生物医用高分子材料上课课件

1、1 3.1 3.1 高分子在人工脏器的高分子在人工脏器的应用应用现状现状 具有部分或全部代替人体某一器官功能的人工合具有部分或全部代替人体某一器官功能的人工合 成器官或物体称之为成器官或物体称之为“人工脏器人工脏器”， 高分子材料作高分子材料作 为为人工人工脏器脏器的的医用材料，正在越来越广泛地医用材料，正在越来越广泛地得到得到运用运用。 人工人工脏器的应用正从大型向小型化发展脏器的应用正从大型向小型化发展，从，从体外使体外使 用向内植型发展，从单一功能向综合用向内植型发展，从单一功能向综合功能型功能型发展。发展。 第六章第六章 生物医用高分子生物医用高分子材料材料 2 第六章第六章 生物医用

2、高分子生物医用高分子材料材料 表表1 用于人工脏器的部分高分子材料用于人工脏器的部分高分子材料 人工脏器人工脏器高分子材料高分子材料 心心 脏脏嵌段聚醚氨酯弹性体、硅橡胶嵌段聚醚氨酯弹性体、硅橡胶 肾肾 脏脏 铜氨法再生纤维素，醋酸纤维素，聚甲基丙烯酸甲酯，聚丙烯铜氨法再生纤维素，醋酸纤维素，聚甲基丙烯酸甲酯，聚丙烯 腈，聚砜，乙烯乙烯醇共聚物（腈，聚砜，乙烯乙烯醇共聚物（EVA），聚氨酯豪，聚丙烯，），聚氨酯豪，聚丙烯， 聚碳酸酯，聚甲基丙烯酸聚碳酸酯，聚甲基丙烯酸羟乙酯羟乙酯 肝肝 脏脏赛璐玢（赛璐玢（cellophane），聚甲基丙烯酸），聚甲基丙烯酸羟乙酯羟乙酯 胰胰 脏脏共聚丙烯酸酯

3、中空纤维共聚丙烯酸酯中空纤维 肺肺硅橡胶，聚丙烯中空纤维，聚烷砜硅橡胶，聚丙烯中空纤维，聚烷砜 关节、骨关节、骨 超高分子量聚乙烯超高分子量聚乙烯，高密度聚乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，尼龙，高密度聚乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，尼龙， 聚酯聚酯 皮皮 肤肤 硝基纤维素，聚硅酮硝基纤维素，聚硅酮尼龙复合物，聚酯，甲壳素尼龙复合物，聚酯，甲壳素 角角 膜膜 聚甲基丙烯酸甲酯，聚甲基丙烯酸聚甲基丙烯酸甲酯，聚甲基丙烯酸羟乙酯，硅橡胶羟乙酯，硅橡胶 玻璃体玻璃体 硅油，聚甲基丙烯酸硅油，聚甲基丙烯酸羟乙酯羟乙酯 鼻、耳鼻、耳 硅橡胶，聚乙烯硅橡胶，聚乙烯 乳乳 房房 聚硅酮聚硅酮 血血 管管 聚酯纤维，聚四氟乙

4、烯，嵌段聚醚氨酯聚酯纤维，聚四氟乙烯，嵌段聚醚氨酯 人工红血人工红血 球球 全氟烃全氟烃 人工血浆人工血浆 羟乙基淀粉，聚乙烯基吡咯烷酮羟乙基淀粉，聚乙烯基吡咯烷酮 胆胆 管管 硅橡胶硅橡胶 4 根据人工根据人工脏器的脏器的作用及目前研究进展，作用及目前研究进展， 可可将它们分成五大类将它们分成五大类。 第一类：能永久性地植入人体，完全替代第一类：能永久性地植入人体，完全替代原原 来脏器来脏器或部位的功能，成为人体组织的一部或部位的功能，成为人体组织的一部 分分。属于这属于这一类的有人工血管、人工心脏瓣一类的有人工血管、人工心脏瓣 膜、人工食道膜、人工食道、人工气管等、人工气管等。 3.2 3

