聚对苯二甲酸乙二醇酯课件

北京化工大学材料科学与工程学院生物医用材料北京实验室丁雪佳2015.7.5医用高分子新型材料现状及前景北京化工大学材料科学与工程学院医用高分子新型材料现状及前景目录一、生物医用高分子材料二、国内外最新技术进展及发展趋势三、研究方向及主要内容3.1、即配型多室输液袋技术3.2、新增塑剂的生物医用材料3.3、抗菌、防凝血经外周静脉置入中心导管制备3.4、生物医用材料的表界面设计及治疗技术3.5、隐形口腔用正畸材料的制备目录一、生物医用高分子材料3.1、即配型多室输液袋技术Part1一、生物医用高分子材料Part1一、生物医用高分子材料生物医用材料是指具有特殊性能、特殊功能，用于人工器官外科修复、理疗康复、诊断、检查、治疗疾患等医疗、保健领域,而对人体组织、血液不致产生不良影响的材料，指“以医疗为目的，用于与组织接触以形成功能的无生命的材料”。生物医用高分子材料是生物医用材料的一个重要组成部分，是一类用于诊断、治疗和器官修复与再生的材料，具有延长病人生命、提高病人生存质量的作用，是材料科学、化学、生命科学和医学交叉的发展领域。其研究与开发既有重大的社会需求，也有重大的经济需求。生物医用材料是指具有特殊性能、特殊功能，用于人工器官外科生物医用材料的研究与开发也得到了国家相关部门的高度重视，“十五”和“十一五”国家重点基础研究发展规划（“973”）都设立了生物医用材料的研究项目。医用高分子材料属于一种特殊的功能高分子材料，一般对其性能有一定的要求：

1、安全性，必须无毒或低副作用

2、物理、化学和机械性能达到设计与功能的要求。

3、适应性:材料间的适应性，生物相容性、血液相容性及组织的相容性。

4、特殊功能:抗感染、抗凝血、生物降解、生物活性、透析过滤吸附功能、抗血栓、

药物控释、形状记忆等。医用新型材料一般在原有材料基础上针对上述特殊功能中的一项或几项改性而来，

或针对特殊功能中的一项或几项新合成而来。生物医用材料的研究与开发也得到了国家相关部门的高度重视，血液相容性及抗凝血性1．血液相容性是聚合物性质的多参量函数.在这个意义上,制备理想的血液相容性聚合物具有相当高的难度.因此,如何改善和提高材料的血液相容性和抗凝血性能仍是基础研究和材料制备的关键问题。一、医用高分子材料血液相容性及抗凝血性1．血液相容性是聚合物性质由于生物材料和血液接触主要是在材料的表面层上,所以研制抗凝血材料的主要工作是对材料表面进行合成设计，常用的方法是对材料进行表面修饰。如：聚乙醇（PVA）、聚氨酯等通过等离子体表面接枝技术在其表面接枝肝素、胰素或乙烯类亲水单体增强其抗凝血性。聚氨酯表面原位合成类肝素物质增强其抗凝血性。血液相容性及抗凝血性1．一、医用高分子材料及其改性由于生物材料和血液接触主要是在材料的表面层上,血液相容性及抗凝血性1．一、医用高分子材料及其改性另一方面，寻求其它种类的表面修饰机理及方法也是最近的热点。聚合物材料表面可逆吸附的白蛋白层具有良好的抗感染和抗凝血性能，采用大分子单体技术合成了以聚甲基丙烯酸甲酯为主链，聚氧乙烯链为侧链，末端为白蛋白诱导吸附基团的十八烷基功能聚合物聚甲基丙烯酸甲酯接枝十八烷基聚氧乙烯白蛋白原位复合生物医用材料。血液相容性及抗凝血性1．一、医用高分子材料及其改性另一方面

抗感染性2．由于医用高分子材料往往不具有抗感染性能,常常因细菌感染而带来诸多综合病症,给人类造成大量的损失。如何提高医用高分子材料的抗感染性能已成为高分子研究的一大方向。基于感染机理,目前主要通过抑制细菌生物膜的形成和对已形成稳态的生物膜用能通过扰乱破坏生物膜的营养体和繁殖体将细菌杀死两方面来进行防治。也就是说,人们通过两种方法对材料表面进行不同的改性,一是通过阻止细菌粘附达到抗菌效果;二是通过干扰细菌细胞的组成取得杀菌效果。一、医用高分子材料及其改性抗感染性2．由于医用高分子材料往往不具有抗通过表面改性使生物医用材料具有良好的抗菌能力，是抗菌生物材料发展和研究的方向。通过光化学固定法在生物材料的表面偶联上抗微生物肽、抗菌素等,可以大大地降低材料表面的细菌群落数,从而达到防止生物材料植入体内而引起感染的可能性。层层自组装技术与光化学修饰相结合的方法在聚氨酯表面固定多糖衍生物，抑制大肠杆菌。另外，比较热的表面修饰抗菌剂还有纳米银及纳米二氧化钛等。抗感染性2．一、医用高分子材料及其改性通过表面改性使生物医用材料具有良好的抗菌能力，药物控释能使药物在血液中保持对疾病治疗所需的最低浓度，保持血药浓度恒定，避免了偏高时药物中毒、偏低时治疗无效的问题。目前用作药物载体的材料主要包括高分子凝胶、聚乳酸(PLA)/乳酸-羟基乙酸(PLGA)、壳聚糖及其衍生物、丝素蛋白等。聚乳酸和聚乳酸-羟基乙酸是一种生物可降解高分子材料,具有生物相容性、生物可降解性、降解产物无毒等优点,用作药物控释载体材料时,可通过调节聚乳酸的降解速率改变释放速率,提高药效。它是经美国食品药品监理局（FDA）批准用作医用手术缝合线以及注射用微囊、微球、埋植剂等制剂的材料。药物控释3．一、医用高分子材料及其改性药物控释能使药物在血液中保持对疾病治疗所需的最壳聚糖具有很好的吸附性、成膜性和通透性,较低相对分子质量的水溶性壳聚糖更易在体内降解,不易积聚,以壳聚糖为载体材料制备纳米粒、微球等给药系统是近年来的研究热点。壳聚糖广泛应用于消化道系统疾病、心血管疾病，用作抗感染药物缓释载体和抗癌药物的缓释载体，可制备壳聚糖膜、壳聚糖纳米、壳聚糖微球、壳聚糖片剂或颗粒。药物控释3．一、医用高分子材料及其改性壳聚糖具有很好的吸附性、成膜性和通透性,较低相天然高分子材料丝素蛋白无毒、无刺激,具有良好的物理、化学、生物学性能,与人体有较好的组织相容性,在负载与释放药物时,具有一定程度的pH值响应性和酶分解性。一般通过化学修饰、添加其他化合物等方法,提高丝素蛋白的性质,增加丝素蛋白质对药物的吸附释放功能。药物控释3．一、医用高分子材料及其改性天然高分子材料丝素蛋白无毒、无刺激,具有良好的

形状记忆4．形状记忆高分子材料已经成为一种新型的生物医用智能材料，它能够根据不同应用进行性能设计，以满足生物医学领域对材料多功能的要求。形状记忆高分子材料可以通过多种刺激，例如：热、光、电、磁等方式被激发，实现其生物医学功能。形状记忆高分子材料可以满足新型外科手术、新型医疗器械对材料特殊功能的要求。一、医用高分子材料及其改性形状记忆4．形状记忆高分子材料已经成为一种聚合物形状回复力来源于大分子网络的熵弹力。聚合物形状回复力来源于大分子网络的熵弹力。

目前，形状记忆高分子材料已经有外科手术、心血管支架、泌尿系统、脑部手术和牙齿正畸等多个领域的应用报道。目前，形状记忆高分子材料已经有外科手术、心血管支架、

生物活性5．聚磷腈具有良好的生物相容性或生物活性，容易在生物体内降解为氨、磷酸盐等无毒小分子，因而受到药物与生物医学材料领域的广泛关注。世界各围的研究小组对于聚磷腈生物医用材料的改性及应用主要集中于高分子药物、药物控制释放载体及组织工程材料三个方面。一、医用高分子材料及其改性生物活性5．聚磷腈具有良好的生物相容性或生

