生物医用高分子材料4课件

1、1生物医用高分子材料（四）7 生物医用诊断高分子材料 7.1 固定化酶及临床应用1，酶的固定方法：吸附法、共价键结合法、基质法和微胶囊法。2，固定化酶的载体：天然高分子、合成高分子。一般采用多孔性表面积大的材料，不同的固定方法采用的载体也不同。3，临床应用：酶传感器；酶免疫测定法 1生物医用高分子材料（四）7 生物医用诊断高分子材料 7.12生物医用高分子材料（四）天然有机高分子：多糖类衍生物（淀粉、 纤维素、 葡聚糖、 琼脂糖），骨胶原，明胶纤维素琼脂糖葡萄糖葡聚糖2生物医用高分子材料（四）天然有机高分子：多糖类衍生物（淀粉3生物医用高分子材料（四）合成有机高分子：尼龙-66，尼龙-6，聚苯

2、乙烯，聚丙烯酰胺，聚乙烯醇，聚碳酸酯，聚酯，聚氨酯，聚硅氧烷尼龙-66尼龙-6聚碳酸酯聚硅氧烷3生物医用高分子材料（四）合成有机高分子：尼龙-66，尼龙-4（一）聚醚一、非生物降解的医用高分子材料HOCH2CH2OHPEO or PEGHOCH2CH2OCHCH3CH2OCH2CH2OHPEO- PPO-PEO生物医用高分子材料（四）几种重要的医用高分子材料4（一）聚醚一、非生物降解的医用高分子材料HOCH2CH25PEG与PPG的嵌段共聚物（PEO-PPO-PEO）（Pluronic）：某些具有反相温敏性，在浓度较高时还可以形成水凝胶。其它含PEG的各类嵌段共聚物和接枝共聚物 PLA-PEG

3、-PLA或PGA-PEG-PGA三嵌段，或PEG-PLA和PEG-PGA二嵌段共聚物， 特别在抗凝血材料中，常在固体植入物表面接枝PEG，改进其生物相容性。生物医用高分子材料（四）PEG: 不可降解材料、水溶性聚合物、无电荷、生物相容性 好、无炎症。在药物缓释载体领域应用较多；5PEG与PPG的嵌段共聚物（PEO-PPO-PEO）（Pl6（二）聚氨酯如：氨纶、Biomer（医用聚氨酯弹性体，线性聚氨酯-脲嵌段聚合物）、聚氨酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物、聚氨酯及聚氨酯-丙烯酸酯水凝胶等 应用：人工心脏隔膜及包囊的弹性体、各种医用胶管管材、弹性绷带、医用人造皮、隐形眼镜等。 生物医用高分子材料（四

4、）6（二）聚氨酯如：氨纶、Biomer（医用聚氨酯弹性体，线性7（三）硅橡胶良好的生物相容性、透明性、抗老化性、电绝缘性等 应用：硅橡胶和硅凝胶在乳房填充物、矫形材料、血管替代物以及包封 材料、医用粘合剂等方面聚二甲基硅氧烷(PDMS)生物医用高分子材料（四）7（三）硅橡胶良好的生物相容性、透明性、抗老化性、电绝缘性等8（四）聚甲基丙烯酸酯类聚甲基丙烯酸甲酯：PMMA，有机玻璃，具有良好的生物相容性，较高的机械强度和热成型性能。主要用于人工骨、骨水泥、人工关节，特别是在齿科材料、骨骼粘合剂和颅骨修补等方面占有重要地位。聚甲基丙烯酸2-羟乙酯及水凝胶：PHEMA，良好的透明性，容易加工成有一定屈

5、率的薄膜镜片（透光率97%），湿态下柔软，有弹性，含水量高。（五）聚N-异丙基丙烯酰胺，PNIPAM生物医用高分子材料（四）8（四）聚甲基丙烯酸酯类聚甲基丙烯酸甲酯：PMMA，有机玻璃9（一）天然高分子或生物高分子天然高分子材料需要具备以下特点：原料来源丰富，便宜易得；易加工成型；具有适宜的物理力学性能；不引起异体免疫反应。生物医用高分子材料（四）二、生物可降解的医用高分子材料2.1 天然多糖类材料：纤维素，甲壳素，淀粉，木质素，海藻酸等2.1.1 纤维素以D-吡喃式葡萄糖基作为其结构基环，结构如下：9（一）天然高分子或生物高分子天然高分子材料需要具备以下特点10生物医用高分子材料（四）2.1