5、.2 人工脏器的分类人工脏器的分类 5 第二类：在体外使用的较为大型的人工脏器第二类：在体外使用的较为大型的人工脏器装置装置、 主要作用是在手术过程中暂时替代原有器官主要作用是在手术过程中暂时替代原有器官的功的功 能能。例如人工肾脏、人工心脏、人工肺等。这。例如人工肾脏、人工心脏、人工肺等。这类类 装置装置的发展方向是小型化和内植化，最终能植入的发展方向是小型化和内植化，最终能植入 体内体内完全替代原有脏器的功能完全替代原有脏器的功能。 第三第三类：功能比较单一，只能部分替代人体类：功能比较单一，只能部分替代人体脏器脏器 的功能，例如人工肝脏等的功能，例如人工肝脏等。这类人工脏器的研究。这类人

6、工脏器的研究 方向方向是多功能化，使其能完全替代人体原有的是多功能化，使其能完全替代人体原有的较较 为复杂为复杂的脏器功能。的脏器功能。 6 第四第四类：正在进行探索的人工脏器类：正在进行探索的人工脏器。这是指。这是指那些功能特别那些功能特别 复杂复杂的脏器，如人工胃、人工子宫等的脏器，如人工胃、人工子宫等。这。这类人工脏器的研类人工脏器的研 究成功，将使现代医学水平有究成功，将使现代医学水平有一重大一重大飞跃飞跃。 第五第五类：整容性修复材料，如人工耳朵、类：整容性修复材料，如人工耳朵、人工鼻子人工鼻子、假肢假肢 等等。这些部件一般不具备。这些部件一般不具备特殊特殊的生理功能，但能修复人体的

7、生理功能，但能修复人体 的残缺部分，使的残缺部分，使患者重新患者重新获得端正的仪表。从社会学和心获得端正的仪表。从社会学和心 理学的角度理学的角度来看来看，也是具有重大意义的，也是具有重大意义的。要。要制成一个完整制成一个完整 的人工的人工脏器，必须脏器，必须有能源，有能源，传动装置传动装置、自动控制系统及辅、自动控制系统及辅 助装置或多方面的助装置或多方面的配合配合。然而，不言而喻，其中高分子材。然而，不言而喻，其中高分子材 料乃是目前料乃是目前制造制造人工脏器的关键材料。人工脏器的关键材料。 7 对于人工脏器而言，血液的相容性显得尤为重要。血液对于人工脏器而言，血液的相容性显得尤为重要。血

8、液 在以下两种情况下会发生异常：在以下两种情况下会发生异常： 1.当血管受损伤时，血液离开血管进入组织时，会发生自当血管受损伤时，血液离开血管进入组织时，会发生自 动凝血；动凝血； 2.血液与异物表面接触时，可能发生溶血或凝血，从而形血液与异物表面接触时，可能发生溶血或凝血，从而形 成血栓。成血栓。 显然，不解决上述问题，高分子材料就不能在人体中应用显然，不解决上述问题，高分子材料就不能在人体中应用 3.33.3高分子材料高分子材料的血液相容性的血液相容性 8 （1）血栓的形成）血栓的形成 通常，当人体的表皮受到损伤时，流出的血液通常，当人体的表皮受到损伤时，流出的血液 会自动凝固，称为会自动

9、凝固，称为血栓血栓。实际上，血液在。实际上，血液在受到下列受到下列 因素影响时，都可能发生血栓：因素影响时，都可能发生血栓： 血管壁特性与血管壁特性与 状态状态发生变化；发生变化； 血液的性质发生变化；血液的性质发生变化； 血液血液 的流动状态发生变化的流动状态发生变化。 3.3.3.1 3.1 高分子材料的凝血作用高分子材料的凝血作用 9 根据现代医学的观点，对血液的循环，人体内根据现代医学的观点，对血液的循环，人体内 存在两个对立系统，即促使血小板生成和血液凝固存在两个对立系统，即促使血小板生成和血液凝固 的的凝血系统凝血系统和由肝素、抗凝血酶以及促使纤维蛋白和由肝素、抗凝血酶以及促使纤维

