第3章 生物医用高分子课件

第三章生物医用高分子材料第一节生物医用高分子概述第二节医用高分子材料的基本特性第三节高分子材料在医学领域的应用第四节一些医用功能高分子材料介绍第五节生物医用材料研究前景第3章生物医用高分子第一节生物医用高分子概述(1)生物医用材料是生物医学科学中的最新分支学科，是生物、医学、化学和材料科学交叉形成的边缘学科。具体涉及到化学、物理学、高分子化学、高分子物理学、生物物理学、生物化学、生理学、药物学、基础与临床医学等很多学科。1.生物医用材料生物材料(Biomaterials)即生物医用材料(BiomedicalMaterials)，它是指“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”。另有定义是：具有天然器官组织的功能或天然器官部分功能的材料。第3章生物医用高分子生物材料的开发和利用可追溯到3500年前，那时的古埃及人就开始利用棉纤维、马鬃作缝合线缝合伤口；印第安人则使用木片修补受伤的颅骨。2500年前，中国和埃及的墓葬中就发现有假牙、假鼻和假耳。人类很早就用黄金来修复缺损的牙齿，并沿用至今。1588年人们用黄金板修复颚骨。1775年就有用金属固定体内骨折的记载。1851年发明了天然橡胶的硫化方法后，有人采用硬胶木制作了人工牙托的颚骨。(2)生物医用材料的发展历史第一节生物医用高分子概述第3章生物医用高分子器官移植取得巨大进展，但有难题：排异、器官来源、法律、伦理等。因此医学界对生物医学材料和人工器官的要求日益增加。目前被详细研究过的生物材料已超过1000种，被广泛应用的有90多种，1800多种制品。西方国家每年耗用生物材料量以10~15%的速度增长。我国生物材料的研究起步较晚（二十世纪五十年代），但发展很快。第一节生物医用高分子概述第3章生物医用高分子生物材料是研制人工器官及一些重要医疗技术的物质基础，综观人工器官及医疗装置的发展史，每一种新型生物材料的发现都引起了人工器官及医疗技术的飞跃。生物惰性医用硅橡胶——人工耳、人工鼻、人工颌骨等。血液相容性好的各向同性碳被复材料——碟片式机械心脏瓣膜。血液亲和性及物理机械性能较好的聚氨酯嵌段共聚物——促使人工心脏向临床应用跨越一大步。可形成假生物内膜的编织涤纶管——人工血管向实用化飞跃。第一节生物医用高分子概述第3章生物医用高分子(3)按生物医用材料的属性分类天然生物材料—再生纤维、胶原、透明质酸、甲壳素等。合成高分子生物材料—硅橡胶、聚氨脂及其嵌段共聚物、涤纶、尼龙、聚丙烯腈、聚烯烃等。医用金属材料—不锈钢、钛及钛合金、钛镍记忆合金等。无机生物医用材料—碳素材料、生物活性陶瓷、玻璃材料等。杂化生物材料—指来自活体的天然材料与合成材料的杂化，如胶原与聚乙烯醇的交联杂化等。复合生物材料—用碳纤维增强的塑料，用碳纤维或玻璃纤维增强的生物陶瓷、玻璃等。第一节生物医用高分子概述第3章生物医用高分子在生物医学材料中，金属材料应用最早，已有数百年的历史。唐代就用银汞合金（主要成份：汞、银、铜、锡、锌）来补牙。(4)医用金属材料化学周期表中的大部分金属不符合生物材料的要求，仅有小部分或经处理过的可用于临床。目前在临床使用的医用金属材料主要有：不锈钢、钴基合金和钛基合金三大类，另外还有记忆合金、贵金属以及纯金属钽、铌和锆等。第一节生物医用高分子概述第3章生物医用高分子头颅微型钢板人造髋关节的头杆部分。从股骨上端插进金属杆，杆头有一个金属头，它嵌在粘于髋骨窝中的一个塑料臼中。第一节生物医用高分子概述第3章生物医用高分子(5)无机生物医学材料包括生物陶瓷、生物玻璃和碳素材料三大类，主要用于齿科、骨科修复和植入材料。