生物医用高分子材料

1、第九章第九章 医用高分子材料医用高分子材料 一、生物医用材料的定义一、生物医用材料的定义 （Biomedical materials） 对生物体进行诊断、治疗和置对生物体进行诊断、治疗和置 换损坏组织、器官或增进其功换损坏组织、器官或增进其功 能的材料。能的材料。 9.1 概述概述 按材料来源分按材料来源分 （1 1） 医用金属和合金医用金属和合金。主要用于承力的骨、关节和牙等硬组织的修复和。主要用于承力的骨、关节和牙等硬组织的修复和 替换。替换。不锈钢不锈钢、钴基合金钴基合金、钛及钛合金钛及钛合金是目前医用合金的三大支柱。医用是目前医用合金的三大支柱。医用 合金还有钽、铌和贵金属等。合金还有

2、钽、铌和贵金属等。 （2 2） 医用高分子生物材料医用高分子生物材料。高分子化合物是构成人体绝大部分组织和器。高分子化合物是构成人体绝大部分组织和器 官的物质，医用高分子生物材料包括合成（如：聚酯、硅橡胶）和天然高官的物质，医用高分子生物材料包括合成（如：聚酯、硅橡胶）和天然高 分子（如：胶原、甲壳素）。近来，生物降解高分子材料得到重视。分子（如：胶原、甲壳素）。近来，生物降解高分子材料得到重视。 （3 3） 医用生物陶瓷医用生物陶瓷。有惰性生物陶瓷和活性生物陶瓷（羟基磷灰石陶瓷、。有惰性生物陶瓷和活性生物陶瓷（羟基磷灰石陶瓷、 可吸收磷酸三钙陶瓷等）可吸收磷酸三钙陶瓷等） （4 4） 医用生

3、物复合材料医用生物复合材料。如羟基磷灰石涂复钛合金，炭纤维或生物活性。如羟基磷灰石涂复钛合金，炭纤维或生物活性 玻璃纤维增强聚乳酸等高分子材料。玻璃纤维增强聚乳酸等高分子材料。 （5 5） 生物衍生材料生物衍生材料。这类材料是将活性的生物体组织，包括自体和异体。这类材料是将活性的生物体组织，包括自体和异体 组织，经处理改性而获得的无活性的生物材料。组织，经处理改性而获得的无活性的生物材料。 二、生物医用材料的分类二、生物医用材料的分类 生物衍生材料 取自患者自体的组织取自患者自体的组织 例如：采用自身隐静脉作为冠状动脉搭桥例如：采用自身隐静脉作为冠状动脉搭桥 术的血管替代物术的血管替代物 取自

4、其他人的同种组织取自其他人的同种组织 例如：利用他人角膜治疗患者的角膜疾病例如：利用他人角膜治疗患者的角膜疾病 来自其它动物的异种组织来自其它动物的异种组织 例如：采用猪的心脏瓣膜代替人的心脏瓣例如：采用猪的心脏瓣膜代替人的心脏瓣 膜，治疗心脏病等。膜，治疗心脏病等。 聚四氟乙烯聚四氟乙烯 人工关节人工关节 例如：例如： 德国产品德国产品 UHMWPE材料材料 ISO5834-2 ASTM F648 可用为人工关节、可用为人工关节、 人工骨骼植入人体人工骨骼植入人体 极低的能耗极低的能耗 人工心脏瓣膜人工心脏瓣膜 组织工程人工骨缺损修复示意图组织工程人工骨缺损修复示意图 三、生物医用高分子材料

