生物医用高分子材料PPT学习教案

1、会计学1生物医用高分子材料生物医用高分子材料9.1 概述概述第1页/共96页 二、生物医用材料的分类二、生物医用材料的分类第2页/共96页第3页/共96页聚四氟乙烯聚四氟乙烯第4页/共96页例如：例如：德国产品德国产品 UHMWPE材料材料ISO5834-2ASTM F648可用为人工关节、可用为人工关节、人工骨骼植入人体人工骨骼植入人体极低的能耗极低的能耗第5页/共96页第6页/共96页第7页/共96页第8页/共96页第9页/共96页1. 分类分类第10页/共96页第11页/共96页化学家来做第一步化学家来做第一步第12页/共96页第13页/共96页050010001500200025003

2、0003500年20052002200032752300165020%12%单位: 亿 美 元 世 界 医 疗器 械 市 场 生 物 材 料 和 制品第14页/共96页第15页/共96页第16页/共96页3. History of polymeric biomaterials1943年年 赛璐珞薄膜开始用于血液透析赛璐珞薄膜开始用于血液透析1949年年 美国首先发表了医用高分子的展望性论文。在文章美国首先发表了医用高分子的展望性论文。在文章 中，第一次介绍了中，第一次介绍了利用利用PMMA作为人的头盖骨、关作为人的头盖骨、关 节和股骨节和股骨，利用聚酰胺纤维作为手术缝合线利用聚酰胺纤维作为手术

3、缝合线的临床的临床 应用情况。应用情况。50年代，有机硅聚合物被用于医学领年代，有机硅聚合物被用于医学领 域域，使人工器官的应用范围大大扩大，包括器官替，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。代和整容等许多方面。 Drug controlled releaseTissue engineeringGene therapy第17页/共96页料开始进入一个崭新的发展时期。料开始进入一个崭新的发展时期。第18页/共96页第19页/共96页第20页/共96页人体的所有人体的所有部位和脏器都可用高分子材料来取代。部位和脏器都可用高分子材料来取代。仿生人也将仿生人也将比想象中更快地来

4、到世上。比想象中更快地来到世上。第21页/共96页第22页/共96页Requirements for biomedical polymersOther requirements according to specific applications加工成型性machine-shaping properties机械性能与稳定性Mechanical properties环境敏感性Environmental sensitivity表面性能与结构多空性Surface properties/Porosity亲疏水性Hydrophilicity / hydrophobicity 第23页/共96页 不会致癌

5、不会致癌 根据现代医学理论认为，人体致癌的原因是由根据现代医学理论认为，人体致癌的原因是由于于正常细胞发生了变异。当这些变异细胞以极其迅正常细胞发生了变异。当这些变异细胞以极其迅速的速度增长并扩散时，就形成了癌速的速度增长并扩散时，就形成了癌。而引起细胞。而引起细胞变异的因素是多方面的，有化学因素、物理因素，变异的因素是多方面的，有化学因素、物理因素，也有病毒引起的原因。也有病毒引起的原因。安全性安全性第24页/共96页第25页/共96页第26页/共96页第27页/共96页能经受必要的清洁消毒措施而不产生变性能经受必要的清洁消毒措施而不产生变性第28页/共96页第29页/共96页表表9-1 高

6、分子材料在狗体内的机械稳定性高分子材料在狗体内的机械稳定性材料名称材料名称植入天数植入天数机械强度损失机械强度损失 /尼龙尼龙-676174.6107380.7涤纶树脂涤纶树脂78011.4聚四氟乙烯聚四氟乙烯6775.3第30页/共96页第31页/共96页于凝血酶溶液中，可防止凝血于凝血酶溶液中，可防止凝血酶对玻璃的吸附。酶对玻璃的吸附。第32页/共96页第33页/共96页 它们基本上是它们基本上是嵌段共聚物和接枝共聚物嵌段共聚物和接枝共聚物。其中研。其中研究得较多的是究得较多的是聚氨酯嵌段共聚物聚氨酯嵌段共聚物，即由软段和硬段组，即由软段和硬段组成的多嵌段共聚物，其中软段一般为聚醚、聚丁二

7、烯成的多嵌段共聚物，其中软段一般为聚醚、聚丁二烯、聚二甲基硅氧烷等，形成连续相；硬段包含脲基和、聚二甲基硅氧烷等，形成连续相；硬段包含脲基和氨基甲酸酯基，形成分散相。氨基甲酸酯基，形成分散相。第34页/共96页CONHR(NHCOORO)xCONHRyNHCONHRNHnCONHR(NHCOORO)xCONHRyNHCORnOO 美国美国EthiconEthicon公司推荐的四种医用聚醚氨公司推荐的四种医用聚醚氨酯：酯：BiomerBiomer，PellethanePellethane，TecoflexTecoflex和和CardiothaneCardiothane基本上都属于这一类聚合物。基