生物降解6．由于人们对环保的要求越来越高，生物降解医用高分子材料的研究受到广泛的关注。于上世纪九十年代末刚实现工业化的聚乳酸（PLA）是最有发展前景的一种，它是一种真正的新型绿色高分子材料，也是目前综合性能最出色的环保医用高分子材料。同时它也是脂肪族聚酯类高分子家族中最出名的一种。一、医用高分子材料及其改性生物降解6．由于人们对环保的要求越来越高，生物降解医用高生物降解6．近年来,聚磷酸酯类生物降解高分子材料的研究也常活跃,尤其是作为药物缓释材料方面的合成与应用。事实上,聚磷酸酯是一种生物相容性好、结构较易进行修饰和功能化的生物降解高分子。聚磷腈具有良好的生物相容性或生物活性，容易在生物体内降解为氨、磷酸盐等无毒小分子，因而受到药物与生物医学材料领域的广泛关注。是一种新型生物降解医用高分子材料。一、医用高分子材料及其改性生物降解6．近年来,聚磷酸酯类生物降解高分子材

聚原酸酯，是一类合成的非均相降解机制的高分子,由于其主链上含有酸敏感的原酯键,所以可以通过加入酸性或碱性赋形剂控制其降解释药行为。聚碳酸酯、聚酸酐是表面浸蚀材料,主要用于药物控释体系。同样也是可降解医用高分子家族的成员。生物降解6．一、医用高分子材料及其改性聚原酸酯，是一类合成的非均相降解机制的高分

聚对二氧六环酮（PDS），合成始于70年代后期，比PLA和PGA晚十几年,临床应用也刚刚起步,但因其独特的物理及生物特性被医学界公认为是骨折内固定材料的首选材料。聚对二氧六环酮内固定物在骨组织中是完全可吸收的,随着聚合物的降解,新骨沉淀在固定物内。生物降解6．一、医用高分子材料及其改性聚对二氧六环酮（PDS），合成始于70年

多功能材料7.很多时候，单一的功能不在满足设计与功能的要求，而功能的复合化恰能满足要求。而最能代表材料功能复合化优势的是有机硅材料和聚氨酯材料。一、医用高分子材料及其改性多功能材料7.很多时候，单一的功能不在满足

医用有机硅7.1医用有机硅材料无论从异物反应，血液相容性，尤其是抗血凝性和组织相容性等方面，有机硅材料(特别是硅橡胶)均表现出独特的优越性，因而它成为目前应用最广、价值最大的一种医用高分子材料。医用有机硅7.1医用有机硅材料无论从异物反医用有机硅材料应用于长期埋藏于人体内作为器官或组织代用品，如人造球型二尖瓣、人工角膜等。医用有机硅7.1医用有机硅材料应用于长期埋藏于人体内作为器官或医用有机硅材料应用于短期留置于人体某个部位，起到相关作用的如静脉插管、导尿管等。静脉插管医用有机硅7.1导尿管医用有机硅材料应用于短期留置于人体某个部位，起医用有机硅作为药物载体留置于体内，长期发挥药效如输药泵和硅橡胶长效避孕环等；输药泵医用有机硅7.1医用有机硅作为药物载体留置于体内，长期发挥药效

医用有机硅作为医疗器械上的关键性组成部件如人工心肺机轮血泵管、膜式人工肺等；作保护皮肤涂层如各种聚硅氧烷油膏。心肺机轮血泵管膜式人工肺医用有机硅7.1医用有机硅作为医疗器械上的关键性组成部件如人工医用聚氨酯7.2由于其突出的物理机械性能、良好的生物相容性、血液相容性、抗凝血性以及方便的加工工艺，在医学上有着广泛的应用，尤其近30年来开发出的热塑性聚氨酯弹性体(TPU)更是受到普遍的关注，其应用范围不断扩大，得到医学界的肯定。医用聚氨酯7.2由于其突出的物理机械性能、良好的生物聚氨酯医用制品种类繁多，涉及临床各科室，主要应用于植入制品如人工心脏、人工心脏瓣膜等。人工心脏人工心脏瓣膜医用聚氨酯7.2聚氨酯医用制品种类繁多，涉及临床各科室，主要应用医用聚氨酯还主要应用于导管类制品如J型导管(猪尾巴管)、血液透析插管(分短期、长期两种)等。J型管血液透析插管医用聚氨酯7.2医用聚氨酯还主要应用于导管类制品如J型导管(猪医用聚氨酯还应用于膜类制品如医用手术膜、透明敷料膜、人造皮肤等。医用手术膜人造皮肤医用聚氨酯7.2医用聚氨酯还应用于膜类制品如医用手术膜、透明敷

材料智能化8.智能高分子材料能够响应外界环境的微小刺激,引起自身构象,极性,相结构,组成结构等物理化学变化,表现出“智能”的特性,已被广泛应用于生物医学领域。而智能水凝胶体系,智能载药体系和智能识别体系在智能化方面发展较为迅速。一、医用高分子材料及其改性材料智能化8.智能高分子材料能够响应外界环

智能水凝胶体系8.1水凝胶按来源分天然与合成两类。

天然凝胶主要来源于胶原、透明质酸、壳聚糖、纤维蛋白等。

合成凝胶主要是由聚甲基丙烯酸羟乙酯(PHEMA)、聚乙烯醇(PVA)、聚二醇(PEG)、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酰胺(PAAM)、聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)等一系列水溶性聚合物通过物理或化学交联而成,在水中溶胀而不溶解的三维凝胶。智能水凝胶按照响应环境的不同可分为温度敏感水凝胶、pH敏感水凝胶、电场敏感水凝胶、光敏感水凝胶、压力敏感水凝胶和复合敏感水凝胶等.智能水凝胶体系8.1水凝胶按来源分天然与合成两类。温度敏感性聚合物都存在有一临界溶解温度。常见的聚丙烯酰胺类聚合物在某一特定温度以上,其水溶液发生相分离，

这一温度称为低临界溶解温度(lowercriticalsolutiontemperature,LCST)。聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)是其中研究最广泛的温敏性聚合物之一。智能水凝胶体系8.1温度敏感性聚合物都存在有一临界溶解温度。常见的

智能载药体系8.2智能载药体系就是这些药物载体能够按病灶信号如pH,温度,或生物分子的变化定时定量定点地释放药物以达到治疗的效果。这些类智能载药体系主要有pH响应载药体系，温度响应载药体系、葡萄糖响应载药体系、抗原响应载药体系、靶向载药体系。智能载药体系8.2智能载药体系就是这些药物

智能载药体系8.3制备具有分子识别功能的高分子最直接的方法就是把官能化的智能高分子和生物活性分子通过化学键键合,形成生物键合/杂化体系.能够用于生物键合的生物分子包括有：蛋白质和多肽,糖和多糖,单/双链寡聚核苷酸和质粒DNA,简单脂类和磷脂,以及一些广谱的识别受体和药物分子。目前主要有分子识别亲和沉淀体系、分子印迹体系等。智能载药体系8.3制备具有分子识别功能的高Part2二、国内外最新技术进展及发展趋势Part2二、国内外最新技术进展及发展趋势

