第九章生物医用高分子材料
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生物医用高分子材料及应用Polymericbio-materialsandits-
( 2 ) 低分子药物的高分子化。
低分子药物在体内新陈代谢速度快, 半 衰期短, 体内浓度降低快, 从而影响疗效, 故需 大剂量频繁进药, 而过高的药剂浓度又会加重 副作用, 此外, 低分子药物也缺乏进入人体部 位的选择性 。将低分子药物与高分子结合的 方法有吸附 、共聚 、嵌段和接枝等 。第一个 实现高分子化的药物是青霉素
总结
生物技术将是21 世纪最有前途的技术, 生物 医用高分子材料将在其中扮演重要角色, 其性能将 不断提高, 应用领域也将进一步拓宽 。今后的发展 趋势将主要体现在以下几个方面 : ( 1 ) 医用可生物降解高分子材料因其具有良好 的生物降解性和生物相容性而受到高度重视, 论是作为缓释药物还是作为促进组织生长的骨架材 料, 都将得到巨大的发展。
氨酯等。
◆ 人工心脏 材料多用聚醚氨酯和硅橡胶等。
◆ 人工肺 多用聚四氟乙烯、硅橡胶等材料
◆ 人工肾 材料除要求具备良好的血液相容性外, 还要求材
料具有足够的湿态强度、有适宜的超滤渗透性等, 可充当这一使命的材料有乙酸纤维素、铜氨再生纤 维素、尼龙、聚砜及聚醚砜等。
为提高人造器官的血液相容性, 现阶段的 研究重点是对现有生物材料的表面进行改性 和修饰, 其方法有 :
( 2 ) 复制具有人体各部天然组织的物理力学性 质和生物学性质的生物医用材料, 达到高分子 的生物功能化和生物智能化, 是医用高分子材 料发展的重要方向 。此外, 用生物技术合成高 分子的反应条件更温和 、产物的生物降解性 能更好, 因而具有诱人的前景。
( 3 ) 人工代用器官在材料本体及表面结构的有 序化 、复合化方面将取得长足进步, 以达到与 生物体相似的结构和功能, 其生物相容性将大 大提高。
5 眼科用高分子材料
生物医学高分子材料课件
化学法
利用化学反应将药物与高 分子材料结合，如接枝共 聚法、药物嵌入聚合物网 络法等。
生物法
利用生物分子和生物过程 将药物与高分子材料结合 ，如抗体偶联法、基因载 体法等。
高分子药物载体的性能评价
安全性评价
主要包括急性毒性试验、长期毒 性试验、致畸致癌性试验等，以 确保药物载体对人体的安全性。
有效性评价
生物医学高分子 材料课件
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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 • 高分子组织工程支架材料 • 研究展望与挑战
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
指用于诊断、治疗、修复或替换人体组织或器官的材料。
分类
根据应用部位和功能，可分为生物惰性、生物活性、生物降 解和生物相容性高分子材料。
生物医学高分子材料的特性
生物惰性
指在体内稳定，不发生化学反应，无毒无害 。
生物降解
在体内可被分解为小分子，无害化排出体外 。
生物活性
具有诱发机体免疫反应的能力。
生物相容性
与人体组织相容，无排异反应。
生物医学高分子材料的应用
生物活性评价
检测支架材料是否具有促进 细胞生长和分化的生物活性 。
安全性评价
对支架材料进行安全性评估 ，包括急性毒性、慢性毒性 、致敏性等。
06
研究展望与挑战
新材料设计及制备技术展望
发展新的聚合反应
01
研究新的聚合反应，如活性聚合、基团转移聚合等，以实现高
分子材料的精确控制合成。
纳米技术和3D打印
骨骼系统
用于制作人工关节、骨板、骨 钉等。
生物医用高分子材料
用于制牙拖粉的甲基丙烯酸甲酯原料
用于补牙的含羟基和萘基的甲基丙 烯酸酯原料
含磷酸酯的甲基丙烯酸酯原料
7. 高分子绷带材料 (高分子医疗器材)
骨折需要用绷带和夹板把骨折部位包扎，然后用石膏固定，需要一个月 时间愈合。然而石膏不透酸酯封端的聚氨酯预聚体制成的。 使用时，先在水中浸润，然后包扎。在水作用下的预聚体能很快反应， 生成聚氨基甲酸酯，并形成交联。柔软的纱布会变得很硬，同时，纱布 较疏松，易于透气。
6. 齿科材料
牙冠充填材料要求对周围组织无刺激，固化时间短，机械强度高，热 膨胀系数与牙齿的牙釉接近。银汞合金是常用的材料，但70年代后受 到限制。
聚丙烯酸酯树脂，热膨胀系数与 牙齿相差大，耐磨差，用于制作 假牙或牙拖
聚丙烯酸酯树脂的改性： 引入亲水基，提高与牙齿的粘结 性 引入芳香基或含磷基团，提高耐 磨性，同时聚合时放热小，树脂 的体系收缩小。
2. 人工肾（血液渗析器）
肾的主要功能是过滤和排泄血液中的代谢产物 和有毒物质，调节体内水分和电解质的平衡。 所谓人工肾主要就是通过体外渗析的方法治疗。渗析 是一种用浓度差为动力进行分离的膜过程。血液渗析 要求，只能让血液中分子量为500-50000之间的尿毒素 透过，但不会让分子量更大的血液成分流失。 血液渗析膜的高分子材料主要有 铜氨纤维素（87%）、醋酸纤维 素、聚砜和聚丙烯腈等。铜氨纤 维素用量最大，性能也最好。
