生物医用材料系列天然高分子生物医学材料
生物医用天然高分子纤维材料
生物医用天然高分子纤维材料伍冬平(苏州大学材料工程学院,江苏苏州 215021摘 要:对纤维素及其衍生物纤维、甲壳素及其衍生物纤维、海藻酸纤维、胶原纤维及丝蛋白纤维等生物医用天然高分子纤维材料的发展近况、研究成果及在临床上的应用进行了综述,并展望了其发展前景。
关键词:生物医用材料;高分子;纤维生物医用高分子纤维材料包括合成高分子及天然高分子两大类。
天然高分子制成的纤维材料由于具有较好的生物相容性、生理活性,并可逐步降解,在外伤敷料、外科手术缝合线、组织工程与人工器官等的研究中逐渐得到了日益广泛的重视。
生物医用天然高分子纤维材料有纤维素及其衍生物纤维、甲壳素及其衍生物纤维、海藻酸纤维、胶原纤维、丝蛋白纤维等。
本文将介绍以上几种生物医用天然高分子纤维材料的应用研究与发展现状。
1 纤维素及其衍生物纤维材料纤维素资源丰富,原料易得,价格低廉;是地球上最大一类的天然高分子。
由于纤维素纤维是一种亲水性纤维,以纤维素为原料的医用敷料在医疗卫生行业的应用已经有很长的历史。
棉和粘胶等纤维素类纤维有较好的吸水性,因此适合于制备创面用敷料。
传统的棉纱布仍然是伤口护理中使用的主要材料,粘胶非织造布产品在医疗卫生行业也有很多应用。
而醋酸纤维素,也是亲水性的,耐弱酸稀溶液,耐微生物作用,生物相容性良好,易成膜,广泛用作血液透析和血液过滤膜。
可降解性、生物兼容性是纤维素及其衍生物的重要特性,各种纤维素类医用材料陆续被开发和利用,如医用缝合线、医用可吸收止血材料等[1]。
医用可吸收止血材料的一大特点是体内可自行吸收,手术后不用取出,故常用于体内微细血管的止血[2]。
该种材料有多种形式:絮状,海绵状,针织物等。
目前英、美等西方国家能生产该类产品,但价格昂贵。
氧化纤维素是纤维素衍生物的一种,它可用作医学可吸收止血纱布,既能止血,又能被身体吸收。
孙宾等[3]制备的一种絮状氧化纤维素材料,通过动物试验初步表明其具有较强的止血吸收性能。
医用高分子材料概述及分类
Drug controlled release
Tissue engineering
Gene therapy
医用高分子材料概述和分类
此后，一大批人工器官在50年代试用于临床。 如人工尿道（1950年）、人工血管（1951年）、 人工食道（1951年）、人工心脏瓣膜（1952）、 人工心肺（1953年）、人工关节（1954年）、人 工肝（1958年）等。进入60年代，医用高分子材 料开始进入一个崭新的发展时期。
医用高分子材料概述和分类
❖ 1960s 可生物降解聚合物，如： Polylactide(PLA)
❖ 1970-80s 隐形眼镜（Contact lens），药物 控制释放(drug controlled release)
❖ 1990s- 聚合物在生物医用材料中的占有率 超过一半
医用高分子材料概述和分类
医用高分子材料概述和分类
4. 医用高分子材料的要求
（Requirements for biomedical polymers）
❖ Basic requirements ❖ 安全性Biocompatibility/Biostability / Biodegradability ❖ 灭菌性Sterilizability
医用高分子材料概述和分类
聚四氟乙烯
医用高分子材料概述和分类
人工关节
例如： 德国产品 UHMWPE材料
•ISO5834-2
•ASTM F648
•可用为人工关节、 人工骨骼植入人体
•极低的能耗
•……
医用高分子材料概述和分类
人工心脏瓣膜
医用高分子材料概述和分类
组织工程人工骨缺损修复示意图
医用高分子材料概述和分类
生物医用材料
生物医用高分子材料课程总结一、生物医用材料定义生物医用材料：对生物系统的疾病进行诊断、治疗、外科修复、理疗康复、替换生物体组织或器官（人工器官），增进或恢复其功能，而对人体组织不会产生不良影响的材料。
