医用高分子材料

医用高分子材料
K.L .V i d ur Co mm onw ealt h 纺织公司(印度)
摘 要:概述了高分子材料在医学领域的最新应用与发展。

关键词:高分子材料,医学应用
I nvesti g ati o ns i n t o the a l k ali stab ilit y of gl a ss fi b er mesh
M.H engstber ger , A.R oth
Institute for Tex tile Che m istry and Che m ical F ibers (I TCF D enkendorf),D enkendor f /G er m any
G.H ardtke ,Saxon Tex tile R esearch Institute (STFI ),Che m nitz /G er m any
Abst ract :
A tte m pt to opti m ize a l k ali stab ility by m i x i n g different dispersi o ns .
K eyw ords :g lass fi b er m esh ,a l k ali stab ility ,acry lates ,fil m ,fa il u re 1 引言
自从人类发现如何治愈创伤以来,天然产物在医疗方面的应用长盛不衰。

例如:骨折的固定,用某种类型的昆虫联结深的伤口,粘住人体皮肤和伤口的覆盖层,用姜黄根粉末作杀菌剂,用作敷料的草本糊剂和植物树脂等。

天然产物在医疗方面的早期应用,始于棉纤维用作敷料,用作缝合线的纱线,以及用作绷带的布。

然而,各种类型高分子材料的发明和研制,医用领域的技术进展,尤其是在外科、心脏瓣膜置换、肾功能衰竭的血液透析等方面的
进展,导致了高分子材料在医用技
术上应用的增加。

医用材料的分类如表1所示。

2 高分子材料
高分子材料在医疗卫生领域的应用,是高分子科学发展的新方向之一,虽然它们在医疗实践中的应用已经有很长时间了。

一些高分子材料是蛋白质基高聚物,在其分子链中含有肽类基团(如氨基甲酸酯)。

高分子材料用于组织的内置换和胶粘剂,其吸收(生物破坏)是可控制的。

高分子和类似材料作为生物材料在医用领域具有极其重要的地位。

完全或部分取代
受损器官或血管的功能,使许多人
提高了生活质量,延长了寿命。

生物材料是能用于一种体系的物质,该体系能治疗、取代人体任何组织、器官,或增强其功能。

生物材料用于整形外科、口腔科、骨科和肌肉修补,以人工器官的形式用于预防医疗,防止人体器官发生故障。

医用高分子材料的分类如表2所示,应用包括:
-矫形术 关节(臀、膝)替换、骨接合剂、骨缺陷填料、骨折固定板、人工肌腱和韧带。

-心血管 血管移植、心脏瓣膜、起搏器、人工心脏及心脏辅助装置元件、心脏补片、血囊和血液代用品。

-眼科 接触眼镜、角膜移植片和人工角膜、隐形眼镜。

-其他应用 齿科材料、内
表1 医用材料的分类
合 成 材 料
高分子材料纤 维
天 然 材 料金属纤 维
全同立构聚酯
聚丙烯
聚氨酯
聚酰胺(尼龙)
H DPE
聚乙烯醇
聚乙醇酸
乙醇酸和乳酸共聚物聚二(噁)烷聚酯纤维
碳纤维
玻璃纤维
不锈钢
钢
银
金
铜
锌
铅
天然纤维
棉
亚麻
动物纤维
丝
羊粘膜
再生纤维
粘胶
铜铵
醋酯
表2 医用高分子的分类
不可生物降解的高分子材料可生物降解的高分子材料
聚酯 聚乙烯
D acron
聚四氟乙烯 PTFE(T e flon)聚丙烯
聚酰胺
碳 石墨纤维(可生物降解对苯二甲酸酯)多肽 丝骨胶原
多肽 聚烯烃
(回纺的)合成聚酯
聚乙醇酸
聚乳酸
碳 石墨纤维
共聚(乙醇酸 乳酸)
聚( 羟基丁酸)
聚氨酯
Po l y(depli peptide)共聚物
聚多糖 纤维素(衍生物)
植耳蜗、组织螺钉和小钉、烫伤和创伤敷布、人工皮肤、组织胶和密封胶、药物缓释系统、细胞密封和组织工程的基体。

