生物医用材料系列3--天然高分子生物医学材料
天然药用高分子
药用天然高分子摘要：随着材料科学的高速发展，人们对疾病的认识越来越深刻、明了，对天然药物的利用价值越来越看重，对药用天然高分子的研究也迎来了自己的高速发展的时期。
本文主要对药用天然高分子的种类、结构、性质以及利用情况、发展前景进行陈述关键字：药用天然高分子结构种类利用前景一、常见药用天然高分子简介1、药用天然高分子认识：药用高分子材料（polymers for pharmaceuticals）：具有生物相容性、经过安全评价且应用于药物制剂的一类高分子辅料，而药用天然高分子是指来源于自然界中的，在药品的生产和制造加工工程中使用的高分子材料的总称。
它包括作为药物制剂成分之一的药用辅料与高分子药物，以及与药物接触的包装储运高分子材料。
应用药物缓释技术，通过医用高分子材料包覆在药物表面，当然药物不是成块状的，而是很小的。
有高分子材料的保护，药物在短时间内不会被身体吸收，而是随血液流动到特定区域，当到达之后药物表面的高分子材料已经溶解到血液中，最终随体液排出。
而药物能够有针对性的治疗病患处而作为包装材料，应满足以下要求：（1）保证药品质量特性和成分的稳定；要根据药品及制剂的特性来选用不同的包装材料。
首先，药品包装材料必须具有安全、无毒、无污染等特性；其次，药品包装材料必须具有良好的物理化学和微生物方面的稳定性，在保质期内不会分解老化，不吸附药品，不与药品之间发生物质迁移或化学反应，不改变药物性能。
（2）适应流通中的各种要求；药品生产出后需要经过储存、运输等各个流通环节才能达到患者手中，每个环节的气候条件、流通周期、运输方式、装卸条件等各不相同甚至有很大的差异。
因此，药品的包装材料还要与流通环境相适应。
既要有一定的耐热性、耐寒性、阻隔性等物理性能，以满足流通区域中的温度、湿度变化的要求；又要有一定的耐撕裂、耐压、耐戳穿、防跌落等机械性能，以防止装卸、运输、堆码过程中的各种形式的破坏和损伤。
（3）具有一定的防伪功能和美观性；为防止假冒伪劣药品、保证药品的纯正，药品包装材料应具有一定的防伪能力，患者通过包装材料可以方便的辨别药品的真假。
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。
生物医用高分子材料
生物医用高分子材料生物医用高分子材料是一类应用于生物医学领域的高分子材料，具有优良的生物相容性、生物降解性和生物活性等特点。
这类材料旨在解决生物医学领域中的各种问题，如组织工程、药物缓释、生物传感等。
以下将介绍几种常见的生物医用高分子材料及其应用。
首先是生物可降解高分子材料，如聚乳酸（PLA）和聚乳酸-羟基磷灰石（PLGA）。
这类材料能够在体内逐渐降解，并最终被代谢排出体外，具有较好的生物相容性。
它们主要应用于组织修复与再生领域，如制作支架用于骨骼修复、软组织修复和脑部损伤修复等。
其次是生物活性高分子材料，如天然高分子材料胶原蛋白和壳聚糖。
这些材料本身具有一定的生物活性，能够促进细胞黏附、分化和增殖。
它们常用于组织工程中的细胞载体和生物传感器的制备，如用胶原蛋白包裹干细胞用于皮肤再生、用壳聚糖包裹药物用于药物缓释等。
另外一类是生物仿生高分子材料，如聚乙二醇（PEG）。
这类材料模拟生物体内的液体环境，具有良好的生物相容性和抗生物粘附能力。
它们主要应用于制备人工器官、药物控释系统和生物分离材料等，如用PEG涂层改善人工心脏瓣膜的生物相容性、用PEG修饰纳米材料用于靶向药物传递等。
此外，还有一种重要的生物医用高分子材料是羟基磷灰石（HA）。
羟基磷灰石具有良好的生物相容性和生物活性，能够与骨组织有很好的结合性。
它常用于骨修复和牙科领域，如制备骨替代材料、牙齿填充材料和人工牙齿的固定材料等。
总之，生物医用高分子材料在生物医学领域中具有广泛的应用前景。
它们的出现为治疗和修复各种组织和器官提供了新的手段，将对人类健康产生深远影响。
然而，随着研究的深入，还需要克服一些挑战，如材料的稳定性、生物相容性和生物降解速度等问题，以进一步提高材料的应用性能和安全性。
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
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。
生物医学高分子材料课件
在这个生物医学高分子材料课件中，我们将探讨高分子材料的概念、分类以 及其在医学领域的应用和未来前景。
高分子材料的概念
高分子材料是由大量重复单元组成的材料，具有优异的力学性能和化学稳定性。 这些材料常常被用于制造医疗设备、人工器官和药物传递系统等。
高分子材料的分类
合成高分子材料
生物相容性
能够与生物体相容并且不引起 免疫反应，减少排斥反应的发 生。
机械特性
具有良好的力学性能，可以模 拟和替代人体组织的功能。
生物降解性
在体内可以逐渐降解和代谢， 减少二次手术的需求。
生物医学高分子材料的研究与发展
1
基础研究
对生物医学高分子材料进行基础性的研
改进和优化
2
究，探索材料的性质和应用潜力。
总结和展望
生物医学高分子材料是现代医学领域的重要组成部分，具有广阔的应用前景。
通过持续的研究和创新，我们可以开发出更多高效、安全和可持续发展的生 物医学高分子材料。
