第四章-生物医用高分子材料(1)

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第四章 生物医用高分子材料(3)—药用高分子材料

第四章 生物医用高分子材料(3)—药用高分子材料
第四章 生物医用高分子材料(3) —药用高分子材料
主要内容:
小分子药物高分子化 药理活性高分子药物 药物控制释放机制与动力学 用于控制释放的高分子材料
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1. 概述
药用高分子的由来与发展: 我国是医药文明古国,中草药用于治疗 生物体疾病的历史十分悠久,天然药用高 分子的使用要比西方国家早得多。东汉张 仲景(公元142~219)在《伤寒论》和 《金匮要略》中记载的栓剂、洗剂、软膏 剂、糖浆剂及脏器制剂等十余种制剂中, 首次记载了采用动物胶汁、炼蜜和淀粉糊 等天然高分子为多种制剂的赋形剂,并且 至今仍然沿用。
这类药物中,起药理活性作用的是小分 子药物,它们以物理的方式被包裹在高分子膜 中,并通过高分子材料逐渐释放。典型代表为 药物微胶囊。
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(三) 药用高分子应具备的基本性能 由于药用高分子的使用对象是生物体, 通过口服或注射等方式进入消化系统、血液或 体液循环系统,因此必须具备一些基本的特性。 对高分子药物的要求包括: (1) 高分子药物本身以及它们的分解产 物都应是无毒的,不会引起炎症和组织变异反 应,没有致癌性; (2) 进入血液系统的药物,不会引起血 栓;
[ CH 2 CH ] n N CH 2 CH 2 C I I O
CH 2
这种络合物在药理上与碘酒有同样的杀菌作用。 由于络合物中碘的释放速度缓慢,因此刺激性小,安全性高, 可用于皮肤,口腔和其他部位的消毒。
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青霉素是一种抗多种病菌的广谱抗菌素,应 用十分普遍。它具有易吸收,见效快的特点, 但也有排泄快的缺点。利用青霉素结构中的羧 基、氨基与高分子载体反应,可得到疗效长的 高分子青霉素。
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可 溶 性 基 团
输 送 用 基 团
高分子主链 D S S D

第四章-高分子生物医药材料

第四章-高分子生物医药材料

例如,聚氨酯和聚氯乙烯中可能存在的残余单 体有较强的毒性,渗出后会引起人体严重的炎症反 应。而硅橡胶、聚丙烯、聚四氟乙烯等高分子的毒 性渗出物通常较少,植入人体后表现的炎症反应较 轻。 如果渗出物的持续渗出时间较长,则可能发展 成慢性炎症反应。如某些被人体分解吸收较慢的生 物吸收性高分子材料容易引起慢性无菌性炎症。
血小板粘附 血小板放出凝血因子 血小板血栓 纤维蛋白朊沉积 血栓形成 溶血
凝血酶原活化
血栓形成过程示意图
血液相容性高分子材料的制取 (1)使材料表面带上负电荷的基团 例如将芝加哥酸(1-氨基-8-萘酚-2, 4- 二磺酸萘)(见下式)引入聚合物表面后,可减少 血小板在聚合物表面上的粘附量,抗疑血性提高。
(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、 表面平滑度等因素也会影响组织反应。另外,试验 动物的种属差异、材料植入生物体的位置等生物学 因素以及植入技术等人为因素也是不容忽视的。 曾对不同形状的材料植入小白鼠体内出现肿瘤 的情况进行过统计,发现当植入材料为大体积薄片 时,出现肿瘤的可能性比在薄片上穿大孔时高出一 倍左右。而海绵状、纤维状和粉末状材料几乎不会 引起肿瘤. 一般来说,植入体内材料的体积大、粗糙、不均 匀的表面会加剧其周围组织的反应。植入材料与生 物组织之间的相对运动,也会引发较严重的组织反 应。
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。