1） 高分子材料植入对组织反应的影响
a 材料中渗出的化学成分对生物反应的影响 添加剂、杂质、单体、低聚物以及降解产物等，聚氨酯和聚氯乙烯中可能存 在的残余单体有较强毒性，硅橡胶、聚丙烯、聚四氟乙烯等毒性渗出物较少。
b 高分子的生物降解对生物反应的影响
c 材料的物理形状等因素对组织反应的影响 材料的大小、形状、孔度、表面平滑等因素，一般来说，植入物体积越大、 表描越平滑，造成的组织反应越严重；当植入材料是大体积薄片时，容易出 现肿瘤，比薄片上穿孔要高出一倍，而海绵状、纤维状和粉末状，几乎不产 生肿瘤。
生物医用高分子材料
胶原可以用于制造止血海绵、创伤辅料、人工 皮肤、手术缝合线、组织工程基质等。胶原在应用
时必须交联，以控制其物理性质和生物可吸收性。
戊二醛和环氧化合物是常用的交联剂。残留的戊二
醛会引起生理毒性反应，因此必须注意使交联反应
完全。胶原交联以后，酶降解速度显著下降。
6.3.2.2 甲壳素与壳聚糖
甲壳素是由β－（1, 4）－2－乙酰氨基－2－ 脱氧－D－葡萄糖（N－乙酰－D－葡萄糖胺）组成 的线性多糖。昆虫壳皮、虾蟹壳中均含有丰富的甲
Me SiO Ph
Ph SiO Ph
CH3 SiO H
CH2CH2CF3 SiO Me
CH2CH2 SiO Me
CN
聚硅氧烷制备
通过烷基氯硅烷水解缩聚 RnSiXn-1
R: -CH3 , -C6H5, -CH=CH2
X: -Cl, -OCH3, -OCOCH3
环状单体通过阳离子或阴离子引发开环聚合 二甲基硅氧烷环状单体开环聚合
二：生物医用高分子的范畴
用于医疗目的：塑料针筒，合成纤维，纱布 和绷带。
塑料针筒
纱布
绷带
生物医用材料：药物释放体系，医用粘合剂， 固体化酶，隐形眼镜等。
隐形眼镜
固体化酶
三：生物医用高分子的要求
生物稳定性 物理和力学稳定性 易于加工成型 材料易得价格适当 便于消毒灭菌
无毒（化学惰性） 无热原反应 不致癌 不致畸 不引起过敏反应或干扰 机体的免疫机理 不破坏邻近组织，不发 生表面钙化沉积 血液相容性
表面的亲水性及自由能对血液成分的吸附，变性 等有密切联系。提高材料表面的亲水性，使表面 自由能降低到接近血管内膜的表面自由能值可取 得抗血栓性能。 具体操作中，可以通过在材料表面接枝亲水性强 的化合物来实现。EG：聚环氧乙烷（PEO）。 CH2—CH2 O 环氧乙烷 TURN BACK
高分子材料的生物相容性
CH2OSO3H H H OH H OH H O H COOH H OH H OH H OH O CH2OSO3H H H OH H OH H O H COOH H OH H OH H OH
O
NHSO3H
NHSO3H
第九章 医用高分子 材料
肝素的作用机理是催化和增强抗凝血酶与凝 血
酶的结合而防止凝血。将肝素通过接枝方法固 定在
化特别是纤维包膜厚度密切相关。例如当在大 鼠 体 内植入高分子材料后，如果前3～12 个月内形 成 的 纤维包膜厚度大于0.2 mm，经过一定的潜伏 期后通常会出现癌症。而低于此值，癌症很 少 发 生 。 因此0.2 mm可能是诱发鼠体癌症的临界纤维
第九章 医用高分子 材料
2.1.4 高分子材料在体内的表面钙化 观察发现，高分子材料在植入人体内后，再 经 过一段时间的试用后，会出现钙化合物在材料 表面 沉积的现象，即钙化现象。钙化现象往往是导 致高
第九章 医用高分子 材料
由于不同的高分子材料在医学中的应用目的 不
同，生物相容性又可分为组织相容性和血液相 容性
两种。组织相容性是指材料与人体组织，如骨 骼、 牙齿、内部器官、肌肉、肌腱、皮肤等的相互 适应 性，而血液相容性则是指材料与血液接触是不 是会
第九章 医用高分子 材料 2.1 高分子材料的组织相容性
第九章 医用高分子 材料 （2）高分子材料化学结构的影响
表9-2 纤维包膜的厚度变化（大鼠）
第九章 医用高分子 材料
表9-2所示，11种直径为1cm的碟形高 分子材料植入大鼠皮下，在12周以前，这些 材料的组织反应情况类似，只是样品7和8的 纤维包膜形成延迟，样品9的纤维包膜较厚。 进一步延长植入时间，包膜厚度继续增加甚 至引起癌变。 硅橡胶属于高亲水材料，包膜厚度在 0.25mm左右，同时高疏水材料如全氟高分 子Teflon引起的纤维包膜厚度较小。所以如 果高分子材料不渗出有害物质，那么强疏水 性高分子材料和强亲水性高分子材料引起的
O
NHSO3H
NHSO3H
第九章 医用高分子 材料
肝素的作用机理是催化和增强抗凝血酶与凝 血
酶的结合而防止凝血。将肝素通过接枝方法固 定在
化特别是纤维包膜厚度密切相关。例如当在大 鼠 体 内植入高分子材料后，如果前3～12 个月内形 成 的 纤维包膜厚度大于0.2 mm，经过一定的潜伏 期后通常会出现癌症。而低于此值，癌症很 少 发 生 。 因此0.2 mm可能是诱发鼠体癌症的临界纤维
第九章 医用高分子 材料
2.1.4 高分子材料在体内的表面钙化 观察发现，高分子材料在植入人体内后，再 经 过一段时间的试用后，会出现钙化合物在材料 表面 沉积的现象，即钙化现象。钙化现象往往是导 致高