10、蛋白 凝胶降解的溶纤酶等组成的凝胶降解的溶纤酶等组成的抗凝血系统抗凝血系统。当材料植。当材料植 入体内与血液接触时，血液的流动状态和血管壁状入体内与血液接触时，血液的流动状态和血管壁状 态都将发生变化，凝血系统开始发挥作用，从而发态都将发生变化，凝血系统开始发挥作用，从而发 生血栓。生血栓。 血栓的形成血栓的形成 10 血栓的形成机理是十分复杂的。一般认为，异血栓的形成机理是十分复杂的。一般认为，异 物与血液接触时，首先将吸附血浆内蛋白质，然后物与血液接触时，首先将吸附血浆内蛋白质，然后 粘附血小板，继而血小板崩坏，放出血小板因子，粘附血小板，继而血小板崩坏，放出血小板因子， 在异物表面凝血，

11、产生血栓。此外，红血球粘附引在异物表面凝血，产生血栓。此外，红血球粘附引 起溶血；凝血致活酶的活化，也都是形成血栓的原起溶血；凝血致活酶的活化，也都是形成血栓的原 因。（见因。（见图图2) 血栓的血栓的形成机理形成机理 11 图图2 血栓形成过程示意图血栓形成过程示意图 血液与异物表面接触 血浆蛋白吸附 血小板粘附 血小板放出凝血因子 血小板血栓 血栓形成 红血球粘附 溶血 凝血致活酶活化 凝血酶原活化 纤维蛋白朊沉积 血栓的血栓的形成机理形成机理 12 1) 血小板的粘附与材料表面能有关血小板的粘附与材料表面能有关 实验发现，血小板难粘附于表面能较低的实验发现，血小板难粘附于表面能较低的有机

12、有机 硅聚合物硅聚合物，而易粘附于，而易粘附于尼龙、玻璃尼龙、玻璃等高能表面上。等高能表面上。 此外，在此外，在聚甲基丙烯酸聚甲基丙烯酸羟乙酯、接枝聚乙烯羟乙酯、接枝聚乙烯 醇、主链和侧链中含有聚乙二醇结构的亲水性材料醇、主链和侧链中含有聚乙二醇结构的亲水性材料 表面上，血小板的粘附量都比较少。这可能是由于表面上，血小板的粘附量都比较少。这可能是由于 容易被水介质润湿而具有较小的表面能容易被水介质润湿而具有较小的表面能。 因此因此，有理由有理由认为，认为，低表面能材料具有较好的抗血栓性低表面能材料具有较好的抗血栓性。 （2 2）影响血小板在材料表面粘附的因素）影响血小板在材料表面粘附的因素 1

13、3 人体中正常血管的内壁是带负电荷的，而血小板、人体中正常血管的内壁是带负电荷的，而血小板、 血球等的表面也是带负电荷的，由于同性相斥的原因，血球等的表面也是带负电荷的，由于同性相斥的原因， 血液在血管中不会凝固。血液在血管中不会凝固。 因此，对带适当负电荷的材料表面，血小板难于因此，对带适当负电荷的材料表面，血小板难于 粘附，有利于材料的抗血栓性。但也有实验事实表明，粘附，有利于材料的抗血栓性。但也有实验事实表明， 血小板中的凝血因子在负电荷表面容易活化。因此，血小板中的凝血因子在负电荷表面容易活化。因此， 若若电荷密度太大，容易损伤血小板，反而造成血栓电荷密度太大，容易损伤血小板，反而造成

14、血栓。 2) 2) 血小板的粘附与材料表面的电荷性质有关血小板的粘附与材料表面的电荷性质有关 14 有些有些高分子材料与水接触后能形成高含水高分子材料与水接触后能形成高含水状态状态 （2090以上）的水凝胶。在水凝胶中，以上）的水凝胶。在水凝胶中，由于含由于含 水量水量增加而使高分子的实质部分减少，因此，增加而使高分子的实质部分减少，因此，植入植入人人 体后，与血液的接触机会也减少，相应的体后，与血液的接触机会也减少，相应的血小板粘附血小板粘附 数减少。实验表明，数减少。实验表明，丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸丙烯酸羟羟 乙酯和带有聚乙二醇侧基的甲基乙酯和带有聚乙二醇侧基的甲基丙烯酸酯与其

