醫(yī)用高分子材料課件

第八章醫(yī)用高分子材料概述高分子材料的生物相容性生物吸收性高分子材料高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用醫(yī)用高分子的發(fā)展方向2024/12/1316.醫(yī)用高分子材料第八章醫(yī)用高分子材料1.概述1.1醫(yī)用高分子的概念及其發(fā)展簡史生命科學(xué)是21世紀(jì)備受關(guān)注的新型學(xué)科。而與人類健康休戚相關(guān)的醫(yī)學(xué)在生命科學(xué)中占有相當(dāng)重要的地位。醫(yī)用材料是生物醫(yī)學(xué)的分支之一，是由生物、醫(yī)學(xué)、化學(xué)和材料等學(xué)科交叉形成的邊緣學(xué)科。而醫(yī)用高分子材料則是生物醫(yī)用材料中的重要組成部分，主要用于人工器官、外科修復(fù)、理療康復(fù)、診斷檢查、患疾治療等醫(yī)療領(lǐng)域。2024/12/1326.醫(yī)用高分子材料

眾所周知，生物體是有機高分子存在的最基本形式，有機高分子是生命的基礎(chǔ)。動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。因此，可以說，生物界是天然高分子的巨大產(chǎn)地。高分子化合物在生物界的普遍存在，決定了它們在醫(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。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/1336.醫(yī)用高分子材料醫(yī)用高分子材料發(fā)展的動力來自醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的客觀需求。當(dāng)人體器官或組織因疾病或外傷受到損壞時，需要器官移植。然而，只有在很少的情況下，人體自身的器官（如少量皮膚）可以滿足需要。采用同種異體移植或異種移植，往往具有排異反應(yīng)，嚴(yán)重時導(dǎo)致移植失敗。在此情況下，人們自然設(shè)想利用其他材料修復(fù)或替代受損器官或組織。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/1346.醫(yī)用高分子材料早在公元前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受傷的顱骨。公元前500年的中國和埃及墓葬中發(fā)現(xiàn)假牙、假鼻、假耳。進入20世紀(jì)，高分子科學(xué)迅速發(fā)展，新的合成高分子材料不斷出現(xiàn)，為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域提供了更多的選擇余地。1936年發(fā)明了有機玻璃后，很快就用于制作假牙和補牙，至今仍在使用。1943年，賽璐珞薄膜開始用于血液透析。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/1356.醫(yī)用高分子材料

1949年，美國首先發(fā)表了醫(yī)用高分子的展望性論文。在文章中，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。50年代，有機硅聚合物被用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，使人工器官的應(yīng)用范圍大大擴大，包括器官替代和整容等許多方面。

第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/1366.醫(yī)用高分子材料此后，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）、人工肝（1958年）等。進入60年代，醫(yī)用高分子材料開始進入一個嶄新的發(fā)展時期。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/1376.醫(yī)用高分子材料2024/12/1386.醫(yī)用高分子材料人造心臟2024/12/1396.醫(yī)用高分子材料人工腎臟2024/12/13106.醫(yī)用高分子材料人工膝關(guān)節(jié)2024/12/13116.醫(yī)用高分子材料人工心臟瓣膜2024/12/13126.醫(yī)用高分子材料人造關(guān)節(jié)2024/12/13136.醫(yī)用高分子材料60年代以前，醫(yī)用高分子材料的選用主要是根據(jù)特定需求，從已有的材料中篩選出合適的加以應(yīng)用。由于這些材料不是專門為生物醫(yī)學(xué)目的設(shè)計和合成的，在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)了許多問題，如凝血問題、炎癥反應(yīng)、組織病變問題、補體激活與免疫反應(yīng)問題等。人們由此意識到必須針對醫(yī)學(xué)應(yīng)用的特殊需要，設(shè)計合成專用的醫(yī)用高分子材料。

第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13146.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。從70年代始，高分子科學(xué)家和醫(yī)學(xué)家積極開展合作研究，使醫(yī)用高分子材料快速發(fā)展起來。至80年代以來，發(fā)達國家的醫(yī)用高分子材料產(chǎn)業(yè)化速度加快，基本形成了一個嶄新的生物材料產(chǎn)業(yè)。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13156.醫(yī)用高分子材料醫(yī)用高分子作為一門邊緣學(xué)科，融和了高分子化學(xué)、高分子物理、生物化學(xué)、合成材料工藝學(xué)、病理學(xué)、藥理學(xué)、解剖學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)等多方面的知識，還涉及許多工程學(xué)問題，如各種醫(yī)療器械的設(shè)計、制造等。上述學(xué)科的相互交融、相互滲透，促使醫(yī)用高分子材料的品種越來越豐富，性能越來越完善，功能越來越齊全。