基本都是脆性材料，容易破裂，发展方向应向开发复合（多相）生物材料以及在金属基体上加涂无机生物陶瓷涂层（薄膜）材料的方面引导。18世纪初开始应用。无毒、与生物体组织有良好的生物相容性、耐腐蚀。第一节生物医用高分子概述第3章生物医用高分子生物陶瓷Al2O3—金属组合全髋关节第一节生物医用高分子概述第3章生物医用高分子医用高分子(Biomedicalpolymer)是用高分子科学的理论和研究方法，根据医学的需要来研究与生物体结构相适应的医用高分子材料。医用高分子现代医学高分子科学生命科学2.医用高分子第一节生物医用高分子概述第3章生物医用高分子医用高分子的重要性众所周知，生物体是有机高分子存在的最基本形式，有机高分子是生命的基础。动物体与植物体组成中最重要的物质——蛋白质、肌肉、纤维素、淀粉、生物酶和果胶等都是高分子化合物。高分子化合物在生物界的普遍存在，决定了它们在医学领域中的特殊地位。在各种材料中，高分子材料的分子结构、化学组成和理化性质与生物体组织最为接近，因此最有可能用作医用材料。天然高分子生物材料是人类最早使用的医用材料之一。早在公元前3500年，埃及人就用棉花纤维、马鬃缝合伤口。墨西哥印地安人用木片修补受伤的颅骨。第一节生物医用高分子概述第3章生物医用高分子目前心血管疾病的死亡率居于人类各种死亡原因的首位全世界每年死于心血管疾病的人数高达500万人全球每年用于心血管疾病诊断、预防和治疗的费用高达9000亿美元全世界每年心血管器件的市场：110亿美元

举例第一节生物医用高分子概述第3章生物医用高分子1936年发明了有机玻璃后，很快就用于制作假牙和补牙，至今仍在使用。1943年，赛璐珞薄膜开始用于血液透析。

1947年美国发表了有关医用高分子的展望论文。第一次介绍了利用PMMA作为人的头盖骨、关节和股骨，利用聚酰胺纤维作为手术缝合线的临床应用情况。从五十年代以来，高分子材料的飞速发展为医用材料提供了丰富的物质基础。50年代，有机硅聚合物被用于医学领域。一大批人工器官在50年代试用于临床。如人工尿道（1950年）、人工血管（1951年）、人工食道（1951年）、人工心脏瓣膜（1952年）、人工心肺（1953年）、人工关节（1954年）等。3.医用高分子材料的发展第一节生物医用高分子概述第3章生物医用高分子60年代以来人们认识到必须针对医学应用的特殊需要，设计合成专用的医用高分子材料。美国国立心肺研究所在这方面做了开创性的工作，他们发展了血液相容性高分子材料，以用于与血液接触的人工器官制造，如人工心脏等。至80年代以来，发达国家的医用高分子材料产业化速度加快，基本形成了一个崭新的生物材料产业。有人预计，在21世纪，医用高分子将进入一个全新的时代。现在除了大脑、胃和内分泌系统尚不能制造外，其它所有的器官和组织几乎都有了人造置换物。仿生人也将比想象中更快地来到世上。第一节生物医用高分子概述第3章生物医用高分子金属，无机和合成高分子材料的应用统计第一节生物医用高分子概述第3章生物医用高分子4.医用高分子的分类(1)与生物体组织不直接接触的材料：如药剂容器、输血用血浆袋、输血输液用具、注射器、化验室用品、手术用品等。(2)与皮肤、粘膜接触的材料a.要求无毒、无刺激和一定的机械强度。b.这类材料包括手术用手套、吸氧管、气管插管等、诊疗用品(耳镜、灌肠用具、肠胃窥镜导管、导尿管等)等。人体整容修复材料，如假肢、假耳、假眼、假鼻等。日本医用高分子专家樱井靖久将医用高分子的分类：第一节生物医用高分子概述第3章生物医用高分子(3)与人体组织短期接触的材料手术中暂时使用或替代病变器官的人工脏器，如人造血管、人工心脏、人工肺、人造皮肤等。—般要求有较好的生物体适应性和抗血栓性。