5、三、生物医用高分子材料 分类分类 用途用途 制备制备 按用途分类 手术治疗用高分子材料手术治疗用高分子材料 缝合线，黏胶剂，止血剂，各种导管，引流管，一次性缝合线，黏胶剂，止血剂，各种导管，引流管，一次性 输血输液器材输血输液器材 药用及药物传递用高分子材料药用及药物传递用高分子材料 靶向性高分子载体（肝靶向性，肿瘤靶向性），高分子药靶向性高分子载体（肝靶向性，肿瘤靶向性），高分子药 物（干扰素，降胆敏），高分子控制释放载体（胶囊，水物（干扰素，降胆敏），高分子控制释放载体（胶囊，水 凝胶，脂质体）凝胶，脂质体） 人造器官或组织人造器官或组织 人造皮肤，血管，骨，关节，肠道，心脏，肾等人造皮肤

6、，血管，骨，关节，肠道，心脏，肾等 1. 分类分类 制备生物医用高分子材料？生物医用高分子材料？ 化学家合成原始材料并检测各项理化指标化学家合成原始材料并检测各项理化指标 生物学家检测材料生物毒性及生物相容性生物学家检测材料生物毒性及生物相容性 医学家做临床动物试验医学家做临床动物试验-人体试验人体试验 化学工程师制造生物医用高分子材料化学工程师制造生物医用高分子材料 临床应用临床应用 化学家来做第一步化学家来做第一步 2. 生物医用材料市生物医用材料市 场发展概况场发展概况 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 年 200520022000 3275 230

7、0 1650 20% 12% 单位: 亿 美 元 世 界 医 疗器 械 市 场 生 物 材 料 和 制品 全球生物医用材料市场全球生物医用材料市场 我国生物医学材料的生物医学工程产业我国生物医学材料的生物医学工程产业 的市场增长率高达的市场增长率高达 28(全球市场增长全球市场增长 率率20%),居全球之首。居全球之首。 我国人工关节我国人工关节 替换年增长率高达替换年增长率高达30， 远高于美国的远高于美国的4。 -国家科技部资料国家科技部资料 中国生物医用材料市场中国生物医用材料市场 775万肢残患者和每年新增的万肢残患者和每年新增的300万骨损伤患者万骨损伤患者 -需要大量骨修复材料需要

8、大量骨修复材料 2000万心血管病患者万心血管病患者 -每年需要每年需要24万套人工心瓣膜万套人工心瓣膜 肾衰患者肾衰患者 -每年需要每年需要12万个肾透析器万个肾透析器 3. History of polymeric biomaterials 1943年年 赛璐珞薄膜开始用于血液透析赛璐珞薄膜开始用于血液透析 1949年年 美国首先发表了医用高分子的展望性论文。在文章美国首先发表了医用高分子的展望性论文。在文章 中，第一次介绍了中，第一次介绍了利用利用PMMA作为人的头盖骨、关作为人的头盖骨、关 节和股骨节和股骨，利用聚酰胺纤维作为手术缝合线利用聚酰胺纤维作为手术缝合线的临床的临床 应用情况

9、。应用情况。50年代，有机硅聚合物被用于医学领年代，有机硅聚合物被用于医学领 域域，使人工器官的应用范围大大扩大，包括器官替，使人工器官的应用范围大大扩大，包括器官替 代和整容等许多方面。代和整容等许多方面。 Drug controlled releaseTissue engineering Gene therapy 此后，一大批人工器官在此后，一大批人工器官在50年代试用于临床。年代试用于临床。 如如人工尿道（人工尿道（1950年）年）、人工血管（人工血管（1951年）年）、 人工食道（人工食道（1951年）年）、人工心脏瓣膜（人工心脏瓣膜（1952）、 人工心肺（人工心肺（1953年）年）

10、、人工关节（人工关节（1954年）年）、人人 工肝（工肝（1958年）年）等。进入等。进入60年代，医用高分子材年代，医用高分子材 料开始进入一个崭新的发展时期。料开始进入一个崭新的发展时期。 1960s 可生物降解聚合物，如：可生物降解聚合物，如： Polylactide(PLA) 1970-80s 隐形眼镜（隐形眼镜（Contact lens），药物），药物 控制释放控制释放(drug controlled release) 1990s- 聚合物在生物医用材料中的占有率聚合物在生物医用材料中的占有率 超过一半超过一半 高分子材料虽然不是万能的，不可能指望它解高分子材料虽然不是万能的，不可能