生物医用材料本身并不必须是药物，而是通过与生物机体直接结合和相互作用来进行治疗;生物医用材料是一种植入躯体活系统内或与活系统相接触而设计的人工材料。
研究内容包括：各种器官的作用；生物医用材料的性能；组织器官与材料之间的相互作用分类方法：按材料的传统分类法分为：(1)合成高分子材料（如聚氨酯、聚酯、聚乳酸、聚乙醇酸、）(2)天然高分子材料（如胶原、丝蛋白、纤维素、壳聚糖）(3)金属与合金材料(4)无机材料(5)复合材料按材料的医用功能分为：(1)血液相容性材料(2)软组织相容性材料(3)硬组织相容性材料(4)生物降解材料(5)高分子药物二、生物相容性与安全性生物相容性，是生物医用材料与人体之间相互作用产生各种复杂的生物、物理、化学反应的一种概念。
生物医用材料必须对人体无毒、无致敏、无刺激、无遗传毒性、无致癌性，对人体组织、血液、免疫等系统不产生不良反应。
主要包括：1.组织相容性：指材料用与心血管系统外的组织和器官接触。
要求医用材料植入体内后与组织、细胞接触无任何不良反应。
典型的例子表现在材料与炎症，材料与肿瘤方面。
影响组织相容性的因素：1）材料的化学成分；2）表面的化学成分；3）形状和表面的粗糙度：2.血液相容性：材料用于心血管系统与血液直接接触，主要考察与血液的相互作用材料，影响因素：材料的表面光洁度；表面亲水性；表面带电性，具体作用机理表现在：血小板激活、聚集、血栓形成；凝血系统和纤溶系统激活、凝血机能增强、凝血系统加快、凝血时间缩短；红细胞膜破坏、产生溶血；白细胞减少及功能变化；补体系统的激活或抑制；对血浆蛋白和细胞因子的影响。
主要发生在凝血过程，生物材料与血小板，生物材料与补体系统的作用过程。
常用的生物医学材料
生 物 传 感 器
生物传感器利用生物功能性物质的分子识别功能，有选 择的检测反应物质并把各种变化转换成可测信号。高分 子刺激响应材料多制成膜，膜孔的闭张状态可由环境因 素所控制，或是高分子链的构型、构象，理化特性会对 刺激因素发生变化
常用的生物医学材料
本节介绍几种常用的生物医学金属材料、 无机生物医学材料、高分子生物医学材料，以 及最近受到人们普遍关注的、有望制造出具有 高生理功能的人工器官的杂化生物医学材料。
本节介绍几种常用的生物医学金属材料、无机 生物医学材料、高分子生物医学材料，以及最近受到 人们普遍关注的、有望制造出具有高生理功能的人工 器官的杂化生物医学材料。
一、生物医学金属材料
金属材料是生物医学 材料中应用最早的。由金 属具有较高的强度和韧性， 适用于修复或换人体的硬 组织，早在一百多年前人 们就已用贵金属镶牙。随 着抗腐蚀性强的不锈钢、 弹性模量程骨组织接近铜 铁合金，以及记忆合金材 料、复合材料等新型生物 医学金属材料的不断出现， 其应用范围也在扩大。
3.与细胞的杂化
人工材料与细胞的杂化最早用于人工血管的伪内膜法。杂化 细胞材料还可用于生物传感器，还可制造生物人工器官。
人工血管
人工仿真耳
人工髋关节
END
常用的抗凝措施是：材料表面的肝素化、亲水化、负电荷化、 化学惰性化和生物活性化：也有采取假内膜或培育一层内皮细胞的 技术措施的。对高分子材料进行分子设计改性也望可取得较好的血 液相容性。
2.药用高分子材料
高分子化合物主要的三个方面 （1）作为控制释放药物的载体。 （2）作为药物使用。 （3）作为药物制剂的辅助材料。 特别是采用智能高分子材料，可使药物释放体系 （DDS）智能化。此体系的特点是药物是否需要可由药剂 本身判断，它可感知疾病引起的化学物质及物理量变化的 信号，药剂能对信号响应并自主地控制药物的释放。
生物医学材料重点
生物医学材料：一、我们给生物医用材料明确的定义：对生物系统的疾病进行诊断、治疗、外科修复、理疗康复、替换生物体组织或器官（人工器官），增进或恢复其功能，而对人体组织不会产生不良影响的材料。
生物医用材料本身并不必须是药物，而是通过与生物机体直接结合和相互作用来进行治疗。