第九章 医用高分子 材料
由于不同的高分子材料在医学中的应用目的 不
同，生物相容性又可分为组织相容性和血液相 容性
两种。组织相容性是指材料与人体组织，如骨 骼、 牙齿、内部器官、肌肉、肌腱、皮肤等的相互 适应 性，而血液相容性则是指材料与血液接触是不 是会
第九章 医用高分子 材料 2.1 高分子材料的组织相容性
第九章 医用高分子 材料 （2）高分子材料化学结构的影响
表9-2 纤维包膜的厚度变化（大鼠）
第九章 医用高分子 材料
表9-2所示，11种直径为1cm的碟形高 分子材料植入大鼠皮下，在12周以前，这些 材料的组织反应情况类似，只是样品7和8的 纤维包膜形成延迟，样品9的纤维包膜较厚。 进一步延长植入时间，包膜厚度继续增加甚 至引起癌变。 硅橡胶属于高亲水材料，包膜厚度在 0.25mm左右，同时高疏水材料如全氟高分 子Teflon引起的纤维包膜厚度较小。所以如 果高分子材料不渗出有害物质，那么强疏水 性高分子材料和强亲水性高分子材料引起的
第九章_生物医用高分子材料共97页文档
添加聚氧化乙烯（分子量6000）于凝血酶 溶液中，可防止凝血酶对玻璃的吸附。
17.11.2019
材料
通过接枝改性调节高分子材料表面分子 结构中的亲水基团与疏水基团的比例，使 其达到一个最佳值，也是改善材料血液相 容性的有效方法。
17.11.2019
材料
②制备具有微相分离结构的材料
研究发现，具有微相分离结构的高分子材料对 血液相容性有十分重要的作用。
17.11.2019
材料
③ 具有良好的组织相容性
有些高分子材料本身对人体有害，不能用作 医用材料。而有些高分子材料本身对人体组织并 无不良的影响，但在合成、加工过程中不可避免 地会残留一些单体，或使用一些添加剂。当材料 植入人体以后，这些单体和添加剂会慢慢从内部 迁移到表面，从而对周围组织发生作用，引起炎 症或组织畸变，严重的可引起全身性反应。
材料
17.11.2019
材料
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。
材料
17.11.2019
材料
三、生物医用高分子材料
• 分类 • 用途 • 制备
17.治疗用高分子材料
缝合线，黏胶剂，止血剂，各种导管，引流管，一次性 输血输液器材
• 药用及药物传递用高分子材料
• 靶向性高分子载体（肝靶向性，肿瘤靶向性），高分子药 物（干扰素，降胆敏），高分子控制释放载体（胶囊，水 凝胶，脂质体）
• （2） 医用高分子生物材料。高分子化合物是构成人体绝大部分组织和器 官的物质，医用高分子生物材料包括合成（如：聚酯、硅橡胶）和天然高 分子（如：胶原、甲壳素）。近来，生物降解高分子材料得到重视。
17.11.2019
材料
通过接枝改性调节高分子材料表面分子 结构中的亲水基团与疏水基团的比例，使 其达到一个最佳值，也是改善材料血液相 容性的有效方法。
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材料
②制备具有微相分离结构的材料
研究发现，具有微相分离结构的高分子材料对 血液相容性有十分重要的作用。
17.11.2019
材料
③ 具有良好的组织相容性
有些高分子材料本身对人体有害，不能用作 医用材料。而有些高分子材料本身对人体组织并 无不良的影响，但在合成、加工过程中不可避免 地会残留一些单体，或使用一些添加剂。当材料 植入人体以后，这些单体和添加剂会慢慢从内部 迁移到表面，从而对周围组织发生作用，引起炎 症或组织畸变，严重的可引起全身性反应。
材料
17.11.2019
材料
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。
材料
17.11.2019
材料
三、生物医用高分子材料
• 分类 • 用途 • 制备
17.治疗用高分子材料
缝合线，黏胶剂，止血剂，各种导管，引流管，一次性 输血输液器材
• 药用及药物传递用高分子材料
• 靶向性高分子载体（肝靶向性，肿瘤靶向性），高分子药 物（干扰素，降胆敏），高分子控制释放载体（胶囊，水 凝胶，脂质体）
• （2） 医用高分子生物材料。高分子化合物是构成人体绝大部分组织和器 官的物质，医用高分子生物材料包括合成（如：聚酯、硅橡胶）和天然高 分子（如：胶原、甲壳素）。近来，生物降解高分子材料得到重视。
第九章_生物医用高分子材料97页PPT
19.11.2019
材料
• 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
19.11.2019
19.11.2019
材料
• 通常，当人体的表皮受到损伤时，流出的血液会 自动凝固，称为血栓。
• 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。
• 实际上，血液在受到下列因素影响时，都可能发 生血栓：① 血管壁特性与状态发生变化；② 血液 的性质发生变化；③ 血液的流动状态发生变化。