医用高分子材料产业的发展如此迅猛，主要动力来自于人口老龄化、中青年创伤的增多、疑难疾病患者的增加和高新技术的发展。医用高分子材料的研究与开发被许多国家列入高技术关键新材料发展计划，并迅速成为国际高技术制高点之一。中国作为世界人口最多的国家，医用高分子材料的市场潜力十分巨大。中国医用高分子材料研制和生产迅速发展，总产值的增长率远高于国民经济平均发展速度。动辄上万元进口材料的价格决定了中国必须加强具有自主知识产权的生物材料的研究开发与产品生产和应用。随着人民生活水平的提高和对生命质量的追求,我国对医用高分子材料的需求也会不断增加。医用高分子材料产业的发展如此迅猛，主要动力目前使用的人工脏器，大多数只有“效应器”的功能，即人工脏器必须与有功能缺陷的生物体共同协作，才能保持体内平衡。研究的方向是使人工脏器永久的植入体内，完全取代病变的脏器。这就要求高分子材料本身具有生物功能。一、国内外最新技术人工脏器的生物功能化、小型化、体植化1．目前使用的人工脏器，大多数只有“效应器”的功能，即人迄今为止，尚无一种医用高分子材料具有完全抗血栓的性能。许多人工脏器的植换手术就是因为无法解决凝血问题而归于失败。因此，尽快解决医用高分子材料的抗血栓问题已成为医用高分子材料发展的一个关键性问题，受到各国科学家的重视。高抗血栓性材料的研制2．一、国内外最新技术迄今为止，尚无一种医用高分子材料具有完全抗血栓的性能医用高分子材料所涉及到的材料大部分限于已工业化的高分子材料，这显然不能适应和满足十分复杂的人体各器官的功能。因此，发展适合医学领域特殊要求的新型、专用高分子材料，已成为广大化学家和医学专家共识。目前研究开发混合型人工脏器，即将生物酶和生物细胞固定在合成高分子材料上，制取有生物活性的人工脏器的工作，已经取得了相当大的成就。发展新型医用高分子材料3．一、国内外最新技术医用高分子材料所涉及到的材料大部分限于已工业化的高分高分子材料在医学领域的应用虽已取得了很大的成就，但很多尚处于试验阶段。如何将已取得的成果迅速推广到临床医学应用，以拯救更多患者的生命，需要高分子材料界与医学界的通力合作。推广医用高分子的临床应用4．一、国内外最新技术高分子材料在医学领域的应用虽已取得了很大的成就，但很过去15年来，国际医用高分子制品市场的年均增长率高达15%～18%，在各种医疗器械产品市场年增长率中名列前茅。近年来，一些国产医用高分子制品的优势逐渐减小，出口产品仍以低端为主，而对于市场需求量较大、价格较高的介入导管、肾透析器等高端医用产品的研发与生产，亟待加强。

20世纪80年代，国内企业仿制国外的PVC一次性注射器获得成功。由于一次性注射器的生产工艺相对简单、所需资金不多、技术含量低和容易投产等原因，90年代，全国有上千家企业纷纷上马一次性注射器项目，从而使我国迅速发展成为全球最大的一次性注射器生产国和出口国，而一次性注射器也迅速成为国内产量最大的医疗器械产品。然而，经过市场的大浪淘沙，目前仅剩下300多家公司在生产一次性注射器。2012年，我国一次性注射器出口均价只有每支0.18～0.22元人民币。这一价格已接近成本价，出口企业只能挣得一点出口退税。二、国内外技术发展水平与差距国内外技术发展水平与差距1．过去15年来，国际医用高分子制品市场的年均增长率高达12.1加强高端医用导管研发和生产

医用导管(插管)类产品是我国仅次于一次性注射器的第二大出口医用塑料制品。据估计，全国医用塑料导管总产量达20亿支左右，不少导管类塑料制品的产量和出口量在国际市场上领先，但是，这些产品的附加值不高，大多为低值易耗品类导管(这与我国一次性注射器的情况相似)。而我国每年实施十余万例心血管支架植入手术，做这类手术必须使用可扩张气囊和心血管介入塑料导管，这种高档导管产品我国至今生产较少，而主要是从美国大量进口――这就是为何在国内医院做一次植入心血管支架手术要花数万元人民币的原因。进口导管和支架价格昂贵，普通工薪阶层难以承受。国内需求状况2．二、国内外技术发展水平与差距2.1加强高端医用导管研发和生产国内需求状况2．二、国内外

2.2开发高档高分子材料是当务之急从医用高分子材料的生产和消耗情况上可以判断一个国家医用高分子制品产业的发展程度。目前，发达国家制造的医用高分子材料有90多种，包括硅橡胶、聚氨酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚烯烃类、聚碳酸酯、聚醚、聚砜、聚丙烯酸酯等。而我国聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚醚、聚砜等价格相对较高的医用高分子材料的年消耗量大大低于欧美、日本等发达国家。这表明我国在医用高分子制品的技术水平上与发达国家存在很大差距。二、国内外技术发展水平与差距国内需求状况2．2.2开发高档高分子材料是当务之急二、国内外技术发展水平2.3加工成型技术----3D打印技术

3D打印技术(又称3D快速成型技术或增材制造技术)是20世纪80年代后期开始逐渐兴起的一项新兴制造技术，它是指在计算机控制下，根据物体的计算机辅助设计(CAD)模型或计算机断层扫描(CT)等数据，通过材料的精确3D堆积，快速制造任意复杂形状3D物体的新型数字化成型技术。

3D打印技术的基本制造过程是按照“分层制造、逐层叠加”的原理。例如，可以根据CT等成像数据，经计算机3D建模转换后，再以STL格式文件输入到计算机系统中，并分层成二维切片数据，通过计算机控制的3D打印系统进行逐层打印，叠加后最终获得三维产品。目前应用较多的3D打印技术主要包括光固化立体印刷(SLA)、熔融沉积成型(FDM)、选择性激光烧结(SLS)和三维喷印(3DP)等。二、国内外技术发展水平与差距国内需求状况2．2.3加工成型技术----3D打印技术二、国内外技术发展水二、国内外技术发展水平与差距二、国内外技术发展水平与差距国内需求状况2．2.3.1生物3D打印技术及产品特性

生物3D打印技术原理及方法。20世纪以来，科技的发展使人们对生命的产生机理和生物体的微观结构有了更深入的了解。在体外构建具有一定生物功能的组织和器官，用于病损组织和器官的修复替代成为了令人瞩目的科学前沿，它对传统的制造业提出了新的挑战。生物制造就是在这样的背景和需求下提出并发展起来的。虽然这一概念在20世纪70年代就已经有人提出，但是直到最近几年，随着生命科学与制造科学的快速发展，尤其是基于离散-堆积原理的生物制造技术在生命科学领域的日益广泛应用，其定义才逐渐清晰明确起来。二、国内外技术发展水平与差距国内需求状况2．2.3.1生物3D打印技术及产品特性二、国生物3D打印共分为4个层次：体外模型制造永久性可植入物制造细胞间接装配制造细胞直接装配制造相关产品见

图1

所示。生物3D打印共分为4个层次：聚对苯二甲酸乙二醇酯课件

药物控释支架美国麻省理工学院（MIT）对使用三维印刷（3DP）工艺制备药物控释支架进行了研究，用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）材料制备了支架结构，对其生物相容性、降解性和药物控释性能进行了测试。这种支架同样有可能应用于生物因子的控释。在组织器官制造过程中，生物因子根据设计要求的可控缓释对于组织器官的生长起着重要的调控作用。药物控释支架清华大学以聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）/三氯苯酚（TCP）为原料，采用低温沉积制造工艺制成的支架，复合bBMP、bFGF等生长因子，成功修复了兔桡骨15mm节段性骨缺损和犬桡骨20mm节段性缺损，修复后的桡骨具有与正常桡骨接近的性能，相关实验前后对比见图3。目前，该产品正申报临床实验批号。活性大段人工骨清华大学以聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）/三氯苯清华大学利用低温沉积制造工艺将PLGA制成多孔支架。在体外将诱导分化得到的软骨细胞复合到PLGA支架上进行培养，得到活性人工软骨。在兔的髌股关节股骨髁部造成直径4mm、深达髓腔的缺损，将活性人工软骨植入，通过24周的观察，发现活性人工软骨很好地修复了兔关节软骨缺损，在新生软骨形成的同时，PLGA支架被逐渐降解吸收。活性人工软骨美国Clemson大学基于热敏材料固化工艺，改装了喷墨打印机，用热可逆凝胶和仓鼠卵巢细胞的悬浮培养液代替墨水，开发了一种多喷头细胞打印装置。清华大学基于分级孔隙结构设计，利用天然明胶和纤维蛋白原的分布复合交联工艺，开发了细胞受控装配工艺，制备了大尺寸的细胞三维结构体。此外，清华大学生物制造工程研究所还开展了三维打印技术在医学方面的多项应用研究，包括计算机辅助复杂骨科手术、颅骨修复、小耳畸形修复和口腔正畸等。细胞集合体直接装配清华大学利用低温沉积制造工艺将PLGA制成多孔支架。国内需求状况2．2.3.2北京市形成生物3D打印产业存在的问题通过深入调查研究发现，北京市发展生物3D打印产业链有如下存在5点问题：1、前沿的研究工作与落后的产品化工作并存。

