第3章 生物醫(yī)用高分子課件

第三章生物醫(yī)用高分子材料第一節(jié)生物醫(yī)用高分子概述第二節(jié)醫(yī)用高分子材料的基本特性第三節(jié)高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用第四節(jié)一些醫(yī)用功能高分子材料介紹第五節(jié)生物醫(yī)用材料研究前景第3章生物醫(yī)用高分子第一節(jié)生物醫(yī)用高分子概述(1)生物醫(yī)用材料是生物醫(yī)學(xué)科學(xué)中的最新分支學(xué)科，是生物、醫(yī)學(xué)、化學(xué)和材料科學(xué)交叉形成的邊緣學(xué)科。具體涉及到化學(xué)、物理學(xué)、高分子化學(xué)、高分子物理學(xué)、生物物理學(xué)、生物化學(xué)、生理學(xué)、藥物學(xué)、基礎(chǔ)與臨床醫(yī)學(xué)等很多學(xué)科。1.生物醫(yī)用材料生物材料(Biomaterials)即生物醫(yī)用材料(BiomedicalMaterials)，它是指“以醫(yī)療為目的，用于與組織接觸以形成功能的無生命的材料”。另有定義是：具有天然器官組織的功能或天然器官部分功能的材料。第3章生物醫(yī)用高分子生物材料的開發(fā)和利用可追溯到3500年前，那時(shí)的古埃及人就開始利用棉纖維、馬鬃作縫合線縫合傷口；印第安人則使用木片修補(bǔ)受傷的顱骨。2500年前，中國和埃及的墓葬中就發(fā)現(xiàn)有假牙、假鼻和假耳。人類很早就用黃金來修復(fù)缺損的牙齒，并沿用至今。1588年人們用黃金板修復(fù)顎骨。1775年就有用金屬固定體內(nèi)骨折的記載。1851年發(fā)明了天然橡膠的硫化方法后，有人采用硬膠木制作了人工牙托的顎骨。(2)生物醫(yī)用材料的發(fā)展歷史第一節(jié)生物醫(yī)用高分子概述第3章生物醫(yī)用高分子器官移植取得巨大進(jìn)展，但有難題：排異、器官來源、法律、倫理等。因此醫(yī)學(xué)界對(duì)生物醫(yī)學(xué)材料和人工器官的要求日益增加。目前被詳細(xì)研究過的生物材料已超過1000種，被廣泛應(yīng)用的有90多種，1800多種制品。西方國家每年耗用生物材料量以10~15%的速度增長。我國生物材料的研究起步較晚（二十世紀(jì)五十年代），但發(fā)展很快。第一節(jié)生物醫(yī)用高分子概述第3章生物醫(yī)用高分子生物材料是研制人工器官及一些重要醫(yī)療技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)，綜觀人工器官及醫(yī)療裝置的發(fā)展史，每一種新型生物材料的發(fā)現(xiàn)都引起了人工器官及醫(yī)療技術(shù)的飛躍。生物惰性醫(yī)用硅橡膠——人工耳、人工鼻、人工頜骨等。血液相容性好的各向同性碳被復(fù)材料——碟片式機(jī)械心臟瓣膜。血液親和性及物理機(jī)械性能較好的聚氨酯嵌段共聚物——促使人工心臟向臨床應(yīng)用跨越一大步?？尚纬杉偕飪?nèi)膜的編織滌綸管——人工血管向?qū)嵱没w躍。第一節(jié)生物醫(yī)用高分子概述第3章生物醫(yī)用高分子(3)按生物醫(yī)用材料的屬性分類天然生物材料—再生纖維、膠原、透明質(zhì)酸、甲殼素等。合成高分子生物材料—硅橡膠、聚氨脂及其嵌段共聚物、滌綸、尼龍、聚丙烯腈、聚烯烴等。醫(yī)用金屬材料—不銹鋼、鈦及鈦合金、鈦鎳記憶合金等。無機(jī)生物醫(yī)用材料—碳素材料、生物活性陶瓷、玻璃材料等。雜化生物材料—指來自活體的天然材料與合成材料的雜化，如膠原與聚乙烯醇的交聯(lián)雜化等。復(fù)合生物材料—用碳纖維增強(qiáng)的塑料，用碳纖維或玻璃纖維增強(qiáng)的生物陶瓷、玻璃等。第一節(jié)生物醫(yī)用高分子概述第3章生物醫(yī)用高分子在生物醫(yī)學(xué)材料中，金屬材料應(yīng)用最早，已有數(shù)百年的歷史。唐代就用銀汞合金（主要成份：汞、銀、銅、錫、鋅）來補(bǔ)牙。(4)醫(yī)用金屬材料化學(xué)周期表中的大部分金屬不符合生物材料的要求，僅有小部分或經(jīng)處理過的可用于臨床。目前在臨床使用的醫(yī)用金屬材料主要有：不銹鋼、鈷基合金和鈦基合金三大類，另外還有記憶合金、貴金屬以及純金屬鉭、鈮和鋯等。第一節(jié)生物醫(yī)用高分子概述第3章生物醫(yī)用高分子頭顱微型鋼板人造髖關(guān)節(jié)的頭桿部分。從股骨上端插進(jìn)金屬桿，桿頭有一個(gè)金屬頭，它嵌在粘于髖骨窩中的一個(gè)塑料臼中。第一節(jié)生物醫(yī)用高分子概述第3章生物醫(yī)用高分子(5)無機(jī)生物醫(yī)學(xué)材料包括生物陶瓷、生物玻璃和碳素材料三大類，主要用于齒科、骨科修復(fù)和植入材料。基本都是脆性材料，容易破裂，發(fā)展方向應(yīng)向開發(fā)復(fù)合（多相）生物材料以及在金屬基體上加涂無機(jī)生物陶瓷涂層（薄膜）材料的方面引導(dǎo)。