(4)长期植入体内的材料人工脏器有人造血管和气管、人工尿道、人工骨、人工关节、手术缝合线等。要求有非常优异的生物体适应性和抗血栓性，较高的机械强度和稳定的化学、物理性质。第3章生物医用高分子(1)天然医用高分子材料：如胶原、明胶、丝蛋白、角质蛋白、纤维素、多糖、甲壳素及其衍生物等。(2)人工合成医用高分子材料：如聚氨酯、硅橡胶、聚酯等。(3)天然生物组织与器官：I.取自患者自体的组织。II.取自其他人的同种异体组织。例如利用他人角膜治疗患者的角膜疾病。III.来自其他动物的异种同类组织。例如采用猪的心脏瓣膜代替人的心脏瓣膜，治疗心脏病等。按材料的来源分类第一节生物医用高分子概述第3章生物医用高分子按生物医学用途分类(1)硬组织相容性高分子材料，如骨科、齿科用高分子材料。(2)软组织相容性高分子材料。(3)血液相容性高分子材料。(4)高分子药物和药物控释高分子材料。第一节生物医用高分子概述第3章生物医用高分子医用高分子材料的分类第一节生物医用高分子概述第3章生物医用高分子(1)生物惰性高分子材料：在体内不降解、不变性、不会引起长期组织反应的高分子材料，适合长期植入体内。(2)生物活性高分子材料：指植入生物体内能与周围组织发生相互作用，促进肌体组织、细胞等生长的材料。(3)生物吸收高分子材料：这类材料又称生物降解高分子材料。这类材料在体内逐渐降解，其降解产物能被肌体吸收代谢，通过排泄系统排出体外，对人体健康没有影响。如用聚乳酸制成的体内手术缝合线、体内粘合剂等。按材料与活体组织的相互作用关系分类第一节生物医用高分子概述第3章生物医用高分子第二节医用高分子材料的基本特性1.材料的生物相容性生物相容性是指植入生物体内的材料与肌体之间的适应性。对生物体来说，植入的材料不管其结构、性质如何，都是外来异物。出于本能的自我保护，一般都会出现排斥现象。这种排斥反应的严重程度，决定了材料的生物相容性及其临床应用。生物相容性又可分为组织相容性和血液相容性两种。组织相容性是指材料与人体组织，如骨骼、牙齿、内部器官、肌肉、肌腱、皮肤等的相互适应性，而血液相容性则是指材料与血液接触是不是会引起凝血、溶血等不良反应。第3章生物医用高分子1.组织相容性机体对外来物的反应(排异性)外来物对机体的影响(1)排异性是生物体的一种自然保护功能高分子材料自身的化学稳定性高分子材料与机体组织的亲和性第二节医用高分子材料的基本特性第3章生物医用高分子急性局部反应慢性局部反应急性全身性反应慢性全身性反应体内试片埋植法进行生物体试验(2)外来物对机体的影响：对人体组织是否有毒性，是否引起炎症或过敏，是否致畸致癌等。第二节医用高分子材料的基本特性第3章生物医用高分子不会致癌：高分子材料本身的性质，植入材料的形状等因素。不同形状的材料对产生肿瘤的影响（%）

形状材料薄片大孔薄片海绵状纤维状粉末状玻璃33.318000赛璐珞2319000涤纶树脂188000尼龙427100聚四氟乙烯205000聚苯乙烯2810010聚氨酯3311110聚氯乙稀240200硅橡胶4116000第二节医用高分子材料的基本特性第3章生物医用高分子2.耐生物老化性或可生物降解性(1)在化学上是隋性的，不会因与体液接触而发生反应。人体是一个十分复杂的环境，长期工作着的高分子材料必须具有优良的化学稳定性。体液引起的聚合物降解、交联或相变游离基引起的氧化降解生物酶所引起的分解作用“体内老化”第二节医用高分子材料的基本特性第3章生物医用高分子(2)长期植入体内的高分子材料，不会减小机械强度。高分子材料在狗体内的机械稳定性一般化学稳定性好的，不含易降解基的高分子材料，机械稳定也比较好。