作为—种需在体内长期存留的高分子材料, 耐生物老化性是十分重要的。高分子材料在 生物体内与血液、体液接触后的物理、化学 性能的下降称为“体内老化”,受下列因素 影响: (1)体液引起的聚合物降解、交联或相变; (2)游离基引起的氧化降解; (3)酶所引起的分解作用。 上述因素对聚合物的作用,还与聚合物本身 的活性有关。

生物医用高分子概述优秀PPT

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生物降解材料
生物降解材料是指在生理环境下构 成材料的分子能自动断裂、从大分 子变成小分子、从不溶解变成能溶 解,从而能逐渐被机体代谢或吸收 的材料
生物降解材料分类
来源 材料种类
材料举例
天然无机物
羟基磷灰石 珊瑚礁等
天然材料
天然衍生 材料
甲壳素、壳聚糖、海藻酸 盐、胶原蛋白、 葡聚糖
、透明质酸、明胶、琼脂 等
生物医用高分子概述
生物医用高分子内容
1、医用高分子概述 2、生物降解高分子 3、聚乳酸 (聚丙交酯) 4、聚内酯的改性 5、血液相容性高分子 6、药物释放体系 7、组织工程
1、医用高分子概述
Concept of Bio-medical Polymer
生物医用材料
国际标准化组织(ISO)的定义: 生物医用材料是指以医疗为目的,用于和活组织 接触以形成功能的无生命材料,包括具有生物相 容性的或生物降解的材料。
酸、多肽、自由基对材料的生物降解作用
要求又高、又严格
生物相容性分类和要求
生物相容性
血液相容性
抗血小板血栓形成 抗凝血性 抗溶血性 抗白细胞减少性 抗补体系统亢进性 抗血浆蛋白吸附性 抗细胞因子吸附性
组织相容性
细胞粘附性 无抑制细胞生长性 细胞激活性 抗细胞原生质转化性 抗炎症性 无抗原性 无诱变性 无致癌性 无致畸性
• 半体内应用的材料(ex vivo)
一般在体外应用,但应用时和体内的呼吸 系统、血液循环系统或体液相连接的材料 人工胃、肺、导管、透析器、透析膜、 接触眼镜、……
• 体外应用的材料(in vitro)
医疗器械、酶、抗体、细胞、激素等的担 体、分离材料、人工代谢器、生物传感器、
……

生物医用高分子材料

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。

生物医学高分子材料课件

生物医学高分子材料课件

02
03
元素组成
采用光谱分析、色谱-质 谱联用等方法分析材料中 的元素组成。
官能团结构
通过红外光谱、核磁共振 等方法确定高分子材料中 官能团的种类和数量。
热稳定性
采用热重分析法、差热分 析等方法测定高分子材料 的热稳定性和热分解性能 。
生物性能表征
细胞相容性
通过细胞培养、细胞活性染色 等方法评价高分子材料与细胞 的相互作用,测定细胞增殖、
《Polymer》
由Elsevier出版社发行,是全球高分子科学领域的重 要学术期刊之一。主要刊登聚合物合成、结构、性能 及其应用等方向的研究论文、综述和快讯等。
研究机构与高校学科建设
剑桥大学材料科学与工 程系
拥有先进的生物医学高分子材料研究 设备和实验室,开展与生物医用高分 子材料的合成、性质、表征及其应用 相关的研究工作。
改性方法
化学改性
化学改性是通过化学反应对高 分子材料的分子结构、分子量 、交联程度等进行改性的方法

物理改性
物理改性是通过物理手段对高分 子材料的分子结构、聚集态结构 、表面性质等进行改性的方法, 如热塑、热固、增强、填充等。
生物改性
生物改性是指利用生物技术对高分 子材料进行改性的方法,如基因工 程、细胞工程等。
电学性能测试
采用电阻率、介电常数等方法测定材料的电学性 能,使用的仪器包括电导率计、四探针测试仪等 。
热学性能测试
采用差热分析、热重分析等方法测定材料的热学 性能,使用的仪器包括差热分析仪、热重分析仪 等。
光学性能测试
采用透光率、浊度等方法测定材料的光学性能, 使用的仪器包括紫外-可见分光光度计等。
医用防护服
医用防护服是一种由高分子材料制成 的防护用品,用于防止病原体传播和 感染,常用于手术室、实验室等高风 险场所的工作人员和患者防护。医用 防护服应具有良好的防护性能、舒适 性和透气性等特点。

