医用高分子材料课件

,生物医用高分子材料,2012.11.15,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。相对于金属材料和无机材料，高分子材料与生物体组成成分有着极其相似的化学结构，故与有机体有更好的相容性，而且其来源丰富，品种繁多，性能可变化，范围广，可制备成从坚硬的牙齿和骨头、强韧类似筋腱和指甲，到柔软而富于弹性的肌肉组织、透明角膜和晶状体等组织和器官，且易加工成型，便于消毒灭菌，已成为生物材料中用途最广、用量最大的品种，近年来发展需求量增长十分迅速。,Thesuperioritiesanddevelopmentofpolymericbio-materials：,生物医用高分子材料的定义生物医用高分子材料发展简史生物医用高分子材料的分类医用有机硅高分子,生物医用高分子材料的定义,生物医用高分子材料,是生物医用材料的一个重要组成部分，是用于生理系统疾病的诊断、治疗、修复和替换生物体组织或器官，增进或恢复其功能的高分子材料是和医学发展有关的高分子材料的总称。,广义的医用高分子包括凡用于医疗为目的高分子材料，有短期使用的一次性高分子材料（塑料针筒、合成纤维纱布、绷带、导管之类）以及药物释放体系，医用粘合剂，生物探感器，体外血液透析的人工肾，体表所用隐形眼镜等。生物医用高分子要求除了有医疗功能性外，还要强调安全性，对人体健康无害，材料对活体要有生物相容性，活体对材料要有医疗功能及耐生物老化。,当人体器官或组织因疾病或外伤受到损坏时，需要器官移植。然而，只有在很少的情况下，人体自身的器官（如少量皮肤）可以满足需要。采用同种异体移植或异种移植，往往具有排异反应，严重时导致移植失败。在此情况下，人们自然设想利用其他材料修复或替代受损器官或组织。,生物医用高分子材料发展简史,发展动力,来源于医学领域的客观需求,公元前3500年，埃及人用棉花纤维、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2500年中国和埃及的墓葬中发现有假牙、假鼻、假耳；到20世纪，随着高分子科学的迅速发展，高分子材料开始用于医药领域，如1936年发明的有机玻璃用于假牙和补牙，1943年赛璐咯（硝酸纤维素）薄膜开始用于血液透析；,1949年，美国首先发表了医用高分子的展望性论文。在文章中，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。50年代，有机硅聚合物被用于医学领域，使人工器官的应用范围大大扩大，包括器官替代和整容等许多方面。,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。,70年代，高分子科学家和医学家积极开展合作研究，使医用高分子开始飞速发展；（人工瓣膜、人工血管等）;80年代，发达国家的医用高分子产业化速度加快；到21世纪，医用高分子已进入一个全新的时代，有人预计，除了大脑，人体的所有部位和脏器都可用高分子材料来取代。,医用高分子材料的分类,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。,（一）按来源分类,天然医用高分子材料：如胶原、明胶、甲壳素及其衍生物、纤维素等；合成医用高分子材料：如聚氨酯、硅橡胶、脂肪族聚酯、聚酸酐、聚氨基酸，聚磷酸酯，聚羟基烷酸酯等；天然生物组织与器官：,取自患者自体的组织，例如采用自身隐静脉作为冠状动脉搭桥术的血管替代物；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；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。,（二）按生物医学用途分类,硬组织相容性高分子材料：主要包括骨科、齿科材料。软组织相容性高分子材料：主要用于软组织上的替代与修复，如人工皮肤、人工角膜、人工心血管等。血液相容性高分子材料：用于制作与血液接触的人工器官或器械，不引起凝血、溶血等生理反应，与活性组织有良好的互相适应性。高分子药物和药物缓释高分子材料：指本身具有药理活性或辅助其他药物发挥作用的高分子材料；对材料的要求是：无毒副作用、无热原、不会引起免疫反应。其他生物医用高分子材料：如组织粘合剂、手术缝合线。,（三）按与机体组织接触的关系分类,长期植入材料：短期植入（接触）材料体内体外连通使用的材料与体表接触材料及一次性使用医疗用品材料,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，如羟基磷灰石在植入体内后，其表层与周围骨组织很好地相互作用。3）生物吸收高分子材料：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，或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。,（四）按材料在生理环境中的生物化学反应水平分类,医用有机硅高分子,有机硅高分子包括聚硅氧烷和聚硅烷两大类，在生物医学领域获得广泛应用的是聚硅氧烷高分子。,医用聚硅氧烷的特性,优异的透气性和透氧性,耐生物老化性,无毒无味，生物不可吸收性和生理惰性，良好的组织相容性和血液相容性,硅油：分子量低的聚硅氧烷即为硅油；硅橡胶：分子量大的（如4070万）则为硅“生胶”，经硫化交联后成为硅橡胶。,常用的医用有机硅高分子：硅油、硅橡胶。,硅油：,医用级硅油是无色透明、无味的粘稠液体，疏水，化学惰性，低表面张力，不易挥发及分解，不会引起皮肤过敏，多用作体内使用的医疗器械的润滑剂，同时是强力消泡剂，可用于消除肺水肿病人因水肿起泡而呼吸道阻塞的快速灭泡、可配制胃部气胀的治疗药物消胀片等。,聚甲基硅油结构：,n=0500,相对分子质量高的线性聚有机硅氧烷弹性体。聚硅氧烷（结构中含有-Si-O-Si-的聚合物）,硅橡胶,RRRIIIHOsi一一Osi一一OsiOHlllRRR,其基本结构式为：,结构单元类型：,由于硅橡胶的结构对称，分子主链呈螺旋状使硅氧单键的极性相互抵消，而且侧链的R和R一般都是低极性或非极性基团，所以整个大分子极性很低，使硅橡胶表现出疏水性、耐氧化性以及抗老化性。此外，主链中Si-O键和侧链中的C-Si键的极性都近似于离子键，在正常使用温度（250以下）不发生裂解、氧化等反应，故又具有优异的耐热性，硅橡胶还具有良好的生物相容性，被广泛应用于医疗器械、人造脏器和药物缓释体系等医学领域。,结构与性能：,硅橡胶在医学领域的应用：,脑积水引流装置（最早的硅橡胶植入物，至今为止，硅橡胶仍是这一装置的唯一材料，DOWCORNING,美，1955）人工肺(GE,美。人工肺膜）视网膜植入物（将柔软的硅橡胶巩膜海绵植入眼窝骨和眼球壁之间，促进视网膜再植）人工脑膜（用于外伤性硬脑膜缺损等）喉头（用高抗撕硅橡胶）人工手指，手掌关节（1963年）人造鼓膜（1960年，是将结构类似于人体鼓膜的硅橡胶薄膜贴补在穿孔的鼓膜上）牙齿印模及托牙组织面软衬垫人工心脏瓣膜（1964年）（由于硅橡胶的异物效应仍不能全部消除，容易引发癌症，有逐渐被代用的趋向。）人工心脏瓣膜附件(人造球形二尖膜，中国）,长期留置