北京市拥有全国大多数参与生物3D打印的重点研究单位，基础性研究工作不仅居于国内前列，而且部分已经达到了国际领先水平。例如，细胞3D打印技术，具有孔隙梯度结构和优良生物活性的组织工程支架制造技术等。但是，相关产品化的工作却未开展。又如，在用于诊断和手术规划的体外复杂三维模型制造方面，有着巨大的市场需求，但在临床上的应用仍然较少。上海交通大学很早就开展了数字制造技术和临床医学相结合的研究，成立了数字医学教育部工程研究中心，开创了制造领域与医学领域结合的成功范例，率先开展医工结合研究，积极推进了上海市的数字化临床技术。再如，我国处于牙齿矫正最佳时机的青少年约5000万人，基于个性化体外模型3D打印的隐形牙矫正技术的市场需求也十分巨大，但北京市的相关工作开展得不足。二、国内外技术发展水平与差距国内需求状况2．2.3.2北京市形成生物3D打印产业存在的国内需求状况2．2.3.5北京市形成生物3D打印产业存在的问题通过深入调查研究发现，北京市发展生物3D打印产业链有如下存在5点问题：2、研究单位能够通力合作但与下游应用单位脱节。

北京市范围内清华大学（生物制造工程研究所、生物科学与技术系等）、解放军总医院、军事医学科学院、中国医学科学院肿瘤医院、中国医学科学院整形医院、北京市积水潭医院、北京市口腔医院、阜外医院等自2000年起，在生物3D打印技术及其应用方面开展了跨学科、跨领域的科研合作。但是，这些研究往往以研究生的课题为主，没有持续下去，不但缺少产业下游单位对接，而且与下游生产单位脱节。许多投资人对这些项目很感兴趣，但是由于他们的企业没有医学资质，如果要取得资质，至少要花费六七年的时间，无形中延长了实现从项目到产品化的时间，也使投资人望而却步。二、国内外技术发展水平与差距国内需求状况2．2.3.5北京市形成生物3D打印产业存在的国内需求状况2．2.3.5北京市形成生物3D打印产业存在的问题通过深入调查研究发现，北京市发展生物3D打印产业链有如下存在5点问题：3、支持渠道多但支持力度严重不足。

北京市3D生物打印研究得到了多方面的资金支持。随着我国经济实力的增强，国家对于科研经费的投放实现了阶跃式增长。但是，由于各项支持是在不同学科、不同途径上申请的，配套较差，力度也嫌不足。且支持多集中在上游的基础研究和应用性基础研究领域，而在实用性研究上的投入较少，不利于研究成果的转化。二、国内外技术发展水平与差距国内需求状况2．2.3.5北京市形成生物3D打印产业存在的国内需求状况2．2.3.5北京市形成生物3D打印产业存在的问题通过深入调查研究发现，北京市发展生物3D打印产业链有如下存在5点问题：4、缺乏顶层设计。

生物3D打印产业链的形成和发展是一个巨大的系统工程。目前，各单位和政府部门的组织工作较为分散，缺乏统一的指导；同时也缺乏科学、合理的目标和统筹机制。这些现状造成了各项研究难以形成体系和产业链，也容易造成重复投入，浪费了资源。5、知识产权保护形势严峻。

生物3D打印技术的意义不仅在于它有别于当前医疗技术新的产品模式，而且也在于它能改变知识产权的规则。该技术的出现使得成功不再取决于传统的基于经验的医疗，而取决于数字化技术的应用和个性化的方案。因此，医疗行业的竞争，可能变得比以往更激烈，知识产权保护的形势更加严峻。二、国内外技术发展水平与差距国内需求状况2．2.3.5北京市形成生物3D打印产业存在的聚对苯二甲酸乙二醇酯课件如今我国医用高分子材料产业正面临重大挑战和机遇,应在国家的大力支持下,跨部门、跨学科通力合作,通过走自力更生与技术引进相结合之路,在生物材料、分子设计、仿生模拟、智能化药物控施等方面重点投入。医用高分子材料必将为造福人类作出更大贡献。聚对苯二甲酸乙二醇酯课件Part3三、研究方向及主要内容Part3三、研究方向及主要内容3.1、即配型多室输液袋关键技术3.2、新增塑剂的生物医用材料3.3、抗菌、防凝血经外周静脉置入中心导管制备3.4、隐形口腔用正畸材料的制备3.1、即配型多室输液袋关键技术（1）即配型多室输液袋定义即配型多室输液袋技术3.1使用多室容器包装输液，分装于一个包装的两个隔室内的成分始终保持隔离，使用时通过外力使隔室的可开间隔打开，两室相通，混合后即可使用。根据多室内容物的物态及腔室不同，可分为液液双室、液液三室、固液双室。（1）即配型多室输液袋定义即配型多室输液袋技术3.1（2）国内外技术发展趋势及现状√1984年Frese-niusKabi：双室袋全营养制剂AMINOMIX

√1996年大冢制药株式会社：头孢唑啉钠氯化钠注射液√2001年7月B.BRAUN:头孢唑啉钠葡萄糖注射液

√2003年日本味之素株氏会社：双室袋肾透析液HF-SOLITA•BWKIT√2004年BAXTER公司：双室袋肾透析液ACCUSOL√2004和2005年头孢噻肟和头孢曲松钠葡萄糖双室袋注射液√2005年10月

广东大冢制药有限公司：五层共挤膜输液用双室袋包装注册

即配型多室输液袋技术3.1（2）国内外技术发展趋势及现状√1984年Fr降低输液配制过程二次污染满足战时及重大灾害急救需求提高护理效率和伤员存活率头孢类大环内酯类1满足国家战略发展需要，填补国内空白（3）项目社会效益抗肿瘤类即配型多室输液袋技术3.1降低输液配制过程二次污染头孢类大环内酯类1满足国家战略2满足临床需要，减少环境污染

解决不稳定药物的储存问题降低药物被污染几率适合争分夺秒的急、重症患者的抢救

适合军队野外作战和重大自然灾害排除高致敏性和毒性较大的药物危害包装材料环保（3）项目社会效益即配型多室输液袋技术3.12满足临床需要，减少环境污染解决不稳定药物的储存问液液双室袋

