天然高分子生物医学材料论述培训课件

1、天然高分子生物医学材料论述天然高分子生物医学材料论述 人们对生命科学的浓厚兴趣在于人类本身就是生命人们对生物医高分子重视与关切是因为构成人类肌体的基本物质，诸如蛋白质、核糖核酸、多糖、一些脂质都是高分子化合物；人类肌体的皮肤、肌肉、组织和器官都是由高分子化合物组成的。天然高分子材料是人类最早使用的医学材料之一。2天然高分子生物医学材料论述 人们对生命科学的浓厚兴趣在于人类本身就是生命人们 五十年代中期，由于合成高分子的大量涌现，曾使这类材料退居次要地位。然而，由于天然材料具有不可替代的优点，它的多功能性质和与生体的相容性，生物可降解性，加之对它的改性与复合，人们一直没有放弃对它的深入研究，特别

2、是最近对杂化材料研究的需要，更显示出它的特点，成为不可缺少的重要生物医学材料之一。3天然高分子生物医学材料论述 五十年代中期，由于合成高分子的大量涌现，曾使这类材料 目前天然高分子生物医学材料主要有天然多糖类材料和天然蛋白质材料二大类。由于它们结构和组成的差异，表现出不同的性质，应用领域也不完全一样。但是，相似之处在于它们在体内很容易降解，降解产物对人体无毒且可为人体所吸收，参与人体的代谢循环，因此具有广泛的潜在用途。4天然高分子生物医学材料论述 目前天然高分子生物医学材料主要有天然多糖类材料和第一节 天然多糖类材料 5天然高分子生物医学材料论述第一节 天然多糖类材料 5天然高分子生物医学材料

3、多糖是由于许多单糖分子经失水缩聚，通过糖苷键结合而成的天然高分子化合物，多糖水解后如果只产生一种单糖则称为均聚糖如纤维素、淀粉等，最终水解产物是二种或二种以上单糖则称为杂聚糖如菊粉等。自然界广泛存在的多糖主要有：6天然高分子生物医学材料论述多糖是由于许多单糖分子经失水缩聚，通过糖苷键结合而成的天然高植物多糖，如纤维素、半纤维素、淀粉、果胶等。动物多糖，如甲壳素、壳聚糖、肝素、硫酸软骨素等。琼脂多糖，如琼脂、海藻酸、角叉藻聚糖等。菌类多糖，如葡聚糖、半乳聚糖、甘露聚糖等。微生物多糖，如右旋糖酐、黄原胶、凝乳糖、出芽短梗孢糖等。 研究较多的多糖类材料为纤维素、甲壳素和壳聚糖。 7天然高分子生物医学

4、材料论述植物多糖，如纤维素、半纤维素、淀粉、果胶等。7天然高分一、纤维素 8天然高分子生物医学材料论述一、纤维素 8天然高分子生物医学材料论述 纤维素是由吡喃葡萄糖经由，糖苷键连结的高分子化合物，具有不同的构型和结晶形式，人们发现纤维素已经有多年，但是由于它的结构复杂性，至今仍然不能说对其十分清楚。纤维素的分子呈长链状，是一种结晶性高分子化合物，不同种纤维素之间的结晶结构存在差异，天然纤维素属纤维型，再生纤维素属纤维型。用强碱处理天然纤维，结晶结构发生变化，由型变为型。9天然高分子生物医学材料论述 纤维素是由吡喃葡萄糖经由，糖苷键连结的 纤维的结晶程度在不同天然纤维间也存在差异，一般来说，随着

5、结晶程度的提高其抗张程度、硬度、密度增加，但弹性、韧性、膨润性、吸水性、化学反应性下降。精制的天然纤维素其结晶度约为，丝光纤维约为，再生纤维约为。无定形区的纤维分子排列杂乱，因而较易进行化学反应。纤维素是一种非还原性的碳水化合物，不溶于水和一般有机溶剂，但能溶解于某些碱性溶剂和高浓度的无机酸溶液如铜胺碱、季胺碱亦可溶解于若干种盐的浓水溶液中。 10天然高分子生物医学材料论述 纤维的结晶程度在不同天然纤维间也存在差异，一般来说纤维素的每一个葡萄糖单元具有三个羟基，有种取代的可能性，如果各羟基具有相等的反应机会，且已取代的羟基对未取代羟基不产生影响，从理论上讲基取代度可达。但是由于它的结晶性和、和

6、的反应活性不同，其取代度一般均在之间。11天然高分子生物医学材料论述纤维素的每一个葡萄糖单元具有三个羟基，有种取代的可能性 纤维素在医学上最重要的用途是制造各种医用膜，这种纤维膜的制造反应包括以下三个步骤：12天然高分子生物医学材料论述 纤维素在医学上最重要的用途是制造各种医用膜，这种纤维化学改性生产可溶性或热塑性纤维素衍生物；用溶液烧注或溶融法形成薄膜；对纤维素衍生物进行处理得到再生纤维素。 13天然高分子生物医学材料论述化学改性生产可溶性或热塑性纤维素衍生物；13天然高分子生目前再生纤维素的生产主要有以下三种技术： 14天然高分子生物医学材料论述目前再生纤维素的生产主要有以下三种技术： 1

7、4天然高铜氨法：将纤维素溶于铜氨溶液中形成可溶性络合物，然后与酸反应再生。粘胶法：纤维素与碱和二硫化碳反应，生成黄原酸，然后与酸反应再生。热塑性醋酸纤维素与碱反应水解再生。 15天然高分子生物医学材料论述铜氨法：将纤维素溶于铜氨溶液中形成可溶性络合物，然后与酸 干燥状态的再生纤维素膜比较脆，不易得到满意结果，因此常需加入甘油做增塑剂，由于进行了增塑和膜的湿敏性等原因故应适当保存。16天然高分子生物医学材料论述 干燥状态的再生纤维素膜比较脆，不易得到满意结果，因再生纤维素（铜珞玢）：是目前人工肾使用较多的透析膜材料，对溶质的传递，纤维素膜起到筛网和微孔壁垒作用。一种再生纤维素（铜珞玢）在临床上虽

