医用高分子材料.doc

医用高分子材料摘 要：随着高分子材料在社会的各个领域的广泛应用，尤其是在航天工程、医学等领域的应用。功能高分子材料一般指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料。医用高分子材料是用以制造人体内脏、体外器官、药物剂型及医疗器械的聚合物材料。对医用高分子材料的目前需求作了简要分析,介绍了医用高分子材料的主要类别、用途及其特殊要求,并浅谈了医用高分子材料的发展及展望。关键词：医用高分子材料 人工人体器官 对人类健康的促进 相容性前 言：现代医学的发展,对材料的性能提出了复杂而严格的多功能要求,这是大多数金属材料和无机材料难以满足的;而合成高分子材料与生物体(天然高分子)有着极其相似的化学结构,化学结构的相似性决定了它们在性能上能够彼此接近从而可能用聚合物制作人工器官,作为人体器官的替代物。另外,除人工器官用材料之外,医药用高分子材料、临床检查诊断和治疗用高分子材料的开发研究也在积极地展开,它们被统称为医用高分子材料。医用高分子材料是一类令人瞩目的功能高分子材料,是一门介于现代医学和高分子科学之间的新兴学科。它涉及到物理学、化学、生物化学、医学、病理学等多种边缘学科。医用高分子材料是生物材料的重要组成部分。医用高分子材料是一类可对有机体组织进行修复、替代与再生,具有特殊功能作用的新型高技术合成高分子材料,是科学技术中的一个正在发展的新领域,不仅技术含量和经济价值高,而且对人类的健康生活和社会发展具有极其重大意义,它已渗入到医学和生命科学的各个部门并应用于临床的诊断与治疗1、 医用高分子材料的概念及简介医用高分子材料是依据高分子材料的某些特性及特征，如其本身是惰性的，不参与药的作用，能只起增稠、表面活性、崩解、粘合、赋形、润滑和包装等特效，对有机体组织进行修复、替代与再生,具有特殊功能作用的新型高技术合成高分子材料，用它制造成能有医学价值的产品。医用高分子材料是一类令人瞩目的功能高分子材料,是一门介于现代医学和高分子科学之间的新兴学科。它涉及到物理学、化学、生物化学、医学、病理学等多种边缘学科。医用高分子材料是生物材料的重要组成部分。,是科学技术中的一个正在发展的新领域,不仅技术含量和经济价值高,而且对人类的健康生活和社会发展具有极其重大意义,它已渗入到医学和生命科学的各个部门并应用于临床的诊断与治疗。然而，医用高分子材料是一类根据医学的需求来研制与生物体结构相适应的、在医疗上使用的材料包括体外应用的高分子材料、体内应用的人工脏器、口腔齿科材料、高分子药物、高分子诊断试剂、高分子免疫制剂等。二、医用高分子材料发展的4个阶段1第1阶段：时间大约是7千年前至19世纪中叶，是被动地使用天然高分子材料阶段。这一时期的高分子材料有，大漆及其制品、蚕丝及织物、麻、棉、羊皮、羊毛、纸、桐油等。第2阶段：从19世纪中页到20世纪20年代，是对天然高分子材料进行化学改性，从而研制新材料阶段。在这阶段中，人类首次研制出合成高分子材料(酚醛树脂)。这一时期的高分子材料有，硫化橡胶，赛璐珞(硝基纤维素脂)、硝基纤维素酯，人造丝、纤维素粘胶丝、酚醛树脂清漆和电木等。第3阶段：20-世纪30年代至60年代，是人类大量研制新合成高分子材料阶段。在这一阶段，“高分子科学”概念已经诞生，大批高分子化学家投入到新聚合物的合成和新材料开发的研究领域。从而导致了至今天仍有重要意义的大批通用高分子材料的诞生。例如顺丁、丁苯、丁纳等合成橡胶的出现；尼龙66、聚酯(PET)、聚丙烯腈等合成纤维的出现；聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、有机硅、有机氟、杂环高分子等塑料和树脂的出现。第4阶段：从20世纪60年代至今，是人类对高分子材料大普及、大扩展阶段。