生物医用高分子材料
第九章生物医用高分子材料
• （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。
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。
生物医用高分子材料的制备生产方法
生物医用高分子材料的制备生产方法生物医用高分子材料是指用于医疗领域的高分子材料，具有生物相容性、生物降解性、生物活性等特点，可用于制备医用器械、药物载体、组织工程等领域。
本文将介绍生物医用高分子材料的制备生产方法。
一、生物医用高分子材料的选择生物医用高分子材料的选择应考虑其生物相容性、生物降解性、生物活性等因素。
常用的生物医用高分子材料包括聚乳酸（PLA）、聚乳酸-羟基乙酸（PLGA）、聚己内酯（PCL）、明胶、壳聚糖等。
这些材料具有良好的生物相容性和生物降解性，可被人体代谢和排泄，不会对人体造成损害。
二、生物医用高分子材料的制备方法1. 溶液法溶液法是一种常用的生物医用高分子材料制备方法。
该方法将高分子材料溶解于有机溶剂中，制备成溶液后通过旋涂、喷涂、浸涂等方法涂覆在基材上，制备成薄膜、纤维、微球等形态的材料。
该方法制备的材料具有良好的形貌和结构，可用于制备药物载体、组织工程等领域。
2. 熔融法熔融法是一种将高分子材料加热至熔融状态后制备材料的方法。
该方法将高分子材料加热至熔融状态后，通过挤出、注塑、压制等方法制备成所需形态的材料。
该方法制备的材料具有良好的力学性能和加工性能，可用于制备医用器械、组织工程等领域。
3. 电纺法电纺法是一种将高分子材料通过电场作用制备成纤维的方法。
该方法将高分子材料溶解于有机溶剂中，制备成溶液后通过电纺机将溶液喷射至电场中，形成纤维状的材料。
该方法制备的材料具有良好的纤维形态和结构，可用于制备组织工程、药物载体等领域。
4. 3D打印法3D打印法是一种将高分子材料通过3D打印技术制备成所需形态的材料的方法。
该方法将高分子材料溶解于有机溶剂中，制备成溶液后通过3D打印机将溶液喷射至所需形态的模板上，形成所需形态的材料。
该方法制备的材料具有良好的形态和结构，可用于制备医用器械、组织工程等领域。
三、生物医用高分子材料的应用生物医用高分子材料可用于制备医用器械、药物载体、组织工程等领域。
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
汇报人： 日期:
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。
生物医药高分子材料
护理和医疗用具相关的医用材料 药用高分子
生物医药高分子材料
——人工脏器 人工肺： 人工肺并不是对于人体肺的完全替代， 而是 体外执行血液氧交换功能的一种装置
生物医药高分子材料
——人工脏器 人工肾 ： 目的在于过滤血液中本应可以通过肾脏去 除的代谢产物。人工肾包括血液透析型、血液滤过型、 血浆置换型等类型
生物医药高分子材料
——人工脏器 人工心脏 ： 图所示为用钛和聚合物材料制成的人工 心脏， 美国FDA 批准此类装置为 “过渡移植” 装 置， 而非永久性植入装置
生物医药高分子材料
——人工脏器 人工肝脏：主要用于替代因肝脏功能不足所需要弥补的解毒功 能，是将患者的血浆在体外循环代谢的一种辅助装置，它只能 取代肝脏的部分功能，分血液透析型等。
生物医药高分子材料
——人工脏器
人工胰脏：目的是人工调节血糖浓度等， 含微包囊 型、扩散管型、人工血管型等
生物医药高分子材料
——人工脏器 人工心脏瓣膜、 心脏起搏器电极的高分子包覆层、 人工血管 （如图）、人工喉、人工气管、人工食管、 人工膀胱等
生物医药高分子材
——人工组织
医用高分子材料在五官科、骨科、外科的应用
生物医用高分子材料
简介
பைடு நூலகம்
要求
需求
分类及 用途
展望
生物医药高分子材料简介
生物医药高分子材料简介