15、丙烯酸酯与其他单体他单体 共聚或接枝共聚的水凝胶共聚或接枝共聚的水凝胶，都具有，都具有较好的较好的抗血栓性。抗血栓性。 3) 3) 血小板的粘附与材料的含水率有关血小板的粘附与材料的含水率有关 15 综合上述讨沦不难看出，无论是疏水性聚合物综合上述讨沦不难看出，无论是疏水性聚合物 还是亲水性聚合物，都可在一定程度上具有抗血栓还是亲水性聚合物，都可在一定程度上具有抗血栓 性。进一步的研究表明，材料的抗血栓性，并不简性。进一步的研究表明，材料的抗血栓性，并不简 单决定于其是疏水性的还是亲水性的，而是决定于单决定于其是疏水性的还是亲水性的，而是决定于 它们的平衡值。它们的平衡值。一个亲水疏水性调节得

16、较合适的一个亲水疏水性调节得较合适的 聚合物，往往有足够的吸附力吸附蛋白质，形成一聚合物，往往有足够的吸附力吸附蛋白质，形成一 层隋性层，从而减少血小板在其上层的粘附层隋性层，从而减少血小板在其上层的粘附。 4) 4) 血小板的粘附与材料表面疏水亲水平衡有关血小板的粘附与材料表面疏水亲水平衡有关 16 由于由于凝血效应与血液的流动状态有关，血液凝血效应与血液的流动状态有关，血液流经流经的表面的表面 上有任何障碍都会改变其流动状态，上有任何障碍都会改变其流动状态，因此材料因此材料表面的平整度表面的平整度 将严重影响材料的抗血栓性。将严重影响材料的抗血栓性。据研究据研究知，知，材料表面若有材料表面

17、若有3m 以上凹凸不变的区域以上凹凸不变的区域，就，就会在该区域形成血栓会在该区域形成血栓。 由此可见由此可见，将材料表面，将材料表面尽可能尽可能处理得光滑，以减少血小处理得光滑，以减少血小 板、细胞成分在板、细胞成分在表面上表面上的粘附和聚集，是减少血栓形成可能的粘附和聚集，是减少血栓形成可能 性的有效性的有效措施措施之一。之一。 5) 5) 血小板的粘附与材料表面的光滑程度有关血小板的粘附与材料表面的光滑程度有关 17 3.4 高分子在人工脏器的高分子在人工脏器的应用应用现状现状 高分子材料作为高分子材料作为人工心脏、人工心脏瓣膜、人人工心脏、人工心脏瓣膜、人 工血管、人工肾工血管、人工肾

18、等的医用等的医用材料，正在越来越广材料，正在越来越广 泛地泛地得到得到运用运用。 人工人工脏器的应用正从大型向小型化发展脏器的应用正从大型向小型化发展，从，从体体 外使用向内植型发展，从单一功能向综合外使用向内植型发展，从单一功能向综合功能功能 型型发展。发展。 第六章第六章 生物医用高分子生物医用高分子材料材料 u人工心脏人工心脏 人工心脏是利用外在机械动力作用把血液输送人工心脏是利用外在机械动力作用把血液输送 到全身各器官以代替原有心脏功能的装置。所用材到全身各器官以代替原有心脏功能的装置。所用材 料主要为高分子和金属。料主要为高分子和金属。高分子如聚酯高分子如聚酯用作人工心用作人工心 脏

19、主体的制作，脏主体的制作，金属材料如金属材料如TiTi合金主要作为心脏瓣合金主要作为心脏瓣 膜、心室，其坚固性、轻质、表面光滑性非常适于膜、心室，其坚固性、轻质、表面光滑性非常适于 人工心脏。血液相容性（人工心脏。血液相容性（血栓和溶血）及组织相容血栓和溶血）及组织相容 性（感染）等是人工心脏失效的常见性（感染）等是人工心脏失效的常见问题，对瓣膜问题，对瓣膜 等材料进行改性以提高其生物相容性等材料进行改性以提高其生物相容性 。 二二 3.4.1 3.4.1 人工人工心脏和人工心脏瓣膜心脏和人工心脏瓣膜 可植入心脏内代替原有天然心脏瓣膜可植入心脏内代替原有天然心脏瓣膜 （主动脉瓣、肺动脉瓣、三尖