复方氨基酸注射液-葡萄糖注射液液液三室袋

脂肪乳氨基酸(17)葡萄糖(11%)注射液脂肪乳氨基酸(17)葡萄糖(19%)注射液

固-液双室袋

盐酸头孢曲松钠葡萄糖注射液头孢呋辛葡萄糖注射液头孢噻肟钠葡萄糖注射液头孢哌酮钠葡萄糖注射液研究内容制剂工艺研究质量标准研究安全性研究稳定性研究（3）即配型多室袋制剂研究及注册即配型多室输液袋技术3.1液液双室袋复方氨基酸注射液-葡萄糖注射液液液三室袋脂一次性医疗用品是医疗器械中量最大、面最广、与每个个人和家庭的健康密切相关的产品。其安全有效性事关全局，其重要性是任何医疗器械无法比拟的。良好的物理化学性能良好的加工性能良好的生物相容性价格合理聚氯乙烯（PVC）新增塑剂的生物医用材料3.2优点一次性医疗用品是医疗器械中量最大、面最广、与每个个人和家庭的降低熔点降低玻璃化温度提高柔顺性及其他性能便于加工成各种膜、管材缺点玻璃化温度较高材料硬度大直接加工成型困难熔点与分解温度非常接近PVCPVC+30~50%增塑剂新增塑剂的生物医用材料3.2降低熔点降低玻璃化温度提高柔顺性及其他性能增加PVC的弹性使PVC产品具柔软性使PVC产品具透明性潜在风险新增塑剂的生物医用材料3.2经济有效材料变硬、变脆、开裂，强度下降析出的DEHP对周围介质的污染与反应进入人体引起安全性风险：肝脏毒性、生殖毒性、致癌性药物相容性存在风险增加PVC的弹性潜在风险新增塑剂的生物医用材料3.2经济有效我国对PVC制品中DEHP的用量及使用尚无严格限定1美国FDA、日本厚生省、欧洲CE机构都对DEHP增塑的PVC制品的使用作了建议性的意见规定国际尚未找到有效替代DEHP的增塑剂和相关技术2美国ATBC、欧洲DINCH、日本TOTM等，分别获得本国使用资质，有相关产权FDA已建议对出生不满一个月的婴儿、哺乳期妇女以及脂溶性药物以及体外循环用的管道不适合用DEHP增塑的PVC，而改使用其他增塑剂。新增塑剂的生物医用材料3.2国内我国对PVC制品中DEHP的1美国FDA、日本厚生省、欧洲C1）新增塑剂的合成以及工业化生产；2）新增塑剂增塑的PVC粒料的研发；3）新增塑剂PVC粒料的研发及生产线的建立4）新增塑剂PVC产品的开发；5）安全性评价的相关研究1）新增塑剂的合成以及工业化生产；环己烷1.2-二甲酸二异辛酯（DEHCH）的合成1、新增塑剂的合成环己烷1.2-二甲酸二异辛酯（DEHCH）的合成1、新增塑剂环氧大豆油DEHP替代方案PVC粒料及相关产品ATBCTOTMDINCH环己烷-1，2-二羧酸二异辛酯氢化丁二烯共聚物助增塑剂主增塑剂2、新增塑剂PVC粒料的研发环DEHPPVC粒料ATBCTOTMDINCH环己烷-1，2将上述新增塑剂与国外目前已使用的新增塑剂乙酰柠檬酸三丁酯(ATBC)、偏苯三酸三辛酯（TOTM）和环己烷-1,2-二羧酸二异壬基酯（DINCH）复合做为主增塑剂，采用环氧大豆油做为助增塑剂，研究作为目前医用PVC制品中DEHP的几种替代方案。制备医用PVC膜材粒料、管材粒料以及麻醉耗材专用PVC粒料。3、新增塑剂PVC粒料的研发及生产线的建立将上述新增塑剂与国外目前已使用的新增塑剂乙酰柠檬酸三丁酯(A采用双螺杆造粒技术，建立新型医用增塑剂的PVC造粒中试线。3、新增塑剂PVC粒料的研发及生产线的建立采用双螺杆造粒技术，建立新型医用增塑剂的PVC造粒中试线。3气管插管加强型气管插管加强筋型呼吸回路血液净化用体外循环管路一次性使用静脉留置针4、新增塑剂PVC产品的开发气管插管4、新增塑剂PVC产品的开发充分收集有关安全性与风险的评价文献与报告，比较、研究、分析文献中有关上述材料的临界毒性值等数据。（1）进行上述材料人类可接受值（TI值）的验证、研究与确定（2）进行生物相容性评价、按药典进行毒理学评价、药物相容性评价及增塑剂溶出研究，形成相关报告。（3）进行材料及产品的生物安全性评价，并建立相应的产品标准和评价体系。5、安全性评价的相关研究充分收集有关安全性与风险的评价文献与报告，比较、研究、分析文抗菌、防凝血经外周静脉置入中心导管制备关键技术3.3

抗菌抗凝血生物材料是生物材料的重要组成部分，被广泛应用于与人类血液和组织相接触的医用材料上，如血液透析系统、体外循环系统、人工心脏瓣膜、心脏起搏器、人工血管、血管支架、外科手术线和导管等。生物相容性