8、本上都属于这一类聚合物。 第35页/共96页第36页/共96页HOHHO HHOHOOOHHHOHHCOOHHCH2OSO3HHNHSO3HOHOHHO HHOHOOHHHOHHCOOHHCH2OSO3HHNHSO3H第37页/共96页第38页/共96页人工合成的仿肝素共聚物，同样具有较好的抗凝血功能人工合成的仿肝素共聚物，同样具有较好的抗凝血功能第39页/共96页NHSO2NNOH NH2SO3HSO3H第40页/共96页第41页/共96页第42页/共96页表表9-2 用于人工脏器的部分高分子材料用于人工脏器的部分高分子材料人工脏器人工脏器高分子材料高分子材料心心 脏脏嵌段聚醚氨酯弹性体、硅

9、橡胶嵌段聚醚氨酯弹性体、硅橡胶肾肾 脏脏铜氨法再生纤维素，醋酸纤维素，聚甲基丙烯酸甲铜氨法再生纤维素，醋酸纤维素，聚甲基丙烯酸甲酯，聚丙烯腈，聚砜，乙烯酯，聚丙烯腈，聚砜，乙烯-乙烯醇共聚物（乙烯醇共聚物（EVA），），聚丙烯，聚碳酸酯，聚甲基丙烯酸聚丙烯，聚碳酸酯，聚甲基丙烯酸- -羟乙酯羟乙酯肝肝 脏脏赛璐玢（赛璐玢（cellophane），聚甲基丙烯酸），聚甲基丙烯酸-羟乙酯羟乙酯胰胰 脏脏共聚丙烯酸酯中空纤维共聚丙烯酸酯中空纤维肺肺硅橡胶，聚丙烯中空纤维，聚烷砜硅橡胶，聚丙烯中空纤维，聚烷砜关节、骨关节、骨超高分子量聚乙烯超高分子量聚乙烯，高密度聚乙烯，聚甲基丙烯酸，高密度聚乙烯，聚甲

10、基丙烯酸甲酯，尼龙，聚酯甲酯，尼龙，聚酯第43页/共96页皮皮 肤肤硝基纤维素，聚硅酮硝基纤维素，聚硅酮-尼龙复合物，聚酯，甲壳素尼龙复合物，聚酯，甲壳素角角 膜膜聚甲基丙烯酸甲酯，聚甲基丙烯酸聚甲基丙烯酸甲酯，聚甲基丙烯酸- -羟乙酯，硅橡羟乙酯，硅橡胶胶玻璃体玻璃体硅油，聚甲基丙烯酸硅油，聚甲基丙烯酸- -羟乙酯羟乙酯鼻、耳鼻、耳硅橡胶，聚乙烯硅橡胶，聚乙烯血血 管管聚酯纤维，聚四氟乙烯，嵌段聚醚氨酯聚酯纤维，聚四氟乙烯，嵌段聚醚氨酯人工红血球人工红血球全氟烃全氟烃人工血浆人工血浆羟乙基淀粉，聚乙烯基吡咯烷酮羟乙基淀粉，聚乙烯基吡咯烷酮胆胆 管管硅橡胶硅橡胶表表9-2 用于人工脏器的部分高

11、分子材料用于人工脏器的部分高分子材料第44页/共96页Biodegradable polymersPoly(anhydride)sPoly(lactide-co-glycolide)PLGAPolylactidePLAPolyglycolidePGAPoly(-caprolactone)PCLPoly(1,3-trimethylene carbonate) PTMCAliphatic polyestersAliphatic polycarbonatesPolyphosphates聚乳酸聚2-羟基乙酸OCOO第45页/共96页第46页/共96页第47页/共96页第48页/共96页第49页/共96

12、页合成可降解高分子材料合成可降解高分子材料（synthetic biodegradable polymers）u 聚酯聚酯u 聚碳酸酯聚碳酸酯u 聚磷酸酯聚磷酸酯u 聚酸酐聚酸酐第50页/共96页聚乳酸聚乳酸聚聚2-羟基乙酸羟基乙酸第51页/共96页 -羟基丙酸羟基丙酸第52页/共96页（乳酸二聚体）（乳酸二聚体）第53页/共96页第54页/共96页第55页/共96页COHOCH2OH第56页/共96页第57页/共96页第58页/共96页第59页/共96页甲壳质甲壳质第60页/共96页第61页/共96页第62页/共96页第63页/共96页第64页/共96页第65页/共96页第66页/共96页第

13、67页/共96页第68页/共96页第69页/共96页第70页/共96页第71页/共96页第72页/共96页第73页/共96页第74页/共96页 p331聚乙烯N-氧吡啶是一种具有药理活性 的高分子，能溶于水中。注射其水溶液或吸入其烟雾剂，对于治疗因大量吸入含游离二氧化硅粉尘所引起的急性和慢性矽肺病有较好效果并有较好的预防效果第75页/共96页第76页/共96页 血浆增量剂，用于治疗外伤性急性出血及其他原因引起的血浆增量剂，用于治疗外伤性急性出血及其他原因引起的血容量减少血容量减少第77页/共96页高分子载体药物高分子载体药物第78页/共96页第79页/共96页高分子药物缓释材料高分子药物缓释材