11、指望它解 决一切医学问题，但决一切医学问题，但通过分子设计的途径通过分子设计的途径，合成出，合成出 具有生物医学功能的理想医用高分子材料的前景是具有生物医学功能的理想医用高分子材料的前景是 十分广阔的。有人预计，在十分广阔的。有人预计，在21世纪，医用高分子将世纪，医用高分子将 进入一个全新的时代。除了大脑之外，人体的所有进入一个全新的时代。除了大脑之外，人体的所有 部位和脏器都可用高分子材料来取代。仿生人也将部位和脏器都可用高分子材料来取代。仿生人也将 比想象中更快地来到世上。比想象中更快地来到世上。 （Requirements for biomedical polymers） Basic

12、requirements 安全性Biocompatibility/Biostability / Biodegradability 灭菌性Sterilizability 4. 医用高分子材料的要求 Requirements for biomedical polymers Other requirements according to specific applications 加工成型性machine-shaping properties 机械性能与稳定性Mechanical properties 环境敏感性Environmental sensitivity 表面性能与结构多空性Surface

13、properties/Porosity 亲疏水性Hydrophilicity / hydrophobicity 不会致癌不会致癌 根据现代医学理论认为，人体致癌的原因是由根据现代医学理论认为，人体致癌的原因是由 于于正常细胞发生了变异。当这些变异细胞以极其迅正常细胞发生了变异。当这些变异细胞以极其迅 速的速度增长并扩散时，就形成了癌速的速度增长并扩散时，就形成了癌。而引起细胞。而引起细胞 变异的因素是多方面的，有化学因素、物理因素，变异的因素是多方面的，有化学因素、物理因素， 也有病毒引起的原因。也有病毒引起的原因。 安全性安全性 具有良好的血液相容性具有良好的血液相容性 当高分子材料用于人工

14、脏器植入人体后，必当高分子材料用于人工脏器植入人体后，必 然要长时间与体内的血液接触。因此，然要长时间与体内的血液接触。因此，应用应用 高分子对血液的相容性是所有性能中最重要高分子对血液的相容性是所有性能中最重要 的的。 通常，当人体的表皮受到损伤时，流出的血液会通常，当人体的表皮受到损伤时，流出的血液会 自动凝固，称为自动凝固，称为血栓血栓。 血液相容性指材料在体内与血液接触后不发生凝 血、溶血现象，不形成血栓。 实际上，血液在受到下列因素影响时，都可能发实际上，血液在受到下列因素影响时，都可能发 生血栓：生血栓： 血管壁特性与状态发生变化；血管壁特性与状态发生变化； 血血 液的性质发生变化

15、；液的性质发生变化； 血液的流动状态发生变化血液的流动状态发生变化。 具有良好的组织相容性具有良好的组织相容性 有些高分子材料本身对人体有害，不能用作有些高分子材料本身对人体有害，不能用作 医用材料。而有些高分子材料本身对人体组织并医用材料。而有些高分子材料本身对人体组织并 无不良的影响，但在合成、加工过程中不可避免无不良的影响，但在合成、加工过程中不可避免 地会残留一些单体，或使用一些添加剂。当材料地会残留一些单体，或使用一些添加剂。当材料 植入人体以后，这些单体和添加剂会慢慢从内部植入人体以后，这些单体和添加剂会慢慢从内部 迁移到表面，从而对周围组织发生作用，迁移到表面，从而对周围组织发生