• 2000万心血管病患者 --------每年需要24万套人工心瓣膜
• 肾衰患者 --------每年需要12万个肾透析器
• ……
19.11.2019
材料
3. History of polymeric biomaterials
1943年 1949年
赛璐珞薄膜开始用于血液透析 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。
OHNH2
NN
SO3H
SO3H
材料
⑤材料表面伪内膜化
人们发现，大部分高分子材料的表面容易沉渍 血纤蛋白而凝血。如果有意将某些高分子的表面制 成纤维林立状态，当血液流过这种粗糙的表面时， 迅速形成稳定的凝固血栓膜，但不扩展成血栓，然 后诱导出血管内皮细胞。这样就相当于在材料表面 上覆盖了一层光滑的生物层—伪内膜。这种伪内膜 与人体心脏和血管一样，具有光滑的表面，从而达 到永久性的抗血栓。
第九章-医用高分子材料课件
第九章 医用高分子材料
（2）高分子材料生物降解对生物反应的影响 高分子材料生物降解对人体组织反应的
影响取 决于降解速度、产物的毒性、降解的持续期
限等因 素。
降解速度慢而降解产物毒性小, 不引起 明显的 组织反应。
但若降解速度快而降解产物毒性大, 导
第九章 医用高分子材料
（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、
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、
第九章 医用高分子材料
（4）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, 医用高
分子对 血液的相容性是所有性能中最重要的。
第九章 医用高分子材料
血栓的形成机理是十分复杂的。一般认为, 异 物与血液接触时, 首先将吸附血浆内蛋白质, 然后 粘附血小板, 继而血小板崩坏, 放出血小板因子, 在异物表面凝血, 产生血栓。此外, 红血球粘附引 起溶血；凝血致活酶的活化, 也都是形成血栓的原 因。（见图9—1)
第九章 医用高分子材料
1.3 医用高分子材料的概念及其发展简史
1.3.1 基本概念
医用高分子材料 —— 可以用于诊断、治疗 或者替换生物体病患器官或者改善其功能 的高分子材料。 高分子材料最有可能用作医用材料！
第九章 医用高分子材料
高分子材料最有可能用作医用材料？ ？ ？
有机高分子是生命的基础。动物体与植物体 组成中最重要的物质——蛋白质、肌肉、纤 维素、淀粉、生物酶和果胶等都是高分子化 合物。
会引起生命
生物医用高分子材料的合成与应用
生物医用高分子材料的合成与应用近年来，随着生物医学技术的快速发展，生物医用高分子材料已经成为最具发展潜力的材料之一。
生物医用高分子材料是指具有良好生物相容性和生物可降解性的高分子化合物，它们可以广泛应用于生物医学领域，如医用生态材料、生物医学成像、药物传递和生物传感器等。
本文将介绍几种常见的生物医用高分子材料的合成与应用。
一、聚乳酸（PLA）聚乳酸是一种崭新的生物医用高分子材料，具有可降解性和良好的生物相容性。
它可以被分解为CO2和H2O，不会对环境造成污染，具有广泛的应用前景。
PLA可以制备成各种形状的材料，如纤维、薄膜、泡沫等，可以广泛应用于医疗器械、生物支架、药物传递等。
二、聚己内酯（PCL）聚己内酯是一种生物降解型的高分子材料，具有良好的生物相容性和可加工性。
它可以被多种酶类和水解作用降解为健康无害的产物，是理想的生物医用高分子材料。
PCL可以制备成各种形状的材料，如支架、膜、微球等，可以广泛应用于组织工程、骨修复、神经修复和皮肤再生等领域。
三、聚乳酸-聚己内酯共聚物（PLGA）聚乳酸-聚己内酯共聚物是一种创新型的生物医用高分子材料，它是由聚乳酸和聚己内酯两种单体共聚而成的高分子化合物。
PLGA具有优于单体的降解性能和生物相容性，还可以通过改变单体的比例来调节其降解速率和物理性质。
PLGA可以制备成各种形状的材料，如支架、微粒、微胶囊等，可以广泛应用于药物控释和组织工程等领域。
四、聚（甲基丙烯酸甲酯）（PMMA）聚（甲基丙烯酸甲酯）是一种非可降解型的高分子材料，具有良好的生物相容性和可加工性。
它可以制备成各种形状的材料，如支架、薄膜、微球等，可以广泛应用于组织修复、药物传递和生物成像等领域。
五、羟基磷灰石（HAP）羟基磷灰石是一种无机骨修复材料，具有良好的生物相容性和生物可降解性。
它可以为体内的骨细胞提供生长所需的矿物质和微量元素，具有促进骨组织再生的作用。
HAP可以制备成支架、微球、薄膜等形状，可以广泛应用于口腔、骨科等领域。
生物医用高分子材料课件
• 通常，当人体的表皮受到损伤时，流材料出202的0/9/30 血液会 自动凝固，称为血栓。
• 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。
• 实际上，血液在受到下列因素影响时，都可能发 生血栓：① 血管壁特性与状态发生变化；② 血 液的性质发生变化；③ 血液的流动状态发生变化。