18世紀(jì)初開始應(yīng)用。無毒、與生物體組織有良好的生物相容性、耐腐蝕。第一節(jié)生物醫(yī)用高分子概述第3章生物醫(yī)用高分子生物陶瓷Al2O3—金屬組合全髖關(guān)節(jié)第一節(jié)生物醫(yī)用高分子概述第3章生物醫(yī)用高分子醫(yī)用高分子(Biomedicalpolymer)是用高分子科學(xué)的理論和研究方法，根據(jù)醫(yī)學(xué)的需要來研究與生物體結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的醫(yī)用高分子材料。醫(yī)用高分子現(xiàn)代醫(yī)學(xué)高分子科學(xué)生命科學(xué)2.醫(yī)用高分子第一節(jié)生物醫(yī)用高分子概述第3章生物醫(yī)用高分子醫(yī)用高分子的重要性眾所周知，生物體是有機(jī)高分子存在的最基本形式，有機(jī)高分子是生命的基礎(chǔ)。動(dòng)物體與植物體組成中最重要的物質(zhì)——蛋白質(zhì)、肌肉、纖維素、淀粉、生物酶和果膠等都是高分子化合物。高分子化合物在生物界的普遍存在，決定了它們?cè)卺t(yī)學(xué)領(lǐng)域中的特殊地位。在各種材料中，高分子材料的分子結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成和理化性質(zhì)與生物體組織最為接近，因此最有可能用作醫(yī)用材料。天然高分子生物材料是人類最早使用的醫(yī)用材料之一。早在公元前3500年，埃及人就用棉花纖維、馬鬃縫合傷口。墨西哥印地安人用木片修補(bǔ)受傷的顱骨。第一節(jié)生物醫(yī)用高分子概述第3章生物醫(yī)用高分子目前心血管疾病的死亡率居于人類各種死亡原因的首位全世界每年死于心血管疾病的人數(shù)高達(dá)500萬人全球每年用于心血管疾病診斷、預(yù)防和治療的費(fèi)用高達(dá)9000億美元全世界每年心血管器件的市場(chǎng)：110億美元

舉例第一節(jié)生物醫(yī)用高分子概述第3章生物醫(yī)用高分子1936年發(fā)明了有機(jī)玻璃后，很快就用于制作假牙和補(bǔ)牙，至今仍在使用。1943年，賽璐珞薄膜開始用于血液透析。

1947年美國發(fā)表了有關(guān)醫(yī)用高分子的展望論文。第一次介紹了利用PMMA作為人的頭蓋骨、關(guān)節(jié)和股骨，利用聚酰胺纖維作為手術(shù)縫合線的臨床應(yīng)用情況。從五十年代以來，高分子材料的飛速發(fā)展為醫(yī)用材料提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)。50年代，有機(jī)硅聚合物被用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。一大批人工器官在50年代試用于臨床。如人工尿道（1950年）、人工血管（1951年）、人工食道（1951年）、人工心臟瓣膜（1952年）、人工心肺（1953年）、人工關(guān)節(jié)（1954年）等。3.醫(yī)用高分子材料的發(fā)展第一節(jié)生物醫(yī)用高分子概述第3章生物醫(yī)用高分子60年代以來人們認(rèn)識(shí)到必須針對(duì)醫(yī)學(xué)應(yīng)用的特殊需要，設(shè)計(jì)合成專用的醫(yī)用高分子材料。美國國立心肺研究所在這方面做了開創(chuàng)性的工作，他們發(fā)展了血液相容性高分子材料，以用于與血液接觸的人工器官制造，如人工心臟等。至80年代以來，發(fā)達(dá)國家的醫(yī)用高分子材料產(chǎn)業(yè)化速度加快，基本形成了一個(gè)嶄新的生物材料產(chǎn)業(yè)。有人預(yù)計(jì)，在21世紀(jì)，醫(yī)用高分子將進(jìn)入一個(gè)全新的時(shí)代?，F(xiàn)在除了大腦、胃和內(nèi)分泌系統(tǒng)尚不能制造外，其它所有的器官和組織幾乎都有了人造置換物。仿生人也將比想象中更快地來到世上。第一節(jié)生物醫(yī)用高分子概述第3章生物醫(yī)用高分子金屬，無機(jī)和合成高分子材料的應(yīng)用統(tǒng)計(jì)第一節(jié)生物醫(yī)用高分子概述第3章生物醫(yī)用高分子4.醫(yī)用高分子的分類(1)與生物體組織不直接接觸的材料：如藥劑容器、輸血用血漿袋、輸血輸液用具、注射器、化驗(yàn)室用品、手術(shù)用品等。(2)與皮膚、粘膜接觸的材料a.要求無毒、無刺激和一定的機(jī)械強(qiáng)度。b.這類材料包括手術(shù)用手套、吸氧管、氣管插管等、診療用品(耳鏡、灌腸用具、腸胃窺鏡導(dǎo)管、導(dǎo)尿管等)等。人體整容修復(fù)材料，如假肢、假耳、假眼、假鼻等。日本醫(yī)用高分子專家櫻井靖久將醫(yī)用高分子的分類：第一節(jié)生物醫(yī)用高分子概述第3章生物醫(yī)用高分子(3)與人體組織短期接觸的材料手術(shù)中暫時(shí)使用或替代病變器官的人工臟器，如人造血管、人工心臟、人工肺、人造皮膚等?！