8、获得极大成功，然而经过长期连续使用也可能引起诸如神经障碍、色素沉积等弊端，未移除的中分子量物质在体内蓄积亦可引起病理症状和出现暂时性白细胞减少症。17天然高分子生物医学材料论述再生纤维素（铜珞玢）：是目前人工肾使用较多的透析膜材料，对溶 另一种再生纤维素的制造方法是利用醋酸纤酸素的脱乙酰化的方法进行再生。方法是将醋酸纤维素用四甲基砜增塑，再用熔融挤出法制成空心纤维，然后用氢氧化钠进行水解反应，四甲基砜在水解反应中移除并以甘油取代之。醋酸纤维素的性质主要取决于乙酰化程度，增塑剂的性质和比例，亦取决于纤维素分子的链长。醋酸纤维素膜，主要用于血透析系统全氟代酰基纤维素：用于制造膜式肺、人工心瓣膜、人

9、工细胞膜层，各种导管、插管和分流管等。18天然高分子生物医学材料论述 另一种再生纤维素的制造方法是利用醋酸纤酸素的脱纤维素及其衍生物还可以用作载体进行多种酶的固定，微胶囊的制备和药物释放系统，齿科修补材料和止血剂。19天然高分子生物医学材料论述纤维素及其衍生物还可以用作载体进行多种酶的固定，微胶囊的二、甲壳素与壳聚糖 20天然高分子生物医学材料论述二、甲壳素与壳聚糖 20天然高分子生物医学材料论述 甲壳素的学名为，乙酰胺基脱氧葡聚糖。壳聚糖是甲壳素脱去部分乙酰基后的产物。甲壳质及壳聚糖的化学结构与纤维素十分相似，它们之间的差别在于分子长链上的每个葡萄糖单元上的C2 上所接的基团，所接基团为乙酰

10、胺基的是甲壳素，所接基团为氨基（-NH2）的是壳聚糖，而纤维素分子所接的基团为羟基（-OH） 21天然高分子生物医学材料论述 甲壳素的学名为，乙酰胺基脱氧葡22天然高分子生物医学材料论述22天然高分子生物医学材料论述 甲壳素是一种来源于动物的天然多糖，在自然界中的产量仅次于纤维素而居第二位，也是现今所发现的众多天然多糖中仅有的具有明显碱性的天然多糖。甲壳素的发现至今已有一百多年的历史，但它的发展比较缓慢。年，在美国波士顿召开第一届甲壳素壳聚糖国际学术讨论会之后，发现具有极大的潜在应用价值和广阔的发展前景才逐渐受到人们的普遍重视。23天然高分子生物医学材料论述 甲壳素是一种来源于动物的天然多糖，

11、在自然界中的壳聚糖呈白色或灰白色，略有珍珠光泽，半透明无定形固体，约在 185分解，不溶于水和稀碱溶液，可溶于稀有机酸和部分无机酸（盐酸），但不溶于稀硫酸、稀硝酸、稀磷酸、草酸等。壳聚糖作为溶液被存放和使用时，需处于酸性环境中但由于其缩醛结构的存在使其在酸性溶液中发生降解，溶液粘度随之下降，如果加入乙醇、甲醇、丙酮等可延缓壳聚糖溶液粘度降低，以乙醇作用最明显。壳聚糖的化学性质24天然高分子生物医学材料论述壳聚糖呈白色或灰白色，略有珍珠光泽，半透明无定形固体，约在 由于甲壳质含有羟基，壳聚糖同时含有羟基和氨基，二者可以通过酚化、羧基化、羟基化、氰化、醚化、烷化、酯化、醛亚胺化、叠氮化、成盐、螫合

12、、水解、氧化、卤化、接枝与交联等反应生成各种不同结构和不同性能的衍生物。25天然高分子生物医学材料论述 由于甲壳质含有羟基，壳聚糖同时含有羟基和氨基，二甲壳素和壳聚糖的制备目前工业上生产甲壳素的主要原料是虾蟹壳。甲壳素和壳聚糖的制备方法比较简单，工艺已很成熟。分析表明，虾壳和蟹壳的主要成分是碳酸钙、蛋白质、甲壳素以及少量色素，因此，甲壳素的提取过程也就是甲壳质与无机盐和粗蛋白分离的过程。26天然高分子生物医学材料论述甲壳素和壳聚糖的制备目前工业上生产甲壳素的主要原料是虾蟹壳。 1.酸脱钙：通常取粉碎的干蟹壳用质量分数为510的稀盐酸浸泡 24h，盐酸溶液以浸没蟹壳为准，用清水洗涤数次，抽滤完成

13、脱钙。 2.碱脱蛋白：再用质量分数为610氢氧化钠溶液浸没除钙，然后将蟹壳用水浴加热至沸腾并保温lh 左右，抽滤，滤渣用清水洗涤至中性，这一步主要是脱蛋白过程。 3.脱色过程：可在紫外线作用下完成或用质量分数为 0.6的高锰酸钾浸泡1020 h，过滤，用清水洗至中性，然后用质量分数 0.6的亚硫酸氢钠漂白1020 h，过滤用清水洗涤至中性，干燥即可得到甲壳质。27天然高分子生物医学材料论述 1.酸脱钙：通常取粉碎的干蟹壳用质量分数为510 甲壳素和壳聚糖的制备方法比较简单，工艺已很成熟。采用虾或蟹壳，经清洗后浸酸脱钙，再用碱液脱除蛋白即得到甲壳素。如继续以浓碱去乙酰基则得到壳聚糖。壳聚糖的脱乙

14、酰化度和分子量是其两项重要参数。28天然高分子生物医学材料论述 甲壳素和壳聚糖的制备方法比较简单，工艺已很成熟。 另外不同原料（蟹虾壳、海蟹壳、对虾壳、河虾壳和蚕蛹）用同一方法在相同条件下制备壳聚糖，收率分别为 13.6%、12.3%、10.5%、8.70%、l.8%，可见螫虾壳和海蟹壳是首选原料。此外，还可用酶法、微波法制备壳聚糖。29天然高分子生物医学材料论述 另外不同原料（蟹虾壳、海蟹壳、对虾壳、河虾壳和蚕蛹）用目前甲壳低聚糖的主要制备方法是化学法、糖转移法和酶解法。化学法主要有：氟化氢降解法、酸水解法、氧化法；酶降解法有：专一性酶降解法和非专一性酶降解法。目前大多数采用化学法提取甲壳低

