医用高分子材料

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(2)高抗血栓性材料的研制 至今为止,尚无一种医用高分子材料具有完 全抗血栓的性能。许多人工脏器的植换手术 就是因为无法解决凝血问题而归于失败。因 此,尽快解决医用高分子材料的抗血栓性问 题,巳成为医用高分子材料发展的一个关键 性问题,受到各国科学家的重视。
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(3)发展新型医用高分子材料 至今为止,医用高分子所涉及到的材料大部分限
成就,但很多尚处于试验阶段。如何将已取得的成 果迅速推广到临床医学应用,以拯救更多患者的生 命,需要高分子材料界与医学界的通力协作。
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应用:
一、人工组织和人工器官
• 人们口中常说的高分子人工器官材料或 高分子内植材料,实事上也是高分子生物 材料。
• 人造器官在生物材料医学上是指能植入 人体或能与生物组织或生物流体相接触 的材料。
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分类
一、根据人工脏器和部件的作用及目前研究进展, 可将它们分成五大类。
第一类:能永久性地植入人体,完全替代原来 脏器或部位的功能,成为人体组织的一部分。
第二类:在体外使用的较为大型的人工脏器装 置、主要作用是在手术过程中暂时替代原有器 官的功能。
第三类:功能比较单一,只能部分替代人体脏器 的功能,例如人工肝脏等。
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2、人工肌肉:
美国的科学家日前称,他们最近成功地研制出 一种新型的人造肌肉,这种人造肌肉不仅可以自 我修复,还可以在运动收缩过程中产生电力,这 些电力未来甚至可以为你的手机或者MP3播放器 充电。
研究人员们使用了普遍存在的、柔韧灵活的碳 纳米管作为电极,以取代其它含金属的膜,能够 做成更像人类的机器人、更轻便灵巧的人造假肢。 新研制的靠燃料驱动的人造肌肉很容易进行微型 化甚至纳米级设备的生产。
1938年开始出现化学尼龙线、聚酯线等非吸收性化学 合成线;同时开始使用微创伤缝合针年左右,用于了网球拍的网线。 1860年,英国医生Joseph Lister 用灭菌的羊肠线开始
现代缝合;从此开始有了最原始的可吸收缝合线,是用羊 的肠系膜制作而成的。 优点:羊肠线至今仍是一般体内缝合线的材料,它来源广阔 且制作工艺 相对简单,成本低廉。 缺点:柔韧性差,组织反应大,在消化液和感染环境下抗张 强度耗损快张力较低,在植入人体后吸收时间不确定,有 较严重的组织排异反应。现代医用羊肠线分为铬制羊肠线 和平制羊肠线,铬制羊肠线即原料羊肠衣经铬化物溶液浸 制处理后而制成的羊肠线,由于含铬而显绿色。平制羊肠 线即原料羊肠衣未经铬化物处理而制成的羊肠线;铬制羊 肠线和平制羊肠线线均不染色。
高分子材料
嵌段聚醚氨酯弹性体、硅橡胶
铜氨法再生纤维素,醋酸纤维素,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-羟乙酯
肝脏 胰脏 肺 关节、骨
赛璐玢(cellophane),聚甲基丙烯酸—β—羟乙酯
共聚丙烯酸酯中空纤维
硅橡胶,聚丙烯中空纤维,聚烷砜 超高分子量聚乙烯,高密度聚乙烯,聚甲基丙烯酸甲酯, 尼龙,聚酯
公元前3500年,埃及人就用棉花纤维、马鬃缝合伤口。 墨西哥印地安人用木片修补受伤的颅骨。
公元前500年的中国和埃及墓葬中发现假牙、假鼻、假 耳。 1936年发明了有机玻璃后,很快就用于制作假牙和 补牙,至今仍在使用。 1943年,赛璐珞薄膜开始用于血液透析。 1949年,美国首先发表了医用高分子的展望性论文, 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的临床应用、
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事例
1、人工心脏
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高分子材料一直是人工循环的主要应用材 料。针对人工心脏的特点聚脂类有较好的 应用前途,例如研究较多的聚乌拉坦就具 有耐用、弹性好、抗老化、顺应性好、组 织相溶性好的特点。除此之外还有人将其 分子辅基改变、合成进硅和维生素E等进 一步改善其特性以更有利于人工器官的应 用,将人工材料做成人体可降解材料,使 其在一定时期后功能完成后自然降解,以 免除二次手术。
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目前用高分子材料制成的人工器官中,比 较成功的有人工血管、人工食道、人工尿道、 人工心脏瓣膜、人工关节、人工骨、整形材 料等。 巳取得重大研究成果,但还需不断完善的有 人工肾、人工心脏、人工肺、人工胰脏、人 工眼球、人造血液等。 另有一些功能较为复杂的器官,如人工肝脏、 人工胃、人工子宫等。则正处于大力研究开 发之中。
