基和环氧胶的引入抑制了硅橡胶中环己烯的降解，从而提高了硅橡胶的耐高温性能;同时，环氧基团的存在提高了硅橡胶耐非极性油的性能。
有机硅材料在生物医用领域的应用主要包括体外应用、体内应用以及在血液中作为药物载体等。
其低过敏性、无毒、生物相容性好等特点使得有机硅材料在体外应用时不与皮肤产生过敏反应，体内应用时可作为人体的组织器官代用品、辅助用品长期或短期留置，在血液中用作药物载体也有着独特的优势。
因硅橡胶具有良好的组织相容性，没有细胞毒性，其薄膜敷料有较好的气体透过率，这使得有机硅材料得以用于体外创面敷料、医用压敏胶粘剂等。
Xiang等人开发出可以进行紫外光固化和3D打印的生物相容性有机硅弹性体，该弹性体对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有较好的抑制作用。其良好的生物相容性及抑菌性能使得该弹性体用作创面敷料时，创面不易受感染，有利于皮肤愈合。
压敏胶需考虑接触皮肤后可能会产生的问题，如刺激皮肤、皮肤过敏、细菌滋生导致的感染等。
有机硅压敏胶(图1)具有温和且稳定长效的粘性、低过敏性，反复使用不会损伤皮肤，广泛应用于医用伤口贴、弹性绷带以及医用胶带等。
Tombs等人开发了一种以新型聚(醚－聚氨酯)－有机硅交联压敏粘合剂作为药物储存库、以布洛芬作为有效药物成分的透皮贴片技术。
该皮肤贴片(图2)具有高药物负载率，其中的布洛芬易从粘合剂中释放并穿透膜和皮肤，也可通过加入渗透促进剂控制药物通过膜的通量;同时该贴片还具有良好的附着力，去除后在皮肤上无残留。
Ji等人通过含氢MQ硅树脂和丁子香酚的氢化硅烷化反应合成了Bio-PhenolMQ硅树脂(BPMQ);由于丁香酚结构中的特殊官能团，在不添加其它抗菌剂的情况下，BPMQ对大肠杆菌有显著的抗菌性，有望应用于压敏胶粘剂和硅橡胶制品。
硅树脂是一种高度交联的、兼具有机树脂及无机材料双重特性的有机硅材料，具有优异的疏水性及防粘脱模性等，可作为涂层、涂料等应用于生物医用设备、制品。硅树脂在加工过程中会添加各种助剂以达到需要的使用效果，因此也需要对制品的毒副作用进行研究。
Werner等人向硅树脂中添加了几种不同的有机金属催化剂，并测试了其体外细胞毒性。结果表明，催化剂的加入可显著缩短非细胞毒性涂料的固化时间;基于锡、锆、钛、铋和叔胺的有机金属催化剂没有细胞毒性效应，特别适用于医疗应用的电子封装。
有机硅材料的理化性质稳定，对人体内组织反应小，可在体内起到阻隔、支撑、为细胞生长和粘附提供场所等作用，常作为短期或长期植入物使用。
Shi等人将羧基接枝多面体低聚倍半硅氧烷(POSS-COOH)引入硅橡胶(SR)中，制得复合填充材料POSS-COOH/SR。POSS-COOH改善了细胞粘附，减少了SR周围包膜的形成，因此细胞在POSS-COOH/SR上的增殖和粘附能力相比纯硅橡胶支架显著增强。
这些结果表明POSS-COOH/SR无细胞毒性，且生物相容性优于单一的硅橡胶支架，作为软组织填充支架材料有着更好的前景。
Jenney等人开发的聚硅氧烷(聚氨酯－脲)(LP)表现出了心脏瓣膜叶所必需的特性，包括低动态模量、高拉伸强度和出色的生物稳定性等。
LP表面几乎检测不到血小板附着和血栓的形成;与临床标准组织瓣膜相比，绵羊长期植入带LP瓣叶的原型心脏瓣膜(图3，外径23mm，由溶液浇铸在聚醚醚酮支架上的LP和用聚酯缝线固定的聚四氟乙烯毡缝环组成)在血栓形成能力或全身组织反应方面没有差异;脂蛋白心脏瓣膜的萃取物和渗出物分析证实了最小的毒理学风险;24周的菌株加速体内LP生物稳定性测试证实了先前有利的体外生物稳定性结果。
这些研究表明，这种弹性体对全合成心脏瓣膜置换的柔性瓣叶具有理想的生物性能。
得益于有机硅材料植入人体后异物反应少、生理惰性等特点，医用有机硅制品中有相当一部分用作各类导管(图4)，其在应用过程中要避免细菌感染的风险。
Jane等人对硅橡胶导尿管中白色念珠菌生物膜的形成进行了研究，希望找到新材料以替代硅橡胶导尿管，但发现在硅橡胶、氯丁橡胶和丁基橡胶导尿管中，白色念珠菌生物膜的生长差异与后两种材料替代硅橡胶导管所需的成本并不匹配。
