1、1,7.2 医用高分子材料,7.2.1 概述一、医用高分子的概念及其发展简史 公元前3500年，埃及人就用棉花纤维、马鬃缝合伤口。墨西哥印地安人用木片修补受伤的颅骨。 1936年发明了有机玻璃后，很快就用于制作假牙和补牙。 1943年，赛璐珞薄膜开始用于血液透析。 1949年，美国第一次介绍了利用PMMA作为人的头盖骨、关节和股骨，利用聚酰胺纤维作为手术缝合线的临床应用情况。,2,50年代，有机硅聚合物被用于医学领域，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。 发现问题：凝血（血栓）、炎症反应、组织病变。 从70年，医用高分子材料快速发展起来。 至80年代以来，基本形成了一个
2、崭新的生物材料产业。,7.2.1 概述,3,二、 医用高分子的分类 日本医用高分子专家将医用高分子分成如下的五大类：（1）与生物体组织不直接接触的材料 如药剂容器、血浆袋、输血输液用具、注射器、化验室用品、手术室用品等。,7.2.1 概述,4,（2）与皮肤、粘膜接触的材料 要求：无毒、无刺激，有一定的机械强度。 应用：手术用手套、诊疗用品（肠、胃、食道窥镜导管和探头）、绷带、橡皮膏等。 人体整容修复材料，例如假肢、假耳、假眼、假鼻等，也都可归入这一类中。,7.2.1 概述,5,（3）与人体组织短期接触的材料 大多用来制造在手术中暂时使用或暂时替代病变器官的人工脏器，如人造血管、人工心脏、人工肺
3、、人工肾脏渗析膜、人造皮肤等。 一般要求有较好的生物体适应性和抗血栓性。,7.2.1 概述,6,（4）长期植入体内的材料 要求：有非常优异的生物体适应性和抗血栓性，并有较高的机械强度和稳定的化学、物理性质。 用这类材料制备的人工脏器包括：人造血管、人工瓣膜、人工气管、人工骨骼、人工关节、手术缝合线、组织粘合剂等。,7.2.1 概述,7,三、 对医用高分子材料的基本要求 （1）化学惰性，不会因与体液接触而发生反应； （2）对人体组织不会引起炎症或异物反应； （3）不会致癌； （4）具有良好的血液相容性（抗血栓）； （5）长期植入体内不会减小机械强度； （6）能经受必要的清洁消毒措施而不产生变性；
4、 （7）易于加工成需要的复杂形状。,7.2.1 概述,8,7.2.1 概述,高分子材料在狗体内的机械稳定性,9,7.2.2 高分子材料的生物相容性 生物相容性：指植入生物体内的材料与肌体之间的适应性。 组织相容性：指材料与人体组织，如骨骼、牙齿、内部器官、肌肉、肌腱、皮肤等的相互适应性， 血液相容性则：是指材料与血液接触是不是会引起凝血、溶血等不良反应。,10,一、 高分子材料的组织相容性1、高分子材料植入对组织反应的影响 高分子材料植入人体后，对组织反应的影响因素包括： （1） 材料本身的结构和性质； （2）材料中可渗出的化学成分、降解或代谢产物等； （3）植入材料的几何形状。,7.2.2
5、高分子材料的生物相容性,11,（1）材料中渗出的化学成分对生物组织反应的影响例如-炎症反应： 影响因素：组织反应的严重程度与渗出物的毒性、浓度、总量、渗出速率和持续期限等密切相关。 聚氨酯和聚氯乙烯，渗出后会引起人体严重的炎症反应。 硅橡胶、聚丙烯、聚四氟乙烯等高分子的毒性渗出物通常较少，植入人体后表现的炎症反应较轻。,12,（2）材料物理形态等因素对组织反应的影响 一般来说，植入体内材料的体积越大、表面越平滑，造成的组织反应越严重。植入材料与生物组织之间的相对运动，也会引发较严重的组织反应。,7.2.2 高分子材料的生物相容性,13,7.2.2 高分子材料的生物相容性,不同形状的材料对产生肿
6、瘤的影响* （%）,* 试验周期为两年,14,2、高分子材料在体内的表面钙化 钙化现象：高分子材料在植入人体内，经过一段时间的使用后，会出现钙化合物在材料表面沉积的现象，即钙化现象，往往是导致高分子材料在人体内应用失效的原因之一。 影响因素：生物因素（如物种、年龄、激素水平等）和材料因素（亲水性、疏水性、表面缺陷）等。,7.2.2 高分子材料的生物相容性,15,3、高分子材料的致癌性 固体致癌性：许多试验动物研究表明，当高分子材料植入鼠体内时，只要植入的材料是固体材料而且面积大于1cm2，无论材料的种类、形状以及材料本身是否具有化学致癌性，均有可能导致癌症的发生。这种现象称为固体致癌性或异物致
7、癌性。,7.2.2 高分子材料的生物相容性,16,二、 高分子材料的血液相容性1、 高分子材料的凝血作用（1）血栓的形成 血液在受到下列因素影响时，都可能发生血栓： 血管壁特性与状态发生变化； 血液的性质发生变化； 血液的流动状态发生变化。,7.2.2 高分子材料的生物相容性,17,凝血系统：促使血小板生成和血液凝固的系统； 抗凝血系统：由肝素、抗凝血酶以及促使纤维蛋白凝胶降解的溶纤酶等组成的系统。,7.2.2 高分子材料的生物相容性,18,（2）影响血小板在材料表面粘附的因素 1) 血小板的粘附与材料表面能有关 实验发现，血小板难粘附于表面能较低的有机硅聚合物，而易粘附于尼龙、玻璃等高能表面