材料
⑤材料表面伪内膜化
材料 2020/9/30
人们发现，大部分高分子材料的表面容易沉渍
血纤蛋白而凝血。如果有意将某些高分子的表面制
成纤维林立状态，当血液流过这种粗糙的表面时，
迅速形成稳定的凝固血栓膜，但不扩展成血栓，然
后诱导出血管内皮细胞。这样就相当于在材料表面
上覆盖了一层光滑的生物层—伪内膜。这种伪内膜
CH2OSO3H
COOH
CH2OSO3H
COOH
HH
OH
HH
OH
HH
OH
HH
OH
O
OH H
O
OH H
O
OH H
O
OH H
H NHSO3H
H OH
H NHSO3H
H OH
材料 2020/9/30
将肝素通过接枝方法固定在高分子材料表面上 以提高其抗凝血性，是使材料的抗凝血性改变的重 要途径。在高分子材料结构中引入肝素后，在使用 过程中，肝素慢慢地释放，能明显提高抗血栓性。
③ 具有良好的组织相容性
材料 2020/9/30
有些高分子材料本身对人体有害，不能用作
医用材料。而有些高分子材料本身对人体组织并
无不良的影响，但在合成、加工过程中不可避免
地会残留一些单体，或使用一些添加剂。当材料
植入人体以后，这些单体和添加剂会慢慢从内部
医用高分子材料ppt课件
一、 高分子人工脏器及部件的应用现状
目前，已研究出许多有生物活性的高分子材料， 例如将生物酶和生物细胞等固定在高分子材料分 子中，以克服高分子材料与生物肌体相容性差的 缺点，开发出混合型人工脏器的工作正在取得可 喜的成绩。
40
用于人工脏器的部分高分子材料
人工脏器
高分子材料
心脏
嵌段聚醚氨酯弹性体、硅橡胶
➢纤维蛋白：是纤维蛋白原的聚合产物，具有良好 的生物相容性、止血、促进组织愈合等功能，在 医学领域有着重要用途。
26
二、生物吸收性天然高分子材料
3、 纤维蛋白
➢纤维蛋白的降解包括酶降解和细胞吞噬两种过程， 降解产物可以被肌体完全吸收。
➢降解速度随产品不同从几天到几个月不等，可通 过交联和改变其聚集状态来控制其降解的速度。
2、人造皮肤材料
治疗大面积皮肤创伤的病人，需要将病人的正常皮 肤移植在创伤部位上，但在移植之前，创伤面需要 清洗，被移植皮肤需要养护，因此需要一定时间， 但在这段时间内，许多病人由于体液的大量损耗以 及蛋白质与盐分的丢失而丧失生命。
43
三、高分子材料在医学领域的应用
2、人造皮肤材料
➢因此，人们用高亲水性的高分子材料作为人 造皮肤，暂时覆盖在深度创伤的创面上，以 减少体液的损耗和盐分的丢失，从而达到保 护创面的目的。
44
三、高分子材料在医学领域的应用
2、人造皮肤材料
➢聚乙烯醇微孔薄膜和硅橡胶多孔海绵：是制 作人造皮肤的两种重要材料，这两种人造皮 肤使用时手术简便，抗排异性好，移植成活 率高，已应用于临床。
45
三、高分子材料在医学领域的应用
2、人造皮肤材料
➢高吸水性树脂：用于制作人造皮肤方面的研 究，亦已取得很多成果，此外，聚氨基酸、 骨胶原、角蛋白衍生物等天然改性聚合物也 都是人造皮肤的良好材料。
目前，已研究出许多有生物活性的高分子材料， 例如将生物酶和生物细胞等固定在高分子材料分 子中，以克服高分子材料与生物肌体相容性差的 缺点，开发出混合型人工脏器的工作正在取得可 喜的成绩。
40
用于人工脏器的部分高分子材料
人工脏器
高分子材料
心脏
嵌段聚醚氨酯弹性体、硅橡胶
➢纤维蛋白：是纤维蛋白原的聚合产物，具有良好 的生物相容性、止血、促进组织愈合等功能，在 医学领域有着重要用途。
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二、生物吸收性天然高分子材料
3、 纤维蛋白
➢纤维蛋白的降解包括酶降解和细胞吞噬两种过程， 降解产物可以被肌体完全吸收。
➢降解速度随产品不同从几天到几个月不等，可通 过交联和改变其聚集状态来控制其降解的速度。
2、人造皮肤材料
治疗大面积皮肤创伤的病人，需要将病人的正常皮 肤移植在创伤部位上，但在移植之前，创伤面需要 清洗，被移植皮肤需要养护，因此需要一定时间， 但在这段时间内，许多病人由于体液的大量损耗以 及蛋白质与盐分的丢失而丧失生命。
43
三、高分子材料在医学领域的应用
2、人造皮肤材料
➢因此，人们用高亲水性的高分子材料作为人 造皮肤，暂时覆盖在深度创伤的创面上，以 减少体液的损耗和盐分的丢失，从而达到保 护创面的目的。
44
三、高分子材料在医学领域的应用
2、人造皮肤材料
➢聚乙烯醇微孔薄膜和硅橡胶多孔海绵：是制 作人造皮肤的两种重要材料，这两种人造皮 肤使用时手术简便，抗排异性好，移植成活 率高，已应用于临床。
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三、高分子材料在医学领域的应用
2、人造皮肤材料
➢高吸水性树脂：用于制作人造皮肤方面的研 究，亦已取得很多成果，此外，聚氨基酸、 骨胶原、角蛋白衍生物等天然改性聚合物也 都是人造皮肤的良好材料。
生物医学高分子材
织器官的医学领域。
高分子材料可以模拟细胞外基 质的结构和功能，为细胞提供
生长和附着的支架。