材料名称植入天数机械强度损失/％尼龙－676174.6107380.7涤纶树脂78011.4聚丙烯酸酯6701.0聚四氟乙烯6775.3第二节医用高分子材料的基本特性第3章生物医用高分子(3)某些情况希望高分子材料有生物降解性，能尽快被机体组织分解吸收或排出，如医用缝合线、医用粘合剂、人工皮肤、神经等。一些己商品化的可生物降解的高分子材料第二节医用高分子材料的基本特性第3章生物医用高分子3.医用高分子的血液相容性(1)血栓的形成血液的流动状态发生变化血液的性质发生变化血管壁性质与状态发生变化血栓高分子材料植入体内与血液接触血液的流动状态变化血管壁状态变化第二节医用高分子材料的基本特性第3章生物医用高分子(a)与材料表面能有关材料表面张力与血小板粘附量的关系实验发现，血小板难粘附于表面能较低的有机硅聚合物，而易粘附于尼龙、玻璃等高表面能表面上。材料临界表面张力/Pa血小板粘附量/％①*②*尼龙－6611.65637聚四氟乙烯2.9305.4聚二甲基硅氧烷2.27.34.5聚氨酯2.01.80.2*①人血浸渍3分钟；

②狗血循环1分钟。第二节医用高分子材料的基本特性第3章生物医用高分子(c)与材料的含水率有关(b)与材料表面的亲水性有关在表面接枝聚乙烯醇、主链和侧链中含有聚乙二醇结构的亲水性材料表面上，血小板的粘附量都比较少。有些高分子材料与水接触后能形成高含水的水凝胶。研究表明抗血栓性较好的水凝胶，其含水率应维持在65-75％。第二节医用高分子材料的基本特性第3章生物医用高分子(d)与材料表面的疏水-亲水平衡有关进一步的研究表明，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，而是决定于它们的平衡值。(e)与材料表面的电荷性质有关由于血小板、血球等的表面带负电荷，因此对带适当负电荷的材料表面由于同性相斥，有利于材料的抗血栓性。(f)与材料表面的光滑程度有关第二节医用高分子材料的基本特性第3章生物医用高分子(2)用生物化学方法来改善高分子材料的血液相容性(a)高分子材料表面肝素化肝素是生物体中的多糖类化合物，含-SO3-，-COO-，-NHSO3-等功能基团，具有优异的抗凝血性能。用离子或共价键将肝素结合在高分子材料表面第二节医用高分子材料的基本特性第3章生物医用高分子(b)在高分子材料表面引进其它生物活性物质一些生物活性物质的应用第二节医用高分子材料的基本特性第3章生物医用高分子如芝加哥酸(1-氨基-8-荼酚-2‘4-二磺酸)引入聚合物表面，它对血小板粘附少，抗血栓性良好。(c)使材料表面带上负电荷的基团：试验发现羧酸基、磺酸基及磺胺基部有很好酌抗凝血性。第二节医用高分子材料的基本特性第3章生物医用高分子(d)具有微相分离结构材料：调节材料表面分子结构中的亲水基与疏水基的比例，使其达到一个最佳值。I.具有微相分离结构的亲疏水型嵌段共聚物(HEMA—St—HEMA)ABA型三嵌段共聚物甲基丙烯酸羟乙酯苯乙烯II.具有微相分离结构的接枝共聚物、共混物III.具有微相结构的聚氨酯嵌段共聚物第二节医用高分子材料的基本特性第3章生物医用高分子(f)伪内膜的形成。(e)将材料表面处理得尽可能光滑。再诱导出血管内皮细胞在材料表面上覆盖—伪内膜将高分子表面制成纤维状粗糙表面迅速形成稳定的凝固血栓膜，但不扩展成血栓伪内膜与人体心脏和血管一样具有光滑的表面，可达到永久性抗血栓第二节医用高分子材料的基本特性第3章生物医用高分子

其不足之处1.E.Lieb,M.Hacker,J.Tessmar,etal.Biomaterials,200526(15):2333-23412.GiovanniMarletta,GabrielaCiapetti,CristinaSatrianoetal.Biomaterials,

