硬组织替代及再生用高分子材料

1、1硬组织替代与再生用高分子材料硬组织替代与再生用高分子材料主要内容：主要内容： 1、人工骨和人工关节、人工骨和人工关节 2、齿科材料、齿科材料 2 骨骼是人体的支架。它具有保护体内的脑、心、肝、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，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，通过并作为肌肉收缩和活动时的杠杆，通过关节关节而产生各种而产生各种运动。运动。 人体骨骼由人体骨骼由206块骨头组成。可分为颅骨、躯干骨和块骨头组成。可分为颅骨、躯干骨和四肢骨三大部分。各骨端借助韧带、关节连接起来构成四肢骨三大部分。

2、各骨端借助韧带、关节连接起来构成骨骼。骨骼。 骨骼象其它活动组织一样，也有其生长、发展和衰骨骼象其它活动组织一样，也有其生长、发展和衰老的新陈代谢过程。老的新陈代谢过程。1、 人工骨和人工关节人工骨和人工关节3人体骨骼示意图人体骨骼示意图41、优点、优点 高分子材料作为骨科材料有很多优越性：如比重轻、高分子材料作为骨科材料有很多优越性：如比重轻、成型加工容易、价廉、在体内老化与腐蚀性小。成型加工容易、价廉、在体内老化与腐蚀性小。2、注意事项、注意事项 高分子材料作为骨科材料高分子材料作为骨科材料耐磨性差耐磨性差；在加工制作中；在加工制作中还必须注意聚合反应的完全；即使材料本身已是化学稳还必须注

3、意聚合反应的完全；即使材料本身已是化学稳定的，埋入组织后，仍有可能发生周围组织因代谢不全定的，埋入组织后，仍有可能发生周围组织因代谢不全而坏死的现象。而坏死的现象。1.1 高分子材料用作骨科材料的优点及其注意事项高分子材料用作骨科材料的优点及其注意事项5 同时人工骨与生物体骨愈合时，当承受过重外力的同时人工骨与生物体骨愈合时，当承受过重外力的情况下，又会发生情况下，又会发生骨吸收现象骨吸收现象而造成与人体骨的脱离。而造成与人体骨的脱离。在这里高分子材料与生物组织的物理化学、生物化学方在这里高分子材料与生物组织的物理化学、生物化学方面的相互影响，也必须进一步积累动物试验与临床试验面的相互影响，也

4、必须进一步积累动物试验与临床试验的数据，而进行更深入的研究。的数据，而进行更深入的研究。61.2 应用实例应用实例 因肿瘤、骨性关节炎、类风湿性关节炎、先天性发因肿瘤、骨性关节炎、类风湿性关节炎、先天性发育异常以及外伤等造成关节严重病损时，无论关节大小，育异常以及外伤等造成关节严重病损时，无论关节大小，如髋关节、肩关节、肘关节、膝关节、腕关节、掌指关如髋关节、肩关节、肘关节、膝关节、腕关节、掌指关节、指间关节、踝关节、趾间关节等，均可考虑用节、指间关节、踝关节、趾间关节等，均可考虑用人工人工关节关节来代替病损的关节。来代替病损的关节。 股骨、肱骨、胫骨等缺损或严重病变时，亦可用股骨、肱骨、胫骨

5、等缺损或严重病变时，亦可用人人工骨工骨来代替。来代替。7 人工关节是模拟人体关节制成的植入性假体，以替代人工关节是模拟人体关节制成的植入性假体，以替代病变或损伤的关节并恢复其功能。病变或损伤的关节并恢复其功能。 用作人工关节的材料必须满足：用作人工关节的材料必须满足：生物相容性好；生物生物相容性好；生物力学相容性好；生物结合性能好、固定好；寿命长，一般力学相容性好；生物结合性能好、固定好；寿命长，一般设计寿命约为设计寿命约为2050年。年。 现有人工关节材料主要有金属材料、陶瓷材料、有机现有人工关节材料主要有金属材料、陶瓷材料、有机高分子材料及复合材料。高分子材料及复合材料。8 用于人工关节的

6、高分子材料主要有用于人工关节的高分子材料主要有硅橡胶、聚乙烯和硅橡胶、聚乙烯和超高分子量聚乙烯超高分子量聚乙烯等。等。 硅橡胶主要用于指关节和肘关节等。但硅橡胶假体易硅橡胶主要用于指关节和肘关节等。但硅橡胶假体易疲劳折断，机械性能的维持时间短；另外，生物相容性差，疲劳折断，机械性能的维持时间短；另外，生物相容性差，磨损颗粒可引起异物反应。磨损颗粒可引起异物反应。 聚乙烯是最早被用于人工关节的高分子材料。目前超聚乙烯是最早被用于人工关节的高分子材料。目前超高分子量的聚乙烯在人工膝关节、人工髋关节等方面已获高分子量的聚乙烯在人工膝关节、人工髋关节等方面已获得成功，较好地解决了人工关节的摩擦磨损问题