另一种说法是：生物医用材料是一种植入躯体活系统内或与活系统相接触而设计的人工材料。
二、生物医用材料的分类：由于生物材料应用广泛，品种很多，所以会有不同角度的分类。
按材料的传统分类法分为：(1)合成高分子材料（如聚氨酯、聚酯、聚乳酸、聚乙醇酸、乳酸乙醇酸共聚物）(2)天然高分子材料（如胶原、丝蛋白、纤维素、壳聚糖）(3)金属与合金材料（如钛及钛合金）(4)无机材料（如生物活性陶瓷、羟基磷灰石）(5)复合材料（如碳纤维／聚合物、玻璃纤维／聚合物）按材料的医用功能分为：(1)血液相容性材料用于人工血管、人工心脏、血浆分离膜、血液灌流用的吸附剂、细胞培养基材。
因为与血液接触，所以不可以引起血栓、不可以与血液发生相互作用。
主要包括聚氨酯／聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯／聚甲基丙烯酸羟乙酯、含聚氧乙烯醚的聚合物、肝素化材料、尿酶固定化材料、骨胶原材料等。
(2)软组织相容性材料如果用作与组织非结合性的材料，必须对周围组织无刺激、无毒副作用，如软性隐形眼镜片；如果用作与组织结合性的材料，要求材料与周围组织有一定粘结性、不产生毒副反应，主要用于人工皮肤、人工气管、人工食道、人工输尿管、软组织修补材料。
这样的材料有聚硅氧烷、聚酯、聚氨基酸、聚甲基丙烯酸羟乙酯、改性甲壳素。
(3)硬组织相容性材料硬组织生物材料主要用于生物机体的关节、牙齿及其他骨组织。
包括生物陶瓷、生物玻璃、钛及合金、碳纤维、聚乙烯等。
(4)生物降解材料生物降解材料在生物机体中，在体液环境中，不断降解，或者被机体吸收，或者排出体外，植入的材料被新生组织取代。
可以用于可吸收缝合线、药物载体、愈合材料、粘合剂、组织缺损用修复材料。
功能材料
功能材料生物材料1.定义：生物材料，即生物医学材料，指以医疗为目的，用于与组织接触以形成功能的无生命材料。
另有定义：具有天然器官组织的功能或天然器官部分功能的材料。
2.分类：（1）按应用性质分类：抗凝血材料、齿科材料、骨科材料、眼科材料、吸附解毒材料、生物粘合材料、缓释材料、假体材料。
（2）按属性分类：天然生物材料：再生纤维、胶原、透明质酸合成高分子生物材料：硅橡胶、聚氨酯、尼龙、涤纶金属材料：不锈钢、钛及钛合金、钛镍记忆合金无机生物医学材料：碳素材料、生物活性陶瓷、杂化生物医学材料：天然材料与合成材料的杂化复合生物医学材料：用碳纤维增强的塑料、玻璃、陶瓷3.医用金属材料（1）定义：医用金属材料是指一类用作生物材料的金属或合金，又称外科用金属材料。
是一类生物惰性材料，除具有良好的生物力学性能及相关的物理性质之外，还必须具有良好的抗生理腐蚀性、生物相容性、无毒性和简易可行及确切的手术操作技术。
（2）常用医用金属材料：不锈钢、钴基合金、钛基合金、形状记忆合金、贵金属、纯金属钽、铌、铬。
4. 医用高分子材料（1）天然高分子生物材料天然蛋白质材料：胶原蛋白、纤维蛋白天然多糖类材料：纤维素、甲壳素、壳聚糖纤维素：葡萄糖经糖苷键连接而成的甲壳素：属于氨基多糖，是仅有的具明显碱性的天然多糖壳聚糖：甲壳素除去部分乙酰基后的产物（甲壳素的衍生物）（2）合成高分子生物材料硅橡胶、聚氨酯（PU）、环氧树脂、聚氯乙烯（PVC）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）5. 其他生物医学材料无极生物医学材料：生物陶瓷、生物玻璃、碳素材料杂化生物材料6. 生物材料的发展趋势：复合型、杂化型、功能型、智能型7. 纳米医学材料生物材料的性能生物功能性、生物相容性1. 生物相容性（1）定义：指生物材料有效和长期在生物体内或体表行使其功能的能力。
用于表征生物材料在生物体内与有机体相互作用的生物学行为（2）分类：血液相容性、组织相容性、力学相容性（3）生物体对生物材料的响应：宿主反应生物学反应：血液反应、免疫反应、组织反应（4）生物体对生物反应的变化：急性全身反应、慢性全身反应、急性局部反应急性局部反应（5）材料在生物体内的响应：材料反应材料反应导致材料结构破坏和性质改变而丧失其功能，分为3方面：金属腐蚀、聚合物降解、磨损。