16、作用，引起炎引起炎 症或组织畸变症或组织畸变，严重的可引起全身性反应。，严重的可引起全身性反应。 灭菌性 高分子材料在植入体内之前，都要经过严格的高分子材料在植入体内之前，都要经过严格的 灭菌消毒。目前灭菌处理一般有三种方法：灭菌消毒。目前灭菌处理一般有三种方法：蒸汽灭蒸汽灭 菌、化学灭菌、菌、化学灭菌、射线灭菌射线灭菌。国内大多采用前两种。国内大多采用前两种 方法。因此在选择材料时，要考虑能否耐受得了。方法。因此在选择材料时，要考虑能否耐受得了。 能经受必要的清洁消毒措施而不产生变性能经受必要的清洁消毒措施而不产生变性 机械强度 表表9-1 高分子材料在狗体内的机械稳定性高分子材料在狗体内的

17、机械稳定性 材料名称材料名称植入天数植入天数机械强度损失机械强度损失 / 尼龙尼龙-6 76174.6 107380.7 涤纶树脂涤纶树脂78011.4 聚四氟乙烯聚四氟乙烯6775.3 5. 材料界面性质对血液相容性的关系材料界面性质对血液相容性的关系 材料界面性质与血液界面性能的不同可能材料界面性质与血液界面性能的不同可能 造成吸附改变蛋白质的形状以及排列，产造成吸附改变蛋白质的形状以及排列，产 生溶血、凝血或者血栓生溶血、凝血或者血栓 改善措施改善措施 强亲水或强疏水表面强亲水或强疏水表面 亲水或疏水微相分离的聚合物亲水或疏水微相分离的聚合物 表面引入生物相容性物质（肝素、白蛋白等）表面

18、引入生物相容性物质（肝素、白蛋白等） 引入负离子（血液中多组分呈负电性）引入负离子（血液中多组分呈负电性） 生成伪内膜生成伪内膜 高分子材料表面亲高分子材料表面亲/疏水性的改善疏水性的改善 强疏水：对血液成分吸附能力小，因此血强疏水：对血液成分吸附能力小，因此血 液相容性好，如：液相容性好，如：聚四氟乙烯聚四氟乙烯 强亲水：吸水后与血液表面性能接近，减强亲水：吸水后与血液表面性能接近，减 小对蛋白质的吸附，如：小对蛋白质的吸附，如：聚氧化乙烯（非聚氧化乙烯（非 常重要的抗凝血材料）常重要的抗凝血材料） 添加聚氧化乙烯（分子量添加聚氧化乙烯（分子量6000）于凝血酶）于凝血酶 溶液中，可防止凝血

19、酶对玻璃的吸附。溶液中，可防止凝血酶对玻璃的吸附。 通过接枝改性调节高分子材料表面分子通过接枝改性调节高分子材料表面分子 结构中的亲水基团与疏水基团的比例，结构中的亲水基团与疏水基团的比例，使使 其达到一个最佳值，也是改善材料血液相其达到一个最佳值，也是改善材料血液相 容性的有效方法。容性的有效方法。 制备具有微相分离结构的材料制备具有微相分离结构的材料 研究发现，具有微相分离结构的高分子材料对研究发现，具有微相分离结构的高分子材料对 血液相容性有十分重要的作用。血液相容性有十分重要的作用。 它们基本上是它们基本上是嵌段共聚物和接枝共聚物嵌段共聚物和接枝共聚物。其中研。其中研 究得较多的是究得

20、较多的是聚氨酯嵌段共聚物聚氨酯嵌段共聚物，即由软段和硬段组，即由软段和硬段组 成的多嵌段共聚物，其中软段一般为聚醚、聚丁二烯、成的多嵌段共聚物，其中软段一般为聚醚、聚丁二烯、 聚二甲基硅氧烷等，形成连续相；硬段包含脲基和氨聚二甲基硅氧烷等，形成连续相；硬段包含脲基和氨 基甲酸酯基，形成分散相。基甲酸酯基，形成分散相。 C O NHR ( NHC O O RO)xC O NHRyNHC O NHRNH n C O NHR ( NHC O O RO)xC O NHRyNHC O R nO O 美国美国EthiconEthicon公司推荐的四种医用聚醚氨公司推荐的四种医用聚醚氨 酯：酯：Biomer