8、上。 因此，有理由认为，低表面能材料具有较好的抗血栓性。,7.2.2 高分子材料的生物相容性,19,7.2.2 高分子材料的生物相容性,材料表面张力与血小板粘附量的关系,* 人血浸渍3分钟； 狗血循环1分钟。,20,2）血小板的粘附与材料表面疏水亲水平衡有关 一个亲水-疏水性调节得较合适的聚合物，往往有足够的吸附力吸附蛋白质，形成一层隋性层，从而减少血小板在其上层的粘附。 例如，甲基丙烯酸羟乙酯与甲基丙烯酸乙酯共聚物比单纯的聚甲基丙烯酸羟乙酯对血液的破坏性要小；甲基丙烯酸乙酯与甲基丙烯酸共聚物也比单纯的聚甲基丙烯酸对血液的破坏性要小。,7.2.2 高分子材料的生物相容性,21,3）血小板的粘附
9、与材料表面的电荷性质有关 人体中正常血管的内壁是带负电荷的，而血小板、血球等的表面也是带负电荷的。因此，对带适当负电荷的材料表面，血小板难于粘附，有利于材料的抗血栓性。,7.2.2 高分子材料的生物相容性,22,4） 血小板的粘附与材料表面的光滑程度有关 由于凝血效应与血液的流动状态有关，因此材料表面的平整度将严重影响材料的抗血栓性。 据研究，材料表面若有3m以上凹凸不平的区域，就会在该区域形成血栓。,7.2.2 高分子材料的生物相容性,23,2、血液相容性高分子材料的制取（1）使材料表面带上负电荷的基团 例如将芝加哥酸引入聚合物表面后，可减少血小板在聚合物表面上的粘附量，抗疑血性提高。,7.
10、2.2 高分子材料的生物相容性,24,（2）高分子材料的表面接枝改性 将具有抗凝血性的天然和化学合成的化合物，如肝素、聚氧化乙烯（聚环氧乙烷，H-(-O-CH2-CH2-)n-OH，分子量为6000）接枝到高分子材料表面上。 通过接枝改性调节高分子材料表面分子结构中的亲水基团与疏水基团的比例，使其达到一个最佳值，也是改善材料血液相容性的有效方法。,7.2.2 高分子材料的生物相容性,25,（3）制备具有微相分离结构的材料 具有微相分离结构的高分子材料对血液相容性有十分重要的作用，而它们基本上是嵌段共聚物和接枝共聚物。 如：聚氨酯嵌段共聚物，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、
11、聚丁二烯、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。,7.2.2 高分子材料的生物相容性,26,（4）高分子材料的肝素化 肝素是一种硫酸多糖类物质（见下式），是最早被认识的天然抗凝血产物之一。 将肝素通过接枝方法固定在高分子材料表面上以提高其抗凝血性，是使材料的抗凝血性改变的重要途径。,7.2.2 高分子材料的生物相容性,27,7.2.3 生物吸收性高分子材料一、生物吸收性高分子材料的设计原理1、生物降解性和生物吸收性 （1）降解：高分子主链的断裂。 酶催化降解高分子：能够通过酶专一性反应降解的高分子； 非酶催化降解高分子：通过与水或体液接触发生水解的高分子。,28
12、,（2）吸收 生物吸收性高分子应当是正常代谢物或其衍生物通过可水解键连接起来。 一般情况下，由CC键形成的聚烯烃材料在体内难以降解。只有某些具有特殊结构的高分子材料才能够被某些酶所降解。,7.2.3 生物吸收性高分子材料,29,2、 生物吸收性高分子材料的分解吸收速度 人体中不同组织不同器官的愈合速度是不同的，例如： 表皮愈合一般需要310天， 膜组织的痊愈要需1530天， 内脏器官的恢复需要12个月， 硬组织如骨骼的痊愈则需要23个月等等。,7.2.3 生物吸收性高分子材料,30,影响吸收速度的因素有： 高分子主链和侧链的化学结构、分子量、凝聚态结构、疏水-亲水平衡、结晶度、表面积、物理形状
13、等。 其中主链结构和聚集态结构对降解吸收速度的影响较大。,7.2.3 生物吸收性高分子材料,31,二、生物吸收性天然高分子材料 已经在临床医学获得应用的生物吸收性天然高分子材料包括蛋白质和多糖两类生物高分子。 特性：在酶的作用下降解，生成的降解产物如氨基酸、糖等化合物，可参与体内代谢，并作为营养物质被肌体吸收。因此这类材料应当是最理想的生物吸收性高分子材料。,7.2.3 生物吸收性高分子材料,32,用于人工脏器的部分高分子材料,7.2.4 高分子材料在医学领域的应用一、高分子人工脏器及部件的应用现状,33,7.2.4 高分子材料在医学领域的应用,34,7.2.4 高分子材料在医学领域的应用,35,7.2.5 医用高分子的发展方向 （1）人工脏器的生物功能化、小型化、体植化（2）高抗血栓性材料的研制（3）发展新型医用高分子材料（4）推广医用高分子的临床应用,复习思考题,1、扑热息痛的合成原理（合成路线）与工艺（关键工艺参数）；2、对医用高分子材料的基本要求。,36,
