医用高分子材料.ppt

1、医用高分子材料,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个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。因此，可以说，生物界是天然高分子的巨大产地。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。此外，在各种材料中，高分子材料的结构，化学组成和理化性质与生物体最为接近，因此最有可能用作医用材料。,医用高分子材料是一类可对有机体组织进行修复.替代与再生,具有特殊功能作用的合成高分子材料,可以利用聚合的方法进行制备,是生物医用材料的重要组成之一. 由于现代医学约发展对材料的性能提出了复杂、严格、多功能的要求，这对于大

2、多数金属、无机材料是难以满足的。合成高分子材料虽不是万能的、但它们与生物体(天然高分子)有着极其相似的化学结构，因此可以制造出类似化学物理性能的物体，部分或全部取代生物体的有关组织或器官。,金属，无机和合成高分子材料的应用统计,高分子材料的飞速发展为医用材料提供了丰富的物质基础。如今塑料、合成橡胶、合成纤维三大合成材料及其复合物在人体上的应用，已覆盖了体内体外，包括血液系统、呼吸系统、消化系统、循环系统、生殖系统、皮肤、感觉器官、运动系统、泌尿系统、以及神经系统中的末梢神经等各领域。,高分子材料用于医疗领域时,重要的问题在于其是否具有安全性、稳定性和对生物的适应性。 作为医用高分子材料,必须从

3、原料开始,精密细致地加以筛选,并满足以下条件:,(1) 化学性质不活泼,不会因与体液接触而发生变化; (2) 对周围组织不会引起炎症和异物反应; (3) 不会致癌; (4) 不会发生变态反应和过敏反应; (5) 长期埋植在体内,也不会丧失抗拉强度和弹性等物理机械性能; (6) 具有抗血栓性; (7) 能经受必要的消毒措施而不产生变性; (8) 易于加工成所需要的形状。,由于医用高分子材料可以通过组成和结构的控制而使材料具有不同的物理和化学性质,以满足不同的需求,耐生物老化,作为长期植入材料具有良好的生物稳定性和物理!机械性能,易加工成型,原料易得,便于消毒灭菌,因此受到人们普遍关注,已成为生物

4、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,按材料来源分,（1） 医用金属和合金。医用金属和合金，主要用于承力的骨、关节和牙等硬组织的修复和替换。不锈钢、钴基合金、钛及钛合金是目前医用合金的三大支柱，70年代中期，Ni-Ti形状记忆合金进入医用合金，已展示出广阔的应用前景。医用合金还有钽、铌和贵金属等。 （2） 医用高分子生物材料。高分子化合物是构成人体绝大部分组织和器官的物质，医用高分子生物材料包括合成和天然高分子。近来，生物降解高分子材料得到重视。 （3） 医用生物陶瓷。有惰性生物陶瓷和活性生物陶瓷（羟基磷灰石陶瓷、可吸收磷酸三钙陶瓷等） （4） 医用生物复合材料。如羟基

5、磷灰石涂复钛合金，炭纤维或生物活性玻璃纤维增强聚乳酸等高分子材料。 （5） 生物衍生材料。这类材料是将活性的生物体组织，包括自体和异体组织，经处理改性而获得的无活性的生物材料。,按用途分类 手术治疗用高分子材料 缝合线，黏胶剂，止血剂，各种导管，引流管，一次性输血输液器材 药用及药物传递用高分子材料 靶向性高分子载体（肝靶向性，肿瘤靶向性），高分子药物（干扰素，降胆敏），高分子控制释放载体（胶囊，水凝胶，脂质体） 人造器官或组织 人造皮肤，血管，骨，关节，肠道，心脏，肾等,按降解性能分类 可生物降解与不可生物降解材料 1)非降解型医用高分子材料主要是聚氨酯硅橡胶、聚乙烯、聚丙烯酸酯等,广泛用于

6、韧带、肌腱、皮肤、血管、人工脏器、骨和牙齿等人体软硬组织及器官的修复和制造，粘合剂、材料涂层、人工晶体等。其特点是大多数不具有生物活性,与组织不易牢固结合,易导致毒性，过敏性等反应;,2)生物降解型医用高分子材料的主要成分是聚乳酸、聚乙烯醇及改性的天然多糖和蛋白质等,在临床上主要用于暂时执行替换组织和器官的功能,或作药物缓释系统和送达载体，可吸收性外科缝线!创伤敷料等。其特点是易降解,降解产物经代谢排出体外,对组织生长无影响,目前已成为医用高分子材料发展的方向。,可生物降解性指聚合物在生物体内酶，酸碱性环境下或微生物存在的情况下，可以发生分子量下降，生成水，二氧化碳的等对生物体或者环境无毒害的

7、小分子化合物的性能 生物相容性指血液相容性和组织相容性，不发生凝血反应和组织过敏，排斥或刺激反应 生物惰性一种生物材料在特殊应用中和宿主反应起作用的能力，要求植入材料和机体间的相互作用能够永久的被协调。在生物环境下自身不发生有害的物理（渗透，溶解或者吸附）或者化学反应（对酸碱酶稳定）,医用高分子材料的特殊要求 高分子合成材料作为医用材料，除了要有一般材料的机械性能、加工性、耐药品性及电性能之外，还有它严格的要求，尤其是作为人工脏器及药物直接进入人体，更要具备一些特殊条件。同时，高分子材料进人人体后、除了形成对人体的作用和影响之外，人体也会反过来对材料产生作用和影响。,它们之间的关系可表示为：,