20、瓣、二尖（主动脉瓣、肺动脉瓣、三尖瓣、二尖 瓣），能使血液单向流动，具有天然心瓣），能使血液单向流动，具有天然心 脏瓣膜功能的人工器官。脏瓣膜功能的人工器官。 主要分为机械瓣，人体组织瓣，动物主要分为机械瓣，人体组织瓣，动物 组织瓣等。组织瓣等。 人体组织瓣的应用有两种人体组织瓣的应用有两种： 同种异体移植同种异体移植：将一个瓣膜从一个人将一个瓣膜从一个人 移植到另一个人。移植到另一个人。 自身移植自身移植：从本人的一个部位移植到从本人的一个部位移植到 另一个部位。应用最多的自身移植是将另一个部位。应用最多的自身移植是将 肺动脉瓣移植到主动脉瓣，称为肺动脉瓣移植到主动脉瓣，称为RossRoss

21、手手 术术。 图图5-7 5-7 生物组织瓣膜实物图生物组织瓣膜实物图 3.4.2 3.4.2 人工人工心脏心脏瓣膜瓣膜 定义：又称人工透析机，一种透析治疗设备，是用人 工方法模仿人体肾小球的过滤作用，在体外循环的情况 下，去除人体血液内过剩的含氮化合物、新陈代谢产物 或逾量药物等，调节水和电解质平衡，以使血液净化的 一种高技术医疗仪器。 原理：应用的膜分离技术原理，需从病人动脉将血液 引流出来，在人工肾经过透析后再从静脉输入病人体内。 组成：血液净化系统（透析器）、透析液供给系统和 自动控制系统三部分 透析器是人工肾的核心部分，现有用于透析器的膜材 料主要有用化学方法从棉花中提取的再生纤维素

22、和改良 纤维素，以及一些高分子聚合物如聚丙烯睛、聚酰胺、 乙烯乙烯醇共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯等。 3.4.33.4.3人工肾人工肾（人工透析机）（人工透析机） 21 治疗治疗大面积皮肤创伤的病人，需要将病人的大面积皮肤创伤的病人，需要将病人的正常正常皮皮 肤移植在创伤部位上。但在移植之前，创伤肤移植在创伤部位上。但在移植之前，创伤面需要面需要清清 洗，被移植皮肤需要养护，因此需要一定洗，被移植皮肤需要养护，因此需要一定时间时间。在这。在这 段时间内，许多病人由于体液的大量段时间内，许多病人由于体液的大量损耗以及损耗以及蛋白质蛋白质 与盐分的丢失而丧失生命与盐分的丢失而丧失生命。 因此因此，人们

23、用人们用高亲水性的高分子材料高亲水性的高分子材料作为人造皮作为人造皮 肤，暂时肤，暂时覆盖在覆盖在深度创伤的创面上，以减少体液的损深度创伤的创面上，以减少体液的损 耗和盐分耗和盐分的丢失的丢失，从而达到保护创面的目的。，从而达到保护创面的目的。 人工皮肤肤 3.4.4 3.4.4 人造皮肤材料人造皮肤材料 22 聚乙烯醇微孔薄膜和硅橡胶多孔海绵聚乙烯醇微孔薄膜和硅橡胶多孔海绵是制作人是制作人 造皮肤的两种重要材料。这两种人造皮肤使用时手造皮肤的两种重要材料。这两种人造皮肤使用时手 术简便，抗排异性好，移植成活率高，已应用于临术简便，抗排异性好，移植成活率高，已应用于临 床。高吸水性树脂用于制作

24、人造皮肤方面的研究，床。高吸水性树脂用于制作人造皮肤方面的研究， 亦已取得很多成果。此外，亦已取得很多成果。此外，聚氨基酸、骨胶原、角聚氨基酸、骨胶原、角 蛋白衍生物蛋白衍生物等天然改性聚合物也都是人造皮肤的良等天然改性聚合物也都是人造皮肤的良 好材料。好材料。 23 据报道，日本市场上近年出现一种高效人造皮据报道，日本市场上近年出现一种高效人造皮 肤，对严重烧伤的患者十分有效。这种人造皮肤的肤，对严重烧伤的患者十分有效。这种人造皮肤的 原料是原料是甲壳质材料甲壳质材料，从，从螃蟹壳、虾壳螃蟹壳、虾壳等物质中萃取等物质中萃取 出来，经过抽制成丝，再进行编织。这种人造皮肤出来，经过抽制成丝，再进