在这个阶段，人类对上述聚合物的使用更加合理，聚合物生产的价格更为低廉，从而使高分子材料渗透到国民经济及人类生活的各个方面，使高分子材料成为了人类社会继金属材料，无机材料之后的第3大材料。三、医用高分子材料的基本要求2医用高分子材料是以直接用于人体或与人体健康密切相关为目的，因此对进入临床使用阶段的材料具有严格的要求，否则，用于治病救命的高分子材料会引起不良后果。(1)对医用高分子材料本身性能的要求耐生物老化。对于长期植入的材料，生物稳定性要好；物理和力学稳定性。针对不同的用途，在使用期内材料的强度、弹性、尺寸、稳定性、耐疲劳性、耐磨性应该适当；易于加工成型；材料易得，价格适当；便于消毒灭菌。(2)对医用高分子材料的人体效应的要求无毒，即化学惰性；无热原反应；不致癌；不致畸；不引起过敏反应或干扰肌体的免疫机理；不破坏邻近组织，也不发生材料表面钙化沉积；对于与血液接触的材料，要求具有良好的血液相容性，不凝血；(3)对医用高分子材料生产与加工的要求除对医用高分子材料本身具有严格的要求外，还要防止在材料生产、加工过程中引入对人体有害的物质。严格控制用于合成医用高分子材料的原料的纯度，不能带入有害杂质，重金属含量不能超标；加工助剂必须符合医用标准；生产环境应当具有适宜的洁净级别。四、医用高分子材料的特殊要求医用高分子材料是要用在人身上的,必须对人体组织无害,所以对其要求十分严格,总体上可以概括为以下四个方面:1)生物功能性:因各种生物材料的用途而异,如:作为缓释药物时,药物的缓释性能就是其生物功能性。2)生物相容性:可概括为材料和活体之间的相互关系,主要包括血液相容性和组织相容性。组织相容性主要指无毒性,无致癌性,无热原反应,无免疫排斥反应,不破坏邻近组织等。血液相容性一般指不引起凝血,不破坏红细胞,不破坏血小板,不改变血中蛋白,不扰乱电解质平衡。3)化学稳定性:耐生物老化性或可生物降解性。对于长期植入的医用高分子材料,生物稳定性要好;对于暂时植入的医用高分子材料,则要求在确定时间内降解为无毒的单体或片段,通过吸收、代谢过程排出体外。4)生产加工性:首先,严格控制用于合成医用高分子材料的原料纯度,不能带入有害物质,重金属含量不能超标;其次,材料加工助剂必须符合医用标准;第三,对于体内应用的高分子材料,生产环境应当具有符合标准的洁净级别;第四,便于消毒灭菌(紫外灭菌、高压煮沸、环氧乙烷气体消毒和酒精消毒等)。五、医用高分子材料的种类和应用3目前所应用的医用高分子材料有聚醚聚氨酯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、硅橡胶、聚酯、尼龙、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙二醇、聚乳酸天然高分子材料等, 被广泛应用于植入性生物材料和人工脏器、介入器材、口腔材料、卫生材料及敷料、医用缝合( 粘合) 材料、医用高分子和医用橡胶制品、体外循环设备。主要分类如下:( 1) 植入体内, 永久性替代损伤的器官或组织。例如人工血管、人工心脏瓣膜、人工晶体、左心辅助装置、人工关节、人工食管、人工胆管等。此外, 在体外替代损伤器官的有人工肾、人工肺等。(2) 修复人体某部分缺陷的组织。如人工皮肤、骨修复材料等。(3) 医疗器械中, 一次性使用的无菌高分子材料。例如一次性使用无菌输液瓶、输液袋、输液器、注射器、静脉留置针、腹膜透析液袋、血袋等; 以及各种插管、导管检验用具、手术室用具、诊疗用具和绷带等。( 4) 药用高分子材料。与低分子药物相比, 药用高分子材料具有低毒、高效、缓释、长效、可定点释放等优点。( 5) 医药包装用高分子材料。包装药物的高分子材料可分为软、硬两种类型。硬性材料( 如聚酯等)的特点是强度高、透明性好、尺寸稳定、气密性好,可替代玻璃容器和金属容器。软性材料( 如: 聚乙烯、聚丙烯) 可加工成复合薄膜。