第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13166.醫(yī)用高分子材料高分子材料雖然不是萬能的，不可能指望它解決一切醫(yī)學(xué)問題，但通過分子設(shè)計的途徑，合成出具有生物醫(yī)學(xué)功能的理想醫(yī)用高分子材料的前景是十分廣闊的。有人預(yù)計，在21世紀(jì)，醫(yī)用高分子將進入一個全新的時代。除了大腦之外，人體的所有部位和臟器都可用高分子材料來取代。仿生人也將比想象中更快地來到世上。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13176.醫(yī)用高分子材料目前用高分子材料制成的人工器官中，比較成功的有人工血管、人工食道、人工尿道、人工心臟瓣膜、人工關(guān)節(jié)、人工骨、整形材料等。巳取得重大研究成果，但還需不斷完善的有人工腎、人工心臟、人工肺、人工胰、人工眼球、人造血液等。另有一些功能較為復(fù)雜的器官，如人工肝臟、人工胃、人工子宮等，則正處于大力研究開發(fā)之中。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13186.醫(yī)用高分子材料從應(yīng)用情況看，人工器官的功能開始從部分取代向完全取代發(fā)展，從短時間應(yīng)用向長時期應(yīng)用發(fā)展，從大型向小型化發(fā)展，從體外應(yīng)用向體內(nèi)植入發(fā)展、人工器官的種類從與生命密切相關(guān)的部位向人工感覺器官、人工肢體發(fā)展。

第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13196.醫(yī)用高分子材料醫(yī)用高分子材料研發(fā)過程中遇到的一個巨大難題是材料的抗血栓問題。當(dāng)材料用于人工器官植入體內(nèi)時，必然要與血液接觸。由于人體的自然保護性反應(yīng)將產(chǎn)生排異現(xiàn)象，其中之一即為在材料與肌體接觸表面產(chǎn)生凝血，即血栓，結(jié)果將造成手術(shù)失敗，嚴(yán)重的還會引起生命危險。對高分子材料的抗血栓性研制是醫(yī)用高分子研究中的關(guān)鍵問題，至今尚未完全突破，將是今后醫(yī)用高分子材料研究中的首要問題。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13206.醫(yī)用高分子材料1.2醫(yī)用高分子的分類醫(yī)用高分子是一門較年輕的學(xué)科，發(fā)展歷史不長，因此醫(yī)用高分子的定義至今尚不十分明確。另外，由于醫(yī)用高分子是由多學(xué)科參與的交叉學(xué)科，根據(jù)不同學(xué)科領(lǐng)域的習(xí)慣出現(xiàn)了不同的分類方式。目前醫(yī)用高分子材料隨來源、應(yīng)用目的等可以分為多種類型。各種醫(yī)用高分子材料的名稱也很不統(tǒng)一。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13216.醫(yī)用高分子材料

日本醫(yī)用高分子專家櫻井靖久將醫(yī)用高分子分成如下的五大類：（1）與生物體組織不直接接觸的材料

這類材料用于制造雖在醫(yī)療衛(wèi)生部門使用，但不直接與生物體組織接觸的醫(yī)療器械和用品。如藥劑容器、血漿袋、輸血輸液用具、注射器、化驗室用品、手術(shù)室用品等。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13226.醫(yī)用高分子材料（2）與皮膚、粘膜接觸的材料

用這類材料制造的醫(yī)療器械和用品，需與人體肌膚與粘膜接觸，但不與人體內(nèi)部組織、血液、體液接觸，因此要求無毒、無刺激，有一定的機械強度。用這類材料制造的物品如手術(shù)用手套、麻醉用品（吸氧管、口罩、氣管插管等）、診療用品（洗眼用具、耳鏡、壓舌片、灌腸用具、腸、胃、食道窺鏡導(dǎo)管和探頭、腔門鏡、導(dǎo)尿管等）、繃帶、橡皮膏等。人體整容修復(fù)材料，例如假肢、假耳、假眼、假鼻等，也都可歸入這一類中。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13236.醫(yī)用高分子材料（3）與人體組織短期接觸的材料

這類材料大多用來制造在手術(shù)中暫時使用或暫時替代病變器官的人工臟器，如人造血管、人工心臟、人工肺、人工腎臟滲析膜、人造皮膚等。這類材料在使用中需與肌體組織或血液接觸，故一般要求有較好的生物體適應(yīng)性和抗血栓性。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13246.醫(yī)用高分子材料（4）長期植入體內(nèi)的材料

用這類材料制造的人工臟器或醫(yī)療器具，一經(jīng)植入人體內(nèi)，將伴隨人的終生，不再取出。因此要求有非常優(yōu)異的生物體適應(yīng)性和抗血栓性，并有較高的機械強度和穩(wěn)定的化學(xué)、物理性質(zhì)。用這類材料制備的人工臟器包括：腦積水癥髓液引流管、人造血管、人工瓣膜、人工氣管、人工尿道、人工骨骼、人工關(guān)節(jié)、手術(shù)縫合線、組織粘合劑等。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13256.醫(yī)用高分子材料（5）藥用高分子這類高分子包括大分子化藥物和藥物高分子。前者是指將傳統(tǒng)的小分子藥物大分子化，如聚青霉素；后者則指本身就有藥理功能的高分子，如陰離子聚合物型的干擾素誘發(fā)劑。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13266.醫(yī)用高分子材料除此之外，還有以下一些常用的分類方法。（1）按材料的來源分類

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。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13276.醫(yī)用高分子材料3）天然生物組織與器官