生物医用高分子材料优秀课件

生物医用高分子材料优秀课件
分子材料,以用于与血液接触的人工器官制造, 如人工心脏等。
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
目前被详细研究过的生物材料已超过1000种,
被广泛应用的有90多种,1800多种制品。
年份
1980年 1990年 1995年
销售额(美元) 200亿 500亿 1000亿
应用较多的有医用金属材料和医用高分子材
料。 医用金属材料:应用最早,是临床应用最广泛 的承力植入材料,不锈钢、钴、镍、锆合金 、 贵金属,价格高
器械包
人造髋关节
牙齿校正材料
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
✓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,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。 ✓一些功能较为复杂的器官正处于大力研究开 发之中:如人工肝脏、人工胃、人工子宫等。
按生物医学用途分类 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 高分子药物和药物控释高分子材料
按与肌体组织接触的关系分类 长期植入材料 短期植入(接触)材料 体内体外连通使用的材料 与体表接触材料及一次性医疗用品材料
3. 对医用高分子材料的基本要求
(1)化学隋性,不会因与体液接触而发生反应 体液引起聚合物的降解、交联和相变化; 体内的自由基引起材料的氧化降解反应; 生物酶引起的聚合物分解反应; 在体液作用下材料中添加剂的溶出; 血液、体液中的类脂质、类固醇及脂肪等物 质渗入高分子材料,使材料增塑,强度下降。
概述
生物医用高分子材

生物医用高分子材料共51页PPT资料

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酸钠衍生物
➢ 可吸收缝线 ➢ 药物控释载体 ➢ 人工皮肤
(1)胶原
胶原是人体组织中最基本的蛋白质类 物质,至今已经鉴别出13种胶原,其 中 I~III、V和 XI 型胶原为成纤维胶 原。I 型胶原在动物体内含量最多,已 被广泛应用于生物医用材料和生化试 剂。
结构:
由各种物种和肌体组织制备的胶原差异很小。 最基本的胶原结构为由三条分子量大约为1×105的 肽链组成的三股螺旋绳状结构,直径为1~1.5nm, 长约300nm,每条肽链都具有左手螺旋二级结构。 胶原分子的两端存在两个小的短链肽,称为端 肽,不参与三股螺旋绳状结构。研究证明,端肽是 免疫原性识别点,可通过酶解将其除去。除去端肽 的胶原称为不全胶原,可用作生物医学材料。
结构:
1.分子量
甲壳质的化学结构和植物纤维素非常相似。 都是六碳糖的多聚体,分子量都在100万 以上。
分子量越高吸附能力越强,适合工业、环 保领域应用。低分子量容易被人体吸收。 分子量为7000左右的几丁聚糖,大约含 30个左右的葡萄糖胺残基。
纳米甲壳质
2.脱乙酰基纯度
几丁质经过脱乙酰基成为几丁聚糖, 而几丁聚糖的基本单位是葡萄糖胺。
制备来源:
牛和猪的肌腱、生皮、骨骼是生产胶 原的主要原料。
生产:
医用胶原制备的主要目的是除去组织 中的非胶原成分和抗原物质,获得高 纯度的胶原肽、胶原纤维或胶原组织。
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。同时也必须 考虑所用交联方法的强度、稳定性、 毒性、趋钙化以及抗酶降解性能等。
不可生物降解材料(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地被协调。 在生物环境下自身不发生有害的物理(渗透、溶 解或吸附)或者化学反应(对酸碱酶稳定)。