2005,26(23):4793-4804常用接枝黏附性繁殖相关性多肽：RGD等

将聚合物表面种植内皮细胞形成一层“伪内膜”。黏附性差，繁殖速度慢种植内皮细胞第二节医用高分子材料的基本特性第3章生物医用高分子目前国内外公认的理想抗凝血表面带有负电荷表面亲、疏水性表面微相分离结构表面抗凝血生物活性表面伪内膜形成表面第二节医用高分子材料的基本特性第3章生物医用高分子物理吸附1961年Gott首次在高分子表面吸附处理，增强血液相容性后兴起。等离子体处理化学接枝改性1983年由Groot在金属人工骨表面喷涂开始。一直是化学领域常用改性方法。表面改性的方法第二节医用高分子材料的基本特性第3章生物医用高分子PU基材MDIPU基材OCNOCNOCNOCN成膜工艺溶液法合成PU弹性体PEO等PUPUPUPU溶液法合成PU及表面改性表面改性第二节医用高分子材料的基本特性第3章生物医用高分子3.可以经受必要的清洁消毒措施而不产生变性。(a)蒸汽灭菌：一般在压力灭菌器中温度可达120-140℃。(b)化学灭菌：常用的灭菌剂有环氧乙烷、烷基(芳基)季胺盐、碘化合物、甲醛等。(c)γ射线灭菌：γ射线灭菌穿透力强，灭菌效果好，并可自动化、连续化操作。4.医用高分子易于加工成需要的复杂形状。第二节医用高分子材料的基本特性第3章生物医用高分子第三节高分子材料在医学领域的应用第一类：能永久性地植入人体成为人体的一部分，可完全替代原来脏器的功能。第二类：在体外使用的较为大型的人工脏器装置，主要作用是在手术过程中。第三类：功能比较单一，只能部分替代人体脏器的功能。第四类：整容性修复材料。第3章生物医用高分子1.人工心脏及有关装置(1)心脏的功能心脏是人体循环系统的动力器官每天搏动十万次以上每分钟有4-5升的血液流经心脏他人心脏移植到患者身上存在的问题人工心脏第三节高分子材料在医学领域的应用第3章生物医用高分子(2)人工心脏1957年，美国的Kolff和Akutsu就开始进行人工心脏的实验研究。生物膜的组成和结构(脂质和蛋白质)得到启发。具有微相分离结构的聚氨酯嵌段共聚物具有微相分离结构的亲疏水型嵌段共聚物商品化人工心脏用材料第三节高分子材料在医学领域的应用第3章生物医用高分子1982年12月2日，世界上第一颗人造心脏移植成功美国犹他大学德弗利斯博士和他的同事们为一位退休的牙科医生,61岁的克拉克成功地安上了贾维克-7型人工心脏。12月2日在凌晨，病人自己的心脏摘下来，换上了贾维克-7型心脏，人工心脏开始跳动了,人工心脏工作状况令人满意，德弗利斯博士舒了一口气说“成功了”。人工心脏是由聚氨基甲酸乙酯和铝制成，这颗永久性人工心脏实际是个泵，它要为6万公里长的血管服务，每天要跳动十万来次，一年365天不停地工作，大约要跳动4,000万次，不能有差错。人造心脏在克拉克胸腔内共跳动了111天17小时53分，最后，病人由于感染、代谢障碍而去世。当克拉克确实死亡之后，他胸腔里的人工心脏还在跳动，最后是用一把钥匙把它关闭的。第三节高分子材料在医学领域的应用第3章生物医用高分子(3)人工心脏瓣膜球形人工心脏瓣膜的结构1950年，由Denton自制的塑料人工瓣膜进行了人类第一次人工心脏辨膜进行了置换手术。第三节高分子材料在医学领域的应用第3章生物医用高分子a.支持架材料：采用钨铬钴合金或钛等金属材料，外面覆盖聚四氟乙烯织布层。b.底部轮圈材料：金属材料圈外覆聚四氟乙烯织布层，并衬上一层用硅橡胶制成的海绵。c.活门材料：聚四氟乙烯—硅橡胶是较合适的活门材料。第三节高分子材料在医学领域的应用第3章生物医用高分子人造心脏人工心脏瓣膜第三节高分子材料在医学领域的应用第3章生物医用高分子2.