生物医用高分子材料指用于生理系统疾病的诊断 、 治疗 、 修 复或替换生物体组织或器官 , 增进或恢复其功能的高分子材料 医用高分子材料学， 是介于现代医学和高分子科学之间， 并且涉及到物理、化学、生物学、 医学等的一门交叉学科 四十多年的研究历史 蓬勃发展始于 20 世纪 70 年代 近十年来 ,医用高分子材料及其制品获得越来越多的医学临床 应用
生物医用高分子材料的未来发展方向
生物医用高分子材料的未来发展方向随着科技的不断进步，高分子材料在生物医学领域的应用也变得越来越广泛。
生物医用高分子材料是指用于医学领域的一类高分子材料，具有良好的生物相容性和生物转化性能。
未来，生物医用高分子材料在医学领域的应用前景将更为广阔，主要体现在以下几个方面：高分子材料在组织工程中的应用生物医用高分子材料在组织工程领域有着重要的应用价值。
生物医用高分子材料可以作为支架材料，帮助细胞生长和组织修复，同时可以调控新生组织的形成。
未来的发展方向是通过改进高分子材料的性能，使其具备更好的生物相容性和机械性能，提高其在组织工程中的应用效果。
高分子材料在药物传递中的应用高分子材料在药物传递领域有着独特的优势。
生物医用高分子材料可以作为药物载体，将药物有效地送达到靶组织，提高药物的有效性，减少毒副作用。
未来发展的方向是设计制备更多样化的高分子载体，提高药物的载荷量和释放效率，从而实现更精准的药物传递。
高分子材料在生物传感器中的应用生物医用高分子材料在生物传感器领域有着重要的应用潜力。
生物医用高分子材料可以作为传感器的识别元素，实现对生物分子的快速检测和诊断。
未来的发展方向是开发新型的高分子传感器材料，提高其对特定生物分子的识别灵敏度和选择性，实现更快速、更准确的生物检测。
高分子材料在生物医用器械中的应用生物医用高分子材料在医疗器械领域有着广泛的应用。
生物医用高分子材料可以制备各种医用器械，如人工器官、生物质感传感器、医用植入材料等。
未来的发展方向是优化高分子材料的生物相容性和稳定性，设计制备更加安全、耐用的生物医用器械，满足不同医疗需求。
综上所述，生物医用高分子材料在未来的发展走向中将会继续发挥重要作用。
通过不断优化材料性能、拓展应用领域，生物医用高分子材料将为医学领域带来更多创新和发展机遇。
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种具有广泛应用前景的新型材料，它在医学领域中发挥着越来越重要的作用。
生物医用高分子材料是指能够与生物体相容并在生物体内具有一定功能的高分子材料，其应用范围涉及医疗器械、医用材料、组织工程、药物传递系统等多个方面。
本文将从生物医用高分子材料的特点、应用领域、发展趋势等方面进行介绍。
首先，生物医用高分子材料具有良好的生物相容性和生物降解性。
这意味着这类材料可以与生物体组织相容，不会引起排斥反应或过敏反应，并且在一定条件下可以被生物体降解或代谢，不会对生物体造成长期的不良影响。
这一特点使得生物医用高分子材料在医学领域中得到广泛应用，例如可用于制备生物可降解的缝合线、修复骨折的支架材料等。
其次，生物医用高分子材料在医疗器械和医用材料领域有着重要的应用。
例如，生物医用高分子材料可以用于制备人工关节、心脏起搏器、血管支架等医疗器械，同时也可以用于制备医用敷料、人工皮肤、植入式医用材料等。
这些应用为医学诊疗和治疗提供了重要的支持，推动了医学技术的不断进步。
此外，生物医用高分子材料在组织工程和药物传递系统中也有着广泛的应用。
在组织工程领域，生物医用高分子材料可以被用于制备人工器官、组织修复材料等，为组织修复和再生提供了新的途径。
在药物传递系统方面，生物医用高分子材料可以被用于制备缓释药物载体、靶向输送系统等，提高了药物的疗效和降低了药物的副作用。
未来，随着生物医用高分子材料领域的不断发展，其在医学领域中的应用前景将会更加广阔。
例如，生物医用高分子材料的功能化设计和智能化材料的开发将会为医学诊疗提供更多的选择，同时生物医用高分子材料与生物学、医学、材料学等学科的交叉融合也将会带来更多的创新成果。
总之，生物医用高分子材料具有良好的生物相容性和生物降解性，其在医疗器械、医用材料、组织工程、药物传递系统等领域有着重要的应用。