组织工程与再生医学的研究重 点在于开发具有良好生物相容 性和功能性的高分子材料，以 及优化细胞培养条件和支架制 备工艺。
已经成功应用于临床的例子包 括人工皮肤、人工关节、血管 等。
医疗器械与植入物
医疗器械与植入物是利用生物医学高分子材料制成的 医疗设备或植入体内的装置。
其应用提供理论支持。
创新制备技术
通过创新制备技术，实现高分子材 料的高效、环保、低成本生产，提 高其市场竞争力。
拓展应用领域
积极拓展高分子材料在生物医学领 域的应用范围，如组织工程、药物 传递、医疗诊断等，以满足人类健 康需求。
05
案例研究：生物医学高分子材料的应
用实例
药物载体
药物载体是一种能够携带药物在体内 定向传输的生物医学高分子材料。
03
生物医学高分子材料的合成与制备
合成方法
聚合反应
通过聚合反应将小分子单体转化为高分子聚合物 ，常用的聚合反应包括自由基聚合、离子聚合和 配位聚合等。
开环聚合
开环聚合是将环状单体通过聚合反应打开，形成 线形高分子聚合物，常见的开环聚合包括尼龙和 聚酯等。
缩聚反应
缩聚反应是通过逐步消除小分子副产物的方式， 将多个小分子单体聚合形成高分子聚合物，常见 的缩聚反应包括酯化反应、酰胺化反应和酚醛树 脂合成等。
高分子材料的加工性能
高分子材料的加工性能对其应用范围具有重要影响，需要研究如何 优化高分子材料的加工性能，提高其成型精度和稳定性。
高分子材料的循环再利用
为了实现可持续发展，需要研究如何实现高分子材料的循环再利用， 降低生产成本和环境污染。
高分子材料可以模拟细胞外基 质的结构和功能，为细胞提供
生长和附着的支架。
组织工程与再生医学的研究重 点在于开发具有良好生物相容 性和功能性的高分子材料，以 及优化细胞培养条件和支架制 备工艺。
已经成功应用于临床的例子包 括人工皮肤、人工关节、血管 等。
医疗器械与植入物
医疗器械与植入物是利用生物医学高分子材料制成的 医疗设备或植入体内的装置。
其应用提供理论支持。
创新制备技术
通过创新制备技术，实现高分子材 料的高效、环保、低成本生产，提 高其市场竞争力。
拓展应用领域
积极拓展高分子材料在生物医学领 域的应用范围，如组织工程、药物 传递、医疗诊断等，以满足人类健 康需求。
05
案例研究：生物医学高分子材料的应
用实例
药物载体
药物载体是一种能够携带药物在体内 定向传输的生物医学高分子材料。
03
生物医学高分子材料的合成与制备
合成方法
聚合反应
通过聚合反应将小分子单体转化为高分子聚合物 ，常用的聚合反应包括自由基聚合、离子聚合和 配位聚合等。
开环聚合
开环聚合是将环状单体通过聚合反应打开，形成 线形高分子聚合物，常见的开环聚合包括尼龙和 聚酯等。
缩聚反应
缩聚反应是通过逐步消除小分子副产物的方式， 将多个小分子单体聚合形成高分子聚合物，常见 的缩聚反应包括酯化反应、酰胺化反应和酚醛树 脂合成等。
高分子材料的加工性能
高分子材料的加工性能对其应用范围具有重要影响，需要研究如何 优化高分子材料的加工性能，提高其成型精度和稳定性。
高分子材料的循环再利用
为了实现可持续发展，需要研究如何实现高分子材料的循环再利用， 降低生产成本和环境污染。
生物医学高分子材料
2.甲壳素的研究开发现状
甲壳质及其衍生物工业正在崛起，研究开发 正方兴未艾。 从20世纪80年代以来，美国和日本等国都已 经投入了大量人力、物力进行这方面的开发与 研究。 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
1) 抗菌、杀菌作用 脱 乙 酰 度 为 30 ％ 和 70 ％ 的 甲 壳 质 能 提 高 宿 主 抗 Sendai病毒及大肠杆菌感染能力。壳聚糖可抑制细菌、 霉菌生长。
2) 抗肿瘤作用 甲 壳 质 可 选 择 性 地 凝 聚 白 血 病 的 L1210 细 胞 ， Ehrlich腹水癌C，对正常的红血球骨髓细胞无影响。
胶原纤维的基本性能及与其他纤维的比较
表 胶原纤维的基本性能及与其他纤维的比较
项目 干抗张强度/g.d-1 干伸长率/% 湿抗张强度/g.d-1） 湿伸长率/% 初始弹性模数/g.d-1 相对密度 柔韧度 胶原纤维 1.8-2.5 40-50 0.8-1.5 42-50 26-58 1.39 很好 羊毛 1.0-1.7 25-35 0.761.63 25-50 11-25 1.32 很好 乳酪纤 维 1.1 50 0.6 60 大豆蛋白纤 维 0.7 60 0.35 60
8.甲克素及壳聚糖纤维的加工及应用
针织→制衣 甲壳素类短纤维→纺纱 机织→制衣
甲壳素类短纤维→疏棉→成网→浸轧 →烘干→裁切→包装→消毒→医用非织造布
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• （2） 医用高分子生物材料。高分子化合物是构成人体绝大部分组织和器 官的物质，医用高分子生物材料包括合成（如：聚酯、硅橡胶）和天然高 分子（如：胶原、甲壳素）。近来，生物降解高分子材料得到重视。
• （3） 医用生物陶瓷。有惰性生物陶瓷和活性生物陶瓷（羟基磷灰石陶瓷、 可吸收磷酸三钙陶瓷等）