功能性高分子材料科学-医用高分子及生物吸收性高分子材料
3 对医用高分子材料的基本要求
3.1 化学隋性，不会因与体液接触而发生反应 人体环境对高分子材料主要有以下一些影响： 1)体液引起聚合物的降解、交联和相变化； 2)体内的自由基引起材料的氧化降解反应； 3)生物酶引起的聚合物分解反应； 4)在体液作用下材料中添加剂的溶出； 5)血液、体液中的类脂质、类固醇及脂肪等物
功能高分子材料
医用高分子材料
1 发展简史
公元前3500年，埃及人用棉花纤维、马鬃缝合伤口 1936年发明了有机玻璃，制作假牙和补牙 1943年，赛璐珞薄膜开始用于血液透析
1 发展简史
1949年，美国发表医用高分子文章中，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 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
4 高分子材料的生物相容性
4.1 高分子材料的组织相容性 4.1.1高分子材料植入对组织反应的影响
材料中可渗出的化学成分：如残留单体、杂质、低聚物、添加剂 等 降解或代谢产物 材料本身的结构和性质：如微相结构、亲水 性、疏水性、电荷等，植入材料的几何形状也可能引起组织反应
4 高分子材料的生物相容性
4 高分子材料的生物相容性
例如，聚氨酯和聚氯乙烯中可能存在的残余单 体有较强的毒性，渗出后会引起人体严重的炎症反 应。而硅橡胶、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。
如果渗出物的持续渗出时间较长，则可能发展 成慢性炎症反应。如某些被人体分解吸收较慢的生 物吸收性高分子材料容易引起慢性无菌性炎症。
4 高分子材料的生物相容性
（3）材料物理形态等因素对组织反应的影响 高分子材料的物理形态如大小、形状、孔度、
生物医用材料的种类及应用
生物医用材料的种类及应用摘要：生物医用材料是近年来发展迅速的新型高科技材料，如人工骨、高分子材料、无机非金属材料、复合材料等，本文根据其物质属性对常用的医用生物材料进行了分类及各部分最新的应用研究进展，根据分类对常用的医用生物材料在骨科、整形外科、牙科、口腔外科、心血管外科、眼外科、耳鼻喉科及普通外科方面的应用做了详细阐述。
生物医用材料的应用对挽救生命和提高人民健康水平做出了重大贡献，随着现代医学飞速发展不断获得关注，发展前景广阔。
关键词：生物医用材料人工骨生物陶瓷硅橡胶复合材料1生物医用材料1.1生物医用材料的定义生物医用材料（Biomedical Material）是用于对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的新型高技术材料。
它是研究人工器官和医疗器械的基础，己成为材料学科的重要分支，尤其是随着生物技术的蓬勃发展和重大突破，生物材料己成为各国科学家竞相进行研究和开发的热点。
当代生物材料已处于实现重大突破的边缘，不远的将来，科学家有可能借助于生物材料设计和制造整个人体器官，生物医用材料和制品产业将发展成为本世纪世界经济的一个支柱产业。
先由生物分子构成生物材料，再由生物材料构成生物部件。
1.2生物医用材料的种类生物材料品种很多，有不同的分类方法。
通常是按材料的物质属性分类，据物质属性，生物医用材料大致可以分为以下几种：（1）生物医用金属材料生物医用金属材料（Biomedical Metallic Materials）是作为生物医学材料的金属或合金，具有很高的机械强度和抗疲劳特性，是临床应用最广泛的承力植入材料，主要有钴合金（Co-Cr-Ni）、钛合金（Ti-6a1-4v）和不锈钢的人工关节和人工骨。