阋笥休^好的生物體適應(yīng)性和抗血栓性。(4)長期植入體內(nèi)的材料人工臟器有人造血管和氣管、人工尿道、人工骨、人工關(guān)節(jié)、手術(shù)縫合線等。要求有非常優(yōu)異的生物體適應(yīng)性和抗血栓性，較高的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定的化學(xué)、物理性質(zhì)。第3章生物醫(yī)用高分子(1)天然醫(yī)用高分子材料：如膠原、明膠、絲蛋白、角質(zhì)蛋白、纖維素、多糖、甲殼素及其衍生物等。(2)人工合成醫(yī)用高分子材料：如聚氨酯、硅橡膠、聚酯等。(3)天然生物組織與器官：I.取自患者自體的組織。II.取自其他人的同種異體組織。例如利用他人角膜治療患者的角膜疾病。III.來自其他動(dòng)物的異種同類組織。例如采用豬的心臟瓣膜代替人的心臟瓣膜，治療心臟病等。按材料的來源分類第一節(jié)生物醫(yī)用高分子概述第3章生物醫(yī)用高分子按生物醫(yī)學(xué)用途分類(1)硬組織相容性高分子材料，如骨科、齒科用高分子材料。(2)軟組織相容性高分子材料。(3)血液相容性高分子材料。(4)高分子藥物和藥物控釋高分子材料。第一節(jié)生物醫(yī)用高分子概述第3章生物醫(yī)用高分子醫(yī)用高分子材料的分類第一節(jié)生物醫(yī)用高分子概述第3章生物醫(yī)用高分子(1)生物惰性高分子材料：在體內(nèi)不降解、不變性、不會(huì)引起長期組織反應(yīng)的高分子材料，適合長期植入體內(nèi)。(2)生物活性高分子材料：指植入生物體內(nèi)能與周圍組織發(fā)生相互作用，促進(jìn)肌體組織、細(xì)胞等生長的材料。(3)生物吸收高分子材料：這類材料又稱生物降解高分子材料。這類材料在體內(nèi)逐漸降解，其降解產(chǎn)物能被肌體吸收代謝，通過排泄系統(tǒng)排出體外，對(duì)人體健康沒有影響。如用聚乳酸制成的體內(nèi)手術(shù)縫合線、體內(nèi)粘合劑等。按材料與活體組織的相互作用關(guān)系分類第一節(jié)生物醫(yī)用高分子概述第3章生物醫(yī)用高分子第二節(jié)醫(yī)用高分子材料的基本特性1.材料的生物相容性生物相容性是指植入生物體內(nèi)的材料與肌體之間的適應(yīng)性。對(duì)生物體來說，植入的材料不管其結(jié)構(gòu)、性質(zhì)如何，都是外來異物。出于本能的自我保護(hù)，一般都會(huì)出現(xiàn)排斥現(xiàn)象。這種排斥反應(yīng)的嚴(yán)重程度，決定了材料的生物相容性及其臨床應(yīng)用。生物相容性又可分為組織相容性和血液相容性兩種。組織相容性是指材料與人體組織，如骨骼、牙齒、內(nèi)部器官、肌肉、肌腱、皮膚等的相互適應(yīng)性，而血液相容性則是指材料與血液接觸是不是會(huì)引起凝血、溶血等不良反應(yīng)。第3章生物醫(yī)用高分子1.組織相容性機(jī)體對(duì)外來物的反應(yīng)(排異性)外來物對(duì)機(jī)體的影響(1)排異性是生物體的一種自然保護(hù)功能高分子材料自身的化學(xué)穩(wěn)定性高分子材料與機(jī)體組織的親和性第二節(jié)醫(yī)用高分子材料的基本特性第3章生物醫(yī)用高分子急性局部反應(yīng)慢性局部反應(yīng)急性全身性反應(yīng)慢性全身性反應(yīng)體內(nèi)試片埋植法進(jìn)行生物體試驗(yàn)(2)外來物對(duì)機(jī)體的影響：對(duì)人體組織是否有毒性，是否引起炎癥或過敏，是否致畸致癌等。第二節(jié)醫(yī)用高分子材料的基本特性第3章生物醫(yī)用高分子不會(huì)致癌：高分子材料本身的性質(zhì)，植入材料的形狀等因素。不同形狀的材料對(duì)產(chǎn)生腫瘤的影響（%）

形狀材料薄片大孔薄片海綿狀纖維狀粉末狀玻璃33.318000賽璐珞2319000滌綸樹脂188000尼龍427100聚四氟乙烯205000聚苯乙烯2810010聚氨酯3311110聚氯乙稀240200硅橡膠4116000第二節(jié)醫(yī)用高分子材料的基本特性第3章生物醫(yī)用高分子2.耐生物老化性或可生物降解性(1)在化學(xué)上是隋性的，不會(huì)因與體液接觸而發(fā)生反應(yīng)。人體是一個(gè)十分復(fù)雜的環(huán)境，長期工作著的高分子材料必須具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性。體液引起的聚合物降解、交聯(lián)或相變游離基引起的氧化降解生物酶所引起的分解作用“體內(nèi)老化”第二節(jié)醫(yī)用高分子材料的基本特性第3章生物醫(yī)用高分子(2)長期植入體內(nèi)的高分子材料，不會(huì)減小機(jī)械強(qiáng)度。高分子材料在狗體內(nèi)的機(jī)械穩(wěn)定性一般化學(xué)穩(wěn)定性好的，不含易降解基的高分子材料，機(jī)械穩(wěn)定也比較好。