• （4） 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。
• 2000万心血管病患者 --------每年需要24万套人工心瓣膜
• 肾衰患者 --------每年需要12万个肾透析器
• ……
2020/6/17
材料
3. History of polymeric biomaterials
1943年 1949年
赛璐珞薄膜开始用于血液透析 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。
• 人造器官或组织
• 人造皮肤，血管，骨，关节，肠道，心脏，肾等
2020/6/17
材料
2020/6/17
材料
制备生物医用高分子材料？
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
9.1 概述
一、生物医用材料的定义 （Biomedical materials）
对生物体进行诊断、治疗和置 换损坏组织、器官或增进其功 能的材料。
2020/6/17
材料
二、生物医用材料的分类
按材料来源分
• （1） 医用金属和合金。主要用于承力的骨、关节和牙等硬组织的修复和 替换。不锈钢、钴基合金、钛及钛合金是目前医用合金的三大支柱。医用 合金还有钽、铌和贵金属等。
材料
2020/6/17
材料
三、生物医用高分子材料
• 分类 • 用途 • 制备
2020/6/17
材料
1. 分类
按用途分类
• 手术治疗用高分子材料
缝合线，黏胶剂，止血剂，各种导管，引流管，一次性 输血输液器材
• 药用及药物传递用高分子材料
• 靶向性高分子载体（肝靶向性，肿瘤靶向性），高分子药 物（干扰素，降胆敏），高分子控制释放载体（胶囊，水 凝胶，脂质体）
2020/6/17
材料
聚四氟乙烯
2020/6/17
材料
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
•……
2020/6/17
材料
人工心脏瓣膜
2020/6/17
材料
组织工程人工骨缺损修复示意图
2020/6/17
2020/6/17
材料
• 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
2020/6/17
材料
• （5） 生物衍生材料。这类材料是将活性的生物体组织，包括自体和异体 20组20织/6/1，7 经处理改性而获得的无活性材的料 生物材料。
生物衍生材料
①取自患者自体的组织 例如：采用自身隐静脉作为冠状动脉搭桥 术的血管替代物
②取自其他人的同种组织 例如：利用他人角膜治疗患者的角膜疾病
③来自其它动物的异种组织 例如：采用猪的心脏瓣膜代替人的心脏瓣 膜，治疗心脏病等。
Drug controlled release
Tissue engineering
2020/6/17
Gene therapy
材料
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。
2•020临/6/17床应用
材料
2. 生物医用材料市 场发展概况
2020/6/17
材料பைடு நூலகம்
全球生物医用材料市场
单 位: 亿 美 元
3500 3000 2500 2000 1500 1000
500 0
2020/6/17
世 界 医 疗 器 械市 场 生物 材料和 制 品
12%
2300
20%
1650
3275
2000
2002
材料
2005 年
中国生物医用材料市场
• 我国生物医学材料的生物医学工程产业 的市场增长率高达 28％(全球市场增长 率20%),居全球之首。
• 我国人工关节 替换年增长率高达30％， 远高于美国的4％。 ----------------国家科技部资料
2020/6/17
材料
• 775万肢残患者和每年新增的300万骨损伤患者 --------需要大量骨修复材料
2020/6/17
材料
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。
2020/6/17
材料
Requirements for biomedical polymers
Other requirements according to specific applications 加工成型性machine-shaping properties 机械性能与稳定性Mechanical properties 环境敏感性Environmental sensitivity 表面性能与结构多空性Surface properties/Porosity 亲疏水性Hydrophilicity / hydrophobicity
2020/6/17
材料
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
• （3） 医用生物陶瓷。有惰性生物陶瓷和活性生物陶瓷（羟基磷灰石陶瓷、 可吸收磷酸三钙陶瓷等）