（2）生物医用高分子材料生物医用高分子材料（Biomedical Polymer）分为天然医用高分子材料和合成医用高分子材料，近年来合成高分子医用材料迅速发展，硕果累累。
通过分子设计，可以获得很多具有良好物理机械性和生物相容性的生物材料。
生物医学高分子材料汇总
[( CH2 CO O CH2 CO O )P ...( CH CO CH 3
聚-对-二氧杂环已酮（PDS）
O
CH CO O )]P CH3
[CH2 CH2 O CH2 CO O ]P
有几种已工业化生产的聚合物，虽不是专 门为生物医学应用而生产，但通过用专门的技 术进行加工后也可以制成供生物医学方面应用 的纤维、细丝、微孔材料和管状材料。
我国的甲壳质资源极其丰富，而且曾是研究 开发甲壳质制品较早的国家之一。早在1958年， 就对甲壳质的性能及生产进行过研究，并用于 纺织染整上作上浆剂。进入20世纪80年代后期， 甲壳质资源的开发利用引起了一些科研院所的 重视，并开始了在医疗和保健等领域的研究与 开发。
3.甲壳质及壳聚糖的生物活性
（3） 农业领域
-----作植物种子处理剂
6．甲壳素类纤维的制备技术
1) 甲壳素类纤维纺丝原液的制备
以壳聚糖为原料时，多选用5%以下的醋酸水溶液 作为溶剂。
甲壳素纺丝原液的制备多采用溶解性能优异的有 机溶剂,加适当的氯化锂助溶。
2) 甲壳素类纤维的成型
制备甲壳素类纤维可采用干法纺丝、湿法纺丝和 干-湿法纺丝等不同的成型工艺 。
3．生物降解吸收性
指材料在活体环境中可发生速度能控 制的降解，并能被活体在一定时间内自 行吸收代谢或排泄。
按照在生物体内降解方式可分为水 解型和酶解型两种。
（三）具备效果显示功能
具有显示其医用效果的功能，即生物功 能性。
1.可检查、诊断疾病
2．可辅助治疗疾病如注射器、缝合线和 手套等手术用品材料
1.严格控制用于合成医用高分子材料的原料 的纯度，不能代入有害杂质，重金属含量不 能超标。
天然生物医用高分子材料的研究进展
天然生物医用高分子材料的研究进展一、本文概述Overview of this article随着科学技术的快速发展，生物医用高分子材料作为一种重要的生物材料，其在医疗领域的应用越来越广泛。
这些材料以其独特的生物相容性、可降解性和良好的机械性能等特点，被广泛应用于药物载体、组织工程、生物传感器、医疗器械等多个方面。
本文旨在全面综述天然生物医用高分子材料的研究进展，包括其来源、性质、制备方法、应用领域以及面临的挑战和未来的发展趋势。
With the rapid development of science and technology, biomedical polymer materials, as an important type of biomaterial, are increasingly widely used in the medical field. These materials are widely used in drug carriers, tissue engineering, biosensors, medical devices, and other fields due to their unique biocompatibility, biodegradability, and good mechanical properties. This article aims to comprehensively review the research progress of natural biomedical polymer materials, including their sources, properties, preparationmethods, application fields, challenges and future development trends.我们将首先介绍天然生物医用高分子材料的来源和分类，包括天然多糖、天然蛋白质、天然橡胶等。