用于上述用途的材料类型包括:金属(不锈钢、钛、钴铬合金、镍钛诺)、陶瓷和玻璃(氧化铝、磷酸钙、羟基磷灰石),以及多种合成的和天然的高分子材料。

本文重点讨论高分子材料及其最新发展。

这些发展正在使高分子医用材料的能力实质性地提高与扩大。

包括:
-生产生物可降解高分子的新途径;
-!组合∀和!超分子∀化学;
-智能材料;
-其他新组成,包括磷脂,用于基因治疗的高分子材料,增强聚氨酯,以及蛋白质基高分子材料。

医用高分子材料的重要特征是无毒性(无热解性、无过敏性、无致癌作用),可消毒性(辐射、环氧乙烷、干热、高压消毒蒸锅),机械性能(强度、弹性和耐用年限)和生物相容性。

由植入人体的材料引起的中
毒,将会导致体温升高,组织发炎,
过敏反应,致癌或致畸。

生物相容性试验包括毒性、血
栓形成、感染性和敏感性。

热塑性聚氨酯弹性体适用于
血透、支架、导管、心脏辅助装置、
起搏器、导管绝缘体和连接器。

医用高分子材料也可根据其
用途分成下列几类:
-普通外科用;
-心血
管系统用;
-肌肉
骨骼系统用;
-皮肤
和经由皮肤
的用途。

高分子
或其材料的
用途包括心
血管材料,人
工心脏,心脏
瓣膜,人工
肺,重建手和
足的小关节,
血液净化系统和治疗学的血浆分
离法,外科缝合线,人造皮肤,胶粘
剂和关节,缓释系统和生物复合器
官。

在任何应用中都必需考虑的
重要问题是所用高分子材料的可
消毒性、生物降解性和生物相容
性。

图1表示了高分子材料在人
体内的各种用途。

心脏装置可分为不同的类别
图1 高分子材料在人体的用途:全
人工瓣膜(1,2),人工肾(3),
血浆分离器(4),人工肺(5),
人工血管(6)
表3 高分子材料的医疗用途领 域用 途
举 例
治疗
受损组织的修复或置换
骨头、关节、牙齿等的置换,人工心脏瓣膜,临时移植的人工血管;人工(血管)吻合分流;接触眼球的晶状体;隐形眼镜;人工皮肤
辅助或暂时取代受损器官的生理功能
人工心脏和肺,心脏辅助系统,人工心脏,人工血液,人工肾,人工肝,人工胰,生物响应调节器
日常医疗用品
管子,导管,注射器,缝合线等药物成分 改善药物动力学的新型药物释放系统
控制药品释放的装置,靶向给药设计,脉冲释放装置
诊断检验 临床实验室检验新物品
高灵敏度快速响应试剂和工具,用于疾病、细胞示踪的临床检验
生物工程
在玻璃试管内进行组织培养的新技术细胞培养的合成基质或载体颗粒,细胞融合、杂化器官添加剂
血液成分的分离
血液分离,细胞分离,除去病毒和细菌
表4 血液相容性高分子材料
高 分 子特 征高分子材料的类型合成高分子
疏水表面聚四氟乙烯(PTFE)零表面张力理论聚甲基硅氧烷,聚乙烯亲水表面
聚甲基丙烯酸 2 羟甲酯零界面自由能概念聚丙烯酰胺微观概念嵌段型共聚物多相表面接枝型共聚物分子纤毛机理聚乙烯醇负电荷表面
磺化的高分子
合成高分子+伪内膜形成微孔(泡沫)PTFE ,聚乙二醇生物活性高分子
肝素化
肝素化的高分子
纤维蛋白酶的固定
合成的聚合物分子
白朊吸附表面带烷基的聚氨酯
类似生物膜表面形成
-临时左心室辅助装置
(LVAD);临时左心室血囊泵,能辅助受损心脏泵送血液几天到两个星期。

-过渡性LVAD ,最多能使用1个月,以支持病人等待心脏移植。

-永久性装置,如人工心脏,支撑全部的血液循环。

高分子材料在血液泵中得到广泛应用,其中用来泵送血液的心脏液囊或膜片要求具有一定的疲劳寿命,1分钟大约运行100次,1年中膜片挠曲超过5000万次。

膜片要求弹性体在与血液接触的同时,能承受周期性的变形和挠曲。

因此,几乎全部采用聚醚型聚氨酯弹性体,这种弹性体易于模塑或挤出成型为任何形状或形式,与聚酯型聚氨酯相比,不易水解。

部分机械心脏由多嵌段聚氨酯制成,用聚酯原纤维覆盖,从而延长疲劳寿命,提高拉伸强度,用于充血性心力衰竭病人。

实例:以亚甲基 双(4 苯基异氰酸酯),聚丁二醇为基础的聚氨酯,card i o t h ane 芳香族聚醚基聚氨酯,hexsyn 磺化聚烯烃橡胶,由Goodyear 公司生产,可制作血泵。