15、聚糖，但此法单糖含量高低聚糖收率低，分离过程复杂，并且环境污染严重，而酶降解法工艺简单，环境污染小，并可以控制聚合度。30天然高分子生物医学材料论述目前甲壳低聚糖的主要制备方法是化学法、糖转移法和酶解法。30甲壳素一般来源于甲壳类动物，因而发现其有明显的氨基酸含量，即使经过碱处理仍然有大约 0.的氨基酸存在。但经过严格脱乙酰的处理后，由于氨基酸的可溶性，一般在壳聚糖中就不再含氨基酸，即使有也极其微量。壳聚糖的金属离子含量正在引起人们的逐渐重视，因为过高的金属对于制作医用品（例如血液透析膜）是不适宜的。31天然高分子生物医学材料论述甲壳素一般来源于甲壳类动物，因而发现其有明显的氨基酸 甲壳素在人

16、体的代谢途径有二： 一是在溶菌酶的作用下首先分解成低聚糖，然后经一系列化学反应，一部分以二氧化碳的形式由呼吸道排出体外，另一部分则以糖蛋白的形式为人体吸收利用。代谢途径32天然高分子生物医学材料论述 甲壳素在人体的代谢途径有二：代谢途径32天然高甲壳质和壳聚糖的应用壳聚糖是天然生物多糖甲壳质的脱乙酰基衍生物，其存在自由氨基，具有十分活泼的物理化学性质，由于壳聚糖具有无毒副作用、良好的生物相容性、可控的生物降解性、无抗原性等特性。因为氨基性质活泼，可用很多基团和化学物质进行修饰或连上一些促进细胞生长的细胞因子和激素等物质，因此壳聚糖及壳聚糖膜在生物医学、组织工程、药物缓释、细胞及酶的固定化等许多

17、方面有着十分广泛的应用。33天然高分子生物医学材料论述甲壳质和壳聚糖的应用壳聚糖是天然生物多糖甲壳质的脱乙酰基衍生尤其是近几年壳聚糖作为可降解的生物材料在组织工程研究中己引起人们的重视。此外壳聚糖在骨，肌腱、神经、皮肤和血营修复的研究中都表现出良好的应用前景。34天然高分子生物医学材料论述尤其是近几年壳聚糖作为可降解的生物材料在组织工程研究中己引起1 医用纤维和膜材料用甲壳质、壳聚糖纤维制成的手术缝合线己应用于临床。与传统的羊肠线相比，用壳聚糖制成的吸收型外科手术缝合线材料柔软，易打结，机械强度高，易被机体吸收，同时不改变皮肤胶原蛋白中羟脯氨酸含量，无炎症反应，还可用常规方法消毒，增加伤口的抗

18、张强度，加速伤口愈合。35天然高分子生物医学材料论述1 医用纤维和膜材料用甲壳质、壳聚糖纤维制成的手术缝合线己应 甲壳素缝线的力学性质良好，能很好地满足临床实践要求。在手术伤口愈合过程中，甲壳素缝线在体内的抗张强度逐渐下降。动物实验表明，埋植于家兔背部肌肉内天，其强度下降到原来的，天后下降至，但在体内完全溶解的期限却比缝线长，大致需要个月。36天然高分子生物医学材料论述 甲壳素缝线的力学性质良好，能很好地满足临床实践要求。 甲壳素缝线已经具备了可吸收性缝线的基本要求，具有以下特点：柔软性好，便于结扎；具有创伤治愈效果，伤口修复快，创口平整漂亮；可在体内生物分解，分解产物安全无毒；对胰液、胆汁等

19、碱性消化液耐受性高。 37天然高分子生物医学材料论述 甲壳素缝线已经具备了可吸收性缝线的基本要求，具有以用壳聚糖制成的医用纤维膜具有均匀、透明、手感好、柔软、良好的透气性、吸水性和杀菌性等优点。中国纺织大学己成功地将壳聚糖无纺布、壳聚糖流涎膜、壳聚糖涂层纱布等多种医用敷料用于临床；其中用壳聚糖醋酸溶液制成的壳聚糖无纺布，透气透水性能极佳，用于大面积的烧、烫伤，能吸收组织渗出液，防止感染，效果很好。38天然高分子生物医学材料论述用壳聚糖制成的医用纤维膜具有均匀、透明、手感好、柔软、良好的以甲壳质、壳聚糖为主要原料制成的人工皮肤已应用于临床，青岛海洋大学亦成功研制出新型敷料一人造皮肤，该敷料在治疗

20、过程中对创伤无刺激、无过敏、无毒性反应，且比常规疗法的愈合速度快得多，是一种很好的治创伤敷料。39天然高分子生物医学材料论述以甲壳质、壳聚糖为主要原料制成的人工皮肤已应用于临床，青岛海2 凝血作用包扎用纱布经甲壳质粉末或壳聚糖溶液处理后包扎伤口就立即止血，并有消炎作用，伤口愈合速度提高75，伤口长好后纱布不粘连，甚至不留痕迹。用壳聚糖制成止血海绵，能够立即止血，临床效果非常好。40天然高分子生物医学材料论述2 凝血作用包扎用纱布经甲壳质粉末或壳聚糖溶液处理后包扎伤口3 抗肿瘤作用甲壳素、壳聚糖及其衍生物的抑癌作用已被许多实验所证实。但关于甲壳质及其衍生物抑制癌细胞转移的机理，还没有完全清楚。据