随着生物医用高分子材料领域的不断发展，其在医学领域中的应用前景将会更加广阔，为医学技术的不断进步和医学治疗的不断改善提供重要支持。
生物医用高分子抗凝血材料
生物医用高分子材料的应用领域
生物医用高分子材料在医疗器械、人工器官、组织工程、药物传递系统等领域具 有广泛的应用。
医疗器械如导管、支架等，人工器官如人工心脏瓣膜、人工关节等，组织工程如 组织工程支架、细胞培养基质等，药物传递系统如药物载体、控释系统等。
02
抗凝血材料的基本概念
抗凝血材料的定义
抗凝血材料
天然高分子抗凝血材料的研究进展
01
天然高分子抗凝血材料的提取与纯化
研究者们从天然资源中提取和纯化出具有抗凝血性能的高分子材料，如
胶原、明胶、壳聚糖等。这些材料具有良好的生物相容性和止血性能，
可广泛应用于创伤止血、手术缝合线等领域。
02
天然高分子抗凝血材料的改性研究
为了提高天然高分子抗凝血材料的性能，研究者们对其进行改性研究。
02
这些材料需具备良好的生物相容 性、安全性和有效性，同时需满 足特定医疗应用的需求。
生物医用高分子材料的分类
根据材料的性质和应用，生物医用高 分子材料可分为天然和合成两大类。
合成高分子材料如聚乙烯、聚丙烯等， 具有优良的物理和化学性能，广泛应 用于医疗器械和药物传递系统。
天然高分子材料如胶原、明胶等，主 要用于制造人工器官和组织工程支架。
良好的化学稳定性
化学稳定性是指材料在生理环境中能够保持其结构和性质的稳定性。生物医用高分子抗凝血材料需要具备良好的化学稳定性 ，以避免在体内发生降解和变质。
化学稳定性的评价方法包括热重分析、差示扫描量热分析和核磁共振谱等。这些试验能够帮助评估材料的化学稳定性，确保 其安全性和有效性。
无毒、无致敏性、无致癌性
复合抗凝血材料
将天然和合成抗凝血材料 结合在一起，形成具有优 异性能的复合抗凝血材料。
生物医用高分子材料的概念，功能，发展前景
生物医用高分子材料指用于生理系统疾病的诊断、治疗、修复或替换生物体组织或器官,增进或恢复其功能的高分子材料。
生物医用高分子材料的功能医用高分子材料属于一种特殊的功能高分子材料，通常用于对生物体进行诊断、治疗、以及替换或修复、合成或再生损伤组织和器官，具有延长病人生命、提高病人生存质量等作用。
生物医用高分子材料的发展前景我国医用高分子材料的研究起步较早、发展较快。
目前约有50多个单位从事这方面的研究,现有医用高分子材料60多种,制品达400余种,用于医疗的聚甲基丙烯酸甲酯每年达300 t。
然而,我国医用高分子材料的研究目前仍然处于经验和半经验阶段[5],还没有能够建立在分子设计的基础上。
因此,应该以材料的结构与性能关系,材料的化学组成、表面性质和生命体组织的相容性之间的关系为依据来研究开发新材料。
医用高分子材料要应用于生物体必须同时要满足生物功能性、生物相容性、化学稳定性和可加工性等严格的要求。
生物医用材料的研究和发展方向主要包括以下几方面:1 、组织工程材料组织工程是应用生命科学与工程的原理和方法构建一个生物装置,来维护、增进人体细胞和组织的生长,以恢复受损组织或器官的功能。
它的主要任务是实现受损组织和器官的修复或再建,延长寿命和提高健康水平。
其方法是:将特定组织细胞“种植”于一种生物相容性良好、可被人体逐步降解吸收的生物材料上,形成细胞-生物材料复合物;生物材料为细胞的增长繁殖提供三维空间和营养代谢环境;随着材料的降解和细胞的繁殖,形成新的与自身功能和形态相适应的组织或器官。
这种具有生命力的活体组织或器官能对病损组织或器官进行结构、形态和功能的重建,并达到永久替代。
2、生物医用纳米材料———药物控释材料及基因治疗载体材料高分子药物控制释放体系不仅能提高药效,简化给药方式,大大降低药物的毒副作用,而且纳米靶向控制释放体系使药物在预定的部位,按设计的剂量,在需要的时间范围内,以一定的速度在体内缓慢释放,从而达到治疗某种疾病或调节生育的目的。
生物医用仿生高分子材料
生物医用仿生高分子材料是指通过模仿生物体结构和功能特点而设计和制造的高分子材料，用于医学领域的应用。