7、，延长了得成功，较好地解决了人工关节的摩擦磨损问题，延长了使用寿命。使用寿命。9 但长期随访病例显示，由于晚期磨损严重，造成人工但长期随访病例显示，由于晚期磨损严重，造成人工关节出现晚期松动现象。虽然目前认为聚乙烯磨损碎屑是关节出现晚期松动现象。虽然目前认为聚乙烯磨损碎屑是影响人工关节使用寿命的最主要的因素，但仍缺乏理想的影响人工关节使用寿命的最主要的因素，但仍缺乏理想的替代材料。替代材料。10人造膝关节人造膝关节11NoImage聚丙烯人工指关节聚丙烯人工指关节12 人工关节的长久固定是十分重要的。在固定人工关节人工关节的长久固定是十分重要的。在固定人工关节时，常用到时，常用到粘固剂粘固剂。

8、常用粘固剂是聚甲基丙烯酸甲酯类高常用粘固剂是聚甲基丙烯酸甲酯类高分子材料分子材料。 这种粘固剂采用这种粘固剂采用粉状固体粉状固体与与液体分装液体分装的形式。的形式。固体固体常常为聚甲基丙烯酸甲酯及甲基丙烯酸甲酯苯乙烯共聚物，为聚甲基丙烯酸甲酯及甲基丙烯酸甲酯苯乙烯共聚物，并含有微量的过氧化苯甲酰。并含有微量的过氧化苯甲酰。液体液体常为甲基丙烯酸甲酯单常为甲基丙烯酸甲酯单体，以及少量的氢醌，体，以及少量的氢醌，N，N二甲基对甲苯胺。二甲基对甲苯胺。13 使用时将粉剂与液体混合，迅速搅拌，反应甚为剧使用时将粉剂与液体混合，迅速搅拌，反应甚为剧烈。稍待几分钟，趁其尚未完全固化时，迅速将该聚合烈。稍待

9、几分钟，趁其尚未完全固化时，迅速将该聚合物塞入骨髓腔中，待固化后，就能将人工关节的长柄固物塞入骨髓腔中，待固化后，就能将人工关节的长柄固定于骨髓腔中。骨粘固剂凝固过程很快，总共十几分钟定于骨髓腔中。骨粘固剂凝固过程很快，总共十几分钟便完全固化，粘固作用是相当强的。便完全固化，粘固作用是相当强的。14 粘固剂优点虽多，但也存在一定的缺点，主要问题是粘固剂优点虽多，但也存在一定的缺点，主要问题是在聚合过程中会放出热量，温度最高可达在聚合过程中会放出热量，温度最高可达90，这就容易，这就容易造成周围活组织的热坏死。造成周围活组织的热坏死。 存在的另一个问题是在聚合过程中，单体并不全部参存在的另一个问

10、题是在聚合过程中，单体并不全部参加反应，总有一小部分会立即挥发。加反应，总有一小部分会立即挥发。 因此在使用这类粘固剂时，一要因此在使用这类粘固剂时，一要积极采取降温措施积极采取降温措施，二要二要尽量减少单体用量尽量减少单体用量。152、齿科材料、齿科材料16 齿科所用的材料包括高分子材料、合金、陶瓷等。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。其中高分子材料的研究、发展和应用最为活跃。 将从将从龋齿填补、假牙镶补及在颚骨内埋植龋齿填补、假牙镶补及在颚骨内埋植等三个方等三个方面阐述高分子材料的研究和应用情况。面阐述高分子材料的研究和应用情况。172.

11、1 龋齿填补用树脂龋齿填补用树脂 龋齿填补用树脂是充填于龋齿空洞部分所采用的高龋齿填补用树脂是充填于龋齿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。因此常生理功能。因此这种树脂必须具备以下条件：这种树脂必须具备以下条件： 具有与人体组织的适应性具有与人体组织的适应性，对齿组织及口腔粘膜，对齿组织及口腔粘膜等没有危害作用；等没有危害作用； 18 具有化学稳定性具有化学稳定性，在口腔内长期留置，不受唾液、，在口腔内长期留置

12、，不受唾液、食物、细菌、酶等的分解，不易老化，不会溶解渗出其食物、细菌、酶等的分解，不易老化，不会溶解渗出其他物质；他物质； 色泽稳定色泽稳定，从美容的观点出发，应具与人齿及牙，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；不变色和退色； 形状、尺寸稳定形状、尺寸稳定，聚合固化时收缩小，咬合受压，聚合固化时收缩小，咬合受压时变形小，热膨胀系数小；时变形小，热膨胀系数小；19 有适当的机械性能有适当的机械性能，如具有一定的硬度、抗拉强，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