材料名稱植入天數(shù)機(jī)械強(qiáng)度損失/％尼龍－676174.6107380.7滌綸樹脂78011.4聚丙烯酸酯6701.0聚四氟乙烯6775.3第二節(jié)醫(yī)用高分子材料的基本特性第3章生物醫(yī)用高分子(3)某些情況希望高分子材料有生物降解性，能盡快被機(jī)體組織分解吸收或排出，如醫(yī)用縫合線、醫(yī)用粘合劑、人工皮膚、神經(jīng)等。一些己商品化的可生物降解的高分子材料第二節(jié)醫(yī)用高分子材料的基本特性第3章生物醫(yī)用高分子3.醫(yī)用高分子的血液相容性(1)血栓的形成血液的流動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化血液的性質(zhì)發(fā)生變化血管壁性質(zhì)與狀態(tài)發(fā)生變化血栓高分子材料植入體內(nèi)與血液接觸血液的流動(dòng)狀態(tài)變化血管壁狀態(tài)變化第二節(jié)醫(yī)用高分子材料的基本特性第3章生物醫(yī)用高分子(a)與材料表面能有關(guān)材料表面張力與血小板粘附量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，血小板難粘附于表面能較低的有機(jī)硅聚合物，而易粘附于尼龍、玻璃等高表面能表面上。材料臨界表面張力/Pa血小板粘附量/％①*②*尼龍－6611.65637聚四氟乙烯2.9305.4聚二甲基硅氧烷2.27.34.5聚氨酯2.01.80.2*①人血浸漬3分鐘；

②狗血循環(huán)1分鐘。第二節(jié)醫(yī)用高分子材料的基本特性第3章生物醫(yī)用高分子(c)與材料的含水率有關(guān)(b)與材料表面的親水性有關(guān)在表面接枝聚乙烯醇、主鏈和側(cè)鏈中含有聚乙二醇結(jié)構(gòu)的親水性材料表面上，血小板的粘附量都比較少。有些高分子材料與水接觸后能形成高含水的水凝膠。研究表明抗血栓性較好的水凝膠，其含水率應(yīng)維持在65-75％。第二節(jié)醫(yī)用高分子材料的基本特性第3章生物醫(yī)用高分子(d)與材料表面的疏水-親水平衡有關(guān)進(jìn)一步的研究表明，材料的抗血栓性，并不簡單決定于其是疏水性的還是親水性的，而是決定于它們的平衡值。(e)與材料表面的電荷性質(zhì)有關(guān)由于血小板、血球等的表面帶負(fù)電荷，因此對(duì)帶適當(dāng)負(fù)電荷的材料表面由于同性相斥，有利于材料的抗血栓性。(f)與材料表面的光滑程度有關(guān)第二節(jié)醫(yī)用高分子材料的基本特性第3章生物醫(yī)用高分子(2)用生物化學(xué)方法來改善高分子材料的血液相容性(a)高分子材料表面肝素化肝素是生物體中的多糖類化合物，含-SO3-，-COO-，-NHSO3-等功能基團(tuán)，具有優(yōu)異的抗凝血性能。用離子或共價(jià)鍵將肝素結(jié)合在高分子材料表面第二節(jié)醫(yī)用高分子材料的基本特性第3章生物醫(yī)用高分子(b)在高分子材料表面引進(jìn)其它生物活性物質(zhì)一些生物活性物質(zhì)的應(yīng)用第二節(jié)醫(yī)用高分子材料的基本特性第3章生物醫(yī)用高分子如芝加哥酸(1-氨基-8-荼酚-2‘4-二磺酸)引入聚合物表面，它對(duì)血小板粘附少，抗血栓性良好。(c)使材料表面帶上負(fù)電荷的基團(tuán)：試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)羧酸基、磺酸基及磺胺基部有很好酌抗凝血性。第二節(jié)醫(yī)用高分子材料的基本特性第3章生物醫(yī)用高分子(d)具有微相分離結(jié)構(gòu)材料：調(diào)節(jié)材料表面分子結(jié)構(gòu)中的親水基與疏水基的比例，使其達(dá)到一個(gè)最佳值。I.具有微相分離結(jié)構(gòu)的親疏水型嵌段共聚物(HEMA—St—HEMA)ABA型三嵌段共聚物甲基丙烯酸羥乙酯苯乙烯II.具有微相分離結(jié)構(gòu)的接枝共聚物、共混物III.具有微相結(jié)構(gòu)的聚氨酯嵌段共聚物第二節(jié)醫(yī)用高分子材料的基本特性第3章生物醫(yī)用高分子(f)偽內(nèi)膜的形成。(e)將材料表面處理得盡可能光滑。再誘導(dǎo)出血管內(nèi)皮細(xì)胞在材料表面上覆蓋—偽內(nèi)膜將高分子表面制成纖維狀粗糙表面迅速形成穩(wěn)定的凝固血栓膜，但不擴(kuò)展成血栓偽內(nèi)膜與人體心臟和血管一樣具有光滑的表面，可達(dá)到永久性抗血栓第二節(jié)醫(yī)用高分子材料的基本特性第3章生物醫(yī)用高分子

其不足之處1.E.Lieb,M.Hacker,J.Tessmar,etal.Biomaterials,200526(15):2333-23412.GiovanniMarletta,GabrielaCiapetti,CristinaSatrianoetal.Biomaterials,

2005,26(23):4793-4804常用接枝黏附性繁殖相關(guān)性多肽：RGD等