Goudie等人将一氧化氮(NO)供体S－亚硝基－N－乙酰青霉胺(SNAP)和硅油通过两步溶胀工艺引入商品化的硅橡胶Foley导尿管中，制成液体输注一氧化氮释放导尿管。
这种协同组合通过提供最低限度的SNAP淋洗和更有控制的NO释放，同时结合液体注入材料的无污染特性，改善了NO释放材料。主动释放NO和被动释放硅油协同作用可防止硅橡胶Foley导管上生物膜的形成，在降低导管相关性尿路感染风险方面具有潜在的应用前景。
应用于血液中的有机硅材料，多采用介孔有机硅纳米粒子作为药物载体置于人体内，受pH值、光、超声波或氧化还原反应等多种因素影响实现药物的可控释放，或用于肿瘤治疗中的刺激响应性药物释放、靶向给药等。
其机理是有机硅纳米粒子中的有机官能团能够诱发表面极性，通过影响载体粒子和药物分子间的相互作用来实现刺激响应释放、药物高负载率。
Kim等人根据肿瘤组织内或周围空间的pH值变化，设计了“负载纳米颗粒的纳米颗粒”，用于癌症靶向和整个3D肿瘤中纳米载体的表面到核心扩散。这种分级复合纳米系统首先合成了具有均匀大孔(15nm)的介孔二氧化硅纳米粒子(150nm)，然后通过DNA负载金纳米颗粒来制备。
全身给药后，整个纳米系统通过增强通透性和滞留效应积聚在肿瘤中。然后，弱酸性肿瘤微环境(pH值约6.5)导致杂合DNA在中孔中第一次转变，引起内部金纳米颗粒以及共轭DNA的释放，由于其尺寸较小，可以有效穿透肿瘤深部区域。
最后，金纳米颗粒被内化到肿瘤细胞中，抗癌药物在胞浆(pH值约为5.0)处通过第二次DNA跃迁释放。这项工作充分利用环境pH值变化作为特定触发因素，使更小的纳米载体和药物分子能够顺序释放，显著提高了癌症的治疗效果。
Wu等人通过二硫键整合了超微Cu2－xSe和具备中空结构的介孔有机硅纳米粒子(HMONs)，用于谷胱甘肽(GSH)反应性的生物降解和按需释放阿霉素(DOX)，专门用于原位胶质母细胞瘤的治疗。
在该研究中，聚焦超声也被应用于促进血脑屏障的部分开放，以保证这些已建立的复合纳米系统可以进入脑肿瘤中进行后续治疗。
肿瘤微环境中过表达的GSH促进HMONs的生物降解、负载Cu2－xSe(表面)和DOX(中孔)的释放，使肿瘤生长被显著抑制(91.1%)。
苏木精－伊红和末端脱氧核苷酸转移酶介导的dUTP缺口末端标记染色也显示治疗后的癌细胞损伤和凋亡增强，进一步证实了纳米系统治疗胶质母细胞瘤的高可行性。
Paris等人在介孔二氧化硅纳米粒子的表面修饰了超声波响应性无规共聚物，以控制阿霉素分子在介孔中的流量，经超声辐照后，聚合物主链中的疏水性四氢吡喃基被裂解，引起相变，并使得药物释放的较低临界溶液温度升高。
Chen等人构建了对高强度聚焦超声具有独特反应性的中空介孔有机二氧化硅，用于药物释放行为的外源性干预。二氧化硅骨架中的二硫键由于其较低的解离能(268kJ/mol)和较长的键长(0.203nm)，与C—C(解离能347kJ/mol，键长0.154nm)相比可以被高强聚焦超声机械断裂，从而促进了DOX分子的释放。
目前，有机硅材料在生物医用领域主要集中于体外应用、体内应用和血液中的药物载体等。用于体外时需要考虑材料对人体皮肤是否会产生过敏、损伤等问题，与伤口接触时也需考虑材料的透气性和抗菌性能等。植入物留置于体内则需更多地注意材料的生物相容性、细胞毒性以及抗菌性能。
有机硅材料本身与人体有着优异的生物相容性、低毒性，但是在接触过程中如果不慎受到污染，或在使用过程中出现微生物累积，则会对人体造成较大影响。
因此在开发过程中重点关注材料的抗菌改性。得益于介孔有机二氧化硅纳米颗粒等材料可受多种因素影响而释放药物，刺激响应性药物释放在肿瘤治疗方面有着较好的应用。
由于具有生理惰性和优异的生物相容性，有机硅材料在生物医用上有着难以替代的独特优势，越来越多的制品正在被开发，从皮肤敷料、人工关节、人工耳蜗，到脑积水引流装置、人工心脏瓣膜、导管，再到药物载体，有机硅材料正以多种形式积极地守护着人类的健康。
参考资料：有机硅材料在医用领域的应用研究进展，徐龙平等，成都思立可科技有限公司
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