13、；度、压缩强度、弹性率、耐磨擦性、耐疲劳性等； 与人齿粘结性好，能把龋洞完全封闭，同齿组织与人齿粘结性好，能把龋洞完全封闭，同齿组织结合紧密，防止再次发生龋蛀结合紧密，防止再次发生龋蛀； 能进行能进行X射线造影，在诊断上易于判断效果射线造影，在诊断上易于判断效果； 20 操作简便操作简便，在口腔内几分钟时间就能完成填补操，在口腔内几分钟时间就能完成填补操作，并具有相应的粘度和迅速的固化时间，配合相应的作，并具有相应的粘度和迅速的固化时间，配合相应的器械，形成使医师易于接受的新的整套工艺。器械，形成使医师易于接受的新的整套工艺。 用这种方法治疗龋齿，还必须注意，在治疗以后龋蚀用这种方法治疗龋齿，

14、还必须注意，在治疗以后龋蚀不应再发生或扩大，这就对树脂提出了更高的要求。不应再发生或扩大，这就对树脂提出了更高的要求。21 树脂充填材料，其主要成分为树脂充填材料，其主要成分为丙烯酸类树脂、无机填丙烯酸类树脂、无机填料、引发剂料、引发剂等。等。 树脂基质可选用聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯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、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。芳香族双甲基丙烯酸酯类聚合物等材料。 引发剂可根据树脂成分选定。引发剂可根据树脂成分选定。 树脂填充材料的组成树脂填充材料的组

15、成22齿组织与填补用树脂的粘结齿组织与填补用树脂的粘结 要使树脂发挥良好的治疗作用，必须使树脂与齿组要使树脂发挥良好的治疗作用，必须使树脂与齿组织紧密而牢固地粘合，否则在缝隙间还会产生二次龋蚀织紧密而牢固地粘合，否则在缝隙间还会产生二次龋蚀现象。为了解决这个问题，提出了现象。为了解决这个问题，提出了粘结粘结的方法。的方法。 23 牙齿的主要组成物为牙齿的主要组成物为牙釉质、牙骨质、牙本质和齿牙釉质、牙骨质、牙本质和齿髓髓。牙釉质和牙骨质构成齿冠的外层，最硬，莫氏硬度。牙釉质和牙骨质构成齿冠的外层，最硬，莫氏硬度为为67，主要成分为羟基磷灰石。牙本质稍软，莫氏硬，主要成分为羟基磷灰石。牙本质稍软

16、，莫氏硬度为度为45，含较多的有机质和水分。牙齿中心部位的齿，含较多的有机质和水分。牙齿中心部位的齿髓则含有丰富的血管和神经活组织。髓则含有丰富的血管和神经活组织。 牙釉质、牙本质和齿髓的材性差别很大，故粘结比牙釉质、牙本质和齿髓的材性差别很大，故粘结比较困难。虽经人们经过长期的努力，但至今尚无十分理较困难。虽经人们经过长期的努力，但至今尚无十分理想的粘合剂。想的粘合剂。24 目前最重要的齿科粘合剂是目前最重要的齿科粘合剂是双酚双酚A双双(3甲基丙烯甲基丙烯酰氧基酰氧基2羟丙基羟丙基)醚醚,简称简称Bis-GMA。它的分子中同时。它的分子中同时具有亲水基和疏水基，因此，粘结性能优良，可用作补牙

17、具有亲水基和疏水基，因此，粘结性能优良，可用作补牙用复合充填树脂。它是一种双官能团单体，聚合时放热少，用复合充填树脂。它是一种双官能团单体，聚合时放热少，体积收缩小，聚合后成体型结构，耐磨，膨胀系数小。用体积收缩小，聚合后成体型结构，耐磨，膨胀系数小。用紫外光照射或用过氧化苯甲酰紫外光照射或用过氧化苯甲酰N,N双（双（羟乙基）羟乙基）对甲苯胺引发体系引发，可在室温下快速聚合。对甲苯胺引发体系引发，可在室温下快速聚合。25 Bis-GMA的化学结构式如下：的化学结构式如下：262.2 假牙用硬质树脂假牙用硬质树脂 做假牙的树脂必须有做假牙的树脂必须有较好的机械强度与耐磨性较好的机械强度与耐磨性，