当外来物与血液接触时，会破坏血红细胞，使血小板活化、聚集，进而形成血栓。目前在临床方面，还没有一种人工医用生物材料能完美应用在人体内。当抗凝血生物材料与活体组织相接触时，要求材料不仅具有组织相容性，不会对生物体组织引起炎症，还应具有血液相容性，能够抗血栓，不会在材料的表面发生凝血现象。血液相容性凝血、溶血组织相容性致癌、致敏抗菌、防凝血经外周静脉置入中心导管制备关键技术3.31.抗菌防凝血性能兼顾在临床应用中，由于医院特殊环境等因素，医用高分子材料容易引起感染，其一方面原因是医用材料可刺激体内的金黄色葡萄球菌增殖，进而引起炎症感染；另一方面是医院感染，医院环境中，细菌通过医务人员的衣物、手套和医院中的物品的传播，容易引发感染。因此，在制备抗凝血材料的同时要兼顾考虑材料的抗菌性能。因此，开发具备良好抗菌性能的凝血材料已成为当今医用高分子发展的重要方向之一。抗菌、防凝血经外周静脉置入中心导管制备关键技术3.31.抗菌防凝血性能兼顾在临床应用中，由于医院特殊环境等因2.抗菌防凝血改性方法制备抗菌材料的方法主要是在基体材料中添加金属银离子化合物、壳聚糖、二氧化钛、二苯醚类生物灭杀剂和抗生素等制备抗凝血材料的主要方法为表面肝素化、通过改性得到聚氧乙炔结构和通过改性得到聚磷酰胆碱类物质。在材料进行抗凝血改性时，关键要从抗凝血剂的牢固程度、抗凝血剂的生物活性以及抗凝血剂在材料表面的浓度等几个方面综合考虑。抗菌、防凝血经外周静脉置入中心导管制备关键技术3.32.抗菌防凝血改性方法制备抗菌材料的方法主要是在基体材料中添1、采用医用级的改性硅胶材料、聚氨酯和抗菌涂层，通过临床应用，实现产品具有良好的人体血液组织相容性和顺应性，达到外周留置感染率在原有的基础上降低30%；体内留置时间达一年。2、改进不可见置入，在导管上增加一条显影线，使用时可通过影像确认导管及其尖端的位置。3、研发独特的导管末端成型技术，具备技术创新点，完美的设计使其具有插管快速方便，置管过程患者无痛苦护士操作更方便。4、物理、化学、生物指标符合注册产品标准要求。5、符合临床需要、安全性、有效性符合标准和临床治疗指标。３．研究目标抗菌、防凝血经外周静脉置入中心导管制备关键技术3.31、采用医用级的改性硅胶材料、聚氨酯和抗菌涂层，通过临床应用隐形口腔用正畸材料的制备3.4隐形口腔用正畸材料的制备3.4隐形口腔用正畸材料的制备3.4正畸材料的发展史隐形口腔用正畸材料的制备3.4正畸材料的发展史隐形口腔用正畸材料的制备3.4正畸材料的发展史隐形口腔用正畸材料的制备3.4正畸材料的发展史可随时摘除安装，使口腔更加卫生透明隐形矫治材料的优点在整个矫治过程中不会被他人发现“铁嘴钢牙”的感觉，满足了当代爱美人群及相关人士的需求没有传统矫治器使用的弓丝、托槽等刺激口腔黏膜，使其具备更加舒适性隐形正畸材料是热塑性材料，不会出现刺伤口腔组织的情况，使整个治疗过程更加安全等。隐形口腔用正畸材料的制备3.4可随时摘除安装，使口腔更加卫生透明隐形矫治材料的优点在整个矫1998年美国成立Align公司，率先研发出无托槽隐形矫治器，并将隐形矫治技术商品化。无托槽隐形矫治系统采用透明热塑性塑料提供的应力来实现患者牙齿的缓慢移动，达到矫治的目的。隐形口腔用正畸材料的制备3.41998年美国成立Align公司，率先研发出无托槽隐形矫治器国际上广泛使用的四种材料:Erkodur爱科特德国Biolon福科斯德国DR金士顿美国Scheu肖尔德国隐形口腔用正畸材料的制备3.4国际上广泛使用的四种材料:Erkodur爱科特德国隐形研究目的：制备综合性能优异的聚合物材料，用于牙齿正畸矫治研究内容：制定牙托材料性能参考标准采用聚合物共混制备透明正畸材料隐形口腔用正畸材料的制备3.4研究目的：制备综合性能优异的聚合物材料，用于牙齿正畸矫治研究隐形正畸材料的性能高透明性（80%以上）优异的力学性能良好的生物相容性良好的化学稳定性一定的热性能隐形正畸材料低吸水性隐形正畸材料的性能高透明性（80%以上）优异的力学性能良好的正畸材料的成型正畸材料的成型生物医用高分子材料应用展望以研发为重点、提高自主创新能力为己任，增强核心竞争力，开发适合于市场的医用高分子材料、医用高分子制品为目标，解决重大关键技术问题。走“产、学、研”结合之路，加速科技成果的转化，面向国际和国内两个市场，通过技术研发推广新技术，促进整个行业的快速发展，为国家的经济发展作出贡献。生物医用高分子材料应用展望以研发为重点、提高自主创新能力谢谢！北京化工大学材料科学与工程学院生物医用材料北京实验室丁雪佳2015.7.5谢谢！北京化工大学材料科学与工程学院北京化工大学材料科学与工程学院生物医用材料北京实验室丁雪佳2015.7.5医用高分子新型材料现状及前景北京化工大学材料科学与工程学院医用高分子新型材料现状及前景目录一、生物医用高分子材料二、国内外最新技术进展及发展趋势三、研究方向及主要内容3.1、即配型多室输液袋技术3.2、新增塑剂的生物医用材料3.3、抗菌、防凝血经外周静脉置入中心导管制备3.4、生物医用材料的表界面设计及治疗技术3.5、隐形口腔用正畸材料的制备目录一、生物医用高分子材料3.1、即配型多室输液袋技术Part1一、生物医用高分子材料Part1一、生物医用高分子材料生物医用材料是指具有特殊性能、特殊功能，用于人工器官外科修复、理疗康复、诊断、检查、治疗疾患等医疗、保健领域,而对人体组织、血液不致产生不良影响的材料，指“以医疗为目的，用于与组织接触以形成功能的无生命的材料”。生物医用高分子材料是生物医用材料的一个重要组成部分，是一类用于诊断、治疗和器官修复与再生的材料，具有延长病人生命、提高病人生存质量的作用，是材料科学、化学、生命科学和医学交叉的发展领域。其研究与开发既有重大的社会需求，也有重大的经济需求。生物医用材料是指具有特殊性能、特殊功能，用于人工器官外科生物医用材料的研究与开发也得到了国家相关部门的高度重视，“十五”和“十一五”国家重点基础研究发展规划（“973”）都设立了生物医用材料的研究项目。医用高分子材料属于一种特殊的功能高分子材料，一般对其性能有一定的要求：

1、安全性，必须无毒或低副作用

2、物理、化学和机械性能达到设计与功能的要求。

3、适应性:材料间的适应性，生物相容性、血液相容性及组织的相容性。

4、特殊功能:抗感染、抗凝血、生物降解、生物活性、透析过滤吸附功能、抗血栓、

药物控释、形状记忆等。医用新型材料一般在原有材料基础上针对上述特殊功能中的一项或几项改性而来，

或针对特殊功能中的一项或几项新合成而来。生物医用材料的研究与开发也得到了国家相关部门的高度重视，血液相容性及抗凝血性1．血液相容性是聚合物性质的多参量函数.在这个意义上,制备理想的血液相容性聚合物具有相当高的难度.因此,如何改善和提高材料的血液相容性和抗凝血性能仍是基础研究和材料制备的关键问题。一、医用高分子材料血液相容性及抗凝血性1．血液相容性是聚合物性质由于生物材料和血液接触主要是在材料的表面层上,所以研制抗凝血材料的主要工作是对材料表面进行合成设计，常用的方法是对材料进行表面修饰。如：聚乙醇（PVA）、聚氨酯等通过等离子体表面接枝技术在其表面接枝肝素、胰素或乙烯类亲水单体增强其抗凝血性。聚氨酯表面原位合成类肝素物质增强其抗凝血性。血液相容性及抗凝血性1．一、医用高分子材料及其改性由于生物材料和血液接触主要是在材料的表面层上,血液相容性及抗凝血性1．一、医用高分子材料及其改性另一方面，寻求其它种类的表面修饰机理及方法也是最近的热点。聚合物材料表面可逆吸附的白蛋白层具有良好的抗感染和抗凝血性能，采用大分子单体技术合成了以聚甲基丙烯酸甲酯为主链，聚氧乙烯链为侧链，末端为白蛋白诱导吸附基团的十八烷基功能聚合物聚甲基丙烯酸甲酯接枝十八烷基聚氧乙烯白蛋白原位复合生物医用材料。血液相容性及抗凝血性1．一、医用高分子材料及其改性另一方面

抗感染性2．由于医用高分子材料往往不具有抗感染性能,常常因细菌感染而带来诸多综合病症,给人类造成大量的损失。如何提高医用高分子材料的抗感染性能已成为高分子研究的一大方向。基于感染机理,目前主要通过抑制细菌生物膜的形成和对已形成稳态的生物膜用能通过扰乱破坏生物膜的营养体和繁殖体将细菌杀死两方面来进行防治。也就是说,人们通过两种方法对材料表面进行不同的改性,一是通过阻止细菌粘附达到抗菌效果;二是通过干扰细菌细胞的组成取得杀菌效果。一、医用高分子材料及其改性抗感染性2．由于医用高分子材料往往不具有抗通过表面改性使生物医用材料具有良好的抗菌能力，是抗菌生物材料发展和研究的方向。通过光化学固定法在生物材料的表面偶联上抗微生物肽、抗菌素等,可以大大地降低材料表面的细菌群落数,从而达到防止生物材料植入体内而引起感染的可能性。层层自组装技术与光化学修饰相结合的方法在聚氨酯表面固定多糖衍生物，抑制大肠杆菌。另外，比较热的表面修饰抗菌剂还有纳米银及纳米二氧化钛等。抗感染性2．一、医用高分子材料及其改性通过表面改性使生物医用材料具有良好的抗菌能力，药物控释能使药物在血液中保持对疾病治疗所需的最低浓度，保持血药浓度恒定，避免了偏高时药物中毒、偏低时治疗无效的问题。目前用作药物载体的材料主要包括高分子凝胶、聚乳酸(PLA)/乳酸-羟基乙酸(PLGA)、壳聚糖及其衍生物、丝素蛋白等。聚乳酸和聚乳酸-羟基乙酸是一种生物可降解高分子材料,具有生物相容性、生物可降解性、降解产物无毒等优点,用作药物控释载体材料时,可通过调节聚乳酸的降解速率改变释放速率,提高药效。它是经美国食品药品监理局（FDA）批准用作医用手术缝合线以及注射用微囊、微球、埋植剂等制剂的材料。药物控释3．一、医用高分子材料及其改性药物控释能使药物在血液中保持对疾病治疗所需的最壳聚糖具有很好的吸附性、成膜性和通透性,较低相对分子质量的水溶性壳聚糖更易在体内降解,不易积聚,以壳聚糖为载体材料制备纳米粒、微球等给药系统是近年来的研究热点。壳聚糖广泛应用于消化道系统疾病、心血管疾病，用作抗感染药物缓释载体和抗癌药物的缓释载体，可制备壳聚糖膜、壳聚糖纳米、壳聚糖微球、壳聚糖片剂或颗粒。药物控释3．一、医用高分子材料及其改性壳聚糖具有很好的吸附性、成膜性和通透性,较低相天然高分子材料丝素蛋白无毒、无刺激,具有良好的物理、化学、生物学性能,与人体有较好的组织相容性,在负载与释放药物时,具有一定程度的pH值响应性和酶分解性。一般通过化学修饰、添加其他化合物等方法,提高丝素蛋白的性质,增加丝素蛋白质对药物的吸附释放功能。药物控释3．一、医用高分子材料及其改性天然高分子材料丝素蛋白无毒、无刺激,具有良好的