生物医学高分子材

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。

医学专题药用高分子材料第四章全解

医学专题药用高分子材料第四章全解
糊化:淀粉形成均匀糊状溶液的现象称为~。
③老化
• 老化:淀粉凝胶经长期放置,会变成不透明甚至 发生沉淀现象,称为~。
④变色
• 淀粉水溶液+I2 变蓝 加热颜色褪去 冷却重新显色(深蓝色或紫红色)
4、应用 • 淀粉在药物制剂中主要用作片剂的稀释剂、崩解
剂、粘合剂、助流剂等。
第二节 纤维素
纤维素分子为长链线型高分子化合物,没 有分支。它是由结构单元D-吡喃环形葡萄糖 以β-1,4苷键构成。
于分子内氢键作用,链卷曲成螺旋形,每个螺旋 圈大约有6个葡萄糖单元。
②支链淀粉(占75%~85%):由D-吡喃环形葡 萄糖聚合而成的分支状淀粉。直链部分为α-1,4 苷键,分支处为α-1,6苷键,分子的形状如高梁 穗。
CH2OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
O OH
O OH
O OH
O OH
OH
O
OH
行醚化而得。
2、性质 ①溶解性 • MC溶于冷水而不溶于热水,取代度为2时最易溶。 ②胶化温度 • 胶化温度与取代度成反比,与电解质含量成反比。 ③粘度 • 粘度取决于聚合物、温度。 ④溶胶 凝胶 3、应用 • 通便药、片剂的粘合剂、片剂包衣、助悬剂、增稠
剂、乳化剂等。
二、羟丙甲纤维素(HPMC)
O OH
O
OH
n
OH OH
3、性质 ①溶解性 • 淀粉不溶于水,与水亲水性差而分散于水。直链
淀粉分子从淀粉粒中向水中扩散,形成胶体溶液, 而支链淀粉则仍以淀粉粒残余的形式保留在水中。 淀粉在水中溶解视浓度不同,可分别形成糊、凝胶 或溶胶。
②水解 淀粉在酶或稀酸作用下,逐步水解成一系列产物: 淀粉 各种糊精 麦芽糖 葡萄糖
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血浆蛋白吸附
红血球粘附
血小板粘附 血小板放出凝血因子 血小板血栓 纤维蛋白朊沉积 血栓形成 溶血
凝血酶原活化
血栓形成过程示意图
(二)血液相容性高分于材料的制取 (1)使材料表面带上负电荷的基团 例如将芝加哥酸(1-氨基-8-萘酚-2, 4- 二磺酸萘)(见下式)引入聚合物表面后,可减少 血小板在聚合物表面上的粘附量,抗疑血性提高。
OH NH2 NH SO2 N N SO3H SO3H
(2)高分子材料的表面接枝改性 采用化学法(如偶联法、臭氧化法等)和物理 法(等离子体法、高能辐射法、紫外光法等)将具 有抗凝血性的天然和化学合成的化合物,如肝素、 聚氧化乙烯接枝到高分子材料表面上。研究表明, 血小板不能粘附于用聚氧化乙烯处理过的玻璃上。
(1)材料中渗出的化学成分对生物反应的影响 材料中逐渐渗出的各种化学成分(如添加剂、 杂质、单体、低聚物以及降解产物等)会导致不同 类型的组织反应,例如炎症反应。 组织反应的严重程度与渗出物的毒性、浓度、 总量、渗出速率和持续期限等密切相关。一般而言, 渗出物毒性越大、渗出量越多,则引起的炎症反应 越强。
二、医用高分子的分类:
(1)按材料的来源分类 1)天然医用高分子材料 如胶原、明胶、丝蛋白、角质蛋白、纤维素、多 糖、甲壳素及其衍生物等。 2)人工合成医用高分子材料 如聚氨酯、硅橡胶、聚酯等。
3)天然生物组织与器官 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 取自其他人的同种异体组织,例如利用他 人角膜治疗患者的角膜疾病; ③ 来自其他动物的异种同类组织,例如采用 猪的心脏瓣膜代替人的心脏瓣膜,治疗心脏病等。
医用高分子材料研发过程中遇到的一个巨大 难 题是材料的抗血栓问题。当材料用于人工器官 植入 体内时,必然要与血液接触。由于人体的自然 保护 性反应将产生排异现象,其中之一即为在材料 与肌 体接触表面产生凝血,即血栓,结果将造成手 术失 败,严重的还会引起生命危险。 对高分子材料的抗血栓性研制是医用高