这些材料具有良好的生物相容性、生物活性和可控可调的特性，可以在医学上模拟和替代生物组织的功能，实现诊断、治疗和修复等应用。
以下是一些常见的生物医用仿生高分子材料及其应用：
1. 生物降解聚合物：如聚乳酸（Poly Lactic Acid, PLA）和聚乙二醇（Polyethylene Glycol, PEG），常用于制备可降解的植入型材料，如缝合线、支架和修复材料。
2. 水凝胶：如明胶、海藻酸钠（Sodium Alginate）和聚乙二醇二甲基丙烯酸酯（Polyethylene Glycol Diacrylate, PEGDA）等，可用于制备组织工程支架、脏器修复和药物传递等。
3. 多肽材料：如胶原蛋白和凝血蛋白，可用于修复软骨、皮肤和血管等组织。
4. 生物活性控释材料：如聚乳酸-羟基磷灰石（Poly Lactic Acid-Hydroxyapatite, PLA-HA）复合材料，可用于药物和生长因子的控释，促进组织修复和再生。
5. 智能材料：如形状记忆聚合物和响应性水凝胶，可根据环境条件（如温度、pH值、电场等）的变化实现形状转变、药物控释和传感应用。
这些生物医用仿真高分子材料在医学领域有着广泛的应用潜力，可以用于组织工程、细胞培养、药物传递、疾病诊断和治疗等方面。
通过不断的研究和创新，这些材料将有助于促进生物医学领域的发展和进步。
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的研究及应用
生物医用高分子材料的研究及应用生物医用材料是医学界的热门研究方向之一，而高分子材料则是其中应用最广泛的一种。
高分子材料具有化学惰性、生物相容性、可塑性等优良特性，因此被广泛应用于生物医学领域。
本文将介绍生物医用高分子材料的研究进展和应用情况。
一、生物医用高分子材料的类型生物医用高分子材料可以分为两大类：纯高分子材料和复合高分子材料。
纯高分子材料是指单一物质构成的材料，如聚乙烯醇、聚丙烯酸等，这些材料具有较好的生物相容性，可作为医用敷料、缝线等医疗器械使用。
而复合高分子材料则是由两种或两种以上的高分子材料和其他生物活性物质构成的复合材料，如生物可降解聚合物和医用金属等组合而成的复合材料，其应用范围更为广泛。
二、生物医用高分子材料的应用领域1.医用敷料高分子材料具有良好的渗透性、吸附性和保湿性，因此被广泛应用于医用敷料制造中。
一些高分子材料如聚乙烯醇、聚氨酯等，能够保护创面、减少感染，促进伤口愈合。
2.人工组织与器官高分子材料可以用于制造人工组织和器官。
例如，使用聚乙二醇或聚乳酸等生物可降解聚合物和其他细胞因子和生物大分子通过三维打印技术组装成人工骨骼组织、软组织等。
3.控释药物高分子材料作为控释药物的载体，能够控制药物的释放速度和剂量，理想地实现药物治疗的个性化。
例如脑膜瘤治疗方面，生物可降解聚合物材料多聚乳酸酯可用作持续释放抗肿瘤药物的载体，有效改善治疗效果。
4.口腔修复材料高分子材料在口腔修复领域应用广泛，例如人工牙齿、种植体、美容修复等。
其中，聚酯类难降解高分子材料常常用于制造种植体和口腔修复材料。
三、高分子材料在生物医学领域的研究进展高分子材料在生物医学领域的研究进展非常快速，近年来，国内外学者们对其性质和应用进行了广泛研究。
1.提高高分子材料的生物相容性目前，高分子材料的生物相容性不完全符合医疗器械标准，因此研究人员正在努力寻找能够提高其生物相容性的方法。
如改变高分子材料表面化学组成，修饰其表面的羟基、胺基等官能团，优化其形态等，都是提高高分子材料生物相容性的常用方法。
医用高分子材料
5.3.1 分类
❖ 根据不同的分类方法人工器官可以分为如下几类：
❖ 1）按功能分：
（1）支持运动功能的人工器官，如人工关节、人工脊椎、人工骨、人工肌腱、肌电控制 人工假肢等。
（2）血液循环功能的人工器官，如人工心脏及其辅助循环装置、人工心脏瓣膜、人工血 管、人工血液等。