①取自患者自體的組織，例如采用自身隱靜脈作為冠狀動脈搭橋術(shù)的血管替代物；②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??；③來自其他動物的異種同類組織，例如采用豬的心臟瓣膜代替人的心臟瓣膜，治療心臟病等。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13286.醫(yī)用高分子材料（2）按材料與活體組織的相互作用關(guān)系分類

1）生物惰性高分子材料在體內(nèi)不降解、不變性、不會引起長期組織反應(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，促進肌體組織、細胞等生長的材料。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13296.醫(yī)用高分子材料

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。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13306.醫(yī)用高分子材料（3）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八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13316.醫(yī)用高分子材料（4）按與肌體組織接觸的關(guān)系分類

1)長期植入材料如人工血管、人工關(guān)節(jié)、人工晶狀體等。

2)短期植入（接觸）材料如透析器、心肺機管路和器件等。

3)體內(nèi)體外連通使用的材料如心臟起搏器的導(dǎo)線、各種插管等。

4)與體表接觸材料及一次性醫(yī)療用品材料第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13326.醫(yī)用高分子材料目前在實際應(yīng)用中，更實用的是僅將醫(yī)用高分子分為兩大類，一類是直接用于治療人體某一病變組織、替代人體某一部位或某一臟器、修補人體某一缺陷的材料。如用作人工管道（血管、食道、腸道、尿道等）、人造玻璃體（眼球）、人工臟器（心臟、腎臟、肺、胰腺等）、人造皮膚、人造血管，手術(shù)縫合用線、組織粘合劑、整容材料（假耳、假眼、假鼻、假肢等）的材料。

第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13336.醫(yī)用高分子材料另一類則是用來制造醫(yī)療器械、用品的材料，如注射器、手術(shù)鉗、血漿袋等。這類材料用來為醫(yī)療事業(yè)服務(wù)，但本身并不具備治療疾病、替代人體器官的功能，因此不屬功能高分子的范疇。國內(nèi)通常將高分子藥物單獨列為一類功能性高分子，故不在醫(yī)用高分子范圍內(nèi)討論。

本章討論直接用于治療人體病變組織，替代人體病變器官、修補人體缺陷的高分子材料。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13346.醫(yī)用高分子材料1.3對醫(yī)用高分子材料的基本要求醫(yī)用高分子材料是一類特殊用途的材料。它們在使用過程中，常需與生物肌體、血液、體液等接觸，有些還須長期植入體內(nèi)。由于醫(yī)用高分子與人們的健康密切相關(guān)，因此對進入臨床使用階段的醫(yī)用高分子材料具有嚴(yán)格的要求，要求有十分優(yōu)良的特性。歸納起來，一個具備了以下七個方面性能的材料，可以考慮用作醫(yī)用材料。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13356.醫(yī)用高分子材料（1）化學(xué)惰性，不會因與體液接觸而發(fā)生反應(yīng)

人體環(huán)境對高分子材料主要有以下一些影響：1)體液引起聚合物的降解、交聯(lián)和相變化；2)體內(nèi)的自由基引起材料的氧化降解反應(yīng)；3)生物酶引起的聚合物分解反應(yīng)；4)在體液作用下材料中添加劑的溶出；5)血液、體液中的類脂質(zhì)、類固醇及脂肪等物質(zhì)滲入高分子材料，使材料增塑，強度下降。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13366.醫(yī)用高分子材料

但對醫(yī)用高分子來說，在某些情況下，“老化”并不一定都是貶意的，有時甚至還有積極的意義。如作為醫(yī)用粘合劑用于組織粘合，或作為醫(yī)用手術(shù)縫合線時，在發(fā)揮了相應(yīng)的效用后，反倒不希望它們有太好的化學(xué)穩(wěn)定性，而是希望它們盡快地被組織所分解、吸收或迅速排出體外。在這種情況下，對材料的附加要求是：在分解過程中，不應(yīng)產(chǎn)生對人體有害的副產(chǎn)物。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13376.醫(yī)用高分子材料（2）對人體組織不會引起炎癥或異物反應(yīng)

有些高分子材料本身對人體有害，不能用作醫(yī)用材料。而有些高分子材料本身對人體組織并無不良影響，但在合成、加工過程中不可避免地會殘留一些單體，或使用一些添加劑。當(dāng)材料植入人體以后，這些單體和添加劑會慢慢從內(nèi)部遷移到表面，從而對周圍組織發(fā)生作用，引起炎癥或組織畸變，嚴(yán)重的可引起全身性反應(yīng)。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13386.醫(yī)用高分子材料（3）不會致癌根據(jù)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)理論認(rèn)為，人體致癌的原因是由于正常細胞發(fā)生了變異。當(dāng)這些變異細胞以極其迅速的速度增長并擴散時，就形成了癌。而引起細胞變異的因素是多方面的，有化學(xué)因素、物理因素，也有病毒引起的原因。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13396.醫(yī)用高分子材料當(dāng)醫(yī)用高分子材料植入人體后，高分子材料本身的性質(zhì)，如化學(xué)組成、交聯(lián)度、相對分子質(zhì)量及其分布、分子鏈構(gòu)象、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)、高分子材料中所含的雜質(zhì)、殘留單體、添加劑都可能與致癌因素有關(guān)。但研究表明，在排除了小分子滲出物的影響之外，與其他材料相比，高分子材料本身并沒有比其他材料更多的致癌可能性。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13406.醫(yī)用高分子材料（4）具有良好的血液相容性