21、推测，甲壳质及其衍生物的癌细胞转移抑制机制并非基于免疫细胞的活化或是诱导出杀肿瘤活性，而是甲壳质及其衍生物能和血管内皮表面粘附分子相结合，封锁癌细胞对血管内皮的粘附和运动。甲壳质、壳聚糖及其衍生物能够阻碍癌症转移过程中各阶段转移性癌细胞与宿主间的相互关系，也就是说抑制接著性，移动性与渗透性等癌细胞机能，使得癌细胞无法顺利转移。41天然高分子生物医学材料论述3 抗肿瘤作用甲壳素、壳聚糖及其衍生物的抑癌作用已被许多实验 甲壳质、壳聚糖及其衍生物的免疫功能已被国际所公认。壳聚糖能有效地增加巨噬细胞的吞噬功能和水解酶的活性，通过增强机体非特异性免疫系统的功能而抑制肿瘤生长。巨噬细胞激活后，除了本身的吞

22、噬杀灭肿瘤细胞等功能增强外，又能分泌多种免疫因子调节其他细胞免疫与体液免疫。此外，壳聚糖还可显著促进脾脏细胞生成抗体的能力。4 增强免疫42天然高分子生物医学材料论述 甲壳质、壳聚糖及其衍生物的免疫功能已被国际所公认。45 降低脂肪和胆固醇心、脑血管疾病，主要诱因是过量的胆固醇及其脂质在血管内壁沉积引起动脉硬化，而且血管变狭窄，血液流动不通畅或者是毛细血管壁变脆导致破裂而造成出血。为防止心、脑血管病的发生，必须调节体内胆固醇的含量。调节的途径有三条：减少吸收量；改变合成速度；加强降解和排泄。壳聚糖是聚阳离子很容易与胆汁结合并全部排除体外，大大降低了胆固醇酶的催化活性，阻碍了胆固醇的转化吸收。同

23、时壳聚糖能聚集在带负电荷的脂肪周围，形成屏障阻碍脂肪消化酶的活化从而阻碍了脂肪的消化吸收。43天然高分子生物医学材料论述5 降低脂肪和胆固醇心、脑血管疾病，主要诱因是过量的胆固醇及 利用壳聚糖作为被膜材料制造微胶囊进行细胞培养和人工生物器官，是其重要的应用方面，借助于壳聚糖聚阳离子特性与海藻酸钠、羧甲基纤维素等带负电性的高分子聚阴离子反应，可制备不同形状的微胶囊，使高浓度细胞的培养成为可能。多孔质的甲壳素海绵在口腔外科领域用作拔牙创伤、囊摘除、齿科切除部的保护材料，不仅可促进创伤的愈合也容易脱除，对细菌的增殖也有一定的抑制。44天然高分子生物医学材料论述 利用壳聚糖作为被膜材料制造微胶囊进行细

24、胞培养和壳聚糖能够形成一种坚硬的、吸水性的生物相容性膜，其吸水性较强，平衡吸水量可达（），壳聚糖膜还具有较好的透氧性，壳聚糖可用作眼科敷料，在动物实验中发现壳聚糖与动物的眼膜相容性良好，而且能够生成较多的成胶原和成纤细胞，有利于眼疾治疗。45天然高分子生物医学材料论述壳聚糖能够形成一种坚硬的、吸水性的生物相容性膜，其吸水性较强海藻酸海藻酸(Alginate)是存在于褐藻类中的天然高分子，是从褐藻或细菌中提取出的天然多糖，类似于细胞外基质中的糖胺聚糖GAGs，无亚急性/慢性毒性或致癌性反应，可作为食用的食品添加剂，也可作为支架材料用于医学用途，具备良好的生物相容性。海藻酸很容易与一些二价阳离子结

25、合，形成凝胶。而且，其温和的溶胶凝胶过程、良好的生物相容性使海藻酸适于作为释放或包埋药物、蛋白与细胞的微胶囊。当其6位上的羧基与钠离子结合，就构成了海藻酸钠盐(Sodium Alginate)。 46天然高分子生物医学材料论述海藻酸海藻酸(Alginate)是存在于褐藻类中的天然高分子自八十年代以来，褐藻酸钠在食品应用方面得到新的拓展。褐藻酸钠不仅是一种安全的食品添加剂，而且可作为仿生食品或疗效食品的基材，由于它实际上是一种天然纤维素，可减缓脂肪糖和胆盐的吸收，具有降低血清胆固醇、血中甘油三酯和血糖的作用，可预防高血压、糖尿病、肥胖症等现代病。它在肠道中能抑制有害金属如锶、镉、铅等在体内的积累

26、，正是因为褐藻酸钠这些重要作用，在国内外已日益被人们所重视。日本人把富含有褐藻酸钠的食品称为“长寿食品”，美国人则称其为“奇妙的食品添加剂”。 47天然高分子生物医学材料论述自八十年代以来，褐藻酸钠在食品应用方面得到新的拓展。褐藻酸钠海藻酸钠基本性质(1)海藻酸钠是无臭、无味、淡 黄色不定形粉末；(2)海藻酸钠易溶于水，糊化性能良好，加入温水使之膨化。吸湿性强，持水性能好，不溶于有机溶剂；(3)海藻酸钠的稳定性以pH 值6-11 较好。pH 值低于6 时析出海藻酸，不溶于水；pH 值高于11 时又要凝胶，粘度在pH 值7 时最大，但随温度的升高而显著下降。48天然高分子生物医学材料论述海藻酸钠

27、基本性质(1)海藻酸钠是无臭、无味、淡48天然高分子(4)海藻酸钠不耐强酸，强碱及某些重金属离子，因为它们会使海藻酸凝成块状，但碱金属(钠、钾)并不会使海藻酸钠浆发生凝冻。(5)海藻酸钠水溶液遇酸析出海藻酸凝胶。遇钙、铁、铅等二价以上的金属离子立即凝团成这些金属的盐类，不溶于水而析出。(6)海藻酸钠低热无毒。49天然高分子生物医学材料论述(4)海藻酸钠不耐强酸，强碱及某些重金属离子，因为它们会使海海藻酸应用海藻酸是从海带中提取的一种多聚糖醛酸，多用于医药工业，作为防肥胖剂和治疗胃病的新型药剂有较大医用价值，同时，也是生产藻酸丙二醇酯、藻酸三乙胺、藻酸双酯钠（ PSS ）等的重要原料。海藻酸钾是