通过改进材料的制备方法和调控技术，
提高材料的性能和稳定性。
3
临床应用
将优秀的生物医学高分子材料应用于临 床实践，改善疾病治疗和患者生活质量。
生物医学高分子材料的未来前景
随着科学技术的发展和人们对健康需求的增加，生物医学高分子材料将在医学领域发挥更大的作用。 未来，我们可以期待更先进的材料设计和更广泛的应用领域，为人类健康带来更多福音。
2 药物传递系统Βιβλιοθήκη 将药物包裹在高分子材料中，控制药物的释 放速率和位置，以提高治疗效果。
3 医疗器械和诊断工具
使用高分子材料制造具有特殊功能的医疗器 械和诊断工具，提供更准确和便捷的医疗服 务。
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。
生物医用材料
生物无机与有机高分子复合材料
❖ 几乎所有的生物体组织都是由两种或两种 以上的材料构成的
例如人体中的骨骼和牙齿可看作由胶原蛋白、 多糖基质等高分子构成的连续相和弥散于中 的羟基磷灰石晶粒复合而成。
❖ 利用高弹性模量的无机材料增强高分子材 料的刚性，并赋予其生物活性
❖ 利用高分子材料的可塑性增进生物无机材 料的韧性。
共聚调控降解时间
聚羟基丁酸酯PHB及其共聚物 可生物降解，用于药物释放载体和组织工程 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，
聚原酸酯(Polyorthoesters,POE）
POE是通过多元酸或多元原酸酯与多元醇类 经无水条件下缩合形成原酸酯键而制成。
料的机械性能，导致断裂，还产生腐蚀产物， 对人体有刺激性和毒性。
常用的医用金属材料
❖ 1)齿科：镶牙、齿科矫形、牙根种植及辅助器件 ❖ 2)人工关节和骨折内固定器械：人工肩关节、肘关节、全髋
关节、半髋关节、膝关节、踝关节、腕关节及指关节。各种 规格的皮质骨和松质骨加压螺钉、脊椎钉、骨牵引钢丝、人 工椎体和颅骨板等， ❖ 3)心血管系统：各种传感器、植入电极的外壳和合金导线， 可制作不锈钢的人工心脏瓣膜、血管内扩张支架等 ❖ 4)其它：如用于各种眼科缝线、人工眼导线、眼眶填充、固 定环等。
要方法)a.热喷涂b.脉冲激光融覆c.离子溅射d.喷 砂法e.电结晶法f.电化学法g.离子注入
医用金属材料研究进展
医用镁及镁合金材料的研究 镁合金具备作为可降解骨植入材料的多方面优点：
(1) 镁是人体内含量最多的阳离子之一，几乎参 与人体内所有的新陈代谢过程。
(2) 镁及镁合金的弹性模量约为45GPa，更接近 人骨的弹性模量，能有效降低应力遮挡效应； 镁与镁合金的密度约为1.7g/cm3，与人骨密度 (1.75g/cm3)接近，符合理想接骨板的要求。
生物医用药用材料
（C）一般报道的整体HAP的断裂韧性在 0.7MPa · 1/2左右，人体骨的断裂韧性在2-10 m （2）羟基磷灰石的成型与 1/2之间。 MPa · m
（1）HAP的粉体制备工艺 烧结工艺
（3）HAP系复合材料目前 已达到的性能 （4）HAP系复合材料的应 用
HAP基复合材料主要应用在颌面骨、牙槽脊、 听小骨等非承重材料以及一些骨缺损的修复等方 面，而在承重材料方面尚没有应用。
发展
公元前2500年在中国及埃及人的墓穴中已
发现有假手、假耳等人工假体，我国隋唐 时代就有了补牙用的银膏。 金银铂 不锈钢 纯钛的骨钉、骨板 Ti-Ni形状记忆合金
目前国外有数以百万计的人靠人工器官维持着生 命。仅在美国，每年约有100万人接受人工器官的 植入手术。其中，人工心脏瓣膜3.5万人，人工血 管18万人；人工髋骨12.5万人；人工膝盖605万人； 人工肾5万人。 每年以20%—30%的速度递增。1980年世界销售 额达200亿美元，1990年增加到500亿美元。
金属纤维+生物活性玻璃 HA+PE
注：G—生物活性玻璃 HA—羟基磷灰石 P—金云母 W—硅灰石 PE—聚乙烯 A—磷灰石
生物材料的国内外研究现状
主要是指利用骨的压电效应能刺激骨 惰性生物陶瓷是指一类在生物环 随着生物陶瓷材料研究的深入 活性生物陶瓷是一类在生理环境中可 折愈合的特点，人们试图利用压电陶瓷与 境中能保持稳定，不发生或仅发生微 和越来越多医学问题的出现，对生 通过其表面发生的生物化学反应与生 生物活性陶瓷复合，在进行骨置换的同时， 弱化学反应的生物医学材料。主要包 物陶瓷材料提出了更高的要求。原 体组织形成化学键性结合的材料。其 利用生物体自身运动对置换体产生的压电 括氧化铝、氧化锆等陶瓷以及医用碳 先的生物陶瓷材料无论是生物惰性 发展始于1969年Hench等人首次发现 该类材料是将天然有机物 效应来刺激骨损伤部位的早期硬组织生长。 素材料。这类材料的发展期在上世纪 的还是生物活性的，强调的是材料 Na2 （如骨胶原、纤维蛋白以及骨 70年代以前。它们结构都比较稳定， 另外，将铁氧体与生物活性陶瓷复合，填 -CaO-SiO2-P2O5系统中的玻璃45S5 在生物体内的组织力学环境和生化 具有生物活性。目前主要包括羟基磷 形成因子等）和无机生物材料 充在因骨肿瘤而产生的骨缺损部位，利用 分子中的键力较强，而且都具有较高 环境的适应性，而现在组织电学适 灰石、磷酸三钙、石膏等可降解吸收 复合，以改善材料的力学性能 外加交变磁场，充填物因磁滞损耗而产生 的强度、耐磨性及化学稳定性。