當(dāng)高分子材料用于人工臟器植入人體后，必然要長時間與體內(nèi)的血液接觸。因此，醫(yī)用高分子對血液的相容性是所有性能中最重要的。高分子材料的血液相容性問題是一個十分活躍的研究課題，但至今尚未制得一種能完全抗血栓的高分子材料。這一問題的徹底解決，還有待于各國科學(xué)家的共同努力。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13416.醫(yī)用高分子材料（5）長期植入體內(nèi)不會減小機械強度許多人工臟器一旦植入體內(nèi)，將長期存留，有些甚至伴隨人們的一生。因此，要求植入體內(nèi)的高分子材料在極其復(fù)雜的人體環(huán)境中，不會很快失去原有的機械強度。事實上，在長期的使用過程中，高分子材料受到各種因素的影響，其性能不可能永遠保持不變。我們僅希望變化盡可能少一些，或者說壽命盡可能長一些。

第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13426.醫(yī)用高分子材料一般來說，化學(xué)穩(wěn)定性好的，不含易降解基團的高分子材料，機械穩(wěn)定也比較好。如聚酰胺的酰胺基團在酸性和堿性條件下都易降解，因此，用作人體各部件時，均會在短期內(nèi)損失其機械強度，故一般不適宜選作植入材料。而聚四氟乙烯的化學(xué)穩(wěn)定性較好，其在生物體內(nèi)的穩(wěn)定性也較好。表9—1是一些高分子以纖維形式植入狗的動脈后其機械強度的損失情況。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13436.醫(yī)用高分子材料第八章醫(yī)用高分子材料表9—1高分子材料在狗體內(nèi)的機械穩(wěn)定性材料名稱植入天數(shù)機械強度損失/％尼龍－676174.6107380.7滌綸樹脂78011.4聚丙烯酸酯6701.0聚四氟乙烯6775.32024/12/13446.醫(yī)用高分子材料（6）能經(jīng)受必要的清潔消毒措施而不產(chǎn)生變性高分子材料在植入體內(nèi)之前，都要經(jīng)過嚴(yán)格的滅菌消毒。目前滅菌處理一般有三種方法：蒸汽滅菌、化學(xué)滅菌、γ射線滅菌。國內(nèi)大多采用前兩種方法。因此在選擇材料時，要考慮能否耐受得了。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13456.醫(yī)用高分子材料（7）易于加工成需要的復(fù)雜形狀人工臟器往往具有很復(fù)雜的形狀，因此，用于人工臟器的高分子材料應(yīng)具有優(yōu)良的成型性能。否則，即使各項性能都滿足醫(yī)用高分子的要求，卻無法加工成所需的形狀，則仍然是無法應(yīng)用的。此外還要防止在醫(yī)用高分子材料生產(chǎn)、加工工程中引入對人體有害的物質(zhì)。應(yīng)嚴(yán)格控制原料的純度，加工助劑必須符合醫(yī)用標(biāo)準(zhǔn)。生產(chǎn)環(huán)境應(yīng)當(dāng)具有適宜的潔凈級別，符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13466.醫(yī)用高分子材料與其他高分子材料相比，對醫(yī)用高分子材料的要求是非常嚴(yán)格的。對于不同用途的醫(yī)用高分子材料，往往又有一些具體要求。在醫(yī)用高分子材料進入臨床應(yīng)用之前，都必須對材料本身的物理化學(xué)性能、機械性能以及材料與生物體及人體的相互適應(yīng)性進行全面評價，然后經(jīng)國家管理部門批準(zhǔn)才能進入臨床使用。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13476.醫(yī)用高分子材料2.高分子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，一般都會出現(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。因此提高應(yīng)用高分子材料與肌體的生物相容性，是材料和醫(yī)學(xué)科學(xué)家們必須面對的課題。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13486.醫(yī)用高分子材料由于不同的高分子材料在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用目的不同，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引起凝血、溶血等不良反應(yīng)。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13496.醫(yī)用高分子材料2.1高分子材料的組織相容性2.1.1高分子材料植入對組織反應(yīng)的影響高分子材料植入人體后，對組織反應(yīng)的影響因素包括材料本身的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)（如微相結(jié)構(gòu)、親水性、疏水性、電荷等）、材料中可滲出的化學(xué)成分（如殘留單體、雜質(zhì)、低聚物、添加劑等）、降解或代謝產(chǎn)物等。此外，植入材料的幾何形狀也可能引起組織反應(yīng)。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13506.醫(yī)用高分子材料（1）材料中滲出的化學(xué)成分對生物反應(yīng)的影響材料中逐漸滲出的各種化學(xué)成分（如添加劑、雜質(zhì)、單體、低聚物以及降解產(chǎn)物等）會導(dǎo)致不同類型的組織反應(yīng)，例如炎癥反應(yīng)。組織反應(yīng)的嚴(yán)重程度與滲出物的毒性、濃度、總量、滲出速率和持續(xù)期限等密切相關(guān)。一般而言，滲出物毒性越大、滲出量越多，則引起的炎癥反應(yīng)越強。