28、一种从海带中提取的天然多糖碳水化合物，具有降低血脂肪、血糖、胆固醇等功效，目前主要用于制药及保健食品。同时，海藻酸钾还是一种良好的牙科印模料及面膜塑形剂，已逐渐应用于化妆品行业。 海藻酸钠具有良好的血液相容性及在体内可以降解除去等特点，是靶向给药很好的载体材料。 50天然高分子生物医学材料论述海藻酸应用海藻酸是从海带中提取的一种多聚糖醛酸，多用于医药工天然蛋白质材料蛋白质广泛存在于动物和植物体中，也是人们最早使用的生物物材料之一。作为医学材料应用，主要是结构蛋白，弹性硬蛋白等。由于胶原来源广泛，特别是其抗原性低而被广泛应用于医学，纤维蛋白原具有特殊的生理功能，如止血、可降解性等亦早为人们所应用

29、故对其作一简单慨述。51天然高分子生物医学材料论述天然蛋白质材料蛋白质广泛存在于动物和植物体中，也是人们最早使天然蛋白质材料纤维蛋白 是纤维蛋白原在生理条件下凝固而成的一种材料。 纤维蛋白可用不同方法进行化学改性，其中包括放射性碘化法、与合成高分子进行接枝和在纤维蛋白上进行酶的固定等。 纤维蛋白主要来源于血浆蛋白，因此具有明显的血液和组织相容性，无毒副作用和其他不良影响。作为止血剂、创伤愈合剂和可降解生物材料在临床上已经应用很久；它的主要生理功能为止血，另外还可明显促进创伤的愈合；还可作为一种骨架，促进细胞的生长；并具有一定的杀菌作用。 52天然高分子生物医学材料论述天然蛋白质材料纤维蛋白 是

30、纤维蛋白原在生理条件下凝固而成纤维蛋白在临床上应用形式：纤维蛋白原的就地凝固，用于眼科手术的组织粘合剂，肺切除后胸腔填充物和外科手术中的止血纤维蛋白粉末，用作止血剂，可以与抗菌素共用，用作充填慢性骨炎和骨髓炎手术后的骨缺损纤维蛋白海绵，用作止血剂、扁平瘢的治疗和唾液腺外科手术后的填充物。53天然高分子生物医学材料论述纤维蛋白在临床上应用形式：纤维蛋白原的就地凝固，用于眼科手术组织代用品，商品名Bioplast，主要用于关节成型术、视网膜脱离、眼外科治疗、肝脏止血及疝气修复等纤维蛋白薄膜，用于神经外科：替代硬脑膜和保护末梢神经缝线；用于烧伤治疗：消除颌面窦和口腔间的穿孔。54天然高分子生物医学材

31、料论述组织代用品，商品名Bioplast，主要用于关节成型术、视网胶原蛋白现在胶原蛋白正慢慢进入美容护肤领域. 胶原蛋白是人体组织结构的主要成分之一，也是人体内含量最多的一种蛋白质，约占人体蛋白质总量的25-33%，相当于人体体重的6%，它遍及全身的各个组织器官，如：皮肤、骨骼、软骨、韧带、角膜、各种内膜、筋膜等，是维持皮肤与组织器官形态、结构的主要成分，也是修复各损伤组织的重要原料物质。 55天然高分子生物医学材料论述胶原蛋白现在胶原蛋白正慢慢进入美容护肤领域. 胶原蛋白是人体56天然高分子生物医学材料论述56天然高分子生物医学材料论述胶原是一类研究较深入的结构蛋白，在动物组织和器官的构成中

32、起着重要的作用。由于其来源广泛，并具有生物可降解性、生物相容性和低免疫原性，己广泛应用于药物载体系统和人造血管、瓣膜等组织工程领域。57天然高分子生物医学材料论述胶原是一类研究较深入的结构蛋白，在动物组织和器官的构成中起着胶原可应用于医药领域的另一个主要原因在于它经过自聚和交联，可形成具有一定强度和稳定性的结构，用弱酸水提取后可制成多种形式的药物载体系统。胶原的吸收和活性物质的释放受所用的交联剂种类和数量的影响。胶原释放系统主要包括眼科用的胶原罩、烧伤和创伤用胶原海绵，用于基因释放的微球、与脂质体结合形成的用于药物释放的复合物以及透皮释放的控制材料等。58天然高分子生物医学材料论述胶原可应用于

33、医药领域的另一个主要原因在于它经过自聚和交联，可胶原的特点胶原有特定的分子结构、大小和氨基酸序列，由3 条多肽链通过氢键扭曲而成。由肽链变化，它们又可分为十几个类型。鉴于三股肽链的结构差别，己发现至少有 19 种类型的胶原，分别位于肌腱、血管、角膜、软骨等不同的机体部位，如型胶原主要存在于皮肤、肌腱组织，型胶原主要存在于软骨组织。其中型胶原含量最高，药物载体材料的应用也就基于这类胶原。59天然高分子生物医学材料论述胶原的特点胶原有特定的分子结构、大小和氨基酸序列，由3 条多在机体内，胶原具有结构蛋白的功能，可抵抗中性蛋白酶的分解作用。但特异性的胶原酶可在距N 端约四分之一的位置断裂其自然螺旋结

34、构。不同类型的胶原对胶原酶的分解作用有不同的敏感性。在三股螺旋结构破裂后，胶原分子可由明胶酶和非专一性蛋白酶进一步分解成小肽和氨基酸。在体外，胶原纤维的分解可通过与组织蛋白酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶一起孵育来进行，这种方法可用于提取可溶性胶原。60天然高分子生物医学材料论述在机体内，胶原具有结构蛋白的功能，可抵抗中性蛋白酶的分解作用胶原的制备技术胶原的制备技术历史较长，方法多样。胶原是由3 条多肽链组成的大分子。分子之间通过共价键搭桥交联，形成稳定的三维网状结构，水中溶解度低。有部分未能共价交联或者在体内未成熟的胶原可用中性盐或稀醋酸溶液提取而溶解出来，此部分称为可溶性胶原，又称作酸溶性胶原。而大