天然高分子生物医学材料
壳聚糖的化学性质
壳聚糖呈白色或灰白色，略有珍珠光泽，半透明无定 形固体，约在 185℃分解，不溶于水和稀碱溶液，可溶 于稀有机酸和部分无机酸（盐酸），但不溶于稀硫酸、 稀硝酸、稀磷酸、草酸等。
壳聚糖作为溶液被存放和使用时，需处于酸性环境中 但由于其缩醛结构的存在使其在酸性溶液中发生降解， 溶液粘度随之下降，如果加入乙醇、甲醇、丙酮等可 延缓壳聚糖溶液粘度降低，以乙醇作用最明显。
3.脱色过程：可在紫外线作用下完成或用质量分 数为 0.6％的高锰酸钾浸泡10－20 h，过滤，用清 水洗至中性，然后用质量分数 0.6％的亚硫酸氢钠 漂白10－20 h，过滤用清水洗涤至中性，干燥即可 得到甲壳质。
甲壳素和壳聚糖的制备方法比较简单，工 艺已很成熟。采用虾或蟹壳，经清洗后浸 酸脱钙，再用碱液脱除蛋白即得到甲壳素。 如继续以浓碱去乙酰基则得到壳聚糖。
化学法主要有：氟化氢降解法、酸水解法、氧化 法；
酶降解法有：专一性酶降解法和非专一性酶降解 法。
目前大多数采用化学法提取甲壳低聚糖，但此法 单糖含量高低聚糖收率低，分离过程复杂，并且 环境污染严重，而酶降解法工艺简单，环境污染 小，并可以控制聚合度。
甲壳素一般来源于甲壳类动物，因而发现其有明 显的氨基酸含量，即使经过碱处理仍然有大约
而纤维素分子所接的基团为羟基（-OH）
甲壳素是一种来源于动物的天然多糖，在自然界 中的产量仅次于纤维素而居第二位，也是现今所 发现的众多天然多糖中仅有的具有明显碱性的天 然多糖。
甲壳素的发现至今已有一百多年的历史，但它的 发展比较缓慢。１９７７年，在美国波士顿召开 第一届甲壳素／壳聚糖国际学术讨论会之后，发 现具有极大的潜在应用价值和广阔的发展前景才 逐渐受到人们的普遍重视。
甲壳质和壳聚糖的应用
生物基材料有哪些
生物基材料有哪些生物基材料是指来源于生物体的材料，具有生物相容性、生物降解性和生物活性的特点。
生物基材料在医学、食品、环境保护等领域有着广泛的应用，下面我们来看看生物基材料都有哪些。
首先，生物基材料可以分为天然生物基材料和人工合成生物基材料两大类。
天然生物基材料主要包括天然高分子材料和天然无机材料。
其中，天然高分子材料包括纤维素、蛋白质、多糖等，这些材料具有生物相容性和生物降解性，常用于医学敷料、医用缝线等领域。
而天然无机材料则包括骨胶原、羟基磷灰石等，常用于骨修复、牙科材料等方面。
人工合成生物基材料则是通过化学合成或生物工程技术制备的材料，具有更多的可调控性和功能化特性，常用于药物传递系统、组织工程、生物传感器等领域。
其次，生物基材料的应用领域非常广泛。
在医学领域，生物基材料被广泛应用于医用敷料、人工器官、药物传递系统等方面。
例如，生物降解聚合物材料可用于制备可降解的缝合线，骨修复材料可用于骨折愈合和骨缺损修复。
在食品领域，生物基材料也有着重要的应用，如食品包装材料、食品添加剂等。
此外，生物基材料还被广泛应用于环境保护领域，如生物降解塑料、生物吸附材料等，可以有效减少对环境的污染。
最后，随着生物技术和材料科学的不断发展，生物基材料的种类和功能也在不断丰富和完善。
未来，生物基材料将会在医学、食品、环境保护等领域发挥更加重要的作用，为人类健康和可持续发展做出更大的贡献。
总之，生物基材料作为一种具有生物相容性、生物降解性和生物活性的材料，具有着广泛的应用前景和巨大的发展潜力。
我们应该加强对生物基材料的研究和开发，推动其在医学、食品、环境保护等领域的应用，为人类福祉和社会发展做出更大的贡献。
生物医用天然高分子
天然医用高分子材料的进展内容摘要：多糖和蛋白质是自然界中重要的天然高分子，具有很好的生物相容性、可降解性和低毒性，因此由它们所形成的天然生物医用高分子材料有着广泛的应用前景。
本文着重评述当前几类重要天然生物医用高分子材料的研究进展状况和发展趋势，涉及具有特殊功能的多糖、两亲性多糖衍生物、生物大分子前药以及天然高分子类水凝胶。