第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13516.醫(yī)用高分子材料例如，聚氨酯和聚氯乙烯中可能存在的殘余單體有較強的毒性，滲出后會引起人體嚴(yán)重的炎癥反應(yīng)。而硅橡膠、聚丙烯、聚四氟乙烯等高分子的毒性滲出物通常較少，植入人體后表現(xiàn)的炎癥反應(yīng)較輕。如果滲出物的持續(xù)滲出時間較長，則可能發(fā)展成慢性炎癥反應(yīng)。如某些被人體分解吸收較慢的生物吸收性高分子材料容易引起慢性無菌性炎癥。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13526.醫(yī)用高分子材料（2）高分子材料的生物降解對生物反應(yīng)的影響高分子材料生物降解對人體組織反應(yīng)的影響取決于降解速度、產(chǎn)物的毒性、降解的持續(xù)期限等因素。降解速度慢而降解產(chǎn)物毒性小，一般不會引起明顯的組織反應(yīng)。但若降解速度快而降解產(chǎn)物毒性大，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的急性或慢性炎癥反應(yīng)。如有報道采用聚酯材料作為人工喉管修補材料出現(xiàn)慢性炎癥的情況。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13536.醫(yī)用高分子材料（3）材料物理形態(tài)等因素對組織反應(yīng)的影響高分子材料的物理形態(tài)如大小、形狀、孔度、表面平滑度等因素也會影響組織反應(yīng)。另外，試驗動物的種屬差異、材料植入生物體的位置等生物學(xué)因素以及植入技術(shù)等人為因素也是不容忽視的。一般來說，植入體內(nèi)材料的體積越大、表面越平滑，造成的組織反應(yīng)越嚴(yán)重。植入材料與生物組織之間的相對運動，也會引發(fā)較嚴(yán)重的組織反應(yīng)。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13546.醫(yī)用高分子材料曾對不同形狀的材料植入小白鼠體內(nèi)出現(xiàn)腫瘤的情況進行過統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)當(dāng)植入材料為大體積薄片時，出現(xiàn)腫瘤的可能性比在薄片上穿大孔時高出一倍左右。而海綿狀、纖維狀和粉末狀材料幾乎不會引起腫瘤（見表9—2）。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13556.醫(yī)用高分子材料第八章醫(yī)用高分子材料表9—2不同形狀的材料對產(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*試驗周期為兩年2024/12/13566.醫(yī)用高分子材料原因可能是由于材料的植入使周圍的細胞代謝受到障礙，營養(yǎng)和氧的供應(yīng)不充分以及長期受到異物刺激而使細胞異常分化、產(chǎn)生變異所致。而當(dāng)植入材料為海綿狀、纖維狀和粉末狀時，組織細胞可圍繞材料生長，因此不會由于營養(yǎng)和氧的不足而變異，因此致癌危險性較小。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13576.醫(yī)用高分子材料2.1.2高分子材料在體內(nèi)的表面鈣化觀察發(fā)現(xiàn)，高分子材料在植入人體內(nèi)后，再經(jīng)過一段時間的試用后，會出現(xiàn)鈣化合物在材料表面沉積的現(xiàn)象，即鈣化現(xiàn)象。鈣化現(xiàn)象往往是導(dǎo)致高分子材料在人體內(nèi)應(yīng)用失效的原因之一。試驗結(jié)果證明，鈣化現(xiàn)象不僅是膠原生物材料的特征，一些高分子水溶膠，如聚甲基丙烯酸羥乙酯在大鼠、倉鼠、荷蘭豬的皮下也發(fā)現(xiàn)有鈣化現(xiàn)象。

第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13586.醫(yī)用高分子材料用等離子體發(fā)射光譜法分析鈣化沉積層的元素組成，發(fā)現(xiàn)鈣化層中以鈣、磷兩種元素為主，鈣磷比為1.61～1.69，平均值1.66，與羥基磷灰石中的鈣磷比1.67幾乎相同，此外還含有少量的鋅和鎂。這表明，鈣化現(xiàn)象是高分子材料植入動物體內(nèi)后，對肌體組織造成刺激，促使肌體的新陳代謝加速的結(jié)果。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13596.醫(yī)用高分子材料影響高分子材料表面鈣化的因素很多，包括生物因素（如物種、年齡、激素水平、血清磷酸鹽水平、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)吸附、局部血流動力學(xué)、凝血等）和材料因素（親水性、疏水性、表面缺陷）等。一般而言，材料植入時，被植個體越年青，材料表面越可能發(fā)生鈣化。多孔材料的鈣化情況比無孔材料要嚴(yán)重。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13606.醫(yī)用高分子材料2.1.3高分子材料的致癌性雖然目前尚無足夠的證據(jù)說明高分子材料的植入會引起人體內(nèi)的癌癥。但是，許多試驗動物研究表明，當(dāng)高分子材料植入鼠體內(nèi)時，只要植入的材料是固體材料而且面積大于1cm2，無論材料的種類（高分子、金屬或陶瓷）、形狀（膜、片狀或板狀）以及材料本身是否具有化學(xué)致癌性，均有可能導(dǎo)致癌癥的發(fā)生。這種現(xiàn)象稱為固體致癌性或異物致癌性。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13616.醫(yī)用高分子材料根據(jù)癌癥的發(fā)生率和潛伏期，高分子材料對大鼠的致癌性可分為三類。①能釋放出小分子致癌物的高分子材料，具有高發(fā)生率，潛伏期短的特征。②本身具有癌癥原性的高分子材料，發(fā)生率較高，潛伏期不定；③只是作為簡單異物的高分子材料，發(fā)生率較低，潛伏期長。顯然只有第三類高分子材料才有可能進行臨床應(yīng)用。

