课件：第五章医用高分子材料.ppt

第五章 医用高分子材料,低分子：分子量低于一千,如煤、糖、油、水泥、和抗菌素等。 中分子：分子量在数千范围，如维生素B12等。 高分子：分子量在几万至几百万，如蛋白质、棉、毛、木材、松香、橡胶、塑料、合成纤维。 医用高分子材料：在医学上应用的、尤其能在机体内使用的高分子材料。 天然树脂：如松香。 合成树脂：由低分子量的化合物经过各种化学反应而制得的高分子量的树脂状物质，如聚氯乙烯、聚乙烯。塑料主要成分就是合成树脂。,1,2,一些高分子与低分子化合物的分子量,一些高分子与低分子化合物的分子量,一些高分子与低分子化合物的分子量,命名： 通俗命名法，最简单的命名法，是根据制作高分子化合物的单体名称，前面冠以“聚”字而成。如聚乙烯、聚丙烯 习惯名称或商品名称来命名：如有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯）、涤纶（聚对苯二甲酸乙二醇酯）等。 医用高分子制品的研究，包括人工器官、医疗用品（输血输液用具、注射器、心导管、主动脉气囊反搏器、角膜接触镜、中心静脉插管、膀胱造瘘管、医用粘合剂以及各种医用导管、医用膜、创伤包扎材料和各种手术、护理用品等 ）和药用高分子（作为赋形剂 、合成新型药物 ）三大类。,3,一、 天然高分子生物材料,人类机体的皮肤、肌肉、组织和器官都是由高分子化合物组成的，天然高分子生物材料是人类最早使用的医用材料之一。 天然材料具有不可替代的优点：功能多样性、与机体的相容性、生物可降解性以及对其进行改性与复合和杂化等研究。 目前天然高分子生物材料主要有： 天然蛋白质材料：胶原蛋白和纤维蛋白两种 天然多糖类材料：纤维素、甲壳素和壳聚糖等 它们由于结构和组成的差异，表现出不同的性质，应用于不同的方面。,4,（一） 天然蛋白质材料 1、胶原蛋白,脊椎动物的主要结构蛋白，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。 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。 基本单位为原胶原蛋白，由三条肽链相互拧成的三股螺旋状结构的蛋白质，其分子量为30万左右。由不同种类的动物分离出来的胶原结构极其相似。,5,胶原分散体具有再生特性，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。,6,2、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。 纤维蛋白可用不同方法进行化学改性，其中包括放射性碘化法、与合成高分子进行接枝和在纤维蛋白上进行酶的固定等。 纤维蛋白主要来源于血浆蛋白，因此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；还可作为一种骨架，促进细胞的生长；并具有一定的杀菌作用。,7,纤维蛋白在临床上比较普遍使用的应用形式： 纤维蛋白原的就地凝固，用于眼科手术的组织粘合剂，肺切除后胸腔填充物和外科手术中的止血 纤维蛋白粉末，用作止血剂，可以与抗菌素共用，用作充填慢性骨炎和骨髓炎手术后的骨缺损 纤维蛋白海绵，用作止血剂、扁平瘢的治疗和唾液腺外科手术后的填充物 组织代用品，商品名Bioplast，主要用于关节成型术、视网膜脱离、眼外科治疗、肝脏止血及疝气修复等 纤维蛋白薄膜，用于神经外科：替代硬脑膜和保护末梢神经缝线；用于烧伤治疗：消除颌面窦和口腔间的穿孔。,8,（二） 天然多糖类材料,多糖是由许多单糖分子经失水缩聚，通过糖苷键结合而成的天然高分子化合物。 均聚糖：多糖水解后只产生一种单糖，如纤维素、淀粉 杂聚糖：水解产物是两种或两种以上的单糖，如菊粉等。 自然界广泛存在的多糖主要有： 植物多糖，如纤维素、半纤维素、淀粉、果胶等； 动物多糖，如甲壳素、壳聚糖、肝素、硫酸软骨素等； 琼脂多糖，如琼脂、海藻酸、角叉藻聚糖等； 菌类多糖，如D葡聚糖、D半乳聚糖、甘露聚糖等； 微生物多糖，如右旋糖酐、凝乳糖、出芽短梗孢糖等。 研究较多的多糖类材料为纤维素、甲壳素和壳聚糖。,9,1、 天然多糖类材料 纤维素,葡萄糖经由糖苷键连结的高分子化合物。它具有不同的构型和结晶形式，是构成植物细胞壁的主要成分，是存在于自然界中数量最多的碳水化合物。结构复杂，至今仍未被完全了解。 天然的纤维素属于纤维型，再生纤维素属于纤维型，后者结构更为稳定。不同的天然纤维素其结晶度有明显差异，随着结晶度的提高，其抗张强度、硬度、密度增加，但弹性、韧性、膨胀性、吸水性和化学反应性下降。,10,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,11,2、天然多糖类材料 甲壳素,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。 广泛存在于低等植物及甲壳动物的外壳中，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。 