生物医用高分子材料4

2.6 聚氨基酸
氨基酸：结构中的氨基（-NH2）或亚氨基(=NH）都与邻接羧 基（-COOH）的α-碳原子相连接，故都属于α-氨基酸 。
聚氨基酸：常指聚丙氨酸、聚赖氨酸等合成的高分子。此外，还 包括假聚氨基酸，即以氨基酸为起始原料，但不以肽键（-CONH-）。相互连接，而以酯键和脲键等连接。
26
生物医用高分子材料（四）
1909
20世纪 30年代
20世纪 60年代
20世纪 80年代
聚对苯二甲酸酐（PTA） 聚间苯二甲酸酐（PIPA）聚癸二酸酐（PSA） 一系列聚酸酐
聚[1,3-双(对羧基苯氧基) 丙烷-癸二酸]P(CPP-SA）
22
生物医用高分子材料（四）
（一）脂肪族聚酸酐----水解性很强，降解速率过快 （二）芳香族聚酸酐----熔融非常困难，且溶解性很差，很少应用。 （三）芳香脂肪聚酸酐---药物载体较多应用。
-CO-(CH2)m-COO-n M=4，6，10
聚酸酐(P(CPP-SA))--- 几天-几月内降解
（聚[1,3-双（对羧基苯氧基）丙烷－葵二酸]共聚物）
23
生物医用高分子材料（四）
（四）其它混合类型聚酸酐---如聚酰亚胺酸酐用于外科缝合线、 发荧光，且强度与分子量呈正相关。
对该类材料进行了深入而广泛的基础 与应用基础研究，探索了其作为粘膜给 药载体以及体内成像等方面的潜在应用。 相关研究形成了特色鲜明的研究体系， 开拓出一类生物医用新材料。
成纤维，降解和吸收速度加快，90d内在体内 可完全吸收，做手术缝合线。 GA/LA=50/50：无规立构聚合物，降解吸收速度最快( d )，可 溶于氯仿、甲苯、乙酸乙酯等有机溶剂，易于加工。
19
生物医用高分子材料（四）
PGA, PLA和PLGA的临床应用： 降解产物无毒，易于参加体内代谢而排出体外，而 且具有良好的生物相容性。 作为医用缝合线，暂时性支架和药物控释载体。 PGA棒，主要用于固定骨折部位；微球体可作为载 体的疫苗传输体系；PEG-PLGA-PEG，非常适合 用做可注射药物释放材料。
不同激发波长下生物可降解 聚酸酐的不同荧光发射颜色
24
生物医用高分子材料（四）
2.5 聚膦腈
聚磷腈的主链包含无机杂原子，由磷和氮原子交替组成聚合物。
RONa，RM，RNH2 高分子量 的聚磷腈
特点：改变侧基调控聚合物的降解性能； 炎症反应很小； 降解机制为侧链的水解。Βιβλιοθήκη 25生物医用高分子材料（四）
甲壳素的主要生物特征：生物相容性好；生物活性优异， 生物降解性好。 主要应用：可吸收缝合线，人工皮肤，支架材料，缓释材 料。
11
生物医用高分子材料（四）
（二）合成高分子 2.2 聚羟基乙酸和聚乳酸
聚乙醇酸（PGA，聚羟基乙酸 or 聚乙交酯），是具有最 单一结构单元的脂肪族聚酯，主要由它的二聚物开环聚合 得到：
PLLA：等规聚合物，可形成半结晶聚合物，Tm约为185度， 良好的力学强度，且降解吸收时间长(3-3.5年), 故用于 体内骨固定装置。
PLA： 无规立构无定形聚合物，降解吸收速度较快（3-6个月）， 故常用于药物控释载体和组织修复材料。
16
生物医用高分子材料（四）
L-乳酸
可吸收螺钉 PLLA
可吸收骨板PLLA
8
生物医用高分子材料（四）
二、生物可降解的医用高分子材料 （一）天然高分子或生物高分子
天然高分子材料需要具备以下特点：原料来源丰富，便宜 易得；易加工成型；具有适宜的物理力学性能；不引起异 体免疫反应。 2.1 天然多糖类材料：纤维素，甲壳素，淀粉，木质素， 海藻酸等 2.1.1 纤维素
以D-吡喃式葡萄糖基作为其结构基环，结构如下：
29
生物医用高分子材料（四）
（三）药物释放和送达体系高分子材料 1，时间控制型释放体系； 2，部位控制送达体系； 3，智能型药物释放体系。 （四）血液净化材料
30
14
生物医用高分子材料（四）
聚乳酸 （PLA，聚羟基丙酸 or 聚丙交酯）:一种方法是通 过乳酸的二聚物在催化剂存在下开环聚合而制得：
另一种方法是通过乳酸在溶剂存在下直接脱水缩合，生成 高相对分子质量的PLA。具有产品几乎不含杂质的优势。
15
生物医用高分子材料（四）
聚羟基丙酸(PLA)： 有不对称碳原子，存在L和D构型之分，可形成四种不同构型 的聚合物：PDLA、PLLA、外消旋PDLLA和内消旋PDLLA， 人体内的天然乳酸为L型，而其他构型很少使用。
20
生物医用高分子材料（四）
2.3 聚己内酯（PCL） 为另一类常见的可降解聚酯，高分子量的PCL由己内酯单体
开环聚合得到。
主要特点： 降解速度较慢(2-4年), 通过与PLA等共聚改性可加快降解速度。 PCL对小分子药物具有良好的通透性，广泛用于药物控释载体。
21
生物医用高分子材料（四）
2.4 聚酸酐
天然有机高分子：多糖类衍生物（淀粉、 纤维素、 葡聚 糖、 琼脂糖），骨胶原，明胶