第四类:正在进行探索的人工脏器。 第五类:整容性修复材料,这些部件一般不具备
特殊生理功能,但能修复人体的残缺部分,使 患者重新获得端正的仪表。
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按高分子主链结构可分为:
①碳链高分子。它们在生物体内降解速率都较慢, 如聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯及聚四氟乙烯等, 为半永久性材料。
②杂链高分子。在生物体内的稳定性视主链的水 解稳定性、聚合物结晶度、亲水性和交联度而 定,如有机硅橡胶和聚对苯二甲酸乙二酯等可 作为半永久性生物材料。
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从应用情况看,人工器官的功能开始从部 分取代向完全取代发展,从短时间应用 向长时期应用发展,从大型向小型化发 展,从体外应用向体内植入发展、人工 器官的种类从与生命密切相关的部位向 人工感觉器官、人工肢体发展,从单一 功能向综合功能型发展。
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用于人工脏器的部分高分子材料一览
人工脏器 心脏
肾脏
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高分子材料作为医用材料的原因:
高分子化合物在生物界的普遍存在,决定了 它们在医学领域中的特殊地位。在各种材料 中,高分子材料的分子结构、化学组成和理 化性质与生物体组织最为接近,因此最有可 能用作医用材料。
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医用高分子材料需要满足的 七项性能
• 化学惰性,不会与体液沾染而发生变化 • 对人体组织不会引起炎症或异物反应。 • 不会致癌。 • 具有良好的血液相容性。 • 长期植入体内不会减小机械强度。 • 能经受必要的清洁消毒措施而 不产生变性 • 易于加工成需要的复杂形状。
• 优点:由于主要成分为Ⅰ型胶原蛋白,用于创伤 缝合后,能为伤口愈合提供充分营养,并且具有 吸收完全无致痕、使用方便、生物相容性好、无 组织排异反应、吸收时间合适的优良特性;
• 缺点:线不够长,少量缝线有粗细不均匀现象。
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它的吸收时间与缝线粗细密切相关,缝线越粗, 吸收时间越长,缝线越细,吸收时间越短;一 般吸收期为8-60天,对生产环境要求较高。
于已工业化的高分子材料,这显然不能适应和满足 十分复杂的人体各器官的功能。因此发展适合医学 领域特殊要求的新型、专用高分子材料,已成为广 大化学家和医学专家的共识。目前研究开发混合型 人工脏器,即将生物酶和生物细胞固定在合成高分 子材料上,制取有生物活性的人工脏器的工作,
已经取得了相当大的成就。
4)推广医用高分子的临床应用 高分子材料在医学领域的应用虽已取得了很大的
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医用高分子材料的分类
• 1)按照生物医学用途分类
• 硬组织相容性高分子材料 • 软组织相容性高分子材料 • 血液相容性高分子材料 • 高分子药物
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• 2)按照性能分类
• 生物可降解型高分子材料 • 生物非降解型高分子材料
• 3)按照使用性能分类
• 植入性高分子材料 • 非植入性高分子材料
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目前在实际应用中,更实用的是仅将医用高分子 分为两大类,一类是直接用于治疗人体某一病变组 织、替代人体某一部位或某一脏器、修补人体某一 缺陷的材料。如用作人工管道(血管、食道、肠道、 尿道等)、人造玻璃体(眼球)、人工脏器(心脏、 肾脏、肺、胰脏等)、人造皮肤、人造血管,手术 缝合用线、组织粘合剂、整容材料(假耳、假眼、 假鼻、假肢等)的材料。另一类则是用来制造医疗 器械、用品的材料,如注射器、手术钳、血浆袋等。 这类材料用来为医疗事业服务,但本身并不具备治 疗疾病、替代人体器官的功能,因此不属功能高分 子的范畴。
• 以高分子材料作为镁合金支架的涂层可改善支架的降 解性能及生物相容性。目前镁合金常用的涂覆高分子 材料有胶原蛋白、壳聚糖、聚乳酸及其共聚物、有机 化合物转化膜、聚氨酯。这些高分子材料均具有好的 生物性能,作为镁合金的涂层可以改善镁合金的生物相 容性,延缓镁合金的降解时间。但有机物与镁合金之间 的结合强度主要依靠物理机械力和化学键合,物理机械 力不能够满足要求,必须要对镁合金表面和有机物进行 处理,应用合适的表面活性剂使镁合金与有机物之间产 生化学键合,从而达到要求。
医用高分子材料简介