6、.2 甲壳素制造工艺简单，价格低廉，同时由于它具有良好的可纺性、成膜性、可化学修饰性能以及无毒害和生物相容性，因此在许多领域获得了广泛应用。化学名称为（1,4）-2-乙酰胺基-2-脱氧- -D-葡聚糖，结构如下：10生物医用高分子材料（四）2.1.2 甲壳素11生物医用高分子材料（四）甲壳素的化学改性：酰基化：改善了溶解性，膜表面湿润性和凝血性；羧基化：可吸附碱土金属离子，增强了保水性，膜透气性，能够抑菌，杀菌；酯化：具有抗凝血，抗癌作用；醚化：改善水中的溶解度，具有良好的保水性；N-烷基化：易溶于水，且能与阴离子洗涤剂相溶；水解：具有抗癌作用，对中枢神经有镇静作用，能促进植物生长。甲壳素的主

7、要生物特征：生物相容性好；生物活性优异，生物降解性好。主要应用：可吸收缝合线，人工皮肤，支架材料，缓释材料。11生物医用高分子材料（四）甲壳素的化学改性：122.2 聚羟基乙酸和聚乳酸聚乙醇酸（PGA，聚羟基乙酸 or 聚乙交酯），是具有最单一结构单元的脂肪族聚酯，主要由它的二聚物开环聚合得到：生物医用高分子材料（四）（二）合成高分子PGA具有规整的分子结构和高度结晶性，其熔点高，机械性能好，在有机溶剂中难溶。122.2 聚羟基乙酸和聚乳酸聚乙醇酸（PGA，聚羟基乙酸 13聚羟基乙酸(PGA)：分子结构高度规整，故单纯的PGA为结晶性聚合物，结晶度为40-50%，熔点为225度，难溶于丙酮、氯

8、仿等一般溶剂。聚合物晶体生物医用高分子材料（四）13聚羟基乙酸(PGA)：聚合物晶体生物医用高分子材料（四）14通过熔融纺丝的方法可以得到高强度的PGA纤维，在组织工程中广泛作为组织修复细胞支架，在体内4个月内可完全吸收。生物医用高分子材料（四）14通过熔融纺丝的方法可以得到高强度的PGA纤维，在组织工程15聚乳酸 （PLA，聚羟基丙酸 or 聚丙交酯）:一种方法是通过乳酸的二聚物在催化剂存在下开环聚合而制得：生物医用高分子材料（四）另一种方法是通过乳酸在溶剂存在下直接脱水缩合，生成高相对分子质量的PLA。具有产品几乎不含杂质的优势。15聚乳酸 （PLA，聚羟基丙酸 or 聚丙交酯）:一种方法

9、16聚羟基丙酸(PLA)：有不对称碳原子，存在L和D构型之分，可形成四种不同构型的聚合物：PDLA、PLLA、外消旋PDLLA和内消旋PDLLA，人体内的天然乳酸为L型，而其他构型很少使用。PLLA：等规聚合物，可形成半结晶聚合物，Tm约为185度， 良好的力学强度，且降解吸收时间长(3-3.5年), 故用于 体内骨固定装置。PLA： 无规立构无定形聚合物，降解吸收速度较快（3-6个月）， 故常用于药物控释载体和组织修复材料。生物医用高分子材料（四）16聚羟基丙酸(PLA)：PLLA：等规聚合物，可形成半结晶17L-乳酸可吸收螺钉 PLLA可吸收骨板PLLA生物医用高分子材料（四）17L-乳酸

10、可吸收螺钉 PLLA可吸收骨板PLLA生物医用高18 聚乙交酯-丙交酯（PLGA）的降解过程通常包括：其可靠生物安全性，被美国FDA批准应用在医疗领域，如作骨钉、缝合线等。 目前，PLGA等聚酯类多孔支架，从综合性能看，已经成为有希望的组织工程材料。水渗透酯键断裂齐聚物的扩散碎片溶解降解产物： 乳酸 + 乙醇酸（具体的降解产物）生物医用高分子材料（四）OCH2COOCH(CH3)COnm18 聚乙交酯-丙交酯（PLGA）的降解过程通常包括：其可19PLGA：一系列共聚物的总称，一部分为半结晶性聚合物，一部分为无定形聚合物。通过调节GA与LA的比例，可以得到力学强度与结晶性不同的PLGA共聚物，

11、以满足不同的医疗领域。GA/LA=90/10：半结晶性聚合物，Tm约为205度，低温下加工 成纤维，降解和吸收速度加快，90d内在体内 可完全吸收，做手术缝合线。 GA/LA=50/50：无规立构聚合物，降解吸收速度最快( d )，可 溶于氯仿、甲苯、乙酸乙酯等有机溶剂，易于加工。生物医用高分子材料（四）19PLGA：GA/LA=90/10：半结晶性聚合物，Tm约20PGA, PLA和PLGA的临床应用：降解产物无毒，易于参加体内代谢而排出体外，而且具有良好的生物相容性。作为医用缝合线，暂时性支架和药物控释载体。PGA棒，主要用于固定骨折部位；微球体可作为载体的疫苗传输体系；PEG-PLGA-