將聚合物表面種植內(nèi)皮細(xì)胞形成一層“偽內(nèi)膜”。黏附性差，繁殖速度慢種植內(nèi)皮細(xì)胞第二節(jié)醫(yī)用高分子材料的基本特性第3章生物醫(yī)用高分子目前國內(nèi)外公認(rèn)的理想抗凝血表面帶有負(fù)電荷表面親、疏水性表面微相分離結(jié)構(gòu)表面抗凝血生物活性表面?zhèn)蝺?nèi)膜形成表面第二節(jié)醫(yī)用高分子材料的基本特性第3章生物醫(yī)用高分子物理吸附1961年Gott首次在高分子表面吸附處理，增強(qiáng)血液相容性后興起。等離子體處理化學(xué)接枝改性1983年由Groot在金屬人工骨表面噴涂開始。一直是化學(xué)領(lǐng)域常用改性方法。表面改性的方法第二節(jié)醫(yī)用高分子材料的基本特性第3章生物醫(yī)用高分子PU基材MDIPU基材OCNOCNOCNOCN成膜工藝溶液法合成PU彈性體PEO等PUPUPUPU溶液法合成PU及表面改性表面改性第二節(jié)醫(yī)用高分子材料的基本特性第3章生物醫(yī)用高分子3.可以經(jīng)受必要的清潔消毒措施而不產(chǎn)生變性。(a)蒸汽滅菌：一般在壓力滅菌器中溫度可達(dá)120-140℃。(b)化學(xué)滅菌：常用的滅菌劑有環(huán)氧乙烷、烷基(芳基)季胺鹽、碘化合物、甲醛等。(c)γ射線滅菌：γ射線滅菌穿透力強(qiáng)，滅菌效果好，并可自動(dòng)化、連續(xù)化操作。4.醫(yī)用高分子易于加工成需要的復(fù)雜形狀。第二節(jié)醫(yī)用高分子材料的基本特性第3章生物醫(yī)用高分子第三節(jié)高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用第一類：能永久性地植入人體成為人體的一部分，可完全替代原來臟器的功能。第二類：在體外使用的較為大型的人工臟器裝置，主要作用是在手術(shù)過程中。第三類：功能比較單一，只能部分替代人體臟器的功能。第四類：整容性修復(fù)材料。第3章生物醫(yī)用高分子1.人工心臟及有關(guān)裝置(1)心臟的功能心臟是人體循環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)力器官每天搏動(dòng)十萬次以上每分鐘有4-5升的血液流經(jīng)心臟他人心臟移植到患者身上存在的問題人工心臟第三節(jié)高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用第3章生物醫(yī)用高分子(2)人工心臟1957年，美國的Kolff和Akutsu就開始進(jìn)行人工心臟的實(shí)驗(yàn)研究。生物膜的組成和結(jié)構(gòu)(脂質(zhì)和蛋白質(zhì))得到啟發(fā)。具有微相分離結(jié)構(gòu)的聚氨酯嵌段共聚物具有微相分離結(jié)構(gòu)的親疏水型嵌段共聚物商品化人工心臟用材料第三節(jié)高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用第3章生物醫(yī)用高分子1982年12月2日，世界上第一顆人造心臟移植成功美國猶他大學(xué)德弗利斯博士和他的同事們?yōu)橐晃煌诵莸难揽漆t(yī)生,61歲的克拉克成功地安上了賈維克-7型人工心臟。12月2日在凌晨，病人自己的心臟摘下來，換上了賈維克-7型心臟，人工心臟開始跳動(dòng)了,人工心臟工作狀況令人滿意，德弗利斯博士舒了一口氣說“成功了”。人工心臟是由聚氨基甲酸乙酯和鋁制成，這顆永久性人工心臟實(shí)際是個(gè)泵，它要為6萬公里長的血管服務(wù)，每天要跳動(dòng)十萬來次，一年365天不停地工作，大約要跳動(dòng)4,000萬次，不能有差錯(cuò)。人造心臟在克拉克胸腔內(nèi)共跳動(dòng)了111天17小時(shí)53分，最后，病人由于感染、代謝障礙而去世。當(dāng)克拉克確實(shí)死亡之后，他胸腔里的人工心臟還在跳動(dòng)，最后是用一把鑰匙把它關(guān)閉的。第三節(jié)高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用第3章生物醫(yī)用高分子(3)人工心臟瓣膜球形人工心臟瓣膜的結(jié)構(gòu)1950年，由Denton自制的塑料人工瓣膜進(jìn)行了人類第一次人工心臟辨膜進(jìn)行了置換手術(shù)。第三節(jié)高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用第3章生物醫(yī)用高分子a.支持架材料：采用鎢鉻鈷合金或鈦等金屬材料，外面覆蓋聚四氟乙烯織布層。b.底部輪圈材料：金屬材料圈外覆聚四氟乙烯織布層，并襯上一層用硅橡膠制成的海綿。c.活門材料：聚四氟乙烯—硅橡膠是較合適的活門材料。第三節(jié)高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用第3章生物醫(yī)用高分子人造心臟人工心臟瓣膜第三節(jié)高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用第3章生物醫(yī)用高分子2.