21、Biomer，PellethanePellethane，TecoflexTecoflex和和 CardiothaneCardiothane基本上都属于这一类聚合物。基本上都属于这一类聚合物。 原因被认为是亲水和疏水的蛋白质原因被认为是亲水和疏水的蛋白质 被吸附于不同的微相区间，不会激被吸附于不同的微相区间，不会激 活血小板表面的糖蛋白，血小板的活血小板表面的糖蛋白，血小板的 特异识别功能表现不出来。特异识别功能表现不出来。 高分子材料的肝素化高分子材料的肝素化 肝素是一种硫酸多糖类物质肝素是一种硫酸多糖类物质（见下式），（见下式），含 有SO3-，COO-及NHSO3-等功能基团。 是最早被认

22、识的天然抗凝血产物之一。是最早被认识的天然抗凝血产物之一。 HOH H O H H O H O O OH H H OH H COOH H CH2OSO3H H NHSO3H OHOH H O H H O H O OH H H OH H COOH H CH2OSO3H H NHSO3H 将肝素通过接枝方法固定在高分子材料将肝素通过接枝方法固定在高分子材料 表面上以提高其抗凝血性，是使材料的抗凝表面上以提高其抗凝血性，是使材料的抗凝 血性改变的重要途径。在高分子材料结构中血性改变的重要途径。在高分子材料结构中 引入肝素后，在使用过程中，肝素慢慢地释引入肝素后，在使用过程中，肝素慢慢地释 放，能明显

23、提高抗血栓性。放，能明显提高抗血栓性。 人工合成的仿肝素共聚物，同样具有较好的抗凝血功能人工合成的仿肝素共聚物，同样具有较好的抗凝血功能 使材料表面带上负电荷的基团使材料表面带上负电荷的基团 例如：将芝加哥酸（例如：将芝加哥酸（1-氨基氨基-8-萘酚萘酚-2, 4-二磺酸萘）二磺酸萘） （见下式）引入聚合物表面后，可减少血小板在（见下式）引入聚合物表面后，可减少血小板在 聚合物表面上的粘附量，抗疑血性提高。聚合物表面上的粘附量，抗疑血性提高。 NHSO2NN OH NH2 SO3H SO3H 材料表面伪内膜化材料表面伪内膜化 人们发现，大部分高分子材料的表面容易沉渍人们发现，大部分高分子材料的

24、表面容易沉渍 血纤蛋白而凝血。如果有意将某些高分子的表面制血纤蛋白而凝血。如果有意将某些高分子的表面制 成纤维林立状态，当血液流过这种粗糙的表面时，成纤维林立状态，当血液流过这种粗糙的表面时， 迅速形成稳定的凝固血栓膜，但不扩展成血栓，然迅速形成稳定的凝固血栓膜，但不扩展成血栓，然 后诱导出血管内皮细胞。这样就相当于在材料表面后诱导出血管内皮细胞。这样就相当于在材料表面 上覆盖了一层光滑的生物层上覆盖了一层光滑的生物层伪内膜伪内膜。这种伪内膜。这种伪内膜 与人体心脏和血管一样，具有光滑的表面，从而达与人体心脏和血管一样，具有光滑的表面，从而达 到永久性的抗血栓。到永久性的抗血栓。 9.2 生物

25、惰性医用高分子材料生物惰性医用高分子材料 聚氯乙烯聚氯乙烯 有机硅类有机硅类涤纶涤纶 聚四氟乙烯聚四氟乙烯 聚丙烯聚丙烯 高密度聚乙烯高密度聚乙烯 聚丙烯酸酯类聚丙烯酸酯类 聚氨酯聚氨酯 室温固化环氧树酯室温固化环氧树酯 精制天然橡胶精制天然橡胶 无机高分子聚磷腈无机高分子聚磷腈 表表9-2 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，乙烯酯，聚丙烯腈，聚砜，