35、部分胶原都是以胶原纤维形式存在，彼此又互相交叉而成网状，成为难溶性胶原。对于难溶性胶原可先用胃蛋白酶消化水解去末端(非螺旋型区域)肽后再用稀醋酸溶液提取。故难溶性胶原又称作胃蛋白酶促溶性胶原。胶原的提制方法主要有以下几种：61天然高分子生物医学材料论述胶原的制备技术胶原的制备技术历史较长，方法多样。胶原是由3 1 可溶性及酶水解性胶原的制备以动物皮、鳞、骨等结缔组织为原料，经酸、碱预处理后、先用醋酸提取，可制得酸溶性胶原，然后用胃蛋白酶消化，可制得酶促溶性胶原。胶原粗品经反复透析、离心等纯化处理后，经冷冻干燥可制得酸溶性和酶促溶性制品。62天然高分子生物医学材料论述1 可溶性及酶水解性胶原的制

36、备以动物皮、鳞、骨等结缔组织为原2 人胶原制备近年来随生物技术的发展采用基因重组技术生产人胶原的方法已经形成。美国胶原公司利用特定乳腺表达系统，成功实现从转基因动物奶汁中提取人胶原，并申请了美国和国际专利(PCT，9416570)。将特定乳腺表达系统微量注射到受精卵母细胞后，移植到哺乳动物母体，使其怀胎足月，得到能产生含重组人胶原奶汁的哺乳动物。这种方式产生的人胶原是不含其他类型胶原杂质的弹性胶原。63天然高分子生物医学材料论述2 人胶原制备近年来随生物技术的发展采用基因重组技术生产人胶原的应用胶原作为生物材料具备以下优点： 来源丰富，易于提取纯化；非抗原性；可生物降解和生物重吸收；非毒性和生

37、物相容性良好；与生物活性成分具有协同性；有较高的可伸缩性和一定可挤压性，具有生物可塑性；促进凝血，有止血作用；可制备成许多不同的形式；通过交联可调节生物降解性；利用其不同官能团，可定向生产所需材料；与合成聚合物有相容性。64天然高分子生物医学材料论述胶原的应用胶原作为生物材料具备以下优点：64天然高分子生物医其缺点是：纯化1 型胶原费用较高；分离出的胶原有可变性，例如交联密度、纤维大小、微量杂质含量等；其亲水性导致其可易于溶胀和较快速的释放；与水解相比较，酶解速率具有可变性；操作复杂；可能产生副作用，例如牛海绵脑（BSF）和矿化作用。65天然高分子生物医学材料论述其缺点是：纯化1 型胶原费用较

38、高；分离出的胶原有可变性，例如1.药物胶原释放系统在制备以胶原为载体的药物释放系统中需加入交联剂，例如戊二醛、碳二亚胺、酚基叠氮化物等，以便增加强度、减慢分解，从而延长药物释放时间。以胶原为基质的系统可制备成膜剂、片剂、海绵、微粒及注射剂等剂型，用于不同的给药部位和疾病治疗。66天然高分子生物医学材料论述1.药物胶原释放系统在制备以胶原为载体的药物释放系统中需加入（1）胶原罩（collagen shields）胶原罩是一种具有眼球形状的膜，用于角膜药物释放。一般可将胶原罩浸泡到药液中5-10min，制得载药系统，胶原起着药库的作用。将胶原罩放入眼中，在泪水冲洗作用下缓慢溶解，产生一层生物相容的

39、胶原溶液。它可润滑眼表面，减少眼睑与角膜间的摩擦，增加药物与角膜的接触时间，促进上皮愈合。该系统可使药物作用时间维持24-48h，并可获得较高的角膜药物浓度。67天然高分子生物医学材料论述（1）胶原罩（collagen shields）胶原罩是一种胶原罩所载的药物常是水溶性抗生素，如庆大霉素、妥布霉素、乙基西梭霉素等。胶原罩作为局部治疗的药物载体可让氧气自由透过，维持角膜正常的代谢过程。用胶原作基质处理的角膜创伤部位，水肿产生较少，表皮愈合速度和完整情况比用其它普通处方好。这可能是因为其可防止角膜细胞与创伤处接触，减少角膜细胞炎症反应的缘故。用胶原作为药物载体的不足之处是胶原罩不完全透明，会降

40、低视力，产生不适。另外，它在眼中能保留的时间也不太长。68天然高分子生物医学材料论述胶原罩所载的药物常是水溶性抗生素，如庆大霉素、妥布霉素、乙基（2）胶原膜将胶原溶液倾倒在平板上，经空气干燥即可得到胶原膜。膜厚一般为0.01-0.5mm。载药胶原膜常用于治疗局部组织感染及促进骨骼生长等用途。将载有四环素的胶原埋植于牙周，抗菌活性可维持10d，在4-7 周内牙周疾病的发生率明显降低。这可归因于四环素的抗菌活性和对胶原酶水解的抑制作用。在用胶原膜作为基因药物的载体研究中，将重组人成骨蛋白-2 胶原系统埋植于骨上，可产生骨诱导作用，促进骨的形成。69天然高分子生物医学材料论述（2）胶原膜将胶原溶液倾

41、倒在平板上，经空气干燥即可得到胶原膜（3）胶原海绵将胶原水溶液经冷冻干燥可制得胶原海绵。所用的胶原浓度一般为0.1%5%，可通过其浓度来控制冻干胶原海绵的多孔结构。可通过加入交联剂、强性蛋白、纤维结合素或氨基多糖来增加胶原海绵的弹性。由于胶原海绵可吸收大量的组织渗出液，平稳地附着在湿的创面上并维持一定湿度，防止机械伤害和二次细菌感染，因此对治疗重度烧伤特别有效，可作为各种类型创伤敷料，如褥疮、腿部溃疡。70天然高分子生物医学材料论述（3）胶原海绵将胶原水溶液经冷冻干燥可制得胶原海绵。所用的胶胶原海绵适于短期释放抗生素（3-7d）。将载有庆大霉素的胶原海绵埋植到腹部腐烂处，可减少局部感染，在局部