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目录
今天主要讲的内容:
1)简述医用材料的历 史
2)高分子材料可作为 医用材料的原因
3)医用高分子材料的 七项性能要求。
4)医用高分子材料的 分类。
5)医用高分子材料的 发展方向
6)应用: a、人工组织和人工 器官
b、医用缝合线 c、医用粘合剂 d、人工晶体 e、烤瓷牙材料
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医用材料的发展史
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第三代:化学合成缝线
可吸收性;公元1960年,美国人发明了化学合成可 吸收缝合线;包括PGA、PLA,人工合成可吸收缝 线,原材料为:人工代谢产物(乙醇酸、乳酸)聚合 而成,生产工艺为纺丝、拉伸、涂层等工序制成, 吸收方式为水解;具有操作方便、吸收时间可预知; 它的吸收时间与缝线含水量密切相关,含水量高则 吸收时间短,含水量低则吸收时间长,因此对生产、 储存环境要求较高;直到现在,由于主要成分为化 学物质并含有化学涂层,所以仍然有吸收不完全, 存在轻度组织排异反应。
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生物相容性要求:
• 例如,人工心脏、人工肾脏、人工肝脏、人工血管等 脏器和部件长期与血液接触,因此要求材料必须具有 优良的抗血栓性能。近年来的研究发现具有微相分离 结构的聚合物往往具有优良的血液相容性,如在聚苯 乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯的结构中接枝上亲水性的甲 基丙烯酸-β-羟乙酯,当接枝共聚物的微区尺寸在 20~30 nm范围内时,就有优良的抗血栓性。
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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。此后,一大批人工器官在50年代试用于 临床。人工血管(1951年)、人工食道(1951 年)、人工心脏瓣膜(1952年)、人工心肺 (1953年)、人工关节(1954年)、人工(1958 年)等。 从70年代始,高分子科学家和医学家积极开展合作研 究,使医用高分子材料快速发展起来。 至80年代以来,发达国家的医用高分子材料产业化 速度加快,基本形成了一个崭新的生物材料产业。
非吸收性;早在公元前3500年,古埃及人就用绵纤 维、马鬃来缝合伤口;中国古代史书中也早有用亚麻、 头发、猪棕、草纤维等用于缝合的记录;古印第安人还 有用大蚂蚁头咬合伤口来进行缝合的记录;是在当时条 件下对各种缝合材料的原始应用。
1930年,临床开始用现代丝线,丝线是用蚕丝制作而 成的,里面有蚕丝蛋白,病人肌体组织对其有排异反应; 现代医学多用在血管结扎及皮肤间断缝合。
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二、医用缝合线
医用缝合线是常见的线型材料,广泛应 用于各类外科手术中,用以缝合伤口、 联结组织。随着科学技术的不断进步, 缝合材料目前经历了四代发展历程;第 一代为丝线,第二代为羊肠线,第三代 为化学合成可吸收缝合线(PGA、PGLA、 PLA),第四代为胶原蛋白可吸收缝合 线。
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第一代:丝线
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5. 医用高分子的发展方向
医用高分子的发展巳有50多年的历史,其 应用领域巳渗透到整个医学领域,取得的成 果是十分显赫的。但距离随心所欲地使用高 分子材料及其人工脏器来植换人体的病变脏 器尚很远很远,因此尚需作深入的研究探索。 就目前来说,医用高分子将在以下4个方面 进行深入的研究。
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(1)人工脏器的生物功能化、小型化、体植 化 目前使用的人工脏器,大多数只有“效应 器”的功能,即人工脏器必须与有功能缺陷 的生物体共同协作,才能保持体内平衡。研 究的方向是使人工脏器永久性地植入体内, 完全取代病变的脏器。这就要求高分子材料 本身具有生物功能。
美国1970年开始实行缝合线批准制度;缝合线专利 保护期为14年。
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第四代:胶原蛋白缝线
• 可吸收性;1995年中国曾家修教授发明纯天然可 吸收胶原蛋白缝合线,该种材料胶原蛋白占93%, 弹力蛋白占3%,脂肪占4%,为天然成型材料, 采用生物原理制成,生产过程中无任何化学成分 掺入,为原生态蛋白质材料。
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