（3）呼吸功能的人工器官，如人工肺（人工心肺机）、人工气管、人工喉等。 （4）血液净化功能的人工器官，如人工肾（血液透析机）、人工肺等。 （5）消化功能的人工器官，如人工食管、人工胆管、人工肠等。 （6）排尿功能的人工器官，如人工膀胱、人工输尿管、人工尿道等。 （7）内分泌功能的人工器官，如人工胰、人工胰岛细胞。 （8）生殖功能的人工器官，如人工子宫、人工输卵管、人工睾丸等。 （9）神经传导功能的人工器官，如心脏起搏器、膈起搏器等。 （10）感觉功能的人工器官，如人工视觉、人工听觉（人工耳蜗）、人工晶体、人工角
5.2 高分子材料的特性
❖ 高分子材料：一类相对分子质量比一般有机化合物高得多的化 合物。
❖ 一般有机化合物的相对分子质量只有几十到几百，高分子化合 物是通过小分子单体聚合而成的相对分子质量高达上万甚至上 百万的聚合物。
❖ 通常高分子材料可以压延成膜；可以纺制成纤维；可以挤铸或 模压成各种形状的构件；可以产生强大的粘结能力；可以产生 巨大的弹性形变；并具有质轻、绝缘、高强、耐热、耐腐蚀、 自润滑等许多独特的性能。
❖ 旋光异构：有机物能构成互为镜影的两种异构体，表现出不同的旋光性。
❖ 例如饱和氢化物中的碳构成一个四面体，碳原子位于四面体中心，4个基团位 于四面体的顶点，当4个基团都不相同时，位于四面体中心的碳原子称为不对 称原子，用C*表示，其特点是C*两端的链节不完全相同。有一个C*存在，每一 个链节就有两个旋光异构体。
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指可以用于生物医学领域的高分子材料，它们具有生物相容性、生物降解性和生物活性等特点，广泛应用于医疗器械、组织工程、药物传递系统等领域。
生物医用高分子材料的研究和开发，对于提高医疗水平、改善生活质量具有重要意义。
首先，生物医用高分子材料在医疗器械领域具有重要应用。
例如，生物相容性良好的聚乳酸和聚己内酯等高分子材料，可以用于制备缝合线、支架等医疗器械，其生物降解性可以避免二次手术，减轻患者痛苦，加快伤口愈合。
另外，生物医用高分子材料还可以用于制备人工关节、人工血管等医疗器械，为患者提供更好的治疗方案。
其次，生物医用高分子材料在组织工程领域具有广阔前景。
通过生物医用高分子材料的设计和制备，可以构建人工骨骼、软骨、皮肤等组织工程产品，用于修复受损组织、替代器官，为患者提供更好的治疗选择。
例如，具有生物活性的生物医用高分子材料可以促进细胞黏附、增殖和分化，有助于组织再生和修复。
此外，生物医用高分子材料在药物传递系统领域也发挥着重要作用。
通过将药物载体与生物医用高分子材料结合，可以实现药物的缓释、靶向释放等功能，提高药物的疗效，减少药物的副作用。
例如，利用生物医用高分子材料制备的纳米载体可以有效提高药物的生物利用度，延长药物在体内的半衰期，为药物的治疗效果提供更好的保障。
综上所述，生物医用高分子材料在医疗器械、组织工程、药物传递系统等领域具有重要应用前景，对于提高医疗水平、改善生活质量具有重要意义。
随着生物医学技术的不断进步和生物医用高分子材料研究的深入，相信生物医用高分子材料将会在医疗领域发挥越来越重要的作用，为人类健康事业作出更大的贡献。
生物医用高分子材料
生物医用高分子材料简介生物医用高分子材料是一类应用于医疗领域的材料，由具有生物相容性和生物可降解性的高分子化合物制成。
这些材料具有优异的物理、化学和生物学性能，可以用于制备医疗器械、药物递送系统和组织工程材料等。
特点生物医用高分子材料具有以下特点：1.生物相容性：材料与生物体组织之间有良好的相容性，不引起排异反应和毒性反应；2.生物可降解性：材料在体内可逐渐分解和吸收，降低二次手术的风险；3.可塑性：材料具有良好的加工性能，可以通过热处理、注塑、拉伸等方式制备成各种形状；4.调控性：材料的组分和结构可以通过化学修饰进行调控，以实现特定的功能和效果；5.故障警示功能：材料可以通过改变颜色、形状等方式表达材料出现故障的信息。
应用生物医用高分子材料在医疗领域有广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：医疗器械生物医用高分子材料可以用于制备各种医疗器械，包括人体植入物、支架和修复材料等。