25、行编织。这种人造皮肤 具有生理活性，可代替正常皮肤进行移植，因此可具有生理活性，可代替正常皮肤进行移植，因此可 减少患者再次取皮的痛苦。临床试验表明，这种皮减少患者再次取皮的痛苦。临床试验表明，这种皮 肤的移植成活率达肤的移植成活率达90以上。以上。 24 将人体的表皮细胞在高分子材料上粘附、增将人体的表皮细胞在高分子材料上粘附、增 殖，从而制备有生理活性的人工皮肤，是近年来殖，从而制备有生理活性的人工皮肤，是近年来 的又一研究动向，并已取得相当的成就。例如将的又一研究动向，并已取得相当的成就。例如将 由骨胶原和葡糖胺聚糖组成的多孔层与有机硅材由骨胶原和葡糖胺聚糖组成的多孔层与有机硅材 料复合

26、形成双层膜料复合形成双层膜。将少量取自患者皮肤的表面。将少量取自患者皮肤的表面 细胞置于多孔层中，覆在创伤面上。不久表皮细细胞置于多孔层中，覆在创伤面上。不久表皮细 胞即在多孔层中增殖而形成皮肤。然后将有机硅胞即在多孔层中增殖而形成皮肤。然后将有机硅 膜剥下，多孔层则分解，被人体所吸收。膜剥下，多孔层则分解，被人体所吸收。 第六章第六章 医用高分子材料医用高分子材料 4.1 整形与修复材料整形与修复材料 高分子材料在医学领域中首先得以应用的就是整 形与修复材料，如义眼、假牙，整容材料，人工 骨、人工关节等。 主要内容：主要内容： 1.1.眼科材料眼科材料 2.2.齿科材料齿科材料 3.3.人工

27、骨和关节人工骨和关节 4.4.人工肌腱与皮肤人工肌腱与皮肤 第六章第六章 医用高分子材料医用高分子材料 4.1 整形与修复材料整形与修复材料 1.1.眼科材料眼科材料 眼科材料包括接触眼镜、人工角膜、人工玻璃体和人工眼科材料包括接触眼镜、人工角膜、人工玻璃体和人工 晶状体等。晶状体等。 （一）接触眼镜（一）接触眼镜 接触眼镜是为了矫正视力而在角膜外贴附的一层透接触眼镜是为了矫正视力而在角膜外贴附的一层透 明镜片，熟称明镜片，熟称“隐形眼镜隐形眼镜”。通常作为软接触的聚合物是。通常作为软接触的聚合物是 聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚N-N-乙烯基吡咯烷酮或两者的交联乙烯基吡咯烷酮或

28、两者的交联 聚合体。聚合体。 第六章第六章 医用高分子材料医用高分子材料 4.1 整形与修复材料整形与修复材料 （二）人工玻璃体（二）人工玻璃体 接触眼镜是为了矫正视力而在角膜外贴附的一层透明镜片，接触眼镜是为了矫正视力而在角膜外贴附的一层透明镜片， 熟称熟称“隐形眼镜隐形眼镜”。通常作为软接触的聚合物是聚甲基丙。通常作为软接触的聚合物是聚甲基丙 烯酸羟乙酯、聚烯酸羟乙酯、聚N-N-乙烯基吡咯烷酮或两者的交联聚合体。乙烯基吡咯烷酮或两者的交联聚合体。 在角膜外，可附上一层透明的镜片，代替通常的眼镜以在角膜外，可附上一层透明的镜片，代替通常的眼镜以 矫正视力；当角膜因病变或外伤而造成损坏时，则可

29、以用矫正视力；当角膜因病变或外伤而造成损坏时，则可以用 人工角膜来代用，使盲人重见光明人工角膜来代用，使盲人重见光明； 28 （三）（三） 人工角膜人工角膜 由于疾病或意外伤害引起的角膜浑浊，如将瞳孔遮住， 就要造成失明。除进行人体角膜移植外，用透明的高分子 材料制成人工角膜，现已取得良好的效果。如用硅橡胶或 聚甲基丙烯酸酯类、聚酯等材料的薄片，并带有能与人体 角膜粘合的固定结构件，植入己除去混浊角膜的眼球上， 便能达到顶期的目的。 29 （四）（四） 人工晶状体人工晶状体 人眼中的晶状体，犹如照相机中高折射率的镜头。如 在眼疾手术（白内障手术）后，晶状体也被摘除，则需佩戴高 倍折射率的眼镜，