人工肾维持体液的酸碱平衡和渗透压平衡肾脏主要生理功能过滤和排泄新陈代谢产物及有毒物质调节体内水份和电解质平衡慢性尿毒症患者每天需排除的物质和量第三节高分子材料在医学领域的应用第3章生物医用高分子(1)血液透析使血液流过透析膜的一侧，膜的另一侧流过透析液。由于膜两侧各种离子的浓度不同，则血液中的废物、过剩的电解质、过剩的水可透过膜而进入透析液而达到净化血液的目的。膜的含水机械强度要大人工肾透析膜的要求良好的血液相容性对分子量在500-5000之间的尿毒性物质透过性优良第三节高分子材料在医学领域的应用第3章生物医用高分子人工肾透析膜的高分子材料铜氨纤维素：纤维素溶于氧化铜的氨溶液得到的再生纤维素，约占所有透析膜材料的87%。醋酸纤维素丙烯腈-间烯丙基苯磺酸钠共聚物聚碳酸酯聚甲基丙烯酸甲酯乙烯一乙烯醇共聚物(EVA)，具有好的血液相容性、透析性、机械强度和安全性。人工肾透析膜的不足：净化血液时传质面积大，血液与高分子材料的接触机会较多，血球损伤的机会较多，易造成细胞液的组成和渗透压发生变化。第三节高分子材料在医学领域的应用第3章生物医用高分子(2)血液过滤法：在膜二边有压力差的情况下使血液中的废物透过滤膜而被除去。特点：血液过滤法的原理类似于人体肾小球，有效过滤面积比透析型半透膜大得多，去除水份及代谢物性能好。但由于过滤时除去的水份过多，须进行水分补偿。作为过滤膜的高分子材料：丙烯腈-氯乙烯共聚物、聚砜、三醋酸纤维素、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈-甲基丙烯醋酸钠共聚物等。第三节高分子材料在医学领域的应用第3章生物医用高分子(3)血液灌流：利用吸附剂把血液中代谢物吸附的方法。特点：最为快速简便的解毒力法，这对急性中毒的解救、肝昏迷及严重肝障碍病患者尤为有效。血液灌流法吸附剂活性炭吸附剂：表面包覆聚合物合成高分子吸附树脂：如苯乙烯-二乙烯苯球形大孔径树脂。机械强度、吸附能力、吸附选择性更好。第三节高分子材料在医学领域的应用第3章生物医用高分子人工肾脏第三节高分子材料在医学领域的应用第3章生物医用高分子3.人工肺肺主要功能：人体的呼吸器官，吸人氧气排出二氧化碳。薄膜型：富氧膜人工肺气泡型富氧膜高分子材料：聚硅氧烷、聚四氟乙烯、聚烷基砜、硅酮聚碳酸酯等。除气体透过性外，还要求材料有好的机械强度、血液相容性好及耐灭菌消毒等。第三节高分子材料在医学领域的应用第3章生物医用高分子硅酮聚碳酸酯：氧富集能力较强，可达40%。聚烷基砜(PAS)：对气体的透过系数略小于聚硅氧烷，但血液适应性更好。第三节高分子材料在医学领域的应用第3章生物医用高分子4.人工肝肝脏是机体储藏肝糖元、合成蛋白质以及解毒等多种功能的脏器。目前临床使用的人工肝主要作用是解毒，类似于人工肾。“杂化“型人工肝微胶囊肝细胞：用聚甲基丙烯酸羟乙酯等作为包膜材料，将肝细胞包埋起来使之微囊化。固相肝细胞：将肝细胞固定在聚乙烯或聚氨酯表面。肝细胞透析：将肝细胞制成悬浮液，置于高分子材料如再生纤维素膜等)透析器中，进行血液透析。第三节高分子材料在医学领域的应用第3章生物医用高分子5.人工皮肤人工皮肤是由硅橡胶或聚多肽作为底层，再与尼龙、涤纶等纤维制做的织物层结合而成。近年来，国外还用小牛皮、鲨鱼软骨和一些合成织物制成人工皮肤，表面涂一层硅膜，其外观与功能和真皮肤没有多大区别。

