a類文醫(yī)用高分子材料及其應用匯總

1、生物醫(yī)用高分子材料及其應用 摘要：隨著人民生活水平的提高和現(xiàn)代醫(yī)學的發(fā)展，生物醫(yī)用高分子材料日益重要，在醫(yī)療費用中的比重也十分突出。近幾年來,由于生物醫(yī)學工程、材料科學和生物技術的發(fā)展,生物醫(yī)用高分子材料及其制品正以其特有的生物相容性、無毒性等優(yōu)異性能而獲得越來越多的醫(yī)學臨床應用。關鍵詞： 生物醫(yī)用高分子材料；基礎研究；合成；醫(yī)療器械 Biomedical Polymeric Materials and their applicationsAbstract: Biomedical polymeric materials have been of the increasing importanc

2、e for human health ，and much progress has been made during the latest decade.。In recent years，biomedical polymer materials and products have increasingly found clinical application owing to their excellent performances such as unique biological histocompatibility,，and non-toxicity with the developme

3、nt of biomedical engineering, materials science and biotechnology.Key words: Polymeric Biomedical Materials; Basic Research; Synthesis; Medical device 0引言醫(yī)用高分子是一類令人矚目的功能高分子材料,是一門介于現(xiàn)代醫(yī)學和高分子科學之間的新興學科。醫(yī)用高分子材料是一類可對有機體組織進行修復、替代與再生,具有特殊功能作用的新型高技術合成高分子材料,是科學技術中的一個正在發(fā)展的新領域,不僅技術含量和經濟價值高,而且對人類的健康生活和社會發(fā)展具有極其重大

4、意義,它已滲入到醫(yī)學和生命科學的各個部門并應用于臨床的診斷與治療。1.醫(yī)用高分子材料發(fā)展的4個階段第1階段：時間大約是7千年前至19世紀中葉，是被動地使用天然高分子材料階段。這一時期的高分子材料有，大漆及其制品、蠶絲及織物、麻、棉、羊皮、羊毛、紙、桐油等。第2階段：從19世紀中頁到20世紀20年代，是對天然高分子材料進行化學改性，從而研制新材料階段。在這階段中，人類首次研制出合成高分子材料(酚醛樹脂)。這一時期的高分子材料有，硫化橡膠，賽璐珞(硝基纖維素脂)、硝基纖維素酯，人造絲、纖維素粘膠絲、酚醛樹脂清漆和電木等。第3階段：20-世紀30年代至60年代，是人類大量研制新合成高分子材料階段。在

5、這一階段，“高分子科學”概念已經誕生，大批高分子化學家投入到新聚合物的合成和新材料開發(fā)的研究領域。從而導致了至今天仍有重要意義的大批通用高分子材料的誕生。例如順丁、丁苯、丁納等合成橡膠的出現(xiàn)；尼龍66、聚酯(PET)、聚丙烯腈等合成纖維的出現(xiàn)；聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰亞胺、有機硅、有機氟、雜環(huán)高分子等塑料和樹脂的出現(xiàn)。第4階段：從20世紀60年代至今，是人類對高分子材料大普及、大擴展階段。在這個階段，人類對上述聚合物的使用更加合理，聚合物生產的價格更為低廉，從而使高分子材料滲透到國民經濟及人類生活的各個方面，使高分子材料成為了人類社會繼金屬材料，無機材料之后的第3大材

6、料。2.醫(yī)用高分子的現(xiàn)狀2.1醫(yī)用高分子材料的目前需求隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展,尤其是生物技術的重大突破,生物材料的應用將更加廣泛,需求量也隨之越來越大。生物醫(yī)用材料產業(yè)發(fā)展如此迅猛,主要動力來自于人口老齡化、中青年創(chuàng)傷的增多、疑難疾病患者的增加和高新技術的發(fā)展。生物材料的研究與開發(fā)被許多國家列入高技術關鍵新材料發(fā)展計劃,并迅速成為國際高技術制高點之一。作為世界人口最多的國家,生物材料的市場潛力十分巨大。據(jù)民政部門報告:我國現(xiàn)有的肢體不自由患者已超過1 500 萬,其中肢殘患者約800 萬;由類風濕引發(fā)的大骨節(jié)病患者有數(shù)百萬;冠心病患者已超過1 000 萬;白內障盲人約500 萬;牙缺損和牙缺失

7、患者高達3 億 4 億人; 肝炎病毒攜帶者1. 2 億;心血管病患者2 000 萬;需計劃生育的育齡婦女2 000 萬;伴隨人口老齡化(60 歲以上的老年人口已達1. 39 億人,約占全國人口的10. 69 %) 的骨質疏松患者7 000 萬;每年由于疾病、交通事故和運動創(chuàng)傷等造成的骨缺損和缺失患者人數(shù)近1 000 萬人;需要進行顱頜面和胸部美容整形的人數(shù)有數(shù)千萬人。這還不包括數(shù)目龐大的各類軟組織、血液和器官疾病患者人數(shù)4。我國醫(yī)用高分子材料研制和生產迅速發(fā)展,初具規(guī)模,已經成為一個新興產業(yè),總產值的增長率遠高于國民經濟平均發(fā)展速度?？梢?生物材料是一個巨大的產業(yè),生物材料的不可缺少性,尤其是

