生物医用高分子材料

第七章医用高分子材料

本章内容

◆概述

◆生物惰性高分子材料◆生物可降解高分子材料◆组织工程

◆药用高分子材料

7.1 概述

❝医用金属材料：主要用于人体中承重器官的修复和替换。

机械强度高、抗疲劳性能好

❝医用生物陶瓷：主要用于骨骼、牙齿等硬组织的替换和修复。

耐腐蚀性能好、使用寿命长。

❝医用高分子材料：在物理化学性质及功能与人体各类器官更为

相似。

❝医用生物复合材料：如羟基磷灰石涂复钛合金，炭纤维或生物

活性玻璃纤维增强聚乳酸等高分子材料。

聚四氟乙烯

1. 分类

分类材料医用用途

治疗用高分子材料手术用材料缝合线、黏合剂、止血剂、骨骼牙齿修补材料

治疗用敷料创伤被覆材料、人工皮肤、消毒纱布等

治疗用具各种插管、导管、引流管、一次性输液材料等药用高分子材料治疗药物降胆敏、降胆宁、干扰素诱导剂等

控制释放药物高分子微胶囊、生物降解型缓释药物

导向药物高分子磁性导向等导向药物制剂

人造器官用材料人造组织器官人工血管、人工关节、人工玻璃体

人造脏器人造心脏、人造肺、假肢和其他人造器官

按来源分类

◆天然医用高分子材料如胶原、明胶、丝蛋白、角

质蛋白、纤维素、粘多糖、甲壳素及其衍生物等。N C N C

H 2C H N O C HO

O O n

胶原C H COOH NH 2R 明胶

◆人工合成医用高分子材料

如聚氨酯、硅橡胶、

聚酯等。

可生物降解—指聚合物在生物体内酶、酸碱性环境下或微生物存在的情况下，可以发生分子量下降，生成水、CO 2等对生物体或者环境无毒害的小分子化合物的性能。

•不可生物降解（生物惰性材料）—一种生物材料在特殊应用中和宿主反应起作用的能力，要求植入材料和机体间的相互作用能够永久的被协调。在生物环境下自身不发生有害的物理（渗透、溶解或者吸收）或者化学反应（对酸碱酶稳定）

•生物相容性—指血液相容性和组织相容性，不发生凝血、溶血和血栓反应，不发生组织过敏，排斥或刺激反应，无致癌和钙沉积等反应。

化学家来做第一步

❝化学家合成原始材料并检测各项理化指标❝生物学家检测材料生物毒性及生物相容性❝医学家做临床动物试验-人体试验

❝化学工程师制造生物医用高分子材料

❝临床应用

2. 生物医用高分子材料的发展历史

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。

在文章中，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

为手术缝合线的临床应用情况。

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。

Drug controlled release Tissue engineering

Gene therapy

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。

❝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

◆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。已取得重大研究成果。

◆还需要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。正处于大力研究开发之中。

国际评述

◦国际生物材料科学与工程学会联合会主席A. F. Von Recum在

“美国生物材料学会论坛”（Biomaterials Forum, SFB, USA）上著文称：

“近年来中国生物材料科学与工程极为成功地登上了世界舞台”

高分子材料虽然不是万能的，不可能指望它解决一切医学问题，但通过分子设计的途径，合成出具有生物医学功能的理想医用高分子材料的前景是十分广阔的。有人预计，在21世纪，医用高分子将进入一个全新的时代。除了大脑之外，人体的所有部位和脏器都可用高分子材料来取代。仿生人也将比想象中更快地来到世上。

安全性

①不会致癌

根据现代医学理论认为，人体致癌的原因是由于正常细胞

发生了变异。当这些变异细胞以极其迅速的速度增长并扩散时，就形成了癌。而引起细胞变异的因素是多方面的，有化学因素、物理因素，也有病毒引起的原因。

•②具有良好的血液相容性

当高分子材料用于人工脏器植入人体后，必然要长时间与体内的血液接触。因此，应用高分子对血液的相容性是所有性能中最重要的。

血液相容性指材料在体内与血液接触后不发生凝血、溶血现象，不形成血栓。

③具有良好的组织相容性

指材料与血液以外的生物组织接触时，材料本身的性能满足使用要求，而对生物体无刺激性、不使组织和细胞发生炎症，不发生排斥反应，没有致癌作用，不会发生钙沉积。

具体来说，要求材料置于一般组织表面、器官空间组织内等处后，活体组织不发生排斥反应，材料自身也不因与活体组织、体液中多成分长期接触发生性质劣化，功能下降。