医用高分子材料.ppt

1 医用高分子材料 1 概述1 1医用高分子的概念及其发展简史生命科学是21世纪备受关注的新型学科 而与人类健康休戚相关的医学在生命科学中占有相当重要的地位 医用材料是生物医学的分支之一 是由生物 医学 化学和材料等学科交叉形成的边缘学科 而医用高分子材料则是生物医用材料中的重要组成部分 主要用于人工器官 外科修复 理疗康复 诊断检查 患疾治疗等医疗领域 2 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 公元前500年的中国和埃及墓葬中发现假牙 假鼻 假耳 进入20世纪 高分子科学迅速发展 新的合成高分子材料不断出现 为医学领域提供了更多的选择余地 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 医用高分子材料 3 此后 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 人工肝 1958年 等 进入60年代 医用高分子材料开始进入一个崭新的发展时期 医用高分子材料 4 60年代以前 医用高分子材料的选用主要是根据特定需求 从已有的材料中筛选出合适的加以应用 由于这些材料不是专门为生物医学目的设计和合成的 在应用中发现了许多问题 如凝血问题 炎症反应 组织病变问题 补体激活与免疫反应问题等 人们由此意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 医用高分子材料 5 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 从70年代始 高分子科学家和医学家积极开展合作研究 使医用高分子材料快速发展起来 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 医用高分子材料 6 医用高分于作为一门边缘学科 融和了高分子化学 高分子物理 生物化学 合成材料工艺学 病理学 药理学 解剖学和临床医学等多方面的知识 还涉及许多工程学问题 如各种医疗器械的设计 制造等 上述学科的相互交融 相互渗透 促使医用高分子材料的品种越来越丰富 性能越来越完善 功能越来越齐全 医用高分子材料 7 高分子材料虽然不是万能的 不可能指望它解决一切医学问题 但通过分子设计的途径 合成出具有生物医学功能的理想医用高分子材料的前景是十分广阔的 有人预计 在21世纪 医用高分子将进入一个全新的时代 除了大脑之外 人体的所有部位和脏器都可用高分子材料来取代 仿生人也将比想象中更快地来到世上 医用高分子材料 8 目前用高分子材料制成的人工器官中 比较成功的有人工血管 人工食道 人工尿道 人工心脏瓣膜 人工关节 人工骨 整形材料等 巳取得重大研究成果 但还需不断完善的有人工肾 人工心脏 人工肺 人工胰脏 人工眼球 人造血液等 另有一些功能较为复杂的器官 如人工肝脏 人工胃 人工子宫等 则正处于大力研究开发之中 医用高分子材料 9 从应用情况看 人工器官的功能开始从部分取代向完全取代发展 从短时间应用向长时期应用发展 从大型向小型化发展 从体外应用向体内植入发展 人工器官的种类从与生命密切相关的部位向人工感觉器官 人工肢体发展 医用高分子材料 10 1 2医用高分子的分类医用高分子是一门较年轻的学科 发展历史不长 因此医用高分子的定义至今尚不十分明确 另外 由于医用高分子是由多学科参与的交叉学科 根据不同学科领域的习惯出现了不同的分类方式 目前医用高分子材料随来源 应用目的等可以分为多种类型 各种医用高分子材料的名称也很不统一 医用高分子材料 11 日本医用高分子专家樱井靖久将医用高分子分成如下的五大类 1 与生物体组织不直接接触的材料这类材料用于制造虽在医疗卫生部门使用 但不直接与生物体组织接触的医疗器械和用品 如药剂容器 血浆袋 输血输液用具 注射器 化验室用品 手术室用品等 医用高分子材料 12 2 与皮肤 粘膜接触的材料用这类材料制造的医疗器械和用品 需与人体肌肤与粘膜接触 但不与人体内部组织 血液 体液接触 因此要求无毒 无刺激 有一定的机械强度 用这类材料制造的物品如手术用手套 麻醉用品 吸氧管 口罩 气管插管等 诊疗用品 洗眼用具 耳镜 压舌片 灌肠用具 肠 胃 食道窥镜导管和探头 腔门镜 导尿管等 绷带 橡皮膏等 人体整容修复材料 例如假肢 假耳 假眼 假鼻等 也都可归入这一类中 医用高分子材料 13 3 与人体组织短期接触的材料这类材料大多用来制造在手术中暂时使用或暂时替代病变器官的人工脏器 如人造血管 人工心脏 人工肺 人工肾脏渗析膜 人造皮肤等 这类材料在使用中需与肌体组织或血液接触 故一般要求有较好的生物体适应性和抗血栓性 医用高分子材料 14 4 长期植入体内的材料用这类材料制造的人工脏器或医疗器具 一经植入人体内 将伴随人的终生 不再取出 因此要求有非常优异的生物体适应性和抗血栓性 并有较高的机械强度和稳定的化学 物理性质 用这类材料制备的人工脏器包括 脑积水症髓液引流管 人造血管 人工瓣膜 人工气管 人工尿道 人工骨骼 人工关节 手术缝合线 组织粘合剂等 医用高分子材料 15 5 药用高分子这类高分子包括大分子化药物和药物高分子 前者是指将传统的小分子药物大分子化 如聚青霉素 后者则指本身就有药理功能的高分子 如阴离子聚合物型的干扰素诱发剂 医用高分子材料 16 2 按材料与活体组织的相互作用关系分类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 医用高分子材料 17 目前在实际应用中 更实用的是仅将医用高分子分为两大类 一类是直接用于治疗人体某一病变组织 替代人体某一部位或某一脏器 修补人体某一缺陷的材料 如用作人工管道 血管 食道 肠道 尿道等 人造玻璃体 眼球 人工脏器 心脏 肾脏 肺 胰脏等 人造皮肤 人造血管 手术缝合用线 组织粘合剂 整容材料 假耳 假眼 假鼻 假肢等 的材料 医用高分子材料 18 另一类则是用来制造医疗器械 用品的材料 如注射器 手术钳 血浆袋等 这类材料用来为医疗事业服务 但本身并不具备治疗疾病 替代人体器官的功能 因此不属功能高分子的范畴 国内通常将高分子药物单独列为一类功能性高分子 故不在医用高分子范围内讨论 本章讨论直接用于治疗人体病变组织 替代人体病变器官 修补人体缺陷的高分子材料 医用高分子材料 19 1 3对医用高分子材料的基本要求医用高分子材料是一类特殊用途的材料 它们在使用过程中 常需与生物肌体 血液 体液等接触 有些还须长期植入体内 由于医用高分子与人们的健康密切相关 因此对进入临床使用阶段的医用高分子材料具有严格的要求 要求有十分优良的特性