8、進口材料動輒上萬元的價格決定了我國必須加強具有自主知識產權的生物材料的研究開發(fā)。12.2生物醫(yī)用功能高分子材料分類由于高分子生物材料由多學科參與研究工作，出現(xiàn)了不同的分類方式。高分子生物材料隨不同來源、應用目的、活體組織對材料的影響等可以分為多種類型。目前，這些分類方法和各種高分子生物材料的名稱還處于混合實用狀態(tài)，尚無統(tǒng)一的標準。按材料來源可分為天然和人工合成兩大類，下面我們就分別對這兩種材料進行詳細的論述。2.21天然生物材料天然生物材料是指從自然界現(xiàn)有的動、植物體中提取的天然活性高分子，如從各種甲殼類、昆蟲類動物體中提取的甲殼質殼聚糖纖維，從海藻植物中提取的海藻酸鹽，從桑蠶體內分泌的蠶絲經

9、再生制得的絲素纖維與絲素膜，以及由牛屈肌腱重新組構而成的骨膠原纖維6等。這些纖維由于他們來自生物體內且都具有很高的生物功能和很好的生物適應性，在保護傷口、加速創(chuàng)面愈方面具有強大的優(yōu)勢，已引起國內外醫(yī)務界廣泛的關注。自然界廣泛存在的天然生物材料仍有著人工材料無可比擬的優(yōu)越性能。根據(jù)研究報道，由于天然高分子醫(yī)用材料的獨特臨床效果，它的應用前景相當廣闊。2.22合成生物材料由于天然材料的有限，人們需要大量的生物材料來維持他們的健康。合成高分子材料因與人體器官組織的天然高分子有著極其相似的化學結構和物理性能，因而可以植入人體，部分或全部取代有關器官。因此，在現(xiàn)代醫(yī)學領域得到了最為廣泛的應用，成為現(xiàn)代醫(yī)

10、學的重要支柱材料。與天然生物材料相比，合成高分子材料具有優(yōu)異的生物相容性，不會因與體液接觸而產生排斥和致癌作用，在人體環(huán)境中的老化不明顯。通過選用不同成分聚合物和添加劑，改變表面活性狀態(tài)等方法可進一步改善其抗血栓性和耐久性，從而獲得高度可靠和適當有機物功能響應的生物合成高分子材料。目前，使用于人體植入產品的高分子合成材料包括聚酰胺、環(huán)氧樹脂、聚乙烯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚甲醛、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯酯、硅橡膠和硅凝膠等。應用場合涉及組織粘合、手術縫線、眼科材料(人工玻璃體、人工角膜和人工晶狀體等)、軟組織植入物(人工心臟、人工腎、人工肝等)和人工管形器(人工器官、食道)等。22

11、.3醫(yī)用高分子材料的特殊要求大部分醫(yī)用高分子材料是要用于人體的，它在植入后將會與人體發(fā)生一系列的相互作用，為保證其使用的安全性和有效性，目前國內外對所有進入臨床應用的醫(yī)用高分子材料的要求十分嚴格并且建立了一系列的評價體系。除了作為材料在力學強度等方面的普遍要求之外，醫(yī)用高分子材料的特殊要求可以綜合概括為以下個方面：1) 生物功能性:因各種生物材料的用途而異,如:作為緩釋藥物時,藥物的緩釋性能就是其生物功能性。2) 生物相容性:可概括為材料和活體之間的相互關系,主要包括血液相容性和組織相容性。組織相容性主要指無毒性,無致癌性,無熱原反應,無免疫排斥反應,不破壞鄰近組織等。血液相容性一般指不引起凝

12、血,不破壞紅細胞,不破壞血小板,不改變血中蛋白,不擾亂電解質平衡。3) 化學穩(wěn)定性: 耐生物老化性或可生物降解性。對于長期植入的醫(yī)用高分子材料,生物穩(wěn)定性要好;對于暫時植入的醫(yī)用高分子材料,則要求在確定時間內降解為無毒的單體或片段,通過吸收、代謝過程排出體外。4) 生產加工性:首先,嚴格控制用于合成醫(yī)用高分子材料的原料純度,不能帶入有害物質,重金屬含量不能超標;其次,材料加工助劑必須符合醫(yī)用標準;第三,對于體內應用的高分子材料,生產環(huán)境應當具有符合標準的潔凈級別; 第四,便于消毒滅菌(紫外滅菌、高壓煮沸、環(huán)氧乙烷氣體消毒和酒精消毒等) 。正因為對于醫(yī)用高分子材料的要求嚴格,相關的研發(fā)周期一般較