• （4） 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。
• 2000万心血管病患者 --------每年需要24万套人工心瓣膜
• 肾衰患者 --------每年需要12万个肾透析器
• ……
2020/6/17
材料
3. History of polymeric biomaterials
1943年 1949年
赛璐珞薄膜开始用于血液透析 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。
• 人造器官或组织
• 人造皮肤，血管，骨，关节，肠道，心脏，肾等
2020/6/17
材料
2020/6/17
材料
制备生物医用高分子材料？
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
9.1 概述
一、生物医用材料的定义 （Biomedical materials）
对生物体进行诊断、治疗和置 换损坏组织、器官或增进其功 能的材料。
2020/6/17
材料
二、生物医用材料的分类
按材料来源分
• （1） 医用金属和合金。主要用于承力的骨、关节和牙等硬组织的修复和 替换。不锈钢、钴基合金、钛及钛合金是目前医用合金的三大支柱。医用 合金还有钽、铌和贵金属等。
材料
2020/6/17
材料
三、生物医用高分子材料
• 分类 • 用途 • 制备
2020/6/17
材料
1. 分类
按用途分类
• 手术治疗用高分子材料
缝合线，黏胶剂，止血剂，各种导管，引流管，一次性 输血输液器材
• 药用及药物传递用高分子材料
• 靶向性高分子载体（肝靶向性，肿瘤靶向性），高分子药 物（干扰素，降胆敏），高分子控制释放载体（胶囊，水 凝胶，脂质体）
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材料
聚四氟乙烯
2020/6/17
材料
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
•……
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材料
人工心脏瓣膜
2020/6/17
材料
组织工程人工骨缺损修复示意图
2020/6/17
2020/6/17
材料
• 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
2020/6/17
材料
• （5） 生物衍生材料。这类材料是将活性的生物体组织，包括自体和异体 20组20织/6/1，7 经处理改性而获得的无活性材的料 生物材料。
生物衍生材料
①取自患者自体的组织 例如：采用自身隐静脉作为冠状动脉搭桥 术的血管替代物
②取自其他人的同种组织 例如：利用他人角膜治疗患者的角膜疾病
③来自其它动物的异种组织 例如：采用猪的心脏瓣膜代替人的心脏瓣 膜，治疗心脏病等。
Drug controlled release
Tissue engineering
2020/6/17
Gene therapy
材料
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。
2•020临/6/17床应用
材料
2. 生物医用材料市 场发展概况
2020/6/17
材料பைடு நூலகம்
全球生物医用材料市场
单 位: 亿 美 元
3500 3000 2500 2000 1500 1000
500 0
2020/6/17
世 界 医 疗 器 械市 场 生物 材料和 制 品
12%
2300
20%
1650
3275
2000
2002
材料
2005 年
中国生物医用材料市场
• 我国生物医学材料的生物医学工程产业 的市场增长率高达 28％(全球市场增长 率20%),居全球之首。
• 我国人工关节 替换年增长率高达30％， 远高于美国的4％。 ----------------国家科技部资料
2020/6/17
材料
• 775万肢残患者和每年新增的300万骨损伤患者 --------需要大量骨修复材料
2020/6/17
材料
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。
2020/6/17
材料
Requirements for biomedical polymers
Other requirements according to specific applications 加工成型性machine-shaping properties 机械性能与稳定性Mechanical properties 环境敏感性Environmental sensitivity 表面性能与结构多空性Surface properties/Porosity 亲疏水性Hydrophilicity / hydrophobicity
2020/6/17
材料
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