30、十分不便。而如能将一种透明而具有高折射 率的人工晶状体植于眼内，便可使病人恢复视力。这种人工晶 状体一般用聚甲基丙烯酸酯类的透明高分子材料制成。 为了使人工晶状体插入，还必须附带必要的固定件。固定 件一般采用改性材料制成，如用甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸 丁酯共聚以增加其韧性，也可采用甲基丙烯酸环己酯和甲基丙 烯酸丁酯共聚，以提高其折光性和韧性。 30 4.2 齿科材料 齿科所用的材料包括高分子材料、合金、陶瓷等。 其中高分子材料的研究、发展和应用最为活跃。 将从龋齿填补、假牙镶补及在颚骨内埋植等三个方 面阐述高分子材料的研究和应用情况。 龋齿填补用龋齿填补用树脂树脂 龋齿填补用树脂是充填于龋齿

31、空洞部分所采用的高分子材料的通称。 这种材料必须在填补以后，常温下几分钟之内硬化，补好空洞，抑 制龋蛀，保护牙组织的正常生理功能。因此这种树脂必须具备以下 条件： 具有与人体组织的适应性，对齿组织及口腔粘膜等没有危害作用； 31 具有化学稳定性，在口腔内长期留置，不受唾液、食物、细菌、酶等的分 解，不易老化，不会溶解渗出其他物质； 色泽稳定，从美容的观点出发，应具与人齿及牙根相似的色泽，不易变色， 不被污染，受紫外线照射也不变色和退色； 形状、尺寸稳定，聚合固化时收缩小，咬合受压时变形小，热膨胀系数小； 有适当的机械性能，如具有一定的硬度、抗拉强度、压缩强度、弹性率、 耐磨擦性、耐疲劳性等；

32、32 树脂充填材料，其主要成分为丙烯酸类树脂、无机填 料、引发剂等。 树脂基质可选用聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯 丙烯酸甲酯共聚物、丙烯酸环氧树脂、羟甲基环氧树脂、 芳香族双甲基丙烯酸酯类聚合物等材料。 树脂填充材料的组成 33 人工种植牙 人工种植牙是利用人工生物材料制造的仿生牙，医 生将其植入患者的颌骨内以修复失牙，重建咀嚼功能。人 工种植牙这种仿生器官被植入牙床后，不仅形态逼真、美 观患者感觉像真牙一样，而且没有传统假牙的塑料基托、 金属卡环等的外观和异物感，并可像真牙一样咀嚼食物。 被称为人类的“第三副牙齿”。 34 人工种植牙更确切的称谓应是人工种植牙根。因为种植到颌骨内的 仅仅

33、是相当于牙根的部分，待这部分种植体与颌骨愈合之后，再在种植 体上镶牙。 真正的骨内种植开始于十九世纪。这个时期，种植治疗已屡有报告， 种植材料大大增加，如金、银、瓷、象牙、贝壳等。据报告，种植成功 的时间有长达八年之久。 现代种植牙的发展始于1978年。这一年，美国国家医学研究所在哈佛召 开了一次研讨会，严格地讨论了种植牙的优点和危险性，第一次从专业 角度，正面肯定了种植牙。 35 1、以钛合金为主的金属合金材料，其优点是强度高，但对组织和骨的适应性 均较差。 2、陶瓷材料，具有机械强度高、耐腐蚀、无刺激和毒性、与组织相容性好。 3、高分子材料，某些高分子材料与人体结构的天然高分子有较相近的化

34、学结 构，但易被生物体降解并刺激生物体。 4、复合材料。人体牙齿往往是包含着有机物和无机物的 复杂复合体。上述单 一材料由于受到单一结构的限制，往往不能满足生物体的要求。因此复合材料 的应用日趋广泛。 种植牙材料 36 骨骼是人体的支架。它具有保护体内的脑、心、肝、脾、肺及 盆腔内诸器官、支持体形、承受体重的作用，并作为肌肉收缩和活 动时的杠杆，通过关节而产生各种运动。 4.3、 人工骨和人工关节人工骨和人工关节 第六章第六章 医用高分子材料医用高分子材料 高分子材料在骨科的应用和研究有很长的历史。 1850年已有人用硫化橡胶作为下颚骨和头盖骨； 1894年有人用赛璐珞制成头盖骨，但组织刺激性