形状记忆4．形状记忆高分子材料已经成为一种新型的生物医用智能材料，它能够根据不同应用进行性能设计，以满足生物医学领域对材料多功能的要求。形状记忆高分子材料可以通过多种刺激，例如：热、光、电、磁等方式被激发，实现其生物医学功能。形状记忆高分子材料可以满足新型外科手术、新型医疗器械对材料特殊功能的要求。一、医用高分子材料及其改性形状记忆4．形状记忆高分子材料已经成为一种聚合物形状回复力来源于大分子网络的熵弹力。聚合物形状回复力来源于大分子网络的熵弹力。

目前，形状记忆高分子材料已经有外科手术、心血管支架、泌尿系统、脑部手术和牙齿正畸等多个领域的应用报道。目前，形状记忆高分子材料已经有外科手术、心血管支架、

生物活性5．聚磷腈具有良好的生物相容性或生物活性，容易在生物体内降解为氨、磷酸盐等无毒小分子，因而受到药物与生物医学材料领域的广泛关注。世界各围的研究小组对于聚磷腈生物医用材料的改性及应用主要集中于高分子药物、药物控制释放载体及组织工程材料三个方面。一、医用高分子材料及其改性生物活性5．聚磷腈具有良好的生物相容性或生

生物降解6．由于人们对环保的要求越来越高，生物降解医用高分子材料的研究受到广泛的关注。于上世纪九十年代末刚实现工业化的聚乳酸（PLA）是最有发展前景的一种，它是一种真正的新型绿色高分子材料，也是目前综合性能最出色的环保医用高分子材料。同时它也是脂肪族聚酯类高分子家族中最出名的一种。一、医用高分子材料及其改性生物降解6．由于人们对环保的要求越来越高，生物降解医用高生物降解6．近年来,聚磷酸酯类生物降解高分子材料的研究也常活跃,尤其是作为药物缓释材料方面的合成与应用。事实上,聚磷酸酯是一种生物相容性好、结构较易进行修饰和功能化的生物降解高分子。聚磷腈具有良好的生物相容性或生物活性，容易在生物体内降解为氨、磷酸盐等无毒小分子，因而受到药物与生物医学材料领域的广泛关注。是一种新型生物降解医用高分子材料。一、医用高分子材料及其改性生物降解6．近年来,聚磷酸酯类生物降解高分子材

聚原酸酯，是一类合成的非均相降解机制的高分子,由于其主链上含有酸敏感的原酯键,所以可以通过加入酸性或碱性赋形剂控制其降解释药行为。聚碳酸酯、聚酸酐是表面浸蚀材料,主要用于药物控释体系。同样也是可降解医用高分子家族的成员。生物降解6．一、医用高分子材料及其改性聚原酸酯，是一类合成的非均相降解机制的高分

聚对二氧六环酮（PDS），合成始于70年代后期，比PLA和PGA晚十几年,临床应用也刚刚起步,但因其独特的物理及生物特性被医学界公认为是骨折内固定材料的首选材料。聚对二氧六环酮内固定物在骨组织中是完全可吸收的,随着聚合物的降解,新骨沉淀在固定物内。生物降解6．一、医用高分子材料及其改性聚对二氧六环酮（PDS），合成始于70年

多功能材料7.很多时候，单一的功能不在满足设计与功能的要求，而功能的复合化恰能满足要求。而最能代表材料功能复合化优势的是有机硅材料和聚氨酯材料。一、医用高分子材料及其改性多功能材料7.很多时候，单一的功能不在满足

医用有机硅7.1医用有机硅材料无论从异物反应，血液相容性，尤其是抗血凝性和组织相容性等方面，有机硅材料(特别是硅橡胶)均表现出独特的优越性，因而它成为目前应用最广、价值最大的一种医用高分子材料。医用有机硅7.1医用有机硅材料无论从异物反医用有机硅材料应用于长期埋藏于人体内作为器官或组织代用品，如人造球型二尖瓣、人工角膜等。医用有机硅7.1医用有机硅材料应用于长期埋藏于人体内作为器官或医用有机硅材料应用于短期留置于人体某个部位，起到相关作用的如静脉插管、导尿管等。静脉插管医用有机硅7.1导尿管医用有机硅材料应用于短期留置于人体某个部位，起医用有机硅作为药物载体留置于体内，长期发挥药效如输药泵和硅橡胶长效避孕环等；输药泵医用有机硅7.1医用有机硅作为药物载体留置于体内，长期发挥药效

医用有机硅作为医疗器械上的关键性组成部件如人工心肺机轮血泵管、膜式人工肺等；作保护皮肤涂层如各种聚硅氧烷油膏。心肺机轮血泵管膜式人工肺医用有机硅7.1医用有机硅作为医疗器械上的关键性组成部件如人工医用聚氨酯7.2由于其突出的物理机械性能、良好的生物相容性、血液相容性、抗凝血性以及方便的加工工艺，在医学上有着广泛的应用，尤其近30年来开发出的热塑性聚氨酯弹性体(TPU)更是受到普遍的关注，其应用范围不断扩大，得到医学界的肯定。医用聚氨酯7.2由于其突出的物理机械性能、良好的生物聚氨酯医用制品种类繁多，涉及临床各科室，主要应用于植入制品如人工心脏、人工心脏瓣膜等。人工心脏人工心脏瓣膜医用聚氨酯7.2聚氨酯医用制品种类繁多，涉及临床各科室，主要应用医用聚氨酯还主要应用于导管类制品如J型导管(猪尾巴管)、血液透析插管(分短期、长期两种)等。J型管血液透析插管医用聚氨酯7.2医用聚氨酯还主要应用于导管类制品如J型导管(猪医用聚氨酯还应用于膜类制品如医用手术膜、透明敷料膜、人造皮肤等。医用手术膜人造皮肤医用聚氨酯7.2医用聚氨酯还应用于膜类制品如医用手术膜、透明敷

材料智能化8.智能高分子材料能够响应外界环境的微小刺激,引起自身构象,极性,相结构,组成结构等物理化学变化,表现出“智能”的特性,已被广泛应用于生物医学领域。而智能水凝胶体系,智能载药体系和智能识别体系在智能化方面发展较为迅速。一、医用高分子材料及其改性材料智能化8.智能高分子材料能够响应外界环

智能水凝胶体系8.1水凝胶按来源分天然与合成两类。

天然凝胶主要来源于胶原、透明质酸、壳聚糖、纤维蛋白等。

合成凝胶主要是由聚甲基丙烯酸羟乙酯(PHEMA)、聚乙烯醇(PVA)、聚二醇(PEG)、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酰胺(PAAM)、聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)等一系列水溶性聚合物通过物理或化学交联而成,在水中溶胀而不溶解的三维凝胶。智能水凝胶按照响应环境的不同可分为温度敏感水凝胶、pH敏感水凝胶、电场敏感水凝胶、光敏感水凝胶、压力敏感水凝胶和复合敏感水凝胶等.智能水凝胶体系8.1水凝胶按来源分天然与合成两类。温度敏感性聚合物都存在有一临界溶解温度。常见的聚丙烯酰胺类聚合物在某一特定温度以上,其水溶液发生相分离，