例如，可降解聚合物可以用于制备骨修复材料，用于治疗骨折和骨缺损。
此外，生物医用高分子材料还可以制备耐高温和耐化学腐蚀的医用管道、接头和阀门等。
药物递送系统生物医用高分子材料可以用于制备药物递送系统，通过控制材料的解理速率和药物的释放速率，实现药物在体内定点释放和长效治疗。
例如，聚乳酸-羟基乙酸共聚物可以用于制备微球，用于缓释抗癌药物。
此外，生物医用高分子材料还可以制备胶囊、片剂和注射剂等药物剂型。
组织工程材料生物医用高分子材料可以用于制备组织工程材料，用于修复受损组织和器官。
例如，聚丙烯酸甲酯可用于制备人工表皮，用于治疗烧伤和创面愈合。
此外，生物医用高分子材料还可以制备人工骨髓和人工心脏瓣膜等组织工程产品。
发展趋势随着生物医学技术和材料科学的不断发展，生物医用高分子材料的应用前景越来越广阔。
未来，我们可以预见以下几个发展趋势：1.新型材料的研发：研究人员将继续开发新型的生物医用高分子材料，以满足不断增长的临床需求。
2.功能化材料的应用：利用纳米技术和生物传感技术，将进一步开发具有特定功能的生物医用高分子材料，例如智能控释材料和组织修复材料等。
高分子材料在生物医用成像中的应用有哪些
高分子材料在生物医用成像中的应用有哪些在现代医学领域，生物医用成像技术的不断发展为疾病的诊断、治疗和监测提供了强大的支持。
而高分子材料由于其独特的性质，在生物医用成像中发挥着越来越重要的作用。
高分子材料具有良好的生物相容性和可调节的物理化学性质，这使得它们能够被设计和制备成各种用于成像的载体和探针。
其中，常见的高分子材料包括聚乙烯醇（PVA）、聚乳酸（PLA）、聚乙醇酸（PGA）以及各种共聚物等。
在磁共振成像（MRI）中，高分子材料可以作为造影剂的载体。
例如，将顺磁性金属离子如钆（Gd）与高分子材料结合，形成大分子造影剂。
与传统的小分子造影剂相比，高分子造影剂具有更长的血液循环时间和更好的成像效果。
这是因为高分子材料能够有效地减少造影剂在体内的快速排泄，使其在病变部位有更多的积累，从而提高成像的对比度和准确性。
在光学成像中，高分子材料也有着广泛的应用。
量子点是一种具有优异光学性能的纳米材料，但由于其毒性和稳定性问题，限制了其在生物医学中的直接应用。
通过将量子点包裹在高分子材料中，可以有效地解决这些问题。
高分子材料能够提供一个稳定的环境，防止量子点的聚集和泄漏，同时降低其毒性。
此外，一些具有荧光特性的高分子材料本身也可以直接作为光学成像的探针，用于细胞标记和体内成像。
在超声成像中，高分子材料可以被制成微泡造影剂。
这些微泡通常由高分子外壳和内部的气体核心组成。
当超声波作用于微泡时，会产生强烈的回波信号，从而增强组织和血管的成像效果。
通过对高分子材料的表面进行修饰，可以实现微泡对特定组织或细胞的靶向作用，提高成像的特异性。
在正电子发射断层扫描（PET）和单光子发射计算机断层扫描（SPECT）等核素成像技术中，高分子材料同样能够发挥重要作用。
高分子材料可以用于包裹放射性核素，形成纳米粒子或微球，提高放射性药物在体内的稳定性和靶向性。
除了作为成像探针和造影剂的载体，高分子材料还可以用于构建成像设备的部件。
生物医用材料 医用高分子材料
➢ 纤维： 细而长的且有一定的柔韧性的线条或丝状高分子材料。
其长径比应在1000：1左右。 特点：
纤维的直径一般是很小的，受力后形变较小(一般为百 分之几到百分之二十),在较宽的温度范围内(-50 - 150℃) 机械性能变化不大。
纤维分为天然纤维和化学纤维
化学纤维又分为改性纤维素纤维（人造纤维，如粘胶纤 维）与合成纤维。
• 生物可降解高分子材料包括所有的天然高分子 材料和部分合成的高分子材料（聚乳酸PLA） 等
6.2 高分子材料的结构及力学性能
6.2.1高分子材料的基本概念 1).高分子化合物(macromolecule compound)
是指那些由众多原子或原子 团主要以共价键结合而成的 相对分子质量在一万以上的 化合物。又叫高分子(大分 子），高聚物，聚合物 (polymer) 一般表示为：