(3)按生物医学用途分类 1)硬组织相容性高分子材料 如骨科、齿科用高分子材料; 2)软组织相容性高分子材料 3)血液相容性高分子材料 4)高分子药物和药物控释高分子材料
(4)按与肌体组织接触的关系分类 1) 长期植入材料 如人工血管、人工关节、人工晶状体等。 2) 短期植入(接触)材料 如透析器、心肺机管路和器件等。 3) 体内体外连通使用的材料 如心脏起搏器的导线、各种插管等。 4) 与体表接触材料及一次性医疗用品材料
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 分子材料在人体内应用失效的原因之一。试验结果 证明,钙化现象不仅是胶原生物材料的特征,一些 高分子水溶胶,如聚甲基丙烯酸羟乙酯在大鼠、仓 鼠、荷兰猪的皮下也发现有钙化现象。 一般而言,材料植入时,被植个体越年青,材 料表面越可能发生钙化。多孔材料的钙化情况比无 孔材料要严重。
一、 高分子材料的组织相容性 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。 高分子材料植入对组织反应的影响: 高分子材料植入人体后,对组织反应的影响因 素包括材料本身的结构和性质(如微相结构、亲水 性、疏水性、电荷等)、材料中可渗出的化学成分 (如残留单体、杂质、低聚物、添加剂等)、降解 或代谢产物等。此外,植入材料的几何形状也可能 引起组织反应。
高分子材料在体内最常见的降解反应为水解反 应,包括酶催化水解和非酶催化水解。 酶催化降解高分子; 非酶催化降解高分子。
酶催化降解和非酶催化降解的结构-降解速度 关系不同。 对非酶催化降解高分子而言,降解速度主要由主链 结构决定。主链上含有易水解基团如酸酐、酯基、 碳酸酯的高分子,通常有较快的降解速度。 对于酶催化降解高分子,如聚酰胺、聚酯、糖苷等, 降解速度主要与酶和待裂解键的亲和性有关。酶与 待裂解键的亲和性越好,则降解越容易发生,而与 化学键类型关系不大。
添加聚氧化乙烯(分子量为6000)于凝血酶溶 液中,可防止凝血酶对玻璃的吸附。因此,在血液 相容性高分子材料的研究中,聚氧化乙烯是十分重 要的抗凝血材料。 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。
(3)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,而它们基本 上是嵌段共聚物和接枝共聚物。其中研究得较 多的是聚氨酯嵌段共聚物,即由软段和硬段组 成的多嵌段共聚物,其中软段一般为聚醚、聚 丁二烯、聚二甲基硅氧烷等,形成连续相;硬 段包含脲基和氨基甲酸酯基,形成分散相。 在这类嵌段共聚物血液相容性的研究中发现, 软段聚醚对材料的抗凝血性的贡献较大,而其 分子量对血液相容性和血浆蛋白质的吸附均有 显著影响。同样,具有微相分离结构的接枝共 聚物、亲水/疏水型嵌段共聚物等都有一定的抗 凝血性。
在固态下高分子链的聚集态可分为结晶态、玻
璃态、橡胶态。如果高分子材料的化学结构相同, 那么不同聚集态的降解速度有如下顺序: 橡胶态>玻璃态>结晶态 显然,聚集态结构越有序,分子链之间排列越 紧密,降解速度越低。
二、生物可降解天然高分子材料 已经在临床医学获得应用的生物可降解天然高 分子材料主要包括蛋白质和多糖两类生物高分子。 这些生物高分子主要在酶的作用下降解,生成的降 解产物如氨基酸、糖等化合物,可参与体内代谢, 并作为营养物质被肌体吸收。 白蛋白、葡聚糖和羟乙基淀粉在水中是可溶的, 临床用作血容量扩充剂或人工血浆的增稠剂。 胶原、壳聚糖等在生理条件下是不溶性的,因此 可作为植入材料在临床应用。
4.3 几种重要的高分子材料
4.3.1 生物可降解高分子材料 一、生物降解性和生物吸收性 生物可降解高分子材料在体液的作用下完成两 个步骤,即降解和吸收。前者往往涉及高分子主链 的断裂,使分子量降低。作为医用高分子要求降解 产物(单体、低聚体或碎片)无毒,并且对人体无 通过肾