第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13626.醫(yī)用高分子材料研究發(fā)現(xiàn)，異物致癌性與慢性炎癥反應(yīng)、纖維化特別是纖維包膜厚度密切相關(guān)。例如當(dāng)在大鼠體內(nèi)植入高分子材料后，如果前3～12個月內(nèi)形成的纖維包膜厚度大于0.2mm，經(jīng)過一定的潛伏期后通常會出現(xiàn)癌癥。而低于此值，癌癥很少發(fā)生。因此0.2mm可能是誘發(fā)鼠體癌癥的臨界纖維包膜厚度。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13636.醫(yī)用高分子材料2.2高分子材料的血液相容性2.2.1高分子材料的凝血作用通常，當(dāng)人體的表皮受到損傷時，流出的血液會自動凝固，稱為血栓。實際上，血液在受到下列因素影響時，都可能發(fā)生血栓：①血管壁特性與狀態(tài)發(fā)生變化；②血液的性質(zhì)發(fā)生變化；③血液的流動狀態(tài)發(fā)生變化。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13646.醫(yī)用高分子材料2.2.2血液相容性高分子材料的制備（1）使材料表面帶上負(fù)電荷的基團例如將芝加哥酸（1－氨基－8－萘酚－2,4－二磺酸萘）（見下式）引入聚合物表面后，可減少血小板在聚合物表面上的粘附量，抗凝血性提高。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13656.醫(yī)用高分子材料（2）高分子材料的表面接枝改性采用化學(xué)法（如偶聯(lián)法、臭氧化法等）和物理法（等離子體法、高能輻射法、紫外光法等）將具有抗凝血性的天然和化學(xué)合成的化合物，如肝素、聚氧化乙烯接枝到高分子材料表面上。研究表明，血小板不能粘附于用聚氧化乙烯處理過的玻璃上。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13666.醫(yī)用高分子材料添加聚氧化乙烯（分子量為6000）于凝血酶溶液中，可防止凝血酶對玻璃的吸附。因此，在血液相容性高分子材料的研究中，聚氧化乙烯是十分重要的抗凝血材料。

通過接枝改性調(diào)節(jié)高分子材料表面分子結(jié)構(gòu)中的親水基團與疏水基團的比例，使其達到一個最佳值，也是改善材料血液相容性的有效方法。

第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13676.醫(yī)用高分子材料（3）制備具有微相分離結(jié)構(gòu)的材料研究發(fā)現(xiàn)，具有微相分離結(jié)構(gòu)的高分子材料對血液相容性有十分重要的作用，而它們基本上是嵌段共聚物和接枝共聚物。其中研究得較多的是聚氨酯嵌段共聚物，即由軟段和硬段組成的多嵌段共聚物，其中軟段一般為聚醚、聚丁二烯、聚二甲基硅氧烷等，形成連續(xù)相；硬段包含脲基和氨基甲酸酯基，形成分散相。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13686.醫(yī)用高分子材料在這類嵌段共聚物血液相容性的研究中發(fā)現(xiàn)，軟段聚醚對材料的抗凝血性的貢獻較大，而其分子量對血液相容性和血漿蛋白質(zhì)的吸附均有顯著影響。同樣，具有微相分離結(jié)構(gòu)的接枝共聚物、親水/疏水型嵌段共聚物等都有一定的抗凝血性。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13696.醫(yī)用高分子材料（4）高分子材料的肝素化

肝素是一種硫酸多糖類物質(zhì)（見下式），是最早被認(rèn)識的天然抗凝血產(chǎn)物之一。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13706.醫(yī)用高分子材料3.生物吸收性高分子材料許多高分子材料植入人體內(nèi)后只是起到暫時替代作用，例如高分子手術(shù)縫合線用于縫合體內(nèi)組織時，當(dāng)肌體組織痊愈后，縫合線的作用即告結(jié)束，這時希望用作縫合線的高分子材料能盡快地分解并被人體吸收，以最大限度地減少高分子材料對肌體的長期影響。由于生物吸收性材料容易在生物體內(nèi)分解，參與代謝，并最終排出體外，對人體無害，因而越來越受到人們的重視。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13716.醫(yī)用高分子材料3.1生物吸收性高分子材料的設(shè)計原理3.1.1生物降解性和生物吸收性生物吸收性高分子材料在體液的作用下完成兩個步驟，即降解和吸收。前者往往涉及高分子主鏈的斷裂，使分子量降低。作為醫(yī)用高分子要求降解產(chǎn)物（單體、低聚體或碎片）無毒，并且對人體無副作用。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13726.醫(yī)用高分子材料高分子材料在體內(nèi)最常見的降解反應(yīng)為水解反應(yīng)，包括酶催化水解和非酶催化水解。能夠通過酶專一性反應(yīng)降解的高分子稱為酶催化降解高分子；而通過與水或體液接觸發(fā)生水解的高分子稱為非酶催化降解高分子。從嚴(yán)格意義上講，只有酶催化降解才稱得上生物降解，但在實際應(yīng)用中將這兩種降解統(tǒng)稱為生物降解。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13736.醫(yī)用高分子材料

