生物医用高分子材料及应用

生物医用高分子材料及应用第1页/共25页生物医用高分子材料定义生物医用高分子材料(Polymericbio-

materials)是指在生理环境中使用的高分子材料,它们中有的可以全部植入体内,有的也可以部分植入体内而部分暴露在体外,或置于体外而通过某种方式作用于体内组织。第2页/共25页生物医用材料分类天然生物材料(如猪心瓣膜、牛心包、羊膜等)金属材料(如钛及其合金)、无机非金属材料(如羟基磷灰石、生物玻璃等)高分子材料杂化生物医用材料。第3页/共25页生物医用高分子的发展

材料发展的第一阶段始于1937年,其特点是所用高分子材料都是已有的现成材料,如用丙烯酸甲酯制造义齿的牙床。第4页/共25页第二阶段始于1953年,其标志是医用级有机硅橡胶的出现,随后又发展了聚羟基乙酸酯缝合线以及四种聚(醚-氨)酯心血管材料,从此进入了以分子工程研究为基础的发展时期。该阶段的特点是在分子水平上对合成高分子的组成、配方和工艺进行优化设计,有目的地开发所需要的高分子材料。第5页/共25页目前的研究焦点已经从寻找替代生物组织的合成材料转向研究一类具有主动诱导、激发人体组织器官再生修复的新材料,这标志着生物医用高分子材料的发展进入了第三个阶段。其特点是这种材料一般由活体组织和人工材料有机结合而成,在分子设计上以促进周围组织细胞生长为预想功能,其关键在于诱使配合基和组织细胞表面的特殊位点发生作用以提高组织细胞的分裂和生长速度第6页/共25页医用高分子分类及应用1与血液接触的高分子材料与血液接触的高分子材料是指用来制造人工血管、人工心脏血囊、人工心瓣膜、人工肺等的生物医用材料,要求这种材料要有良好的抗凝血性、抗细菌粘附性,即在材料表面不产生血栓．不引起血小板变形,不发生以生物材料为中心的感染。第7页/共25页人工血管材料有尼龙、聚酯、聚四氟乙烯、聚丙烯及聚氨酯等。人工心脏材料多用聚醚氨酯和硅橡胶等。人工肺多用聚四氟乙烯、硅橡胶等材料人工肾材料除要求具备良好的血液相容性外,还要求材料具有足够的湿态强度、有适宜的超滤渗透性等,可充当这一使命的材料有乙酸纤维素、铜氨再生纤维素、尼龙、聚砜及聚醚砜等。第8页/共25页

为提高人造器官的血液相容性,现阶段的研究重点是对现有生物材料的表面进行改性和修饰,其方法有:接枝亲水性长侧链引入生物活性物质抑制血液与外源材料的相互作用使材料具有微相分离结构聚合物表面种植内皮细胞等第9页/共25页2组织工程用高分子材料细胞大规模培养技术的日臻成熟和生物相容性材料的开发与研究,使得创造由活细胞和生物相容性材料组成的人造生物组织或器官成为可能。生物相容性材料的开发是组织工程核心技术之一。

第10页/共25页

组织工程中的生物材料主要发挥下列作用:

提供组织再生的支架或三维结构;

调节细胞生理功能;

免疫保护，当完成自己的使命后,作为组织生长骨架的生物高分子材料则降解为无毒的小分子被机体吸收。作为这种材料使用的聚合物主要有聚乳酸(PLA)等。第11页/共25页3药用高分子材料作为药用高分子必须具备下列条件:

本身及其分解产物应无毒,不会引起炎症,无致癌性;进入血液系统的药物不会引起血栓具有水溶性,能在体内水解为具有药理活性的基团能有效到达病灶处,并积累一定浓度口服药剂的高分子残基能通过排泄系统排出体外。第12页/共25页药用高分子可分为三类:（１）具有药理活性的高分子药物。它们本身具有药理作用,断链后即失去药性,是真正意义上的高分子药物。天然药理活性高分子有激素、肝素、葡萄糖、酶制剂等。合成药理活性高分子如聚4-乙烯吡啶-N-氧撑是较早研究的代用血浆。第13页/共25页（２）低分子药物的高分子化。低分子药物在体内新陈代谢速度快,半衰期短,体内浓度降低快,从而影响疗效,故需大剂量频繁进药,而过高的药剂浓度又会加重副作用,此外,低分子药物也缺乏进入人体部位的选择性。将低分子药物与高分子结合的方法有吸附、共聚、嵌段和接枝等。第一个实现高分子化的药物是青霉素第14页/共25页（３）药用高分子微胶囊。将细微的药粒用高分子膜包覆起来形成微小的胶囊是近年来生物医药工程的一场革命。药物经微胶囊化处理后可以达到下列目的:延缓、控制释放药物,提高疗效;掩蔽药物的毒性、刺激性和苦味等不良性质,减小对人体的刺激;使药物与空气隔离,防止药物在存放过程中的氧化、吸潮等不良反应,增加贮存的稳定性第15页/共25页4医药包装用高分子材料包装药物的高分子材料大体上可分为软、硬两种类型。硬型材料如聚酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯等,由于其强度高、透明性好、尺寸稳定、气密性好,常用来代替玻璃容器和金属容器,制造饮片和胶囊等固体制剂的包装。软型材料如聚乙烯、聚丙烯、聚偏氯乙烯及乙烯-醋酸乙烯共聚物等,常加工成复合薄膜,主要用来包装固体冲剂、片剂等药物。第16页/共25页5眼科用高分子材料

隐形眼镜是最常见的眼科用高分子材料制品，它对材料有如下要求：具有优良的光学性质,折光率与角膜相接近良好的润湿性和透氧性;生物惰性,即耐降解且不与接触面发生化学反应有一定的力学强度,易于精加工及抗污渍沉淀等。常用的隐形眼镜材料有聚甲基丙烯酸β-羟乙酯等，发生病变的角膜和晶状体也可用人工角膜和人工晶状体替代。第17页/共25页6医用粘合剂与缝合线

生物医用粘合剂是指将组织粘合起来的组织粘合剂,医用粘合剂可粘合各种组织,例如可进行牙齿粘合,血管、组织、肌肉粘合,脑动脉瘤表面补强、防止破裂粘合,及骨粘合等。常用的粘合剂有α-氰基丙烯酸烷基酯类,甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物等。第18页/共25页手术用缝合线可分为非吸收型和可吸收型两大类。非吸收类包括天然纤维(如蚕丝、、马毛等)和合成纤维。可吸收类包括天然高分子材料(如、骨胶原、纤维蛋白等)和合成高分子材料(如聚乙烯醇、聚乳酸等)。其中,由聚乳酸制成的缝合线因性能优越而倍受关注。这种缝合线强度可靠,对创口缝合能力强,又可生物降解而被肌体吸收,是一种理想的医用缝合线。第19页/共25页7医疗器件用高分子材料

高分子材料制的医疗器件有一次性医疗用品(注射器、输液器、检查器具、麻醉及手术室用具、血袋、尿袋等)。血袋一般由软PVC或LDPE制成。聚氨酯制的绷带固化速度快,质轻层薄,不易使皮肤发炎,可取代传统的固定材料—石膏硅橡胶、聚四氟乙烯及聚乙烯醇等都是性能良好的矫形材料,已广泛用于假肢制造及整形外科等领域。第20页/共25页总结生物技术将是21世纪最有前途的技术,生物医用高分子材料将在其中扮演重要角色,其性能将不断提高,应用领域也将进一步拓宽。今后的发展趋势将主要体现在以下几个方面:（１）医用可生物降解高分子材料因其具有良好的生物降解性和生物相容性而受到高度重视,论是作为缓释药物还是作为促进组织生长的骨架材料,都将得到巨大的发展。第21页/共25页（２）复制具有人体各部天然组织的物理力学性质和生物学性质的生物医用材料,达到高分子的生物功能化和生物智能化,是医用高分子材料发展的重要方向。此外,用生物技术合成高分