现在 应性和能参与生物体物质、能量交 陶瓷。它们在生理环境中可被逐渐的 和手术的可操作性，并能发挥 局部发热，杀死癌细胞，又不影响周围正 换的功能已成为生物材料应具备的 它们在临床上得到了广泛的应用[5-7]。 降解吸收，并随之为新生组织替代， 天然有机物的促进人体硬组织 常组织，也是研究方向之一。现在，功能 条件。因此，又提出了功能活性生 活性生物陶瓷的研究还处于探索阶段，临 物材料的概念[2]。 1.2.1生长的特性。 从而达到修复或替换被损坏组织的目 惰性生物陶瓷 的。 （1）模拟人体 床应用鲜有报道，但其发展应用前景是很 硬组织成分和 光明的。 结构的生物陶 生物陶瓷 1.2.2 活性生物陶瓷 瓷材料
【最新】常用的生物医学材料
（1）普通生物陶瓷
多用于假牙制作，硬度及耐磨性优于树脂 制品。材料的化学性质差，生物相容性好
（2）生物活性陶瓷
主要成分为磷酸钙，植入人体后可以降解 吸收，由于被怀疑会引起淋巴结增生，现 已停止对其研究
（3）特殊加工生物陶瓷
掺入荧光物质的陶瓷贴片可以贴在牙齿外 表增加美观
生物陶瓷制作的听小骨
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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。
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3.天然高分子生物医学材料
天然高分子生物医学材料是人类最早使用的医学材料之一。 由于它具有多功能性、生物相容性、生物可降解性，仍然不失为 重要的生物医学材料，主要包括糖类和蛋白质材料两大类
碳素材料制作的高夫球棍
碳是构成生物体的重要 组成元素，由于它具有极好 的抗血栓性，因而碳素材料 被认为是最佳的人工心脏瓣 膜材料。碳纤维束有利于生 物组织依附生长，经聚乳酸 浸制成人工韧带和肌腱已用 于临床。碳纤维与高分子材 料制成的复合材料用于制作 假牙、人工软骨、人工中耳 骨及用于胫骨骨折固定板、 颌面修复等。活性炭常用于 血液净化材料等。
蚀和机械性能优良
的器件的电极和导线材料，磁
性铂用于眼脸功能的修复。
易加工，价格低
不锈钢耐腐蚀性 体内植入的阴性对照材料，接
和机械性能不如 骨板、骨螺钉、齿冠、齿科矫
钴基合金
正器具等。
可锻可铸，机械性能好 价格高，加工难、 常用来制作人工关节的金 硬度有硬，中，软之分 应用不够普及 属间华东联接。
钛和钛合金
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。
生物医用材料系列3--天然高分子生物医学材料ppt课件
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25
• 甲壳素和壳聚糖的制备方法：比较简单，工艺成 熟：
– 采用虾或蟹壳，经清洗后浸酸脱钙，
– 再用10%的碱液脱去蛋白即得甲壳素。
– 如继续以浓碱去乙酰基则得到壳聚糖。
– 壳聚糖的脱乙酰化度和分子量是其两项重要参数。
பைடு நூலகம்
– 脱乙酰化程度的测定可以采用核磁共振、红外光谱、 电位滴定、质谱、化学滴定等方法，一般用 Muzzarelli提出的紫外分光光度法。
– 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， 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。
.
9
• 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，
天然高分子生物医学材料
第一节 天然多糖类材料 第二节 天然蛋白质材料
.
1
• 人们对生命科学的浓厚兴趣在于人类本身就是
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。
• 直到1887年Edderbase 用盐酸水解甲壳素得到了氨基葡
萄糖，并用化学方法和X射线衍射法确立了甲壳素的结
构。
.
24
• 甲壳素的发现至今已有一百多年历史，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 际学术计论会。
• 特别是近年来，发现它们在纺织、印染、造纸、食品 加工、水处理特别是在生物技术、医学、生物医学工 程等众多方面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。
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。
常用的生物医学材料3篇
常用的生物医学材料生物医学材料是医学领域中应用非常广泛的一类材料，具有生物相容性、生物降解性等优异的性能，可用于医学器械、生物工程、组织工程、药物传递等领域。
本文将介绍常用的生物医学材料，以及它们的应用。
一、天然高分子材料天然高分子材料是一种来源广泛、成本相对较低的生物医学材料，主要包括胶原蛋白、海藻酸钠、明胶、蛋白质多糖等。