关键词：多糖蛋白质两亲性多糖衍生物生物大分子前药水凝胶生物医用高分子材料是生物材料的重要组成部分，目前在医药领域已得到广泛应用，如用于疾病的诊断和治疗、损伤组织和器官的替换或修复、合成或再生等。
根据不同来源，可将其分为天然和人工合成的生物医用高分子材料两大类。
天然生物医用高分子原材料源于自然界，资源丰富、容易获取，具有很好的生物相容性、可降解性和较低的毒性，因而有着广阔的应用前景。
近几年来，将天然高分子改性用作生物医用材料的研究工作十分引人关注，本文将着重介绍本课题组近期有关研究进展，同时评述了该领域的研究状况和发展趋势。
天然高分子一般是指自然界动、植物以及微生物资源中的生物大分子[1]。
目前应用于生物医用领域的天然高分子主要包括多糖类和蛋白质类等。
多糖类包括纤维素、淀粉(直链淀粉和支链淀粉)、海藻酸盐、果胶、卡拉胶、瓜尔胶壳聚糖、透明质酸、硫酸软骨素、肝素细菌纤维素、葡聚糖、黄原胶、香菇多糖、裂褶菌多糖。
蛋白质类包括大豆蛋白、玉米醇溶蛋白、干酪素、血清蛋白、胶原蛋白等。
1 具有特殊功能和生物活性的天然多糖多糖为单糖组成的天然高分子化合物，广泛地存在于动、植物和微生物体中。
纤维素(Cellulose) 是地球上最丰富的天然高分子，是自然界中取之不尽、用之不绝的可再生资源。
纤维素主要来源于树木、棉花、麻、谷类植物。
一些纤维素衍生物，如甲基纤维素、羧甲基纤维素以及羟乙基纤维素等常用作药物载体、药片黏合剂、药用薄膜、包衣及微胶囊材料。
通过细菌的酶解过程产生的纤维素( 即细菌纤维素)，具有良好的生物相容性、湿态时高的力学强度、优良的液体和气体通透性，能防止细菌感染，促使伤口的愈合。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
生命，
• 人们对生物医学高分子材料的重视与关切是因
为
–构成人体肌体的基本物质，诸如蛋白质、核
糖核酸、多糖、一些脂质都是高分子化合物； –人类肌体的皮肤，肌肉，组织和器官都是由 高分子化合物组成的。
1
• 天然高分子材料是人类最早使用的医学材料之一。
• 到了五十年代中期，由于合成高分子的大量涌现，曾 使这类材料退居次要地位。 • 天然材料具有不可替代的优点： – 多功能性质 – 与生物体的相容性、 – 生物可降解性，
15
• 膜的滤过速度一般以中分子量的维生素B12 （分子量1355）作为对照。 • 铜珞玢经过长期连续使用也可引起诸如神经
障碍、色素沉积等弊端，未移除的中分子量
物质在体内蓄积亦可引起病理症状和出现暂 时性白细胞减少症。
16
醋酸纤维素膜：
• 是纤维素上的羟基被乙酰基部分取代所得到的产 物， • 它降低了氢键的影响，增加链时分离，使聚合物 活性降低， • 因而可以采用溶剂浇注法和熔融法进行加工。
在已知的数百种多糖中，其化学结构差异
很大，因而表现出不同的性能特点，如
• 水溶性和水不溶性、
• 酸性、碱性、中性存在体；
• 凝胶态生理信息载体， • 抗凝血活性物质等形式。
6
一、纤维素
• 纤维素是由 D- 吡喃葡萄糖经由 β-1 ， 4 糖苷键连接 的高分子化合物。 • 具有不同的构型和结晶形式，是构成植物细胞壁 的主要成分。
也可使其转变为Ⅱ型结构。
• 从热力学角度考虑，Ⅱ型结构更为稳定。
8
• 纤维的结晶程度在不同天然纤维也存在差异，
– 随着结晶程度的提高，其抗张程度、硬度、密度 增加， – 但弹性、韧性、膨润性、吸水性、化学反应性下 降。
– 精制的天然纤维素其结晶度约为70%，
– 丝光纤维约为48%， – 再生纤维约为38%~40%。 – 无定形区的纤维分子排列杂乱，因而较易进行化 学反应。
18
三醋酸纤维素：
在纤维素中加入醋酸、醋酐和少量硫酸混 合液进行酯化反应可得到三醋酸纤维素，其反应 式如下： 纤维素-OH+ (CH3CO)2
14
铜珞玢（Cuprophan）：
• 由铜氨法再生的纤维素膜。 是目前人工肾使用较多
的透析膜材料，有平膜型、管型和空心纤维型多种