吸收過程是生物體為了攝取營養(yǎng)或通過腎臟、汗腺或消化道排泄廢物所進行的正常生理過程。高分子材料一旦在體內(nèi)降解以后，即進入生物體的代謝循環(huán)。這就要求生物吸收性高分子應(yīng)當(dāng)是正常代謝物或其衍生物通過可水解鍵連接起來的。在一般情況下，由C－C鍵形成的聚烯烴材料在體內(nèi)難以降解。只有某些具有特殊結(jié)構(gòu)的高分子材料才能夠被某些酶所降解。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13746.醫(yī)用高分子材料3.1.2生物吸收性高分子材料的分解吸收速度

用于人體組織治療的生物吸收性高分子材料，其分解和吸收速度必須與組織愈合速度同步。人體中不同組織不同器官的愈合速度是不同的，例如表皮愈合一般需要3～10天，膜組織的痊愈要需15～30天，內(nèi)臟器官的恢復(fù)需要1～2個月，而硬組織如骨骼的痊愈則需要2～3個月等等。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13756.醫(yī)用高分子材料因此，對植入人體內(nèi)的生物吸收性高分子材料在組織或器官完全愈合之前，必須保持適當(dāng)?shù)臋C械性能和功能。而在肌體組織痊愈之后，植入的高分子材料應(yīng)盡快降解并被吸收，以減少材料長期存在所產(chǎn)生的副作用。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13766.醫(yī)用高分子材料3.2生物吸收性天然高分子材料已經(jīng)在臨床醫(yī)學(xué)獲得應(yīng)用的生物吸收性天然高分子材料包括蛋白質(zhì)和多糖兩類生物高分子。這些生物高分子主要在酶的作用下降解，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。因此這類材料應(yīng)當(dāng)是最理想的生物吸收性高分子材料。

第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13776.醫(yī)用高分子材料3.3生物吸收性合成高分子材料雖然生物吸收性天然高分子材料具有良好的生物相容性和生物活性，但畢竟來源有限，遠遠不能適應(yīng)快速發(fā)展的現(xiàn)代醫(yī)療事業(yè)的需求。因此，人工合成的生物吸收性高分子材料有了快速發(fā)展的時間和空間。

生物吸收合成高分子材料多數(shù)屬于能夠在溫和生理條件下發(fā)生水解的生物吸收性高分子，降解過程一般不需要酶的參與。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13786.醫(yī)用高分子材料3.3.1聚α－羥基酸酯及其改性產(chǎn)物聚酯主鏈上的酯鍵在酸性或者堿性條件下均容易水解，產(chǎn)物為相應(yīng)的單體或短鏈段，可參與生物組織的代謝。聚酯的降解速度可通過聚合單體的選擇調(diào)節(jié)。例如隨著單體中碳/氧比增加，聚酯的疏水性增大，酯鍵的水解性降低。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13796.醫(yī)用高分子材料由2～5個碳原子的ω－羥基酸聚合得到的均縮聚聚酯能夠以較快的速度水解，與人體組織的愈合速度相近。同時，這些聚酯結(jié)晶性高，具有較高的強度和模量，因此，適合于加工成不同的形狀，以滿足不同的醫(yī)用目的。單組分聚酯中最典型的代表是聚α－羥基酸及其衍生物。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13806.醫(yī)用高分子材料

乙醇酸和乳酸是典型的α－羥基酸，其縮聚產(chǎn)物即為聚α－羥基酸酯，即聚乙醇酸（PGA）和聚乳酸（PLA）。乳酸中的α－碳是不對稱的，因此有D－乳酸和L－乳酸兩種光學(xué)異構(gòu)體。由單純的D－乳酸或L－乳酸制備的聚乳酸是光學(xué)活性的，分別稱為聚D－乳酸（PDLA）和聚L－乳酸（PLLA）。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13816.醫(yī)用高分子材料3.3.2聚酯醚及其相似聚合物PGA和PLLA為高結(jié)晶性高分子，質(zhì)地較脆而柔順性不夠。因此人們設(shè)計開發(fā)了一類具有較好柔順性生物吸收性高分子—聚醚酯，以彌補PGA和PLLA的不足。聚醚酯可通過含醚鍵的內(nèi)酯為單體通過開環(huán)聚合得到。如由二氧六環(huán)開環(huán)聚合制備的聚二氧六環(huán)可用作單纖維手術(shù)縫合線。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13826.醫(yī)用高分子材料4.高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用4.1高分子人工臟器及部件的應(yīng)用現(xiàn)狀高分子材料作為人工臟器、人工血管、人工骨骼、人工關(guān)節(jié)等的醫(yī)用材料，正在越來越廣泛地得到運用。人工臟器的應(yīng)用正從大型向小型化發(fā)展，從體外使用向內(nèi)植型發(fā)展，從單一功能向綜合功能型發(fā)展。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13836.醫(yī)用高分子材料為了滿足材料的醫(yī)用功能性、生物相容性和血液相容性的嚴(yán)峻要求，醫(yī)用高分子材料也由通用型逐步向?qū)Ｓ眯桶l(fā)展，并研究出許多有生物活性的高分子材料，例如將生物酶和生物細胞等固定在高分子材料分子中，以克服高分子材料與生物肌體相容性差的缺點。開發(fā)混合型人工臟器的工作也正在取得可喜的成績。表9—5列舉了在制作人工臟器所涉及到的高分子材料。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13846.醫(yī)用高分子材料根據(jù)人工臟器和部件的作用及目前研究進展，可將它們分成五大類。