这一温度称为低临界溶解温度(lowercriticalsolutiontemperature,LCST)。聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)是其中研究最广泛的温敏性聚合物之一。智能水凝胶体系8.1温度敏感性聚合物都存在有一临界溶解温度。常见的

智能载药体系8.2智能载药体系就是这些药物载体能够按病灶信号如pH,温度,或生物分子的变化定时定量定点地释放药物以达到治疗的效果。这些类智能载药体系主要有pH响应载药体系，温度响应载药体系、葡萄糖响应载药体系、抗原响应载药体系、靶向载药体系。智能载药体系8.2智能载药体系就是这些药物

智能载药体系8.3制备具有分子识别功能的高分子最直接的方法就是把官能化的智能高分子和生物活性分子通过化学键键合,形成生物键合/杂化体系.能够用于生物键合的生物分子包括有：蛋白质和多肽,糖和多糖,单/双链寡聚核苷酸和质粒DNA,简单脂类和磷脂,以及一些广谱的识别受体和药物分子。目前主要有分子识别亲和沉淀体系、分子印迹体系等。智能载药体系8.3制备具有分子识别功能的高Part2二、国内外最新技术进展及发展趋势Part2二、国内外最新技术进展及发展趋势

医用高分子材料产业的发展如此迅猛，主要动力来自于人口老龄化、中青年创伤的增多、疑难疾病患者的增加和高新技术的发展。医用高分子材料的研究与开发被许多国家列入高技术关键新材料发展计划，并迅速成为国际高技术制高点之一。中国作为世界人口最多的国家，医用高分子材料的市场潜力十分巨大。中国医用高分子材料研制和生产迅速发展，总产值的增长率远高于国民经济平均发展速度。动辄上万元进口材料的价格决定了中国必须加强具有自主知识产权的生物材料的研究开发与产品生产和应用。随着人民生活水平的提高和对生命质量的追求,我国对医用高分子材料的需求也会不断增加。医用高分子材料产业的发展如此迅猛，主要动力目前使用的人工脏器，大多数只有“效应器”的功能，即人工脏器必须与有功能缺陷的生物体共同协作，才能保持体内平衡。研究的方向是使人工脏器永久的植入体内，完全取代病变的脏器。这就要求高分子材料本身具有生物功能。一、国内外最新技术人工脏器的生物功能化、小型化、体植化1．目前使用的人工脏器，大多数只有“效应器”的功能，即人迄今为止，尚无一种医用高分子材料具有完全抗血栓的性能。许多人工脏器的植换手术就是因为无法解决凝血问题而归于失败。因此，尽快解决医用高分子材料的抗血栓问题已成为医用高分子材料发展的一个关键性问题，受到各国科学家的重视。高抗血栓性材料的研制2．一、国内外最新技术迄今为止，尚无一种医用高分子材料具有完全抗血栓的性能医用高分子材料所涉及到的材料大部分限于已工业化的高分子材料，这显然不能适应和满足十分复杂的人体各器官的功能。因此，发展适合医学领域特殊要求的新型、专用高分子材料，已成为广大化学家和医学专家共识。目前研究开发混合型人工脏器，即将生物酶和生物细胞固定在合成高分子材料上，制取有生物活性的人工脏器的工作，已经取得了相当大的成就。发展新型医用高分子材料3．一、国内外最新技术医用高分子材料所涉及到的材料大部分限于已工业化的高分高分子材料在医学领域的应用虽已取得了很大的成就，但很多尚处于试验阶段。如何将已取得的成果迅速推广到临床医学应用，以拯救更多患者的生命，需要高分子材料界与医学界的通力合作。推广医用高分子的临床应用4．一、国内外最新技术高分子材料在医学领域的应用虽已取得了很大的成就，但很过去15年来，国际医用高分子制品市场的年均增长率高达15%～18%，在各种医疗器械产品市场年增长率中名列前茅。近年来，一些国产医用高分子制品的优势逐渐减小，出口产品仍以低端为主，而对于市场需求量较大、价格较高的介入导管、肾透析器等高端医用产品的研发与生产，亟待加强。

20世纪80年代，国内企业仿制国外的PVC一次性注射器获得成功。由于一次性注射器的生产工艺相对简单、所需资金不多、技术含量低和容易投产等原因，90年代，全国有上千家企业纷纷上马一次性注射器项目，从而使我国迅速发展成为全球最大的一次性注射器生产国和出口国，而一次性注射器也迅速成为国内产量最大的医疗器械产品。然而，经过市场的大浪淘沙，目前仅剩下300多家公司在生产一次性注射器。2012年，我国一次性注射器出口均价只有每支0.18～0.22元人民币。这一价格已接近成本价，出口企业只能挣得一点出口退税。二、国内外技术发展水平与差距国内外技术发展水平与差距1．过去15年来，国际医用高分子制品市场的年均增长率高达12.1加强高端医用导管研发和生产

医用导管(插管)类产品是我国仅次于一次性注射器的第二大出口医用塑料制品。据估计，全国医用塑料导管总产量达20亿支左右，不少导管类塑料制品的产量和出口量在国际市场上领先，但是，这些产品的附加值不高，大多为低值易耗品类导管(这与我国一次性注射器的情况相似)。而我国每年实施十余万例心血管支架植入手术，做这类手术必须使用可扩张气囊和心血管介入塑料导管，这种高档导管产品我国至今生产较少，而主要是从美国大量进口――这就是为何在国内医院做一次植入心血管支架手术要花数万元人民币的原因。进口导管和支架价格昂贵，普通工薪阶层难以承受。国内需求状况2．二、国内外技术发展水平与差距2.1加强高端医用导管研发和生产国内需求状况2．二、国内外

2.2开发高档高分子材料是当务之急从医用高分子材料的生产和消耗情况上可以判断一个国家医用高分子制品产业的发展程度。目前，发达国家制造的医用高分子材料有90多种，包括硅橡胶、聚氨酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚烯烃类、聚碳酸酯、聚醚、聚砜、聚丙烯酸酯等。而我国聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚醚、聚砜等价格相对较高的医用高分子材料的年消耗量大大低于欧美、日本等发达国家。这表明我国在医用高分子制品的技术水平上与发达国家存在很大差距。二、国内外技术发展水平与差距国内需求状况2．2.2开发高档高分子材料是当务之急二、国内外技术发展水平2.3加工成型技术----3D打印技术

3D打印技术(又称3D快速成型技术或增材制造技术)是20世纪80年代后期开始逐渐兴起的一项新兴制造技术，它是指在计算机控制下，根据物体的计算机辅助设计(CAD)模型或计算机断层扫描(CT)等数据，通过材料的精确3D堆积，快速制造任意复杂形状3D物体的新型数字化成型技术。

3D打印技术的基本制造过程是按照“分层制造、逐层叠加”的原理。例如，可以根据CT等成像数据，经计算机3D建模转换后，再以STL格式文件输入到计算机系统中，并分层成二维切片数据，通过计算机控制的3D打印系统进行逐层打印，叠加后最终获得三维产品。目前应用较多的3D打印技术主要包括光固化立体印刷(SLA)、熔融沉积成型(FDM)、选择性激光烧结(SLS)和三维喷印(3DP)等。二、国内外技术发展水平与差距国内需求状况2．2.3加工成型技术----3D打印技术二、国内外技术发展水二、国内外技术发展水平与差距二、国内外技术发展水平与差距国内需求状况2．2.3.1生物3D打印技术及产品特性

生物3D打印技术原理及方法。20世纪以来，科技的发展使人们对生命的产生机理和生物体的微观结构有了更深入的了解。在体外构建具有一定生物功能的组织和器官，用于病损组织和器官的修复替代成为了令人瞩目的科学前沿，它对传统