形式，亦可对活性炭进行包膜。 • 对于溶质的传递 ，纤维素膜起到筛网和微孔壁垒的 作用。 • 溶质的渗透性一般与溶质的分子体积成反比，如果 忽略荷电或吸收性质对溶质的影响，其渗透性只和 溶质的分子体积和膜孔大小有关。
– 加之对它的改性与复合，
– 特别是最近对杂化材料研究的需要，使它成为不可 缺少的重要生物医学材料之一。
2
• 由于它们的结构和组成的差异，表现出不同的性 质，应用的领域也不完全一样。
• 相似之处在于它们在体内很容易降解，降解产物
对人体无毒且可为人体所吸收，参与人体的代谢
循环，因此具有广泛的潜在用途。
10
纤维素在医学上最重要的用途是制造各种医用 膜，这种纤维膜的制造应包括以下三个步骤： 1. 化学改性生产可溶性或热塑性纤维素衍生物； 2.用溶液浇注或熔融法形成薄膜； 3.对纤维素衍生物进行处理得到再生纤维素。 严格地讲，因为处理过程中伴有分子量的降低， 再生都是不完全的。
11
目前再生纤维素的生产主要有以下三种技术： 1、铜氨法：将纤维素溶于铜氨溶液中形成可溶 性络合物，然后与酸反应再生。
17
• 醋酸纤维素的性质主要取决于乙酰化程度，增塑 剂的性质和比例，亦取决于纤维素分子的链长。
• 醋酸纤维素膜在工业上作为超滤膜，反渗透膜和
不对称膜的生产工艺已经比较成熟，自然地将其
引入体外的血液净化系统。
• 醋酸纤维素的价格低廉，目前技术已能对水和溶
质的渗透性进行控制，体外血液净化方面得到广
泛的应用。
• 目前天然生物高分子材料主要有
– 天然多糖类材料和
– 天然蛋白质材料二大类。
3
第一节Βιβλιοθήκη 天然多糖类材料• 多糖是由于许多单糖分子经失水缩聚，通过糖苷 键结合而成的天然高分子化合物； • 多糖水解后如果只产生一种单糖则称为均聚糖如 纤维素、淀粉等， • 如果最终水解产物是二种或二种以上单糖则称为 杂聚糖如菊粉等。杂多糖的种类虽多，但存在的 量远不及均多糖。
• 常与木质素、 半纤维素、树脂等伴生在一起， 是
存在于自然界中数量最多的碳水化合物 。
7
• 纤维素分子呈长链状，是一种结晶性高分子化合物 • 不同种纤维素之间的结晶结构存在差异，
– 天然纤维素属纤维Ⅰ型，
– 再生纤维素属纤维Ⅱ型。 • 用强碱处理天然纤维 ， 结晶结构发生变化 ， 由Ⅰ型 变为Ⅱ型。 • 用铜胺碱溶液溶解天然纤维素，再进行还原沉淀，
4
自然界广泛存在的多糖有： 1、植物多糖，如纤维素、半纤维素、淀粉、果胶等。
2、动物多糖，如甲壳素、壳聚糖、肝素、硫酸软骨
素等。 3、琼脂多糖，如琼脂、海藻酸、角叉藻聚糖等。 4、菌类多糖，如D-葡聚糖、D-半乳聚糖、甘露聚糖 等。 5、微生物多糖，如左旋糖酐、黄原胶、凝乳糖、出 芽短梗孢糖等。
5
9
溶解性：纤维素是一种非还原性的碳水化合物，
– 不溶于水和一般有机溶剂，
– 溶解于某些碱性溶剂和高浓度的无机酸溶液如
铜胺碱[Cu(NH3)4](OH)2，铜乙二胺碱[Cuen2 ] (OH)2，季胺碱[(C2H5)4N]OH和72%的硫酸、44% 的盐酸、85%的磷酸等， – 亦可溶解于若干种盐的浓水溶液中。 – 纤维素在酸的作用下可发生降解反应，完全水解 时得到唯一单糖葡萄糖。
2、粘胶法：纤维素与碱和二硫化碳反应，生成
黄原酸，然后与酸反应再生。 3、热塑性醋酸纤维素与碱反应水解再生。
12
• 硝酸纤维素：
是人们最早使用的血液透析膜材料，系用浓硝 酸和浓硫酸混合酸处理而得， 酯化后的纤维素仍
保持其纤维结构，反应式如下：
纤维素—OH+HNO3 纤维—O—NO2 +H2O
13
赛珞玢
• 1938 年 W. Thalhimer 将赛珞玢管作为透析膜使用， • 1944年W. J. Kolff等人用赛珞玢制造的人工透析器 首次用于临床。 • 1965 年作为透析膜材料的赛珞玢到逐渐被淘汰。 原因： – 粘胶中含有磺化物， – 赛珞玢膜中残存磺化物将对人体产生不良影响。 – 尿素、肌酐等的透析性也不十分好。