8、作为医用高分子材料，必须具各以下三项基本条件： 组织相容性、 耐生物老化性(或可生物降解性) 血液适应性。,组织相容性 所谓组织相容性是指机体组织与外来物的相容程度它包括二方面的含义：一个方面是机体对外来物的反应，另一个方面是外来物对机体的影响。,机体对外来物的反应即排异性，是生物的一种自然保护功能。任何异物，即使是无毒的高分子材料进入机体，也必然会受到排斥，引起程度不同及持续时间不同的反应。决定其最终是否被机体接受的因素，一个是高分子材料自身的化学稳定性，如耐老化性能好的聚甲基丙烯酸甲酯、化学情性的聚四氟乙烯及聚硅酮等都具有良好的应用记录；另一个是高分子材料与机体组织的亲和性，如亲水性的水凝

9、胶、与氨基酸结构近似的聚乳酸等，同机体的反应就相对较小。,组织相容性的另一方面是外来物对机体的影响，它包括是否有毒性是否会与机体发生化学反应，是否会引起炎症、过敏，是否致畸，是否引起癌症等。,此外高分子材料对机体的影响，还与它的外观形态以及体内的存在方式有关。比如使用同种材料，片状的要比粉末状、泡沫状及纤维状更容易发生恶性肿瘤。即使是片状材料，连续放置的片也要比开孔放置的片恶性肿瘤的发生率要高得多。这可能和机体组织细胞的代谢受阻有关。,耐生物老化性或可生物降解性 医用高分于是在人体这一特殊环境中应用的。而小小的人体又远比某一地区的自然地理环境复杂得多。胸腔是碱性的，胃是酸性的，肠又是碱性的；血

10、液通常是微碱性的，有时也会带酸性。血液及体液中含有各种阳离子及阴离子的无机物，还有大量的类脂质、类固醇、蛋白质、生物酶及它们的代谢物等有机物。这些物质都可能对高分子材料产生影响。,作为种需在体内长期存留的高分子材料，耐生物老化性是十分重要的。高分子材料在生物体内与血液、体液接触后的物理、化学性能的下降称为“体内老化”，受下列因素影响： (1)体液引起的聚合物降解、交联或相变； (2)游离基引起的氧化降解； (3)酶所引起的分解作用。 上述因素对聚合物的作用，还与聚合物本身的活性有关。,由于高分子材料接触生物体的部位不同，其耐生物老化性的要求有很大差异，并不是作任何用途的高分子材料都要有很好的耐

11、老化性。相反，在某些场合当高分子材料发挥了相应的效用以后，反倒希望它有生物降解性，能尽快的被机体组织分解吸收或排出。在这种情况下，对材料的唯一要求是在降解过程中不产生有害于机体的副产物。如医用缝合线、医用粘合剂、控释药物载体、人工血红蛋白的胶囊、人工皮肤及人工神经等都需应用这一类可生物降解的高分子材料。,从化学反应的角度看，聚合物降解有如下三种可能： (1)疏水聚合物主链上的不稳定健被水解变成低分子量的水溶性分子； (2)非水溶性的聚合物通过侧链基团的水解、离子化或质子化，变成水溶性聚合物； (3)交联聚合物被水解掉不稳定的交联链而变成可溶于水的线型分子,血液适应性 一般认为，材料表面和血液接

12、触后，首先是蛋白质和脂质吸附在材料表面上，材料分子发生构象上的变化，导致血液中的有关成份发生相互作用。一方面触发以凝固因子活化为起点的内源性凝固反应；另一方面使血小扳、红血球等细胞成分附着于蛋白质表面，被粘附的血小扳发生变形引起凝血反应。红血球变形、破坏产生溶血，同样会发生凝血反应。这些血小扳、红血球等细胞成份交织在一起形成块状血栓。,为了解决高分子材料和血液的适应性，就要抑制上述血栓形成反应的发生。近年来研究成功了以下几种类型的血液相容性材料： 促进伪内膜形成； 抑制血小扳体系的活化； 抑制内因素、凝固体系的活化； 促进血栓溶解等。,有关抗血栓材料的分类有,为二大类： 1、从高分子结构的变化

13、来改变血液适应性 (1)具有微相结构的聚氨酯嵌段共聚物. 由软硬链段交替组成的多嵌段共聚物，软段通常由聚醚、聚丁二烯聚二甲基硅氧烷等组成连续相；硬段包含脲基和氨基甲酸酯，键能很大的氢键使硬段聚集成微区。 (2)具有微相分离结构的亲疏水型嵌段共聚物 (3)具有微相分离结构的接枝共聚物、共混物,2、 用生物化学方法来改善血液适应性 (1)高分子材料表面肝素化 肝素是一种应用很厂的抗凝血材料，关键在于用什么方法把它牢牢的结合在高分子材料的表面。经研究离子型或共价键的结合是有效的方法离子型的结合是使高分子材料的基体表面与肝素进行离子型聚合制成肝素的亲水高分子材料，这样肝素就可以持续的释放出来，起到抗凝血作用。,(2)在高分子材料表面引进其它活性物质 在生物活性物质中除了肝素有阻抗凝血因子激活的作用外，前列腺柔和白蛋白则有阻抗血小扳粘附的功能，而尿激酶则有促进纤维蛋白溶解的性能。如果将它们与高分子材料连接起来，同样具有抗凝血的效果，,(3)伪内膜的形成 高分子材料植入机体必然会产生凝血，阻碍血液的流通，而另一种抗凝血思路恰恰是如何利用初期的凝血层阻止凝血向纵深发展。这也是 种利用生物膜来实现抗凝血的“杂化”材料。 形成伪内膜的先决条件是与血液接触的高分子材料必需具备一定的阻滞和浸润性，使血液能在其表面停留。当血液在其界面上停留时，先浸润渗透织物的空隙井在其上面沉淀纤维蛋白，形成一