NHSO3H
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 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。
(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。
(4)高分子材料的肝素化 肝素是一种硫酸多糖类物质(见下式),是最 早被认识的天然抗凝血产物之一。
CH2OSO3H H H OH H OH H O H CH2OSO3H O H H OH O H H OH H OH H O H
COOH H OH H
COOH H OH H O H H OH
O
NHSO3H
三、对医用高分子材料的基本要求 惰性的,不会因与体液接触而发生发应 对人体组织不会引起炎症或异物反应 不会致癌 血液相容性,不会在材料表面凝血 长期植入人体内,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
4.2 高分子材料的生物相容性
二、高分子材料的血液相容性
(一)高分子材料的凝血作用 (1)血栓的形成 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。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。
血液与异物表面接触
凝血致活酶活化
影响生物可降解高分子材料降解速度的因素有: 高分子主链和侧链的化学结构、分子量、凝聚态结 构、疏水/亲水平衡、结晶度、表面积、物理形状等。 其中主链结构和聚集态结构对降解吸收速度的影响 较大。
对于同种高分子材料,分子量越大,降解速度越 慢。 亲水性强的高分子能够吸收水、催化剂或酶,一般有 较快的降解速度。 含有羟基、羧基的生物可降解高分子,较强的亲 水性,本身的自催化作用,比较容易降解。相反, 在主链或侧链含有疏水长链烷基或芳基的高分子, 降解性能往往较差。
例如,聚氨酯和聚氯乙烯中可能存在的残余单 体有较强的毒性,渗出后会引起人体严重的炎症反 应。而硅橡胶、聚丙烯、聚四氟乙烯等高分子的毒 性渗出物通常较少,植入人体后表现的炎症反应较 轻。 如果渗出物的持续渗出时间较长,则可能发展 成慢性炎症反应。如某些被人体分解吸收较慢的生 物吸收性高分子材料容易引起慢性无菌性炎症。
(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、 表面平滑度等因素也会影响组织反应。另外,试验 动物的种属差异、材料植入生物体的位置等生物学 因素以及植入技术等人为因素也是不容忽视的。 曾对不同形状的材料植入小白鼠体内出现肿瘤 的情况进行过统计,发现当植入材料为大体积薄片 时,出现肿瘤的可能性比在薄片上穿大孔时高出一 倍左右。而海绵状、纤维状和粉末状材料几乎不会 引起肿瘤. 一般来说,植入体内材料的体积大、粗糙、不均 匀的表面会加剧其周围组织的反应。植入材料与生 物组织之间的相对运动,也会引发较严重的组织反 应。
(2)高分子材料的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,一般不会引起 明显的组织反应。但若降解速度快而降解产物毒性 大,可能导致严重的急性或慢性炎症反应。如有报 道采用聚酯材料作为人工喉管修补材料出现慢性炎 症的情况。
脏、汗腺或消化道排泄废物所进行的正常 生理过程。高分子材料一旦在体内降解以 后,即进入生物体的代谢循环。这就要求 生物可降解性高分子应当是正常代谢物或 其衍生物通过可水解键连接起来的。 在一般情况下,由C-C键形成的聚烯烃材 料在体内难以降解。只有某些具有特殊结 构的高分子材料才能够被某些酶所降解。
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