13、長,需要經過體外實驗、動物實驗、臨床實驗等不同階段的試驗,材料市場化需要經國家藥品和醫(yī)療器械檢驗部門的批準,且報批程序復雜,費用高。這也是生物材料的市場價格居高不下的一個重要原因。33.醫(yī)用高分子材料的主要類別和應用醫(yī)用高分子材料涉及到多個學科,根據(jù)不同的角度醫(yī)用高分子材料有不同的分類方法,尚無統(tǒng)一標準。為了便于比較不同結構的生物材料對于各種治療目的的適用性,按生物醫(yī)學用途分類如下:3. 1 硬組織相容性高分子材料硬組織相容性高分子材料(如各種人工骨、人工關節(jié)、牙根等) 是醫(yī)學臨床上應用量很大的一類產品,涉及醫(yī)學臨床的骨科、頜面外科、口腔科、顱腦外科和整形外科等多個?？?往往要求具有與替代組織

14、類似的機械性能,同時能夠與周圍組織結合在一起。如牙科材料(蛀牙填補用樹脂、假牙和人工牙根、人工齒冠材料和硅橡膠牙托軟襯墊等) ;人造骨、關節(jié)材料聚甲基丙烯酸甲酯等。隨著生命科學、材料科學、醫(yī)學臨床的發(fā)展和人們生活水平的不斷提高,此類材料具有越來越廣闊的臨床應用前景和巨大的經濟效益。3.2 軟組織相容性高分子材料軟組織相容性高分子材料主要用于軟組織的替代與修復,如隆鼻豐胸材料、人工肌肉(硅橡膠和滌綸織物) 與韌帶材料等。這類材料往往要求具有適當?shù)膹姸群蛷椥砸约败浗M織相容性,在發(fā)揮其功能的同時,不對鄰近軟組織(如肌肉、肌腱、皮膚、皮下等) 產生不良影響,不引起嚴重的組織病變。43.3 血液相容性高

15、分子材料血液相容性高分子材料在醫(yī)用高分子材料的應用方面,有相當多的器件必須與血液接觸,例如:各種體外循環(huán)系統(tǒng)、介入治療系統(tǒng)、人工血管(聚對苯二甲酸乙二酯) 和人工心瓣等人工臟器。血液相容性高分子材料必須不引起凝血、溶血等生理反應,與活性組織有良好的互相適應性。3.4 高分子藥物和藥物控釋高分子材料高分子藥物指帶有高分子鏈的藥物和具有藥效的高分子,如:抗癌高分子藥物(非靶向、靶向) 、用于心血管疾病的高分子藥物(治療動脈硬化、抗血栓、凝血) 、抗菌和抗病毒高分子藥物(抗菌、抗病毒) 、抗輻射高分子藥物和高分子止血劑等。高分子材料制備藥物控制釋放制劑主要有兩個目的:1) 為了使藥物以最小的劑量在特

16、定部位產生治療藥效;2) 優(yōu)化藥物釋放速率以提高療效,降低毒副作用。高分子控制釋放體系包括時間控制緩釋體系(如康泰克等,理想情形為零級釋放) 、部位控制緩釋體系(靶向藥物) 和脈沖釋放方式(智能藥物) 。54 .醫(yī)用高分子材料的發(fā)展及展望我國醫(yī)用高分子材料的研究起步較晚，但這幾年的發(fā)展較快。目前約有50 多個單位從事這方面的研究,現(xiàn)有醫(yī)用高分子材料60 多種,制品達400 余種,用于醫(yī)療的聚甲基丙烯酸甲酯每年達300 t 。然而,我國醫(yī)用高分子材料的研究目前仍然處于經驗和半經驗階段 ,還沒有能夠建立在分子設計的基礎上。展望未來,高新技術的注入將極大地增強醫(yī)用高分子材料產業(yè)的活力。常規(guī)醫(yī)學材料的

17、應用中所面臨的人工關節(jié)失效的磨損碎屑問題,心血管器件的抗凝血問題,材料的降解機制問題,評價材料和植入體長期安全性、可靠性的可靠方法和模型等問題有望得到改善。但同發(fā)達國家相比,我國的醫(yī)用高分子相關產業(yè)的規(guī)模以及研究開發(fā)的水平都還有較大的差距。我國加入WTO 后醫(yī)用材料產業(yè)將面臨重大挑戰(zhàn)和機遇,所以應在國家的大力支持下,跨部門、跨學科通力合作,通過走自力更生與技術引進相結合之路,在生物材料、分子設計、仿生模擬、智能化藥物控施等方面重點投入。醫(yī)用高分子材料必將為造福人類做出更大貢獻。 參考文獻(References)1劉傳貴,孫昌,孫康寧. 生物材料的研究現(xiàn)狀與發(fā)展J .甘肅科學學報,2004 ,1

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