皮肤缺损创面人工皮肤植入试验模型第三节高分子材料在医学领域的应用第3章生物医用高分子(1)人工食道：使用的材料有硅橡胶、聚乙烯、聚四氟乙烯等。6.人工食道及其它管状器官(2)人工气管：一般是用不锈钢丝网支撑的聚乙烯制成管状，两端用聚四氟乙烯编织物包裹。(3)人工输尿管：一般使用甲基丙烯酸羟乙酯水凝胶，并用聚酯纤维织物进行增强。第三节高分子材料在医学领域的应用第3章生物医用高分子人工血管搭桥术人工血管(4)人工血管第三节高分子材料在医学领域的应用第3章生物医用高分子人工膝关节人造关节7.人工关节及人工骨第三节高分子材料在医学领域的应用第3章生物医用高分子高分子人工骨材料第三节高分子材料在医学领域的应用第3章生物医用高分子用于人工脏器的部分高分子材料人工脏器高分子材料心脏嵌段聚醚氨酯弹性体、硅橡胶肾脏铜氨法再生纤维素，醋酸纤维素，聚甲基丙烯酸甲酯，聚丙烯腈，聚砜，乙烯－乙烯醇共聚物（EVA），聚氨酯，聚丙烯，聚碳酸酯，聚甲基丙烯酸－β－羟乙酯肝脏赛璐玢（cellophane），聚甲基丙烯酸—β—羟乙酯胰脏共聚丙烯酸酯中空纤维肺硅橡胶，聚丙烯中空纤维，聚烷砜关节、骨超高分子量聚乙烯，高密度聚乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，尼龙，聚酯第三节高分子材料在医学领域的应用第3章生物医用高分子皮肤硝基纤维素，聚硅酮—尼龙复合物，聚酯，甲壳素角膜聚甲基丙烯酸甲酯，聚甲基丙烯酸－β－羟乙酯，硅橡胶玻璃体硅油，聚甲基丙烯酸－β－羟乙酯鼻、耳硅橡胶，聚乙烯乳房聚硅酮血管聚酯纤维，聚四氟乙烯，嵌段聚醚氨酯人工红血球全氟烃人工血浆羟乙基淀粉，聚乙烯基吡咯烷酮胆管硅橡胶用于人工脏器的部分高分子材料第三节高分子材料在医学领域的应用第3章生物医用高分子第四节一些医用功能高分子材料介绍1.天然高分子生物材料目前天然高分子生物材料主要有蛋白质和多糖两类生物高分子。天然蛋白质材料：胶原蛋白和纤维蛋白两种。天然多糖类物质：纤维素、甲壳素和壳聚糖等。特点：这些生物高分子主要在酶作用下降解，生成的降解产物如氨基酸、糖等化合物，可参与体内代谢，并作为营养物质被肌体吸收。因此这类材料是最理想的生物吸收性高分子材料。第3章生物医用高分子(1)胶原蛋白胶原是人体组织中最基本的蛋白质类物质，是支持组织和结构组织（皮肤、肌腱和骨骼的有机质）的主要组成成分。胶原来源广泛，被广泛应用。牛和猪的肌腱、生皮、骨骼是生产胶原的主要原料。由于胶原与人体组织相容性好，不易引起抗体产生，植入人体后无刺激性．无毒性反应，能促进细胞增殖，加快创口愈合并具有可降解性，可被人体吸收，降解产物也无毒副作用。第四节一些医用功能高分子材料介绍第3章生物医用高分子胶原可以将其加工成不同形状的制品而用于临床，并越来越受到人们重视。胶原凝胶用作创伤敷料粉末用于止血剂和药物释放系统纺丝纤维用作人工血管、人工皮、人工肌腱和外科缝线薄膜用于角膜、药物释放系统和组织引导再生材料管用于人工血管、人工胆管和管状器官空心纤维用于血液透析膜和人工肺膜海绵用于创伤敷料和止血剂等。第四节一些医用功能高分子材料介绍第3章生物医用高分子(2)纤维蛋白纤维蛋白是纤维蛋白原在生理条件下凝固而成的一种材料。纤维蛋白原是一种血浆蛋白质，存在于动物体的血液中。纤维蛋白原由三对肽链构成，每条肽链的分子量在47000～63500之间。纤维蛋白原在人体内的主要功能是参与凝血过程。纤维蛋白具有明显的血液和组织相容性，无毒副作用和其他不良影响。作为止血剂、创伤愈合剂和可降解生物材料在临床上已经应用很久；它的主要生理功能为止血，另外还可明显促进创伤的愈合。第四节一些医用功能高分子材料介绍第3章生物医用高分子(3)甲壳素与壳聚糖化学名称为聚N-乙酰-D葡萄糖胺，分子式为(C3H13NO5)n，属于氨基多糖，是仅有的具有明显碱性的天然多糖。