聚四氟乙烯(PTFE )移植片作为一种合成的移植片用于重建措施,如膝盖以下旁通或肢体抢救。

聚碳酸酯、聚丙烯、聚氯乙烯用于制作人工肺。

应用:
-热塑性聚氨酯弹性体:血液透析装置,人工肺,血袋,气体治疗管形材料,心脏辅助装置,起搏器导管绝缘体以及接头。

-生物体(b io m er) 多嵌段聚氨酯,具有良好的疲劳寿命和拉伸强度,用于人工心脏泵和左心室辅装置中与血液接触的表面。

-超高分子量聚乙烯用于关节置换,多孔高密度聚乙烯使组织有可能生长,低密度聚乙烯用于无负荷支撑面。

-聚丙烯用于蒸汽消毒。

-聚四氟乙烯及其衍生物用作纤维微孔海绵。

-硅橡胶由于它的热和氧化稳定性,良好的挠曲性和弹性,因而在内部器官中获得广泛应用,用于组织和隔膜,乳房的增大,压盖
表5 可生物降解高分子材料的生物医学用途
种 类实 例高分子材料的类型
捆扎材料 缝合线,夹子
聚羟基酸,胶原蛋白,po ly(1,4
d i oxan 2 one),聚葡糖酸酯
胶粘剂聚氰基丙烯酸酯
骨固定材料板,螺钉,杆,销钉,夹板聚乳酸,po lyg l acti n,羟基磷灰石
止血材料 毛织物,包伤用品,绷带,粉剂,喷雾用液
抗粘连材料片,糊状物,喷雾用液明胶
组织培养基质 海绵,网状物,非织造布,管子
人工肌腱和韧带 纤维
聚乳酸,po lyglacti n(与碳纤维结
合)
人工血管纤维,多孔材料聚乳酸,po lyg l acti n
伤口覆盖 纤维
胶原蛋白,甲壳质,po l yg lacti n,
聚 L 白氨酸
合成皮肤纤维胶原蛋白
药物缓释系统 微胶囊,微球状容器,中
空纤维
所有可生物降解的高分子
神经末梢,血管,起搏器导管绝缘体,隐形眼镜,导管,整形外科缺陷以及重建/置换外科,软骨或骨骼置换。

聚甲基丙烯酸甲酯(P M MA)用于托牙,头盖骨的修补,颚外形调整,脊椎骨固定,阴茎植入物,人工睾丸,以及作骨接合剂。

聚氨酯用于主动脉补片移植,人造血管,(血管)吻合分流器,起搏器导管绝缘体和经由皮肤的装置。

-不溶凝胶网络能提供柔软性和舒适性,故特别适用于接触眼球的晶状体、心脏和其他代用品、培养海绵中的骨头、药物缓释装置和导管的应用中。

由于聚对苯二甲酸乙二酯(PET)具有惰性、柔软性和耐久性,故广泛用于假体。

-复合材料或双组分材料,如碳纤维增强聚乳酸、水凝胶涂敷在
各种高分子上,porylene涂敷的聚丙烯,m ea tless环氧树脂,蔗糖或羧甲基纤维素和骨接合剂。

表3~表5列举了各类高分子材料及其用途。

医用高分子材料具有广阔的前景,是一个庞大的
学科,为研制具有所有所需性能的
合适材料,正在开展大量的研究工
作。

发明、发展是人类生活的一部
分,正沿着对人类具有实质性贡献
的方向前进。

桑 榆 译 申 熠 校
Pol y mers in med i c al t echnol o gy
K.L.Vidur,Co mm onw ealth Tex tiles,M um bai/India
Abst ract:Inventi o n and develop m ent o f vari o us types of po ly m ers,advance m ent i n the m edical field,espec ially i n the case of a surger y,heart va l v e replace m en,t and hae m od ialysis i n the event o f a kidney fa il u re,lead to the
i n creased usage o f po l y m ers i n m edical techno logy.I n th is paper,types o f po l y m ers and its application w ere
descr i b ed.
K eyw ords:po l y m eric m ateria,l application。