第一類：能永久性地植入人體，完全替代原來臟器或部位的功能，成為人體組織的一部分。屬于這一類的有人工血管、人工心臟瓣膜、人工食道、人工氣管、人工膽道、人工尿道、人工骨骼、人工關(guān)節(jié)等。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13856.醫(yī)用高分子材料表9—5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），聚氨酯豪，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，聚酯第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13866.醫(yī)用高分子材料皮膚硝基纖維素，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第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13876.醫(yī)用高分子材料鼓膜硅橡膠食道聚硅酮喉頭聚四氟乙烯，聚硅酮，聚乙烯氣管聚乙烯，聚四氟乙烯，聚硅酮，聚酯纖維腹膜聚硅酮，聚乙烯，聚酯纖維尿道硅橡膠，聚酯纖維第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13886.醫(yī)用高分子材料

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)過程中暫時替代原有器官的功能。例如人工腎臟、人工心臟、人工肺等。這類裝置的發(fā)展方向是小型化和內(nèi)植化，最終能植入體內(nèi)完全替代原有臟器的功能。據(jù)報道，能夠內(nèi)植的人工心臟已獲得相當(dāng)年份的考驗，在不遠的將來可正式投入臨床應(yīng)用。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13896.醫(yī)用高分子材料

第三類：功能比較單一，只能部分替代人體臟器的功能，例如人工肝臟等。這類人工臟器的研究方向是多功能化，使其能完全替代人體原有的較為復(fù)雜的臟器功能。

第四類：正在進行探索的人工臟器。這是指那些功能特別復(fù)雜的臟器，如人工胃、人工子宮等。這類人工臟器的研究成功，將使現(xiàn)代醫(yī)學(xué)水平有一重大飛躍。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13906.醫(yī)用高分子材料

第五類：整容性修復(fù)材料，如人工耳朵、人工鼻子、人工乳房、假肢等。這些部件一般不具備特殊的生理功能，但能修復(fù)人體的殘缺部分，使患者重新獲得端正的儀表。從社會學(xué)和心理學(xué)的角度來看，也是具有重大意義的。要制成一個完整的人工臟器，必須有能源，傳動裝置、自動控制系統(tǒng)及輔助裝置或多方面的配合。然而，不言而喻，其中高分子材料乃是目前制造人工臟器的關(guān)鍵材料。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13916.醫(yī)用高分子材料4.2醫(yī)用高分子材料的應(yīng)用4.2.1血液相容性材料與人工心臟許多醫(yī)用高分子在應(yīng)用中需長期與肌體接觸，必須有良好的生物相容性，其中血液相容性是最重要的性能。人工心臟、人工腎臟、人工肝臟、人工血管等臟器和部件長期與血液接觸，因此要求材料必須具有優(yōu)良的抗血栓性能。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13926.醫(yī)用高分子材料近年來，在對高分子材料抗血栓性研究中，發(fā)現(xiàn)具有微相分離結(jié)構(gòu)的聚合物往往具有優(yōu)良的血液相容性，因而引起人們極大的興趣。例如在聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯的結(jié)構(gòu)中接枝上親水性的甲基丙烯酸－β－羥乙酯，當(dāng)接枝共聚物的微區(qū)尺寸在20～30nm范圍內(nèi)時，就有優(yōu)良的抗血栓性。第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13936.醫(yī)用高分子材料在微相分離高分子材料中，國內(nèi)外研究得最活躍的是聚醚型聚氨酯，或稱聚醚氨酯。聚醚氨酯是一類線型多嵌段共聚物，宏觀上表現(xiàn)為熱塑性彈性體，具有優(yōu)良的生物相容性和力學(xué)性能，因而引起人們廣泛的重視。作為醫(yī)用高分子材料的嵌段聚醚氨酯（SegmentedPolyetherurethane，SPEU）的一般結(jié)構(gòu)式如下：第八章醫(yī)用高分子材料2024/12/13946.醫(yī)用高分子材料第八章醫(yī)用高分子材料美國Ethicon公司推薦的四種醫(yī)用聚醚氨酯：Biomer，Pellethane，Tecoflex和Cardiothane基本上都屬于這一類聚合物。2024/12/13956.醫(yī)用高分子材料這類聚合物的共同特點是分子結(jié)構(gòu)都是由軟鏈段和硬鏈段兩部分組成的，分子間有較強的氫鍵和范得華力。聚醚軟段聚集形成連續(xù)相