35、强， 而且有人提出了在它的埋植体周围发生恶性肿瘤的报告。 1 、发展、发展历史历史 人体骨骼示意图 37 1949年曾经出现过用尼龙制的人工骨在肩、臂、指关节、股关节等处应用。 但因尼龙对人体组织的刺激性很大，现已不采用。 1963年英国研究出用高密度聚乙烯作为人工股关节的窝部，而用金属制成 在窝部转动的关节头，但由于金属对聚乙烯的磨损比较厉害，后来在金属关节 头的表面附上一层陶瓷。作为人工关节的窝部材料，也曾试用过聚四氟乙烯等。 上世纪70年代，有人用聚氯乙烯、聚四氟乙烯等表面发泡材料作为人工骨应 用于临床，发现它与人体组织适应性较好。 还有人将一种发泡的氧化铝陶瓷浸在环氧树脂中制成增强的复

36、合材料，作为人 工骨应用于临床。 第六章第六章 生物医用高分子生物医用高分子材料材料 38 ( (一一) )人工肌腱人工肌腱 1976 1976年美国巴特尔哥伦布研究年美国巴特尔哥伦布研究 治疗大面积皮肤创伤的病人，需要将病人的治疗大面积皮肤创伤的病人，需要将病人的正常正常皮肤移植在创伤部皮肤移植在创伤部 位上。但在移植之前，创伤位上。但在移植之前，创伤面需要面需要清洗，被移植皮肤需要养护，清洗，被移植皮肤需要养护， 因此需要一定因此需要一定时间时间。在这段时间内，许多病人由于体液的大量。在这段时间内，许多病人由于体液的大量损损 耗以及耗以及蛋白质与盐分的丢失而丧失生命。因此，蛋白质与盐分的丢

37、失而丧失生命。因此，人们用人们用高亲水性高亲水性 的高分子材料的高分子材料作为人造皮肤，暂时作为人造皮肤，暂时覆盖在覆盖在深度创伤的创面上，以深度创伤的创面上，以 减少体液的损耗和盐分减少体液的损耗和盐分的丢失的丢失，从而达到保护创面的目的。，从而达到保护创面的目的。 4.44.4 人工人工肌腱与皮肤肌腱与皮肤 39 聚乙烯醇聚乙烯醇微孔薄膜和硅橡胶多孔海绵微孔薄膜和硅橡胶多孔海绵是制作人是制作人 造皮肤的两种重要材料。这两种人造皮肤使用时手造皮肤的两种重要材料。这两种人造皮肤使用时手 术简便，抗排异性好，移植成活率高，已应用于临术简便，抗排异性好，移植成活率高，已应用于临 床。高吸水性树脂用

38、于制作人造皮肤方面的研究，床。高吸水性树脂用于制作人造皮肤方面的研究， 亦已取得很多成果亦已取得很多成果。 此外此外，聚氨基酸、骨胶原、聚氨基酸、骨胶原、角蛋白角蛋白衍生物衍生物等天然改等天然改 性聚合物也都是人造皮肤的性聚合物也都是人造皮肤的良好良好材料。材料。 40 据报道，日本市场上近年出现一种高效人造据报道，日本市场上近年出现一种高效人造皮肤皮肤，对，对 严重烧伤的患者十分有效。这种人造皮肤严重烧伤的患者十分有效。这种人造皮肤的原料的原料是是甲甲 壳质材料壳质材料，从，从螃蟹壳、虾壳螃蟹壳、虾壳等物质中等物质中萃取出来萃取出来，经过，经过 抽制成丝，再进行编织。这种人造抽制成丝，再进行编织。这种人造皮肤具有皮肤具有生理活性，生理活性， 可代替正常皮肤进行移植，因此可代替正常皮肤进行移植，因此可减少可减少患者再次取皮患者再次取皮 的痛苦。临床试验表明，这种的痛苦。临床试验表明，这种皮肤皮