这些材料具有良好的生物相容性、生物可降解性和生物活性等优良特性，可被广泛应用于生物医学领域。
1. 胶原蛋白胶原蛋白是一种天然的蛋白质，与人体的组织相容性极好，被广泛应用于生物材料领域。
它具有良好的生物可降解性、表面生物亲和性、机械性能等性质，可用于制备生物材料、生物织构、组织工程、药物控释等领域。
例如，胶原蛋白可以制备成为薄膜、胶原棒、胶原丝等形态用于各类生物医学领域。
2. 海藻酸钠海藻酸钠是一种从海藻提取的天然高分子多糖，具有良好的生物相容性和生物可降解性。
它具有多种生物活性，例如抗炎、抗肿瘤、生物黏附等特性，可被广泛应用于药物控释、创伤修复、组织工程等领域。
在组织工程方面，海藻酸钠可用于制备各种三维支架型组织工程模板，用于手术修复或重建人体失去的组织器官。
3. 明胶明胶是一种从动物骨骼中提取的天然胶体，具有优异的生物相容性和生物可降解性。
它可被制备成为各种形状的生物工程材料，例如人工骨、人工软骨、人工皮肤等。
它还可以用于药物控释，例如可以制备成为药片或胶囊，实现药物的缓释。
二、合成高分子材料合成高分子材料是一种通过化学反应或物理变化合成而成的材料，包括聚乳酸、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等。
这些材料具有着广泛的应用，如药物控释、组织工程、生物成像等领域。
1. 聚乳酸聚乳酸是一种生物降解性高分子材料，广泛应用于组织工程、药物传递等方面。
它具有良好的生物可降解性和生物相容性，可以在体内迅速分解，因此不会对人体产生不良反应。
聚乳酸的应用非常广泛，例如可以制备成为人工骨、人工软骨、人工血管等，还可以用于药物缓释。
生物医用材料
生物医学材料指的是一类具有特殊性能、特种功能，用于人工器官、外科修复、理疗康复、诊断、治疗疾患，而对人体组织不会产生不良影响的材料。
现在各种合成材料和天然高分子材料、金属和合金材料、陶瓷和碳素材料以及各种复合材料，其制成产品已经被广泛地应用于临床和科研。
生物医用材料是用来对于生物体进展诊断、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根底，己成为材料学科的重要分支，尤其是随着生物技术的莲勃开展和重大突破，生物材料己成为各国科学家竞相进展研究和开发的热点。
二关键词:生物，医学，材料，医疗器械，创伤，组织，植入biomedical material，new materials三文献综述1生物医用材料定义生物医用材料〔biomedical material〕是用于对生物体进展诊断、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根底，己成为材料学科的重要分支，尤其是随着生物技术的莲勃开展和重大突破，生物材料己成为各国科学家竞相进展研究和开发的热点。
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开展成为本世纪世界经济的一个支柱产业.由生物分子构成生物材料，再由生物材料构成生物部件。
生物体内各种材料和部件有各自的生物功能。
它们是“活〞的，也是被整体生物控制的。
生物材料中有的是构造材料，包括骨、牙等硬组织材料和肌肉、腱、皮肤等软组织；还有许多功能材料所构成的功能部件，如眼球晶状体是由晶状体蛋白包在上皮细胞组成的薄膜内而形成的无散射、无吸收、可连续变焦的广角透镜。
在生物体内生长有不同功能的材料和部件，材料科学的开展方向之一是模拟这些生物材料制造人工材料。
它们可以做生物部件的人工代替物，也可以在非医学领域中使用。
前者如人工瓣膜、人工关节等；后者那么有模拟生物黏合剂、模拟酶、模拟生物膜等2生物医用材料的分类生物材料应用广泛，品种很多，有不同的分类方法。
生物医学高分子材料
物理性能
包括密度、拉伸强度、断裂伸长 率、冲击强度等，这些指标直接
关系到材料的使用性能。
化学性能
主要包括耐候性、耐腐蚀性、抗 氧化性等，这些性能决定着材料
的使用寿命。
生物相容性
主要评价材料与人体或微生物环 境的相容性，包括细胞毒性、致 敏性、血液相容性等，这是生物 医学应用中非常重要的一个方面
。
04
生物医学高分子材料
2023-11-12
目 录
• 生物医学高分子材料概述 • 生物相容性高分子材料 • 生物降解性高分子材料 • 高分子药物载体 • 生物医学高分子材料的未来发展
01
生物医学高分子材料概述
定义与分类
生物医学高分子材料定义
是一类用于诊断、治疗、修复、替代人体组织或器官，以及实现人体组织或器 官功能的具有高分子特性的材料。
生物传感器
用于检测人体内化学物质或生理参数的制品 ，如血糖传感器、血压传感器等。
药物载体
用于药物输送的制品，如药物涂层、药物微 球等。
组织工程
用于促进人体组织或器官修复和再生的制品 ，如组织工程支架、生长因子等。
02
生物相容性高分子材料
生物相容性高分子材料的定义与分类
定义
生物相容性高分子材料是指与生物体组织或血液接触后，不会引起明显的组织反应，不会导致疾病或对人体健康 产生不良影响的聚合物材料。
合成生物相容性高分子材料的制备
一般采用聚合反应合成，如乳液聚合法、溶液聚合法、本体聚合法等，根据需要 可添加交联剂、增塑剂等改性剂。
生物相容性高分子材料的性能评价
生物安全性评价
主要考察材料与生物体接触后 是否产生毒性、致敏性、致突
变性等不良反应。
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3、热塑性醋酸纤维素与碱反应水解再生。
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• 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
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赛珞玢
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• 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。
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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，
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。
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纤维素在医学上最重要的用途是制造各种医用
• 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。
天然高分子生物医学材料
第一节 天然多糖类材料 第二节 天然蛋白质材料
1
• 人们对生命科学的浓厚兴趣在于人类本身就是 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。
7
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。
• 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 。
8
• 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，
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。
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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。
2
• 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ห้องสมุดไป่ตู้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， – 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。
• 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。
5
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
– 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， 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。
9
• 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。
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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
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。
6
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。
3
• 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。
• 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。
4
第一节 天然多糖类材料
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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。
• 因而可以采用溶剂浇注法和熔融法进行加工。
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• 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。