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。将甲壳动物的外壳通过酸碱处理，脱去钙、盐和蛋白质，即得到甲壳质。,12,2019/8/20,13,可编辑,被科学家誉为继蛋白质、糖、脂肪、维生素、矿物质以外的第六生命要素。甲壳素有强化免疫、降血糖、降血脂、降血压、强化肝脏机能、活化细胞、调节植物神经系统及内分泌系统等功能，还可作为保健材料，用于健康无害烟、护肤产品、保健内衣等。 作为医用生物材料可用于： 医用敷料：甲壳素具有良好的组织相容性，可灭菌、促进伤口愈合、吸收伤口渗出物且不脱水收缩 药物缓释剂： 基本为中性，可与任何药物配伍 止血棉、止血剂：在血管内注射高粘度甲壳素，可形成血栓口愈合剂，使血管闭塞，从而在手术中达到止血目的，较注射明胶海绵等常规止血方法，操作容易，感染少。,14,3、 天然多糖类材料 壳聚糖,是甲壳素去除部分乙酸基后的产物（甲壳素的衍生物），甲壳素继续用浓碱乙酸基化则得到壳聚糖，具有一定的粘度，无毒、无害、无副作用。 不溶于水和碱液，但可溶于多种酸溶液中。 它具有较多的侧基官能团，可进行酯化、醚化、氧化、磺化以及接枝交联等反应对其进行改性。特别是磺化产品，其结构与肝素极其相似，可作为肝素的代用品作抗凝剂。,15,适用广，生物相容性良好的新型生物材料正在受到人们的普遍重视，目前在医学多上用于： 可吸收性缝合线，用于消化道和整形外科 人工皮，用于整形外科、皮肤外科，用于、度烧伤，采皮伤和植皮伤等 细胞培养，制备不同形状的微胶囊，培养高浓度细胞，如包封的是活细胞，则构成人工生物器官 海绵，用于拔牙患 、囊肿切除、齿科切除部分的保护材料 眼科敷料，可生成较多的成胶原和成纤维细胞 隐形眼镜 膜，用于药物释放系统和组织引导再生材料 固相酶载体,16,二、合成高分子生物材料,合成高分子材料已经迅速地取代了除了食品以外的许多宝贵天然资源。 合成高分子生物材料是指利用聚合方法制备的一类生物材料。由于合成高分子可以通过组成和结构控制而具有多种多样的物理和化学性质。 医用高分子材料科学是一门新兴的边缘学科，是生物医学工程的一个主要分支，合成高分子材料已成为制造各种人工器官、软硬组织修复体、医用粘结剂、缝合线、人造血液等的最主要的也是用量最大的生物材料。,17,1、合成高分子生物材料 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。,18,防噪音耳塞：佩戴舒适，阻隔噪音，保护耳膜。 胎头吸引器：操作简便，使用安全，可根据胎儿头部大小变形，吸引时胎儿头皮不会被吸起，可避免头皮血肿和颅内损伤等弊病，能大大减轻难产孕妇分娩时的痛苦。 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。,19,2、 合成高分子生物材料 聚氨酯（PU，Polyurethane）,是聚醚、聚酯和二异氰酸酯的总称。 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。,20,3、合成高分子生物材料 环氧树脂（Epoxy Resin）,基本特性是所用单体中至少含有一个环氧基团。环氧基可与含有“活泼氢”的化合物发生反应，因此可用适当的胺或某些酸类催化作均聚反应。 主要用途：与玻璃布一起用于骨折的开放性复位和固定，粘合骨头加强氧化铝的髋关节髁，牙科充填材料，电子起搏器与体液分开的保护层（灌封）。眼睑修补术和加固颅动脉瘤和脑电极探针的绝缘等。,21,4、合成高分子生物材料聚氯乙烯（PVC，氯纶）,是由单体氯乙烯聚合而成的合成树脂，是用量最大的医用高分子材料。 原料丰富、聚合容易、抗凝血性能良好，但耐热性不高（70）。通过添加物的应用可使改变为具有可屈挠性能。 在医学中用量最大的是制作塑料输血输液袋，可提高红细胞和血小板的生存率；还可用于医用导管、人工输尿管、胆管和心脏瓣膜、血泵隔膜、增补面部组织、青光眼引流管和中耳孔等。软质PVC的毒性问题仍有争议，目前只能用于制造与人体短期接触的制品。,22,5、合成高分子生物材料 聚四氟乙烯（PTFE）,又名泰氟隆（Teflon），热塑性塑料，最好的耐高温塑料，结晶熔点高达327，几乎完全是化学惰性的，具有自润滑性或非粘性，不易被组织液浸润。 主要用于人工输尿管、胆管、气管、喉、韧带和肌腱人工血液、人工心脏瓣膜、下颌骨、髋关节和皮肤、增强皮肤、修复眼眶骨、组织引导再生材料、人工血管、涤纶缝线和涂层、外科用引流管及插管、巩膜的系扣和在耳鼻手术上作为插入的薄膜以防止粘连；食管扩张器、心脏瓣膜的缝合环、血液相容性丝绒、修补肺动脉和室间隔的缺损、血管闭塞物、缝线及动脉修补、包裹动脉癌及内淋巴液分流器等。,23,6、 合成高分子生物材料 聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）,又称有机玻璃，属于丙烯酸类塑料，是目前塑料中透