42、获得较高的庆大霉素浓度，而血清中药物浓度很低。胶原海绵可在几天后被完全吸收，且不会出现任何副作用。胶原海绵也可用于释放重组人成骨蛋白-2 以促进骨形成。重组人成骨蛋白-2 与可溶性胶原的结合主要受交联度、pH 值和胶原质量等海绵特性的影响。71天然高分子生物医学材料论述胶原海绵适于短期释放抗生素（3-7d）。将载有庆大霉素的胶原（4）胶原微粒和微柱将胶原载体制备成微粒和微柱可简化埋植过程，这类药物系统可通过注射方法埋植于体内。胶原微粒的制备过程包括将胶原溶液分散液体石蜡或油中，乳化后经戊二醛交联即可制得3-40m 的微粒。再将胶原微粒浸泡到药液中吸附药物，即得载药微粒。胶粒对维生素A、维甲酸、

43、丁卡因、利多卡因、氢化可的松、泼尼松龙等亲脂性药物的载量可达10%。72天然高分子生物医学材料论述（4）胶原微粒和微柱将胶原载体制备成微粒和微柱可简化埋植过程将胶原制成长 1cm 和直径1mm 的微柱是种可注射植入的药物释放系统，这种系统己用于释放大分子，如干扰素、血浆蛋白及DNA 等。胶原作为生物材料，具有生物相容性好、免疫原性较低、在生理条件下可分解、可促进细胞生长和修复创伤等优点，在眼部药物释放、治疗癌症的注射微粒、释放抗生素的海绵和释放蛋白药物的微柱等方面己有成功的应用。通常，药物胶原载体系统的建立是通过胶原对药物的吸附作用来实现的。73天然高分子生物医学材料论述将胶原制成长 1cm

44、和直径1mm 的微柱是种可注射植入的胶原作为骨修复材料的应用骨组织具有再生能力，但是新骨组织的形成必须满足三个条件：存在骨形成的前体细胞；有允许骨形成的环境和充足的营养；必须有成骨细胞附着的基底。成人骨髓中含有干细胞(即间充质细胞)，它们能进一步分化成成骨细胞。在骨髓腔面、骨小梁表面、中央管、穿通管的内衬、骨膜最内层毛细血管等外周等处分布有骨原细胞。74天然高分子生物医学材料论述胶原作为骨修复材料的应用骨组织具有再生能力，但是新骨组织的形胶原材料植入体内后降解，释放大量的氨基酸于周围环境中，在胶原材料表面形成氨基酸库，为骨形成提供充足的营养成分。成骨细胞从周围环境中摄取所需的氨基酸，合成并分泌

45、胶原纤维及有机基质，合成的胶原纤维作为模板，在富含Ca、P 的环境中发生类骨质的钙化，成骨细胞包埋其中成为骨细胞，形成骨组织。75天然高分子生物医学材料论述胶原材料植入体内后降解，释放大量的氨基酸于周围环境中，在胶原（1） 引导性骨再生材料引导性骨再生的过程实际上是应用膜技术，为骨折修复的“诱导成骨”和“传导成骨”造成良好环境来完成骨再生修复的过程。目前，大量实验研究及临床应用己证明，应用引导性骨再生的方法，可以修复颅骨、面骨、上下颅骨的骨缺损。76天然高分子生物医学材料论述（1） 引导性骨再生材料76天然高分子生物医学材料论述胡晓波等报道，在引导性骨再生、促进骨缺损愈合的实验中，胶原膜所起的

46、作用可有效地阻止周围生长较快的纤维结缔组织长入骨折部位，而给生长较慢的成骨组织提供细胞分化、增殖的空间。该膜具有良好的诱导成骨作用的原因可能是：胶原可能更易作骨形态发生蛋白(BMP)的载体，参与BMP 诱导成骨，胶原膜的网状结构更易于牢牢吸附BMP，使其在局部发挥更持久的生物活性，BMP 结合在膜的表面，与其他载体相比，使BMP 更易与周围的间充质细胞接触，从而诱导其发生转化77天然高分子生物医学材料论述胡晓波等报道，在引导性骨再生、促进骨缺损愈合的实验中，胶原膜（2）骨组织工程的基质材料胶原蛋白是生物机体结缔组织的主要成分，是人体蛋白质中含量最为丰富的蛋白质。用适当的提取方法从动物机体组织提

47、取的胶原蛋白，去除其抗原性所在端肽后，可加工成具有良好生物相容性的生物材料。78天然高分子生物医学材料论述（2）骨组织工程的基质材料78天然高分子生物医学材料论述Kimura 等在1984 年首先发现，在胶原凝胶中培养软骨细胞能很好维持软骨细胞的表型。1989 年Wkitanis报道用包埋与胶原凝胶中的软骨组织进行修复兔关节软骨的研究，获得理想的结果。人体骨骼的主要功能是支持、承重、力的传导、保护内脏器官等，因此要求组织工程研究的支架材料应具有一定的抗压、抗张及抗扭转能力，既要有一定的强度，又要有一定的韧性。79天然高分子生物医学材料论述Kimura 等在1984 年首先发现，在胶原凝胶中培养

48、软骨Maxian 将5HA，10%PLCA 与I 型胶原复合形成的新型支架材料，改善了力学性能，具有诱导骨再生的能力。胶原材料作为组织工程支架，可以促进细胞合成胶原基质。这可能是因为胶原作为组织工程支架材料，类似于天然的细胞基质，通过一个调节反馈控制机制促进细胞的胶原合成。80天然高分子生物医学材料论述Maxian 将5HA，10%PLCA 与I 型胶原复合形（3）骨生长因子的载体材料新近的研究表明，生长因子通过刺激成骨细胞的增殖及其活性，调节局部骨生成作用。在众多的骨生长因子中，BMP 最受注目。BMP 具有酸性扩散性，能够诱导血管周围末分化的间充质细胞向骨、软骨发生可逆的分化。但直接将BM