人工腎維持體液的酸堿平衡和滲透壓平衡腎臟主要生理功能過濾和排泄新陳代謝產(chǎn)物及有毒物質(zhì)調(diào)節(jié)體內(nèi)水份和電解質(zhì)平衡慢性尿毒癥患者每天需排除的物質(zhì)和量第三節(jié)高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用第3章生物醫(yī)用高分子(1)血液透析使血液流過透析膜的一側(cè)，膜的另一側(cè)流過透析液。由于膜兩側(cè)各種離子的濃度不同，則血液中的廢物、過剩的電解質(zhì)、過剩的水可透過膜而進(jìn)入透析液而達(dá)到凈化血液的目的。膜的含水機(jī)械強(qiáng)度要大人工腎透析膜的要求良好的血液相容性對(duì)分子量在500-5000之間的尿毒性物質(zhì)透過性優(yōu)良第三節(jié)高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用第3章生物醫(yī)用高分子人工腎透析膜的高分子材料銅氨纖維素：纖維素溶于氧化銅的氨溶液得到的再生纖維素，約占所有透析膜材料的87%。醋酸纖維素丙烯腈-間烯丙基苯磺酸鈉共聚物聚碳酸酯聚甲基丙烯酸甲酯乙烯一乙烯醇共聚物(EVA)，具有好的血液相容性、透析性、機(jī)械強(qiáng)度和安全性。人工腎透析膜的不足：凈化血液時(shí)傳質(zhì)面積大，血液與高分子材料的接觸機(jī)會(huì)較多，血球損傷的機(jī)會(huì)較多，易造成細(xì)胞液的組成和滲透壓發(fā)生變化。第三節(jié)高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用第3章生物醫(yī)用高分子(2)血液過濾法：在膜二邊有壓力差的情況下使血液中的廢物透過濾膜而被除去。特點(diǎn)：血液過濾法的原理類似于人體腎小球，有效過濾面積比透析型半透膜大得多，去除水份及代謝物性能好。但由于過濾時(shí)除去的水份過多，須進(jìn)行水分補(bǔ)償。作為過濾膜的高分子材料：丙烯腈-氯乙烯共聚物、聚砜、三醋酸纖維素、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈-甲基丙烯醋酸鈉共聚物等。第三節(jié)高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用第3章生物醫(yī)用高分子(3)血液灌流：利用吸附劑把血液中代謝物吸附的方法。特點(diǎn)：最為快速簡便的解毒力法，這對(duì)急性中毒的解救、肝昏迷及嚴(yán)重肝障礙病患者尤為有效。血液灌流法吸附劑活性炭吸附劑：表面包覆聚合物合成高分子吸附樹脂：如苯乙烯-二乙烯苯球形大孔徑樹脂。機(jī)械強(qiáng)度、吸附能力、吸附選擇性更好。第三節(jié)高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用第3章生物醫(yī)用高分子人工腎臟第三節(jié)高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用第3章生物醫(yī)用高分子3.人工肺肺主要功能：人體的呼吸器官，吸人氧氣排出二氧化碳。薄膜型：富氧膜人工肺氣泡型富氧膜高分子材料：聚硅氧烷、聚四氟乙烯、聚烷基砜、硅酮聚碳酸酯等。除氣體透過性外，還要求材料有好的機(jī)械強(qiáng)度、血液相容性好及耐滅菌消毒等。第三節(jié)高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用第3章生物醫(yī)用高分子硅酮聚碳酸酯：氧富集能力較強(qiáng)，可達(dá)40%。聚烷基砜(PAS)：對(duì)氣體的透過系數(shù)略小于聚硅氧烷，但血液適應(yīng)性更好。第三節(jié)高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用第3章生物醫(yī)用高分子4.人工肝肝臟是機(jī)體儲(chǔ)藏肝糖元、合成蛋白質(zhì)以及解毒等多種功能的臟器。目前臨床使用的人工肝主要作用是解毒，類似于人工腎?！半s化“型人工肝微膠囊肝細(xì)胞：用聚甲基丙烯酸羥乙酯等作為包膜材料，將肝細(xì)胞包埋起來使之微囊化。固相肝細(xì)胞：將肝細(xì)胞固定在聚乙烯或聚氨酯表面。肝細(xì)胞透析：將肝細(xì)胞制成懸浮液，置于高分子材料如再生纖維素膜等)透析器中，進(jìn)行血液透析。第三節(jié)高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用第3章生物醫(yī)用高分子5.人工皮膚人工皮膚是由硅橡膠或聚多肽作為底層，再與尼龍、滌綸等纖維制做的織物層結(jié)合而成。近年來，國外還用小牛皮、鯊魚軟骨和一些合成織物制成人工皮膚，表面涂一層硅膜，其外觀與功能和真皮膚沒有多大區(qū)別。