高分子的晶体结构（图示PE的晶体结构）
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结晶度对聚合物性能的影响：
• 聚合物内晶体的存在一般会提高力学性能、独 特的热性能及抗疲劳强度。这些性能使半结晶 聚合物（常常简单地称为结晶聚合物）称为用 于生物医学的合适材料，如聚乙烯（PE）、聚 丙烯（PP）、聚四氟乙烯（PTFE）
➢塑料和纤维希望有一定的结晶度，橡胶则不太希望结晶。
3） 高聚物的取向
取向造成各向异性
❖ 取向现象： 取向——高分子链或链段沿某一特定方向作占优势的排列 取向态——一维（单轴如纤维）或二维（双轴如薄膜）有序 结晶态——三维空间有序
❖ 取向态结构 无定形 取向未结晶 结晶未取向 结晶取向
6.2.3 高分子材料的力学性能
一．聚合物力学性能特点 1. 力学性能可变范围宽。 橡胶—塑料—纤维，为不同的应用提供了广阔的选择余地。 2. 强度低、模量低。但比强度高（强度/密度）。 3.力学性能与各种结构因素有关。 除化学结构外，包括：分子量及其分布、支化和交联、结晶度和 结晶形态、共聚方式、分子取向、增塑及填料等。 也受加工条件及使用环境的影响。 4.高弹性和粘弹性。 高聚物极大的分子量以及分子链构象变化所导致的柔性，使其具有高弹性。 5.具有明显的松弛特性 对于高聚物来说，存在多种运动单元，尤其分子链由一种构象过渡到 另一种构象所需时间很长，因此其力学性能强烈地依赖于温度和受力时间
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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 CH 2C H N O C HOO 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 engineeringGene 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。
是生物医学材料区别于其它高技术材料的最重要的特征生物材料人体宿主反应材料反应材料机体良好的生物医学材料：材料引起的机体反应机体导致的材料反应 短期反应和长期反应 局部反应和全身反应◆急性炎症反应◆全身毒性反应◆异体反应生物环境作用导致的材料性能蜕变、降解、磨损等高分子材料在植入体内之前，都要经过严格的灭菌消毒。
目前灭菌处理一般有三种方法：蒸汽灭菌、化学灭菌、γ射线灭菌。
国内大多采用前两种方法。
因此在选择材料时，要考虑能否耐受得了。
能经受必要的清洁消毒措施而不产生变性◆生物惰性高分子材料—长期植入体内不会减少机械强度◆生物降解高分子材料—按使用需要降解同时降低机械强度表7-1 高分子材料在狗体内的机械稳定性材料名称植入天数机械强度损失/％尼龙-676174.6 107380.7涤纶树脂78011.4聚四氟乙烯677 5.3❝强疏水：对血液成分吸附能力小，因此血液相容性好，如：聚四氟乙烯❝强亲水：吸水后与血液表面性能接近，减小对蛋白质的吸附，如：聚氧化乙烯（非常重要的抗凝血材料）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。
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。
材料界面性质与血液界面性能的不同可能造成吸附改变蛋白质的形状以及排列，产生溶血、凝血或者血栓。
例如：将芝加哥酸（1-氨基-8-萘酚-3, 4-二磺酸萘）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，抗凝血性提高。
NH SO 2N NOH NH 2SO 3H SO 3H在材料中引入阴离子基团，或者采用电荷注入的方式使界面带有负电荷，都可以提高材料的抗凝血性质。
③高分子材料的肝素化肝素是一种硫酸多糖类物质，是最早被认识的天然抗凝血产物之一。