葡萄糖
纤维素
葡聚糖
琼脂糖
2
生物医用高分子材料（四）
合成有机高分子：尼龙-66，尼龙-6，聚苯乙烯，聚丙烯 酰胺，聚乙烯醇，聚碳酸酯，聚酯，聚氨酯，聚硅氧烷
尼龙-66
尼龙-6
聚碳酸酯
聚硅氧烷
3
生物医用高分子材料（四）
应用：
二氧化碳、环氧乙烷等的共聚物，二氧化碳、环氧丙烷和琥 珀酸酐的三元共聚物能被微生物彻底分解，不留残渣，是一 类有希望的生物降解材料。
二氧化碳共聚物有优异的生物体相容性。特别设计的共聚物
可望用作抗凝血材料或用作药物缓释剂。
28
生物医用高分子材料（四） 医用高分子材料的发展趋势
（一）生物相容性材料 1，血液相容性材料； 2，组织相容性材料； 3，生物降解吸收性材料。 （二）硬组织生物医用材料 1，硬组织材料和生物复合材料； 2，生物医用材料的现场固化。
PGA具有规整的分子结构和高度结晶性，其熔点高，机械 性能好，在有机溶剂中难溶。
12
生物医用高分子材料（四）
聚羟基乙酸(PGA)： 分子结构高度规整，故单纯的PGA为结晶性聚合物，结晶度为 40-50%，熔点为225度，难溶于丙酮、氯仿等一般溶剂。
聚合物晶体
13
生物医用高分子材料（四）
通过熔融纺丝的方法可以得到高强度的PGA纤维，在组织工程 中广泛作为组织修复细胞支架，在体内4个月内可完全吸收。
17
生物医用高分子材料（四）
聚乙交酯-丙交酯（PLGA）的降解过程通常包括：
—O—CH2—CO—O—CH(CH3)—CO—
n
m
水渗透
酯键断裂
齐聚物 的扩散
碎片溶解
降解产物： 乳酸 + 乙醇酸（具体的降解产物）
其可靠生物安全性，被美国FDA批准应用在医疗领域，如作骨
钉、缝合线等。 目前，PLGA等聚酯类多孔支架，从综合性
9
生物医用高分子材料（四）
2.1.2 甲壳素 制造工艺简单，价格低廉，同时由于它具有良好的可纺性、 成膜性、可化学修饰性能以及无毒害和生物相容性，因此 在许多领域获得了广泛应用。
化学名称为（1,4）-2-乙酰胺基-2-脱氧- -D-葡聚糖，
结构如下：
10
生物医用高分子材料（四）
甲壳素的化学改性： 酰基化：改善了溶解性，膜表面湿润性和凝血性； 羧基化：可吸附碱土金属离子，增强了保水性，膜透气性， 能够抑菌，杀菌； 酯化：具有抗凝血，抗癌作用； 醚化：改善水中的溶解度，具有良好的保水性； N-烷基化：易溶于水，且能与阴离子洗涤剂相溶； 水解：具有抗癌作用，对中枢神经有镇静作用，能促进植 物生长。
PEG与PPG的嵌段共聚物（PEO-PPO-PEO）（Pluronic）： 某些具有反相温敏性，在浓度较高时还可以形成水凝胶。
其它含PEG的各类嵌段共聚物和接枝共聚物 PLA-PEG-PLA或PGA-PEG-PGA三嵌段，或PEG-PLA和 PEG-PGA二嵌段共聚物， 特别在抗凝血材料中，常在固体植入物表面接枝PEG，改进其 生物相容性。
应用：人工心脏隔膜及包囊的弹性体、各种医用胶管管材、弹性绷带、 医用人造皮、隐形眼镜等。
6
生物医用高分子材料（四）
（三）硅橡胶
CH3 Cl Si Cl H2O -HCl
CH3
CH3 HO Si OH
CH3
CH3
-H2O
O Si n
CH3
聚二甲基硅氧烷(PDMS)
良好的生物相容性、透明性、抗老化性、电绝缘性等
几种重要的医用高分子材料
一、非生物降解的医用高分子材料
（一）聚醚
HO—CH2CH2O—H
PEO or PEG
HO—CH2CH2O—CHCH3CH2O—CH2CH2O—H
PEO- PPO-PEO
4
生物医用高分子材料（四）
PEG: 不可降解材料、水溶性聚合物、无电荷、生物相容性 好、无炎症。在药物缓释载体领域应用较多；
5
生物医用高分子材料（四）
（二）聚氨酯
(n+1) HO OH + (n+2) OCN-R-NCO
O
O
O
O
OCN R NH C (O O C NH R NH C )n O O C NH R-NCO
如：氨纶、Biomer（医用聚氨酯弹性体，线性聚氨酯-脲嵌段聚合物）、 聚氨酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物、聚氨酯及聚氨酯-丙烯酸酯水凝胶 等
应用：硅橡胶和硅凝胶在乳房填充物、矫形材料、血管替代物以及包封
材料、医用粘合剂等方面
7
生物医用高分子材料（四）
（四）聚甲基丙烯酸酯类
聚甲基丙烯酸甲酯：PMMA，有机玻璃，具有良好的生物 相容性，较高的机械强度和热成型性能。主要用于人工骨、 骨水泥、人工关节，特别是在齿科材料、骨骼粘合剂和颅 骨修补等方面占有重要地位。 聚甲基丙烯酸2-羟乙酯及水凝胶：PHEMA，良好的透明 性，容易加工成有一定屈率的薄膜镜片（透光率＞97%）， 湿态下柔软，有弹性，含水量高。 （五）聚N-异丙基丙烯酰胺，PNIPAM