26、乙烯-乙烯醇共聚物（乙烯醇共聚物（EVA），）， 聚丙烯，聚碳酸酯，聚甲基丙烯酸聚丙烯，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，高密度聚乙烯，聚甲基丙烯酸 甲酯，尼龙，聚酯甲酯，尼龙，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

27、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，硅橡羟乙酯，硅橡 胶胶 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 血血 管管聚酯纤维，聚四氟乙烯，嵌段聚醚氨酯聚酯纤维，聚四氟乙烯，嵌段聚醚氨酯 人工红血球人工红血球 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 表表9-2 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 Biodegradable polymers Poly(anhydride)s Poly(lactide-co-g

28、lycolide) PLGA Polylactide PLA Polyglycolide PGA Poly(-caprolactone) PCL Poly(1,3-trimethylene carbonate) PTMC Aliphatic polyesters Aliphatic polycarbonates Polyphosphates 聚乳酸 聚2-羟基乙酸 OCO O 9.3 可降解生物高分子材料可降解生物高分子材料 （biodegradable polymers） 结构与性能结构与性能 合成合成 应用应用 合成可降解高分子材料合成可降解高分子材料 （synthetic biodegr

29、adable polymers） u 聚酯聚酯 u 聚碳酸酯聚碳酸酯 u 聚磷酸酯聚磷酸酯 u 聚酸酐聚酸酐 聚乳酸聚乳酸 聚聚2-羟基乙酸羟基乙酸 -羟基丙酸羟基丙酸 （乳酸二聚体）（乳酸二聚体） 用途 手术缝合线手术缝合线 骨固定材料骨固定材料 组织修补材料组织修补材料 药物控制释放材料药物控制释放材料 聚2-羟基乙酸（聚乙交酯） 商品名：商品名：Dexon，体内降解速度快，用于手术，体内降解速度快，用于手术 缝合线，适合缝合线，适合2-4周愈合的伤口周愈合的伤口 C O HOCH2OH 聚（丙交酯-乙交酯） 天然可降解高分子材料 胶原蛋白，纤维蛋白胶原蛋白，纤维蛋白 甲壳素、壳聚糖、淀粉

30、、纤维素海藻酸钠甲壳素、壳聚糖、淀粉、纤维素海藻酸钠 衍生物衍生物 可吸收缝线可吸收缝线 药物控释载体药物控释载体 人工皮肤人工皮肤 甲壳质甲壳质 甲壳素与壳聚糖甲壳素与壳聚糖 甲壳素是一种的线性多糖。昆虫壳皮、虾蟹甲壳素是一种的线性多糖。昆虫壳皮、虾蟹 壳中均含有丰富的甲壳素。壳聚糖为甲壳素的脱乙壳中均含有丰富的甲壳素。壳聚糖为甲壳素的脱乙 酰衍生物，由甲壳素在酰衍生物，由甲壳素在4050浓度的氢氧化钠浓度的氢氧化钠 水溶液中水溶液中110120下水解下水解24h得到。得到。 甲壳素能为肌体组织中的溶菌酶所分解，已用于制甲壳素能为肌体组织中的溶菌酶所分解，已用于制 造造吸收型手术缝合线吸收型

31、手术缝合线。其抗拉强度优于其他类型的手术。其抗拉强度优于其他类型的手术 缝合线。在兔体内试验观察，甲壳素手术缝合线缝合线。在兔体内试验观察，甲壳素手术缝合线4个月个月 可以完全吸收。可以完全吸收。 甲壳素还具有促进伤口愈合的功能，可用作甲壳素还具有促进伤口愈合的功能，可用作伤口包伤口包 扎材料扎材料。 甲壳素膜用于覆盖外伤或新鲜烧伤的皮肤创伤面时，甲壳素膜用于覆盖外伤或新鲜烧伤的皮肤创伤面时， 具有减轻疼痛和促进表皮形成的作用，因此是一种良好具有减轻疼痛和促进表皮形成的作用，因此是一种良好 的的人造皮肤材料人造皮肤材料。 胶原胶原 胶原是人体组织中最基本的蛋白质类物质，至胶原是人体组织中最基本