是一种来源于动物的天然多糖，普遍存在于虾、蟹等低等动物及昆虫等节肢动物的外壳中，其每年生物合成资源最高达1000亿吨，是地球上仅次于植物纤维的第二大生物资源。将甲壳动物外壳通过酸碱处理，脱去钙、盐和蛋白质，即得甲壳质。壳聚糖为甲壳素的脱乙酰衍生物，由甲壳素在40％～50％浓度氢氧化钠水溶液中110～120℃下水解2～4h得到。第四节一些医用功能高分子材料介绍第3章生物医用高分子甲壳素作为医用生物材料可用于：甲壳素能为肌体组织中的溶菌酶所分解，已用于制造吸收型手术缝合线。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4个月可以完全吸收。甲壳素还具有促进伤口愈合的功能，可用作伤口包扎材料。当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，因此是一种良好的人造皮肤材料。第四节一些医用功能高分子材料介绍第3章生物医用高分子甲壳素外观壳聚糖外观第四节一些医用功能高分子材料介绍第3章生物医用高分子甲壳素缝线的电镜照片

甲壳素人工皮的电镜照片第四节一些医用功能高分子材料介绍第3章生物医用高分子(4)纤维素在医学上的应用形式主要是制造各种医用膜：硝酸纤维素膜：用于血液透析和过滤，但由于制膜困难及不稳定等缺点，已逐渐被其他材料取代粘胶纤维（人造丝）或赛珞玢（玻璃纸）管：用于透析，但由于含有磺化物及尿素、肌酐的透析性不好等原因，作为透析用的赛珞玢逐渐被淘汰再生纤维素（铜珞玢）：是目前人工肾使用较多的透析膜材料，对溶质的传递，纤维素膜起到筛网和微孔壁垒作用醋酸纤维素膜：主要用于血透析系统全氟代酰基纤维素：用于制造代膜式肺、人工心瓣膜、人工细胞膜层，各种导管、插管和分流管等第四节一些医用功能高分子材料介绍第3章生物医用高分子2.合成高分子生物材料合成高分子生物材料可分为：生物不可降解材料：硅橡胶、聚氨酯、环氧树脂、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸酯水凝胶、α-氰基丙烯酸酯类、聚酸胺和饱和聚酯等。生物可降解材料：聚乙烯醇、聚乳酸、聚乙内酯、乳酸-乙醇酸共聚物和聚β-羟基丁酸酯等。第四节一些医用功能高分子材料介绍第3章生物医用高分子(1)硅橡胶平均分子量>40万，有机硅弹性体的主要成分，是含有硅原子的特种合成橡胶的总称。它具有优异的生理特性：无毒无味、生物相容性好、耐生物老化、较好的抗凝血性、长期植入体内物理性能下降甚微、耐高温严寒（-90°－250°）良好的电绝缘性、耐氧老化性、耐光老化性以及防霉性、化学稳定性等。在医学上主要用于粘合剂、导管、整形和修复外科（人工关节、皮肤扩张、烧伤的皮肤创面保护、人工鼻梁、人工耳廓和人工眼环）、缓释和控释等。第四节一些医用功能高分子材料介绍第3章生物医用高分子防噪音耳塞：佩戴舒适，阻隔噪音，保护耳膜。人造血管：具有特殊的生理机能，能做到与人体“亲密无间”，人的机体也不排斥它，经过一定时间，就会与人体组织完全事例起来稳定性极为良好。鼓膜修补片：其片薄而柔软，光洁度和韧性都良好。是修补耳膜的理想材料，且操作简便，效果颇佳。此外还有硅橡胶人造气管、人造肺、人造骨、硅橡胶十二指肠管等，功效都十分理想。第四节一些医用功能高分子材料介绍第3章生物医用高分子(2)聚氨酯（PU）具有良好的延伸性和抗挠曲性，强度高、耐磨损，血液相容性、抗血栓性能好，且不损伤血液成分，使其在医疗领域得到广泛应用。主要用于人工心脏搏动膜、心血管医学元件、人工心脏、辅助循环、人工血管、体外循环血液路、药物释放体系、缝合线与软组织粘合剂绷带、敷料、吸血材料、人工软骨和血液净化器具的密封剂等。第四节一些医用功能高分子材料介绍第3章生