六、医用高分子材料在我国的市场需求作为世界人口最多的国家,生物材料的市场潜力十分巨大。据民政部门报告:我国现有的肢体不自由患者已超过1500万,其中肢残患者约800万;由类风湿引发的大骨节病患者有数百万;冠心病患者已超过1000万;白内障盲人约500万;牙缺损和牙缺失患者高达3亿4亿人;肝炎病毒携带者1.2亿;心血管病患者2000万;需计划生育的育龄妇女2000万;伴随人口老龄化(60岁以上的老年人口已达1.39亿人,约占全国人口的10.69%)的骨质疏松患者7000万;每年由于疾病、交通事故和运动创伤等造成的骨缺损和缺失患者人数近1000万人;需要进行颅颌面和胸部美容整形的人数有数千万人。这还不包括数目庞大的各类软组织、血液和器官疾病患者人数。我国医用高分子材料研制和生产迅速发展,初具规模,已经成为一个新兴产业,总产值的增长率远高于国民经济平均发展速度。可见,生物材料是一个巨大的产业,生物材料的不可缺少性,尤其是进口材料动辄上万元的价格决定了我国必须加强具有自主知识产权的生物材料的研究开发。七、医用高分子材料的发展及展望我国医用高分子材料的研究起步较早、发展较快。目前约有50多个单位从事这方面的研究,现有医用高分子材料60多种,制品达400余种,用于医疗的聚甲基丙烯酸甲酯每年达300。然而,我国医用高分子材料的研究目前仍然处于经验和半经验阶段5,还没有能够建立在分子设计的基础上。因此,应该以材料的结构与性能关系,材料的化学组成、表面性质和生命体组织的相容性之间的关系为依据来研究开发新材料。医用高分子材料要应用于生物体必须同时要满足生物功能性、生物相容性、化学稳定性和可加工性等严格的要求。八、医用材料的研究和发展方向生物医用材料的研究和发展方向主要包括以下几方面:组织工程材料组织工程是应用生命科学与工程的原理和方法构建一个生物装置,来维护、增进人体细胞和组织的生长,以恢复受损组织或器官的功能。它的主要任务是实现受损组织和器官的修复或再建,延长寿命和提高健康水平。其方法是:将特定组织细胞“种植”于一种生物相容性良好、可被人体逐步降解吸收的生物材料上,形成细胞-生物材料复合物;生物材料为细胞的增长繁殖提供三维空间和营养代谢环境;随着材料的降解和细胞的繁殖,形成新的与自身功能和形态相适应的组织或器官。这种具有生命力的活体组织或器官能对病损组织或器官进行结构、形态和功能的重建,并达到永久替代。生物医用纳米材料药物控释材料及基因治疗载体材料高分子药物控制释放体系不仅能提高药效,简化给药方式,大大降低药物的毒副作用,而且纳米靶向控制释放体系使药物在预定的部位,按设计的剂量,在需要的时间范围内,以一定的速度在体内缓慢释放,从而达到治疗某种疾病或调节生育的目的一次性注射或口服的高分子疫苗制剂的开发,将克服普通疫苗需多次注射方能奏效的缺点,而深受人们的重视。高分子避孕疫苗的研制又将为人类的生育调节提供一个简便、无毒副作用、十分安全的新方法,并有可能成为未来控制人口增长的重要措施。基因治疗是导入正常基因于特定的细胞(癌细胞)中,对缺损或致病的基因进行修复,或者导入能够表达出具有治疗癌症功能的蛋白质基因,或导入能阻止体内致病基因合成蛋白质的基因片段来组织致病基因发生作用,从而达到治疗的目的。基因疗法的关键是导入基因的载体,只有借助载体,正常基因才能进入细胞核内。目前,高分子纳米材料和脂质体是基因治疗的理想载体,它具有承载容量大、安全性能高的特点。近来新合成的树枝状高分子材料作为基因导入的载体值得关注。复合生物材料作为硬组织修复材料的主体,复合生物材料受到广泛重视,它具有强度高、韧性好的特点,目前已广泛用于临床。通过具有不同性能材料的复合,可以达到“取长补短”的效果,可以有效地解决材料的强度、韧性及生物相容性问题,是生物材料新品种开发的有效手段。提高复合材料界面之间的相容性是复合材料研究的主