32、的蛋白质类物质，至 今已经鉴别出今已经鉴别出13种胶原，其中种胶原，其中 IIII、V和和 XI 型胶型胶 原为成纤维胶原。原为成纤维胶原。I 型胶原在动物体内含量最多，型胶原在动物体内含量最多， 已被广泛应用于生物医用材料和生化试剂。已被广泛应用于生物医用材料和生化试剂。牛和猪牛和猪 的肌腱、生皮、骨骼是生产胶原的主要原料。的肌腱、生皮、骨骼是生产胶原的主要原料。 由各种物种和肌体组织制备的胶原差异很小。由各种物种和肌体组织制备的胶原差异很小。 最基本的胶原结构为由三条分子量大约为最基本的胶原结构为由三条分子量大约为1105的的 肽链组成的三股螺旋绳状结构，直径为肽链组成的三股螺旋绳状结构，

33、直径为11.5nm， 长约长约300nm，每条肽链都具有左手螺旋二级结构。，每条肽链都具有左手螺旋二级结构。 胶原分子的两端存在两个小的短链肽，称为端胶原分子的两端存在两个小的短链肽，称为端 肽，不参与三股螺旋绳状结构。研究证明，端肽是肽，不参与三股螺旋绳状结构。研究证明，端肽是 免疫原性识别点，可通过酶解将其除去。除去端肽免疫原性识别点，可通过酶解将其除去。除去端肽 的胶原称为不全胶原，可用作生物医学材料。的胶原称为不全胶原，可用作生物医学材料。 胶原可以用于制造胶原可以用于制造止血海绵、创伤辅料、止血海绵、创伤辅料、 人工皮肤、手术缝合线、组织工程基质人工皮肤、手术缝合线、组织工程基质等。

34、胶等。胶 原在应用时必须交联，以控制其物理性质和生原在应用时必须交联，以控制其物理性质和生 物可吸收性。物可吸收性。 纤维蛋白纤维蛋白 纤维蛋白是纤维蛋白原的聚合产物纤维蛋白是纤维蛋白原的聚合产物。纤维蛋。纤维蛋 白原是一种血浆蛋白质，存在于动物体的血白原是一种血浆蛋白质，存在于动物体的血 液中。液中。纤维蛋白原在人体内的主要功能是参纤维蛋白原在人体内的主要功能是参 与凝血过程与凝血过程。 纤维蛋白具有良好的生物相容性，具有纤维蛋白具有良好的生物相容性，具有止血、止血、 促进组织愈合促进组织愈合等功能，在医学领域有着重要用途。等功能，在医学领域有着重要用途。 纤维蛋白的降解包括酶降解和细胞吞噬

35、两种过纤维蛋白的降解包括酶降解和细胞吞噬两种过 程，程，降解产物可以被肌体完全吸收降解产物可以被肌体完全吸收。降解速度随产。降解速度随产 品不同从几天到几个月不等。通过交联和改变其聚品不同从几天到几个月不等。通过交联和改变其聚 集状态是控制其降解速度的重要手段。集状态是控制其降解速度的重要手段。 天然可降解高分子材料的优点 原料来源丰富，便宜易得原料来源丰富，便宜易得 可用常规方法加工成型可用常规方法加工成型 具有良好的生物相容性具有良好的生物相容性 不引起异体反应不引起异体反应 药用高分子 高分子药物高分子药物 高分子药物载体高分子药物载体 靶向药物高分子导向材料靶向药物高分子导向材料 高分

