08-生物医学材料

高分子与现代社会的发展、生物医疗功能高分子生命科学中高分子、生物医疗材料的概念、生物医学材料(BiomedicalMaterial ) :是与生物系统作用，诊断、治疗、修复或交换肌肉中的组织、器官、增进功能的材料。 近30年来，生物医学材料的研究与开发取得了令人瞩目的成果，数百万患者得到恢复，人类生命质量大幅提高。 人类对老龄化进程的加快和健康和长寿的追求，进一步激发了生物医学材料的需求。 生物医学材料的研究与开发对国民经济和社会的发展具有非常重要的意义。 生物医疗材料的历史是公元前约3500年古埃及人用棉花纤维和马毛作为缝合线缝合伤口。 生物医疗材料的历史，墨西哥印第安人(阿兹特克人)用木片修补受伤的颅骨，生物医疗材料的历史，1588年人们用金板修补颌骨。 1775年记载了用金属固定体内骨折。 从1800年开始，有很多关于用金属板固定骨折的报告。 从1809年开始有人用金子种牙。 1851年报道了使用硫化天然橡胶的人工牙托和颚骨。 生物医疗材料的历史，进入20世纪以来，随着高分子科学的出现和发展，生物医疗材料也迅速发展起来。 1936年发明有机玻璃后，1943年用于制作假牙和补牙，1950年芹菜薄膜开始用于血液透析，50年代开始用有机玻璃制作人工大腿骨，硅酮聚合物开始应用于医学，对人工器官的研究发挥了促进作用。 这一时期的生物医疗材料主要是根据需求从现有材料中筛选出来的，不是为了生物医疗目的而设计和制造的，而是在应用中发现了很多问题。 生物医疗材料的发展、克隆技术是生物医疗材料的最佳解决办法，但临床应用尚未实现。 生物医疗材料的要求、生物医疗材料的特殊和基本要求如下：材料无毒、无致癌性、无畸形性，不会引起人体细胞突变和不良组织反应。 与人体相容性好，不会发生中毒、溶血、凝血、发热、过敏等现象。 具有适合天然组织的力学性能。 每个使用目的都有特定的功能。 生物医疗材料必须与生物系统直接作用，除了具有各种理化性质外，还具有良好的生物和组织(血液)适应性。 生物医疗材料的分类是将生物惰性材料(Bioinert )分类为与生物组织相互作用：在生物体内稳定、几乎不发生化学反应的材料。 生物活性材料(Bioactive ) :指在材料组织界面能诱导特殊生物或化学反应的材料，该反应在材料与组织之间形成化学键。 根据生物医用高分子的性质，生物降解高分子材料的非生物降解高分子材料，生物医用高分子的应用领域，医疗器械和用品组织工程材料和人工器官生物吸收外科手术材料药物缓释材料和高分子药物，组织工程和人工器官，组织工程应用生物学和细胞工程的原理和方法发展具有生物活性的人工替代物，维持和恢复人体组织的功能。 组织工程和植入材料的目的是应用于组织损失和器官衰竭引起的疾病的临床治疗。 传统方法有外科重建、机械装置、组织移植等。 但这些方法都存在严重难以克服的问题，不仅价格高，疗效也难以达到。 经过优化设计的功能高分子工程组织不仅可以取得有效的疗效，还可以降低医疗费用。传统的治疗方法、传统的治疗方法、组织工程方法、组织工程是通过生长因子的作用培养分离的自体或异体细胞吸附在能阶段性生分解吸收的功能高分子支架(scaffold )上，使细胞以支架的三维结构生长，构筑体外生物组织的支架的聚合物逐渐被分解吸收。 最后将体外培养的组织移植到体内修复或替代病变的组织和器官。 常用的细胞支架材料是聚乳酸、聚羟基乙酸、聚丙交酯、聚羟基脂肪酸酯，这些材料都是可降解脂肪族聚酯。 组织工程原理、组织工程已在皮肤、骨骼等器官上得到临床应用，在内脏方面也取得了重大进展和突破。 组织工程应用人工皮肤，人工皮肤的基础是人的二倍体成纤维细胞培养人工皮肤是最早商品化的组织工程产品。 组织工程应用人工骨、骨组织工程主要采用生物降解性高分子支架进行骨诱导生长，重建损伤的骨组织。 组织工程应用人工心脏、心脏瓣膜病可导致严重的结果和死亡率，目前生物假体和机械瓣膜不能成长和修复，使用时间不长，易感染，并发症等缺点。 组织工程能有效地解决这个问题。 组织工程的应用，组织工程的应用包括软骨、肌腱、尿道、肠道、血管、肝脏、胰腺、神经系统等。 组织工程尚处于研究阶段，开发费用高，但随着技术的进步和优化，组织工程材料普及。 除脂肪族聚酯外，胶原蛋白、多氨基酸、聚磷腈等高分子也应用于细胞支架材料的研究。 高分子材料在人工器官中的应用，高分子材料作为人工器官、人工血管、人工骨架、人工关节等医疗材料的应用越来越广泛。 人工器官的应用由大型化转变为小型化，由体外转变为内植型，由单一功能转变为多功能化。 人工器官包括： 1、永久移植、完全替代原始器官功能的2、体外使用的大型人工器官装置主要是手术中临时替代人体器官功能的3、临时移植器官只能部分替代原始器官功能的4、整形修复材料不具备器官功能但人体缺陷人工心脏、假体类人工心脏的发展历史、AbioCor人工心脏、手术极为精密，携带外部(电源)使用时间短，并发症多发。 