皮膚缺損創(chuàng)面人工皮膚植入試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷谌?jié)高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用第3章生物醫(yī)用高分子(1)人工食道：使用的材料有硅橡膠、聚乙烯、聚四氟乙烯等。6.人工食道及其它管狀器官(2)人工氣管：一般是用不銹鋼絲網(wǎng)支撐的聚乙烯制成管狀，兩端用聚四氟乙烯編織物包裹。(3)人工輸尿管：一般使用甲基丙烯酸羥乙酯水凝膠，并用聚酯纖維織物進(jìn)行增強(qiáng)。第三節(jié)高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用第3章生物醫(yī)用高分子人工血管搭橋術(shù)人工血管(4)人工血管第三節(jié)高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用第3章生物醫(yī)用高分子人工膝關(guān)節(jié)人造關(guān)節(jié)7.人工關(guān)節(jié)及人工骨第三節(jié)高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用第3章生物醫(yī)用高分子高分子人工骨材料第三節(jié)高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用第3章生物醫(yī)用高分子用于人工臟器的部分高分子材料人工臟器高分子材料心臟嵌段聚醚氨酯彈性體、硅橡膠腎臟銅氨法再生纖維素，醋酸纖維素，聚甲基丙烯酸甲酯，聚丙烯腈，聚砜，乙烯－乙烯醇共聚物（EVA），聚氨酯，聚丙烯，聚碳酸酯，聚甲基丙烯酸－β－羥乙酯肝臟賽璐玢（cellophane），聚甲基丙烯酸—β—羥乙酯胰臟共聚丙烯酸酯中空纖維肺硅橡膠，聚丙烯中空纖維，聚烷砜關(guān)節(jié)、骨超高分子量聚乙烯，高密度聚乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，尼龍，聚酯第三節(jié)高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用第3章生物醫(yī)用高分子皮膚硝基纖維素，聚硅酮—尼龍復(fù)合物，聚酯，甲殼素角膜聚甲基丙烯酸甲酯，聚甲基丙烯酸－β－羥乙酯，硅橡膠玻璃體硅油，聚甲基丙烯酸－β－羥乙酯鼻、耳硅橡膠，聚乙烯乳房聚硅酮血管聚酯纖維，聚四氟乙烯，嵌段聚醚氨酯人工紅血球全氟烴人工血漿羥乙基淀粉，聚乙烯基吡咯烷酮膽管硅橡膠用于人工臟器的部分高分子材料第三節(jié)高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用第3章生物醫(yī)用高分子第四節(jié)一些醫(yī)用功能高分子材料介紹1.天然高分子生物材料目前天然高分子生物材料主要有蛋白質(zhì)和多糖兩類生物高分子。天然蛋白質(zhì)材料：膠原蛋白和纖維蛋白兩種。天然多糖類物質(zhì)：纖維素、甲殼素和殼聚糖等。特點(diǎn)：這些生物高分子主要在酶作用下降解，生成的降解產(chǎn)物如氨基酸、糖等化合物，可參與體內(nèi)代謝，并作為營養(yǎng)物質(zhì)被肌體吸收。因此這類材料是最理想的生物吸收性高分子材料。第3章生物醫(yī)用高分子(1)膠原蛋白膠原是人體組織中最基本的蛋白質(zhì)類物質(zhì)，是支持組織和結(jié)構(gòu)組織（皮膚、肌腱和骨骼的有機(jī)質(zhì)）的主要組成成分。膠原來源廣泛，被廣泛應(yīng)用。牛和豬的肌腱、生皮、骨骼是生產(chǎn)膠原的主要原料。由于膠原與人體組織相容性好，不易引起抗體產(chǎn)生，植入人體后無刺激性．無毒性反應(yīng)，能促進(jìn)細(xì)胞增殖，加快創(chuàng)口愈合并具有可降解性，可被人體吸收，降解產(chǎn)物也無毒副作用。第四節(jié)一些醫(yī)用功能高分子材料介紹第3章生物醫(yī)用高分子膠原可以將其加工成不同形狀的制品而用于臨床，并越來越受到人們重視。膠原凝膠用作創(chuàng)傷敷料粉末用于止血?jiǎng)┖退幬镝尫畔到y(tǒng)紡絲纖維用作人工血管、人工皮、人工肌腱和外科縫線薄膜用于角膜、藥物釋放系統(tǒng)和組織引導(dǎo)再生材料管用于人工血管、人工膽管和管狀器官空心纖維用于血液透析膜和人工肺膜海綿用于創(chuàng)傷敷料和止血?jiǎng)┑?。第四?jié)一些醫(yī)用功能高分子材料介紹第3章生物醫(yī)用高分子(2)纖維蛋白纖維蛋白是纖維蛋白原在生理?xiàng)l件下凝固而成的一種材料。纖維蛋白原是一種血漿蛋白質(zhì)，存在于動(dòng)物體的血液中。纖維蛋白原由三對(duì)肽鏈構(gòu)成，每條肽鏈的分子量在47000～63500之間。纖維蛋白原在人體內(nèi)的主要功能是參與凝血過程。纖維蛋白具有明顯的血液和組織相容性，無毒副作用和其他不良影響。作為止血?jiǎng)?、?chuàng)傷愈合劑和可降解生物材料在臨床上已經(jīng)應(yīng)用很久；它的主要生理功能為止血，另外還可明顯促進(jìn)創(chuàng)傷的愈合。