12、PEG，非常适合用做可注射药物释放材料。生物医用高分子材料（四）20PGA, PLA和PLGA的临床应用：生物医用高分子材料212.3 聚己内酯（PCL） 为另一类常见的可降解聚酯，高分子量的PCL由己内酯单体开环聚合得到。主要特点：降解速度较慢(2-4年), 通过与PLA等共聚改性可加快降解速度。PCL对小分子药物具有良好的通透性，广泛用于药物控释载体。生物医用高分子材料（四）212.3 聚己内酯（PCL）主要特点：生物医用高分子材料（222.4 聚酸酐 成纤和机械性好键不稳定药物控制释放领域190920世纪30年代20世纪60年代20世纪80年代熔点高溶解性差聚对苯二甲酸酐（PTA）聚间苯

13、二甲酸酐（PIPA）聚癸二酸酐（PSA）成纤和成膜性好水解稳定性适中一系列聚酸酐可生物降解性聚1,3-双(对羧基苯氧基)丙烷-癸二酸P(CPP-SA）生物医用高分子材料（四）222.4 聚酸酐 成纤和机械性好键不稳定药物控制释放领域123（一）脂肪族聚酸酐-水解性很强，降解速率过快（二）芳香族聚酸酐-熔融非常困难，且溶解性很差，很少应用。（三）芳香脂肪聚酸酐-药物载体较多应用。-CO-(CH2)m-COO-nM=4，6，10聚酸酐(P(CPP-SA)- 几天-几月内降解（聚1,3-双（对羧基苯氧基）丙烷葵二酸共聚物） 生物医用高分子材料（四）23（一）脂肪族聚酸酐-水解性很强，降解速率过快-C

14、O24对该类材料进行了深入而广泛的基础与应用基础研究，探索了其作为粘膜给药载体以及体内成像等方面的潜在应用。相关研究形成了特色鲜明的研究体系，开拓出一类生物医用新材料。不同激发波长下生物可降解聚酸酐的不同荧光发射颜色（四）其它混合类型聚酸酐-如聚酰亚胺酸酐用于外科缝合线、 发荧光，且强度与分子量呈正相关。生物医用高分子材料（四）24对该类材料进行了深入而广泛的基础与应用基础研252.5 聚膦腈 聚磷腈的主链包含无机杂原子，由磷和氮原子交替组成聚合物。特点：改变侧基调控聚合物的降解性能； 炎症反应很小； 降解机制为侧链的水解。RONa，RM，RNH2高分子量的聚磷腈生物医用高分子材料（四）252

15、.5 聚膦腈 聚磷腈的主链包含无机杂原子，由磷和氮原子262.6 聚氨基酸氨基酸：结构中的氨基（-NH2）或亚氨基(=NH）都与邻接羧基（-COOH）的-碳原子相连接，故都属于-氨基酸 。聚氨基酸：常指聚丙氨酸、聚赖氨酸等合成的高分子。此外，还包括假聚氨基酸，即以氨基酸为起始原料，但不以肽键（-CO-NH-）。相互连接，而以酯键和脲键等连接。生物医用高分子材料（四）262.6 聚氨基酸氨基酸：结构中的氨基（-NH2）或亚氨基272.7 其它可降解的合成高分子聚碳酸酯、新型聚富马酸酯可注射性水凝胶、聚二氧化碳等。聚碳酸酯 生物医用高分子材料（四）272.7 其它可降解的合成高分子聚碳酸酯、新型聚富马酸酯可28聚二氧化碳：一种正在研究的新型合成材料，以二氧化碳为单体原料在双金属配位催化剂作用下，被活化到较高的程度时，与环氧化物发生共聚反应，生成脂肪族聚碳酸酯（PPC），经过后处理，就得到二氧化碳树脂材料。应用：二氧化碳、环氧乙烷等的共聚物，二氧化碳、环氧丙烷和琥珀酸酐的三元共聚物能被微生物彻底分解，不留残渣，是一类有希望的生物降解材料。二氧化碳共聚物有优异的生物体相容性。特别设计的共聚物可望用作抗凝血材料或用作药物缓释剂。生物医用高分子材料（四）中央电视台报道，2004年3月中国科学院首创用二氧化碳合成可降解塑料聚二氧化碳。28聚二氧化碳：一种正在研究的新型合成材料