人工心脏、人工心脏需要良好的血液适应性和良好的抗血栓性，目前常用的是具有微相分离特性的聚醚型聚氨酯。 人工肾和人工肺、高分子选择性透析分离膜已应用于人工肾和人工肺，人工骨、人工骨是高分子材料人工器官应用最早的。 传统的人造骨是用金属材料做骨，用高分子材料做臼。骨水泥是近年来受到重视的人工骨料，由单体、聚合物微粒、阻聚剂、促进剂等组成。 由人工角膜、高透明聚合物(如聚甲基丙烯酸甲酯)组成的网状两亲性聚合物以特殊的亲和性和透明性应用于人工角膜和隐形眼镜。 生物吸收外科手术材料，在外科手术中，通常是嵌入修复用材料，这些材料起到暂时替代作用，在肌肉愈合后其作用终止。 如果这些材料是非分解材料，会持续影响患者的肌肉。 做别的手术会给患者带来两次痛苦。 可生物吸收(分解)的高分子材料能有效地解决这个问题。 随着材料使用功能的终止，这些材料逐渐分解为对人体无害的小分子化合物，被人体吸收或代谢后排出。 我开始被研究者重视了。生物吸收性高分子材料的种类、胶原蛋白：构成动物体的最基本的蛋白质类物质明胶：经高温加热改性的蛋白质淀粉、葡聚糖和壳聚糖：昆虫、虾、蟹等壳、皮纤维素：植物合成高分子：脂肪族聚酯、脂肪族聚碳酸酯的多酸酐、多磷酸酯聚酯、生物吸收性高分子材料的应用、骨科固定材料、手术缝合线、抗粘膜、药用高分子材料，我国是医药文明的古国，在天然药用高分子的应用方面很长。 张仲景(A.D.142219 )，药用高分子材料，20世纪以来，随着药学和有机合成的高速发展，有机低分子药物因其疗效高，使用方便，对人类医疗卫生发挥了很大的推动作用，对医学史上不可磨灭的贡献。 但是，有机低分子药物同时也存在过敏、毒性积累等较大副作用。 药物高分子的优越性，研究表明，高分子药物具有低毒性、高效率、缓释性、长期、血液与肌肉相容性好等特点。 高分子药物可以减少剂量，避免频繁用药，使药物的药理活性更持续，更有效地到达患部，具有更好的治疗效果。 药物高分子的分类：药用辅助材料：指药物加工过程中使用的、为改善药物使用性能而采用的高分子材料，这些材料本身没有药理活性。 高分子药物：高分子本身具有药理活性基或药理活性作用，可直接作为药物使用。 高分子/药物缓释系统、药物控释和靶向问题已成为现代医学最关心的问题之一。 高分子材料实际上起着辅助材料的作用。 采用高分子材料制备药物释放系统主要有两个目的：以最小剂量使特定部位产生疗效，优化药物释放速度提高疗效，降低毒副作用。 3种模式可达到上述效果：时间控制(缓释药物)部位控制(靶药物)反馈控制(智能药物)、药物微胶囊、微胶囊是以高分子膜为外壳，其中包含保护或密封的物质的微胶囊物。 药物的微胶囊化是指用高分子膜包裹微细的药物粒子形成微细的胶囊。 药物微胶囊中使用的高分子材料、天然高分子材料：明胶、紫胶、海藻酸、淀粉、糊精、纤维素、壳聚糖、玉米朊等； 化学合成生物降解性高分子材料：聚乳酸、聚己内酯、聚乙酸羟基酯、脂肪族聚碳酸酯、聚对羟基环己酮等； 水溶性高分子材料：聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸异丙酯、聚丙烯酸等； 抑制药物微胶囊的释药作为药物微胶囊的包装材料应当满足以下几个条件。 无毒、致癌、过敏等免疫反应，不引起人体组织病变。 与药物发生化学反应不会改变药物的性质。 可以使药物渗透、溶解或分解于人体，以一定的方法释放药物。本体模式、表面模式、靶向药物微囊、靶向释放可选择性地将药物载体复合体与特定靶向细胞(病灶细胞)结合，实现药物的控制释放。 智能控制药物胶囊，现代药物已进入智能化、功能化阶段，智能控制药物胶囊是多种结构组合的给药系统。 环境响应型高分子通常被智能给药系统作为“开关”用于实现药物的脉冲控制释放。提高、温度、降低温度，高分子材料在药物辅助材料中的应用，填充材料：通过高分子材料控制药物的压缩性、硬度、吸湿性、脆性等的粘合剂和粘合材料：解决高分子材料中药粉的压缩性差、其本身难以薄片化的问题，或者通过高分子粘合材料继续向人体的特定部位粘合给药； 崩解材料：通过亲水性高分子的溶解性解决药物压缩引起的粘接的涂膜材料：抑制外部湿气、氧气等引起的药物腐蚀作用抑制药物本身的气味和挥发。 保湿材料：通过疏水性高分子抑制药物中水分的挥发，或者亲水性高分子吸收水分，保持药物的水分量。 药理活性高分子材料、药理活性高分子材料通常将高分子化的低分子药物、低分子药物与某种化学结合也称为组合型高分子药物：由于低分子药物通常含有羟基、氨基等活性基团，因此通过将含有特定化学基团的高分子与低分子药物结合，可以得到高分子化的低分子药物。 高分子链本身具有药理活性，又称结构型高分子药物。 这种高分子是真正意义上的高分子药物。 高分子药物、高分子药物的应用有着悠久的历史。 高分子药物、硅肺病和克硅平(Oxypovidinum )、单体的2-乙烯基氧吡啶及其低聚物，只有在没有药物活性的聚合物的分子量超过30000的情况下，显示优异的抗硅肺活性的分子量超过700