第四節(jié)一些醫(yī)用功能高分子材料介紹第3章生物醫(yī)用高分子(3)甲殼素與殼聚糖化學(xué)名稱為聚N-乙酰-D葡萄糖胺，分子式為(C3H13NO5)n，屬于氨基多糖，是僅有的具有明顯堿性的天然多糖。是一種來源于動(dòng)物的天然多糖，普遍存在于蝦、蟹等低等動(dòng)物及昆蟲等節(jié)肢動(dòng)物的外殼中，其每年生物合成資源最高達(dá)1000億噸，是地球上僅次于植物纖維的第二大生物資源。將甲殼動(dòng)物外殼通過酸堿處理，脫去鈣、鹽和蛋白質(zhì)，即得甲殼質(zhì)。殼聚糖為甲殼素的脫乙酰衍生物，由甲殼素在40％～50％濃度氫氧化鈉水溶液中110～120℃下水解2～4h得到。第四節(jié)一些醫(yī)用功能高分子材料介紹第3章生物醫(yī)用高分子甲殼素作為醫(yī)用生物材料可用于：甲殼素能為肌體組織中的溶菌酶所分解，已用于制造吸收型手術(shù)縫合線。其抗拉強(qiáng)度優(yōu)于其他類型的手術(shù)縫合線。在兔體內(nèi)試驗(yàn)觀察，甲殼素手術(shù)縫合線4個(gè)月可以完全吸收。甲殼素還具有促進(jìn)傷口愈合的功能，可用作傷口包扎材料。當(dāng)甲殼素膜用于覆蓋外傷或新鮮燒傷的皮膚創(chuàng)傷面時(shí)，具有減輕疼痛和促進(jìn)表皮形成的作用，因此是一種良好的人造皮膚材料。第四節(jié)一些醫(yī)用功能高分子材料介紹第3章生物醫(yī)用高分子甲殼素外觀殼聚糖外觀第四節(jié)一些醫(yī)用功能高分子材料介紹第3章生物醫(yī)用高分子甲殼素縫線的電鏡照片

甲殼素人工皮的電鏡照片第四節(jié)一些醫(yī)用功能高分子材料介紹第3章生物醫(yī)用高分子(4)纖維素在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用形式主要是制造各種醫(yī)用膜：硝酸纖維素膜：用于血液透析和過濾，但由于制膜困難及不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，已逐漸被其他材料取代粘膠纖維（人造絲）或賽珞玢（玻璃紙）管：用于透析，但由于含有磺化物及尿素、肌酐的透析性不好等原因，作為透析用的賽珞玢逐漸被淘汰再生纖維素（銅珞玢）：是目前人工腎使用較多的透析膜材料，對(duì)溶質(zhì)的傳遞，纖維素膜起到篩網(wǎng)和微孔壁壘作用醋酸纖維素膜：主要用于血透析系統(tǒng)全氟代?；w維素：用于制造代膜式肺、人工心瓣膜、人工細(xì)胞膜層，各種導(dǎo)管、插管和分流管等第四節(jié)一些醫(yī)用功能高分子材料介紹第3章生物醫(yī)用高分子2.合成高分子生物材料合成高分子生物材料可分為：生物不可降解材料：硅橡膠、聚氨酯、環(huán)氧樹脂、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸酯水凝膠、α-氰基丙烯酸酯類、聚酸胺和飽和聚酯等。生物可降解材料：聚乙烯醇、聚乳酸、聚乙內(nèi)酯、乳酸-乙醇酸共聚物和聚β-羥基丁酸酯等。第四節(jié)一些醫(yī)用功能高分子材料介紹第3章生物醫(yī)用高分子(1)硅橡膠平均分子量>40萬，有機(jī)硅彈性體的主要成分，是含有硅原子的特種合成橡膠的總稱。它具有優(yōu)異的生理特性：無毒無味、生物相容性好、耐生物老化、較好的抗凝血性、長期植入體內(nèi)物理性能下降甚微、耐高溫嚴(yán)寒（-90°－250°）良好的電絕緣性、耐氧老化性、耐光老化性以及防霉性、化學(xué)穩(wěn)定性等。在醫(yī)學(xué)上主要用于粘合劑、導(dǎo)管、整形和修復(fù)外科（人工關(guān)節(jié)、皮膚擴(kuò)張、燒傷的皮膚創(chuàng)面保護(hù)、人工鼻梁、人工耳廓和人工眼環(huán)）、緩釋和控釋等。第四節(jié)一些醫(yī)用功能高分子材料介紹第3章生物醫(yī)用高分子防噪音耳塞：佩戴舒適，阻隔噪音，保護(hù)耳膜。人造血管：具有特殊的生理機(jī)能，能做到與人體“親密無間”，人的機(jī)體也不排斥它，經(jīng)過一定時(shí)間，就會(huì)與人體組織完全事例起來穩(wěn)定性極為良好。鼓膜修補(bǔ)片：其片薄而柔軟，光潔度和韌性都良好。是修補(bǔ)耳膜的理想材料，且操作簡便，效果頗佳。此外還有硅橡膠人造氣管、人造肺、人造骨、硅橡膠十二指腸管等，功效都十分理想。第四節(jié)一些醫(yī)用功能高分子材料介紹第3章生物醫(yī)用高分子(2)聚氨酯（PU）具有良好的延伸性和抗撓曲性，強(qiáng)度高、耐磨損，血液相容性、抗血栓性能好，且不損傷血液成分，使其在醫(yī)療領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。主要用于人工心臟搏動(dòng)膜、心血管醫(yī)學(xué)元件、人工心臟、輔助循環(huán)、人工血管、體外循環(huán)血液路、藥物釋放體系、縫合線與軟組織粘合劑繃帶、敷料、吸血材料、人工軟骨和血液凈化器具的密封劑等。第四節(jié)一些醫(yī)用功能高分子材料介紹第3章生