14、料第80页/共96页时间控制体系时间控制体系部位控制体系部位控制体系反馈控制体系反馈控制体系第81页/共96页第82页/共96页第83页/共96页第84页/共96页纳米树形高分子纳米树形高分子（纳米在药物输运中的应用）（纳米在药物输运中的应用）作为药物载体的树状高分子作为药物载体的树状高分子 把树形高分子设计得只把树形高分子设计得只在适当的触发分子存在的在适当的触发分子存在的情况下自动地膨胀并释放情况下自动地膨胀并释放出药物出药物 使定制的树形高分子恰使定制的树形高分子恰好在需要治疗的组织或器好在需要治疗的组织或器官内释放出其运载的药物官内释放出其运载的药物。第85页/共96页产产 品品 领领

15、 域域公公 司司POLYOX WSR控制药物释放载体控制药物释放载体Dow Chem. Co, USA抗癌药物增效系统抗癌药物增效系统Johnson & Johnson，USA (原原Alza)吸收增效剂吸收增效剂Eastman Chem. Co, USA蛋白质药物释放蛋白质药物释放Altus Biologies Inc. USA靶向释放端粒治疗靶向释放端粒治疗Targesome Inc. USA注射制剂注射制剂Pharmaceutical Profiles, UK治疗细胞治疗细胞, 生长因子释放生长因子释放Regen Tec Ltd. UK吸入药物释放吸入药物释放Acrux Ltd. Aus

16、tralia基因转染的新脂质体释放系统基因转染的新脂质体释放系统Novosom AG, German第86页/共96页 壁虎胶带壁虎胶带仿生干型高分子粘合材仿生干型高分子粘合材料料 聚酰亚胺薄膜聚酰亚胺薄膜 利用全范德华力作用原理微制造而成利用全范德华力作用原理微制造而成 具有紧密排列的规整微突起结构具有紧密排列的规整微突起结构 1cm2: 3N(300g)蜘蛛人玩具蜘蛛人玩具:高高15cm15cm重重40g40g覆盖覆盖0.5cm0.5cm2 2壁虎胶带壁虎胶带Autumn K.,et al, Nature,2000,405:681-685Autumn K.,et al, Proc.Natl

17、.Acad.Sci.,USA, 2002, 99: 12252-12256第87页/共96页壁虎的脚上壁虎的脚上覆盖了一层非常细小的绒毛覆盖了一层非常细小的绒毛 壁虎及其脚趾的壁虎及其脚趾的“英姿英姿” 壁虎飞檐走壁的奥秘完全的范德华力壁虎飞檐走壁的奥秘完全的范德华力第88页/共96页聚酰亚胺聚酰亚胺(PI)微突起的电镜照片微突起的电镜照片（单个微突起：直径（单个微突起：直径0.5m，高，高2m，间隔，间隔1.6m）单个微突起单个微突起: 200nN PI胶带胶带: 1cm2 3N(300g)，200cm2 600N(60Kg) 干型粘合，反复使用干型粘合，反复使用第89页/共96页可能获得类

18、似于刚毛的粘合力可能获得类似于刚毛的粘合力壁虎的刚毛结构壁虎的刚毛结构大量的规整微突起结构大量的规整微突起结构a b a. 壁虎脚单根刚毛壁虎脚单根刚毛 b. 每根刚毛末端的细分叉每根刚毛末端的细分叉第90页/共96页蜘蛛丝蜘蛛丝人造蜘蛛丝人造蜘蛛丝生物钢丝生物钢丝第91页/共96页蜘蛛丝的弹性与韧性为什么都好？蜘蛛丝的弹性与韧性为什么都好？ 蜘蛛丝虽细，但承受的张力可达蜘蛛丝虽细，但承受的张力可达3克重克重 即使拉伸即使拉伸10倍以上也不会断掉倍以上也不会断掉 它的强度是同样粗细的钢丝的它的强度是同样粗细的钢丝的5倍倍 是强度最大的天然高分子化合物是强度最大的天然高分子化合物 主要成份是氨基酸组成的蛋白质类高分子化合物主要成份是氨基酸组成的蛋白质类高分子化合物 由于它呈酸性而且含有杀菌物质，故不易发霉由于它呈酸性而且含有杀菌物质，故不易发霉 蜘蛛丝含有吸湿的吡咯烷酮，尽管在自然界免不了遭蜘蛛丝含有吸湿的吡咯烷酮，尽管在自然界免不了遭受风吹、雨打和日晒，却仍然保持一定的粘着力受风吹、雨打和日晒，却仍然保持一定的粘着力 蜘蛛网还具有优美的对称性，怎么看都是生物建筑学蜘蛛网还具有优美的对称性，怎么看