18、可，可耐咀嚼，同时还必须有与人齿相近的色泽。单用聚甲基耐咀嚼，同时还必须有与人齿相近的色泽。单用聚甲基丙烯酸甲酯显然不能完全适应使用要求。由此出现了各丙烯酸甲酯显然不能完全适应使用要求。由此出现了各种各样的改性产品。种各样的改性产品。 27 自自1965年开始引入了多官能基团的甲基丙烯酸酯单年开始引入了多官能基团的甲基丙烯酸酯单体，以形成高度交联的热固性树脂。最初用体，以形成高度交联的热固性树脂。最初用二甲基丙烯二甲基丙烯酸三缩乙二醇酯酸三缩乙二醇酯，但性能不佳。，但性能不佳。28 其后，有人将其后，有人将60二甲基丙烯酸双酚二甲基丙烯酸双酚A酯酯和和40二甲二甲基丙烯酸三缩乙二醇酯基丙烯酸三

19、缩乙二醇酯作为共聚单体，与颗粒状聚甲基作为共聚单体，与颗粒状聚甲基丙烯酸甲酯配合制成聚合物，这是一种硬度、压缩强度、丙烯酸甲酯配合制成聚合物，这是一种硬度、压缩强度、耐磨性都较理想的假牙材料。耐磨性都较理想的假牙材料。 高度交联的聚合物，虽然提高了耐压强度，但具有高度交联的聚合物，虽然提高了耐压强度，但具有脆性，因此用作假牙在咬嚼时遇到硬物易于爆碎。脆性，因此用作假牙在咬嚼时遇到硬物易于爆碎。29 从这类硬质树脂的结构分析中发现，多官能团单体与从这类硬质树脂的结构分析中发现，多官能团单体与颗粒状聚甲基丙烯酸甲酯混合之后，高交联度的聚合物与颗粒状聚甲基丙烯酸甲酯混合之后，高交联度的聚合物与颗粒状

20、树脂的内部以及周围的混合部分之间有颗粒状树脂的内部以及周围的混合部分之间有微观的分离微观的分离状态状态，形成三个相。这三个相对光的折射率不同，造成聚，形成三个相。这三个相对光的折射率不同，造成聚合物色光呆板，没有人体齿那种类似半透明或微带透明的合物色光呆板，没有人体齿那种类似半透明或微带透明的外观，从审美观点看也还存在缺点。外观，从审美观点看也还存在缺点。 所以要更进一步研究，解决所以要更进一步研究，解决色泽色泽问题，以及从各组份问题，以及从各组份的配合着手，解决的配合着手，解决结构和强度结构和强度问题。问题。302.3 人工种植牙人工种植牙 人工种植牙是利用人工生物材料制造的仿生牙，医生人工

21、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。被称为称为人类的人类的“第三副牙齿第三副牙齿”。31 人工种植牙更确切的称谓应是人工种植牙更确切的称谓应是人工种植牙根人工种植牙根。因为。因为种植到颌骨内的仅仅

22、是相当于牙根的部分，待这部分种种植到颌骨内的仅仅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。植体与颌骨愈合之后，再在种植体上镶牙。32 关于种植牙的历史，早在古埃及已有妇女用象牙做成关于种植牙的历史，早在古埃及已有妇女用象牙做成假牙，装饰牙齿脱落部位的记载。假牙，装饰牙齿脱落部位的记载。1931年，在南美洪都拉年，在南美洪都拉斯发现了公元前斯发现了公元前600年的人类头颅骨化石，证实了古代牙年的人类头颅骨化石，证实了古代牙种植技术的存在。这具头颅骨的下颌切牙部有磨成牙齿状种植技术的存在。这具头颅骨的下颌切牙部有磨成牙齿状的贝壳插入，的贝壳插入，X线检查显示致密骨环绕贝壳

23、，两者结合好。线检查显示致密骨环绕贝壳，两者结合好。33 真正的骨内种植开始于十九世纪。这个时期，种植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、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象牙、贝壳等。据报告，种植成功的时间有长达八年之久。久。 现代种植牙的发展始于现代种植牙的发展始于1978年。这一年，美国国家年。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。种植牙。34种植牙材料：种植牙材料：1、以钛合金为主的金属合金材料以钛合金为主的金属合金材料，其优点是强度高，但，其优点是强度高，但 对组织和骨的适应性均较差。对组织和骨的适应性均较差。2、陶瓷材料陶瓷材料，具有机械强度高、耐腐蚀、无刺激和毒性、，具有机械强度高、耐腐蚀、无刺激和毒性、 与组织相容性好。与组织相容性好。3、高分子材料高分子材料，某些高分子材料与人体结构的天然高分，某些高分子材料与人体结构的天然高分 子有较相近的化学结构，但易被生物体降解并刺激生子有较相近的化学结构，但易被生物体降解并刺激生 物体。物体。354、碳素材料碳