49、P植入体内，会被血液冲走，若仅用BMP 修复骨折而没有骨架材料，BMP 不易固着。许多学者考虑到如将BMP 固定到材料表面，制成BMP载体植入系统，使BMP 缓慢释放，不断作用于周围靶细胞，可诱导更多的新骨形成。81天然高分子生物医学材料论述（3）骨生长因子的载体材料81天然高分子生物医学材料论述（3）HA 的粘接材料胶原蛋白具有良好的粘接性，临床上可将其作为粘合剂与其它生物材料如羟基磷灰石(HA)结合应用。此复合材料既克服了单纯胶原抗压强度不足的缺点，又弥补了HA 颗粒间无粘接力而不易成型、易溢出弥散的不足，在动物试验和临床应用中都显示了优越性。动物试验表明，在修复骨缺损时，此混合物易成型、

50、易操作，植入时HA 颗粒无弥散，在有新骨、结缔组织长入和与宿主组织结合时不变形，且与宿主组织结合快，从而固位好。82天然高分子生物医学材料论述（3）HA 的粘接材料82天然高分子生物医学材料论述在颌面外科，HA 常用于牙龈萎缩或无牙槽患者的修复，以增高、扩大牙槽。HA 单用时，因其颗粒间无粘着力，操作因难，不易成形，术后在功能压力下常有变形，HA 颗粒溢出，创口破裂，使托牙的固位和稳定性受到影响，用胶原作HA 粘接剂后避免了上述不足，可达满意效果。83天然高分子生物医学材料论述83天然高分子生物医学材料论述透明质酸透明质酸（Hyaluronic Acid，以下称HA）是一种独特的线性大分子粘多

51、糖，由葡萄糖醛酸和N-乙酰氨基葡萄糖的双糖单位反复交替连接而成，（C14H21NO11）n；依据组织来源不同，分子量变化于105-107 之间。HA 广泛分布于动物和人体结缔组织细胞外基质中，在眼玻璃体、脐带、皮肤、软骨和滑液中含量较高，血清中含量最低，与其它天然粘多糖不同，HA 分子内不含硫酸基团，也不与蛋白质共价结合，能以自由链形式在体内游离存在。84天然高分子生物医学材料论述透明质酸透明质酸（Hyaluronic Acid，以下称HA早期研究认为HA 仅是一种细胞空间填充物，未能引起人们重视，但在过去的10 年里，随着对HA 结构、性能、生物功能认识的深入，HA 己成为细胞生物、病理、免

52、疫学等领域的研究热点。HA 因其高度的粘弹性、可塑性、渗透性和良好的生物相容性，作为一种可吸收、可降解的生物材料，己广泛应用于临床医学和高级化妆品生产。85天然高分子生物医学材料论述早期研究认为HA 仅是一种细胞空间填充物，未能引起人们重视，HA 的物理化学特性HA 具有许多天然粘多糖共有的性质：呈白色，为无定形固体，无臭无味，有强吸湿性，溶于水，不溶于有机溶剂。但较其它粘多糖而言，HA 有其独特的性质，兼具高分子量和大分子体积的特性，由于直链轴上基团之间的氢键作用，HA 分子在空间上呈刚性的双螺旋柱型，在水溶液中HA 分子链上相邻NH 和COO-残基之间的“水桥“作用，进一步加强其刚性；86

53、天然高分子生物医学材料论述HA 的物理化学特性HA 具有许多天然粘多糖共有的性质：呈白天然高分子生物医学材料论述培训课件透明质酸在医学上的应用HA 具有许多重要的物理特性如高度粘弹性、可塑性、渗透性、独特的流变学特性以及良好的生物相容性，是一种临床上用途十分广泛的生物医学材料。它的临床用途主要表现在一大方面：88天然高分子生物医学材料论述透明质酸在医学上的应用HA 具有许多重要的物理特性如高度粘弹（1）在临床诊断学中的价值。由于在许多疾病的发生、发展以及愈合等过程中，HA 可呈现有规律的变化，尤其是作为一种诊断指标，HA 体现出它独特的价值。临床上曾推荐使用检测HA 的血清水平作为某些疾病的诊

54、断指标。89天然高分子生物医学材料论述（1）在临床诊断学中的价值。89天然高分子生物医学材料论述（2）纯HA 制品的临床使用价值。业己公认HA 凝胶是眼科显微手术中的必备之物，它的应用是当今眼科显微手术中的一大里程碑。现在HA 凝胶己被广泛用于白内障囊内外摘除术、人工晶体植入术、视网膜剥离术和角膜移植术等多种眼科手术。在关节腔内注射HA 作粘弹性生物补充疗法亦己显示出巨大的应用潜力。大量的临床应用结果表明，应用HA 作关节腔内注射治疗骨关节病，不仅克服了以前用激素治疗的副作用，而且近期和远期效果均优于激素，成为治疗骨关节病的首选材料。在各种外科手术中，HA 能有效的预防术后粘连。90天然高分子

55、生物医学材料论述（2）纯HA 制品的临床使用价值。90天然高分子生物医学材料（3）HA 加药物作缓释制剂或诱导靶向。HA 作为一种载体，可将各种药物导向送到各病理部位。让药物定位于作用部位同时缓慢释放，这样可大大增强药物的疗效。目前，正在研究或正在临床验证的己有数十种，期待不久的将来就会投放市场，发挥巨大的作用91天然高分子生物医学材料论述（3）HA 加药物作缓释制剂或诱导靶向。HA 作为一种载体，（4）HA 促进药物透皮能力的功能HA 在皮肤外用药剂中作载体使用时，除了具有缓释药作用外，还可促进药物的透皮能力。由于HA 具有非凡的保湿性能，在皮肤表面形成的水化膜可使角质层水合软化，在令皮肤柔软光滑、细腻娇嫩的同时，也增加了药物分子的透皮能力促进了皮肤对药物的吸收。92天然高分子生物医学材料论述（4）HA 促进药物透皮能力的功能92天然高分子生物医学材料（5）生物涂层HA 也可用作生物涂层、但迄今用HA 作生物涂层并取得满意结果的只有美国一家专业HA 生物涂层公司。其基本原理是：HA 是人体组织与组织，细胞与细胞之间的基质成份，人体许多细胞表面有HA 受体，将HA 涂布于所有的体内植入物表面，再植入体内后，细胞均会有序地生长在植入物表面，且相容性很好。这也是生物涂层的又一个创新。93天然高分子生物医学材料论述（5）生物涂层9