H OHH O H H O H O O OH H H OH H COOH H CH 2OSO 3HHNHSO 3H O H OH H O H H O H O OH H H OH H COOH H CH 2OSO 3H H NHSO 3H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。
④材料表面伪内膜化伪内膜是一种采用仿生学的原理，在材料表面生成的一层与血管内壁相似的修饰层。
在材料表面沉积一层很薄的蛋白层，可以促进内皮细胞在其表面的吸附和生长，形成一层类似于血管内壁的伪内膜。
生物材料的表面修饰与改性❝聚氯乙烯❝有机硅类涤纶❝聚四氟乙烯❝聚丙烯❝高密度聚乙烯❝聚丙烯酸酯类❝聚氨酯❝室温固化环氧树酯❝精制天然橡胶❝聚膦腈表7-2 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、硅橡胶肾脏铜氨法再生纤维素，醋酸纤维素，聚甲基丙烯酸甲酯，聚丙烯腈，聚砜，乙烯-乙烯醇共聚物（EV A），聚丙烯，聚碳酸酯，聚甲基丙烯酸-β-羟乙酯肝脏赛璐玢（cellophane），聚甲基丙烯酸-β-羟乙酯胰脏共聚丙烯酸酯中空纤维肺硅橡胶，聚丙烯中空纤维，聚烷砜关节、骨超高分子量聚乙烯，高密度聚乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，尼龙，聚酯皮肤硝基纤维素，聚硅酮-尼龙复合物，聚酯，甲壳素角膜聚甲基丙烯酸甲酯，聚甲基丙烯酸-β-羟乙酯，硅橡胶玻璃体硅油，聚甲基丙烯酸-β-羟乙酯鼻、耳硅橡胶，聚乙烯血管聚酯纤维，聚四氟乙烯，嵌段聚醚氨酯人工红血球全氟烃人工血浆羟乙基淀粉，聚乙烯基吡咯烷酮胆管硅橡胶表7-2 用于人工脏器的部分高分子材料生物惰性高分子材料的应用（1）软组织修复材料填充材料用来弥补一些容貌缺陷、萎缩或者发育不完全，使之符合审美要求的医用材料。
常用的高分子材料有硅橡胶、聚乙烯和聚四氟乙烯。
导液管用于插入人体深处输入液体（如养分、生理盐水、药物、血液等）或通过血管插入心脏进行有关检查的导管。
制造材料必须是血液相容、不凝血、不感染的材料。
PU等由于良好的挠曲性和易于加工成不同的大小和长度，是应用广泛的导液管材料。
人工骨人工骨以置换病人体内无法愈合的伤骨，特别是关节。
人工骨将长久地留在人体内代替骨的功能，对材料的机械性能要求很高，用于制备人工骨的主要是一些高分子复合材料，如陶瓷/超高分子量聚乙烯。
(2)硬组织修复材料牙科修复材料如牙冠填充和制备假牙。
甲基丙烯酸酯树脂是较早使用的牙冠填充高分子材料，但其机械强度较差，使用寿命较短，因此现在多已被一些牙科复合树脂所取代。
牙科复合树脂主要组分包括基体树脂、填料、降粘单体、引发剂和稳定剂。
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，降解速度越低易降解高分子结构难降解高分子结构直链交联橡胶态、玻璃态结晶态脂肪族芳香族低相对分子量高相对分子量亲水性疏水性表面粗糙表面光滑高分子结构与降解性的关系7.3 可降解生物高分子材料由于低分子量聚合物的溶解或溶胀性能优于高分子量聚合物，因此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、羧基的生物吸收性高分子，不仅因为其较强的亲水性，而且由于其本身的自催化作用，所以比较容易降解，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。
A 、合成的高分子材料C H C O R O n O CR C On O C (CH 2)5O OnC H C O CH 3O n C H2C O O n N NRO OOO NH 2N H O n H 3CH 2C O O O CH 3CH2R n N PRR n聚羟基烷酸酯聚酸酐聚己内酯聚乳酸聚羟基乙酸聚酰亚胺聚赖氨酸聚原酸酯聚膦腈CH C O R On ❝应用最广泛的是聚羟基乙酸(PGA)、聚乳酸(PLA)、聚ε-已内酯(PCL)及其共聚物。