36、子药物 1. 高分子骨架本身具有药理活性 p331 聚乙烯N-氧吡啶是一种具有药理活性 的高分子，能溶于水中。注射其水溶 液或吸入其烟雾剂，对于治疗因大量 吸入含游离二氧化硅粉尘所引起的急性 和慢性矽肺病有较好效果并有较好的 预防效果 聚乙烯磺酸钠是一种具有抗凝血作用的聚 合物 聚乙烯磺酸钠的聚合单体是乙烯基 磺酸钠。由于磺酸钠基团的强烈电斥作用， 单体不易靠拢，因此，通过自由基聚合很 难得到聚合物。有效的方法是采用等离子 引发聚合。 血浆增量剂，用于治疗外伤性急性出血及其他原因引起的血浆增量剂，用于治疗外伤性急性出血及其他原因引起的 血容量减少血容量减少 将青霉素与乙烯醇-乙烯胺共聚物以酰胺

37、键相结 合，得到水溶性的药物高分子。这种高分子青霉素 在人体内停留时间比低分子青霉素长30-40倍。 高分子载体药物高分子载体药物 高分子药物缓释材料高分子药物缓释材料 药物控制释放目的：药物控制释放目的： 使药物以最小的剂量在特定部位产生疗效；使药物以最小的剂量在特定部位产生疗效； 优化药物释放速率以提高疗效，降低毒副作用；优化药物释放速率以提高疗效，降低毒副作用； 控释药物的剂型与技术控释药物的剂型与技术 时间控时间控 制体系制体系 部位控部位控 制体系制体系 反馈控制体系反馈控制体系 缓释机理缓释机理 扩散控制扩散控制 化学反应控制化学反应控制 溶剂活化控制体系溶剂活化控制体系 磁控制体

38、系磁控制体系 口服缓释制剂：新康泰克 纳米树形高分子纳米树形高分子 （纳米在药物输运中的应用）（纳米在药物输运中的应用） 作为药物载体的树状高分子作为药物载体的树状高分子 把树形高分子设计得只在把树形高分子设计得只在 适当的触发分子存在的情适当的触发分子存在的情 况下自动地膨胀并释放出况下自动地膨胀并释放出 药物药物 使定制的树形高分子恰好使定制的树形高分子恰好 在需要治疗的组织或器官在需要治疗的组织或器官 内释放出其运载的药物内释放出其运载的药物。 代表性药物控释系统及公司代表性药物控释系统及公司 产产 品品 领领 域域公公 司司 POLYOX WSR控制药物释放载体控制药物释放载体Dow

39、Chem. Co, USA 抗癌药物增效系统抗癌药物增效系统Johnson & Johnson，USA (原原 Alza) 吸收增效剂吸收增效剂Eastman Chem. Co, USA 蛋白质药物释放蛋白质药物释放Altus Biologies Inc. USA 靶向释放端粒治疗靶向释放端粒治疗Targesome Inc. USA 注射制剂注射制剂Pharmaceutical Profiles, UK 治疗细胞治疗细胞, 生长因子释放生长因子释放Regen Tec Ltd. UK 吸入药物释放吸入药物释放Acrux Ltd. Australia 基因转染的新脂质体释放系统基因转染的新脂质体释

40、放系统Novosom AG, German 壁虎胶带壁虎胶带仿生干型高分子粘合材料仿生干型高分子粘合材料 聚酰亚胺薄膜聚酰亚胺薄膜 利用全范德华力作用原理微制造而成利用全范德华力作用原理微制造而成 具有紧密排列的规整微突起结构具有紧密排列的规整微突起结构 1cm2: 3N(300g) 蜘蛛人玩具蜘蛛人玩具: 高高15cm15cm 重重40g40g 覆盖覆盖0.5cm0.5cm2 2壁虎胶带壁虎胶带 Autumn K.,et al, Nature,2000,405:681-685 Autumn K.,et al, Proc.Natl.Acad.Sci.,USA, 2002, 99: 12252-12256 壁虎的脚上壁虎的脚上 覆盖了一层非常细小的绒毛覆盖了一层非常细小的绒毛 壁虎及其脚趾的壁虎及其脚趾的“英姿英姿” 壁虎飞檐走壁