生物聚合物材料

• 生物材料表面改性是永久性课题
• 除了设计、制备性能优异的新材料外,还可 通过对传统材料进行表面化学处理、表面物理改 性和生物改性提高材料性能。材料表面改性是生 物材料研究的永久性课题。
• 如:在选用合成高分子材料制造人造器官时,可以用 共聚的方法,把两种以上的高分子合成在一起,使材 料分子中的亲水基团稀稀落落分布于各处,呈微观 体均匀结构状态,这样可以大大提高抗血栓功能。
• 关键：导入基因的载体,只有借助载体,正常 基因才能进入细胞核内。
• 目前,高分子纳米材料和脂质体是基因治疗 的理想载体,它具有承载容量大、安全性能 高的特点。近来新合成的树枝状高分子材 料作为基因导入的载体值得关注。
复合生物材料
• 作为硬组织修复材料的主体,复合生物材料受 到广泛重视,它具有强度高、韧性好的特点,目前已 广泛用于临床。不同性能材料的复合,可以达到 “取长补短”的效果,可以有效地解决材料的强度、 韧性及生物相容性问题,是生物材料新品种开发的 有效手段。提高复合材料界面之间的相容性是复 合材料研究的主要课题。
• 按照不同的性质，医用聚合物材料可分为非降解 型和可降解型两类。
• 非降解型高分子聚合物主要包括聚乙烯、聚丙烯 酸酯、芳香聚酯、聚硅氧烷、聚甲醛等。 • 可降解型高分子聚合物主要包括胶原、线性脂肪 族聚酯、甲壳素、聚乳酸、聚乙醇酸等。
• 根据使用的目的或用途，医用高分子聚合 物材料可分为心血管系统（血液相容性材 料）、软组织材料（隐形眼镜、人工皮肤 等）及硬组织（人工关节、人工骨等）修 复材料。
我国的研究起步较早、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。但我国的研究处于经验和半经
验阶段， 还不能建立在分子设计的基础上。
• 因此，根据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 性之间的关系来研究开发生物聚合物新材 料成为重要研究内容。
• 种类：硅橡胶、塑料薄膜人工皮、合成纤维人工 皮、合成多肽类人工皮、水凝胶等。
• 发展进程 • 1981年，一位名叫波克的医学家，想出制 造人造皮肤。
• 目前，许多科学家已从生物高分子材料或 合成高分子材料中制造出了一二十种人造 皮肤。他们把这些材料纺织成带微细孔眼 的皮片，上面还盖着一层层薄薄的、模仿 “表皮”的制品。
生物聚合物材料
• 生物聚合物材料，又称生物医用高分子 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。
• 特性： 特殊的功能高分子聚合物材料； 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； 具有延长病人生命、提高病人生存质量 等作用。
国内外形势
生物聚合物材料的研究至今已有40多 年的历史。1949年，美国首先发表了医用 高分子的展望性论文。据不完全统计，截 至1990年，美国、日本、西欧等发表的有 关医用高分子的学术论文和专利已超过 30000篇。现在的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，仿生人也将比想像中更快地来到世上。
• 优点： 从外观上和方便性方面给近视、远视、 散光等屈光不正患者带来了很大的改善。 视野宽阔、视物逼真。 • • 在控制青少年近视、散光发展，治疗特殊 的眼病等方面也发挥了特殊的功效。
• 未来隐形眼镜会是一种电子式隐形眼镜， 能作为一种覆盖使用者全视野的抬头显示 器，让诸如给汽车驾驶人参考的汽车速度 表等特定信息，只会让佩戴该款隐形眼镜 的人看到。这是近来由位于美国西雅图的 华盛顿大学研究人员，采用整合式LED所创 造的新发明。
• 主要研究方向： • 组织工程材料 • 生物医用纳米材料—药物控释材料及基 因治疗载体材料 • 复合生物材料 • 生物材料表面改性是永久性课题
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。 • 方法: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。
• 血液相容性材料
• 血液相容性是指高分子聚合物与血液接触时，不 引起凝血或血小板粘着凝聚，没有溶血现象。
抗凝血功来自百度文库高分子膜材料的研究 赵长生教授
• 人工皮肤
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利用工程学和细胞生物学的原理和方法，在体外 人工研制的皮肤代用品，用来修复、替代缺损的 皮肤组织。
• 优点：高度近似人类皮肤，在治疗烧伤、烫伤方 面具有减轻患者疼痛，愈后不留瘢痕的特效，并 且对治疗糖尿病足等长期难愈性溃疡具有良好疗 效。同时避免了传统上从人体其它隐蔽的地方挖 取皮肤来填补损伤处的皮肤，所造成二次损伤和 不便。
• 一次性注射或口服的高分子疫苗制剂的开 发,将克服普通疫苗需多次注射方能奏效的 缺点。
• 基因治疗是导入正常基因于特定的细胞(癌 细胞)中,对缺损或致病的基因进行修复,或者 导入能够表达出具有治疗癌症功能的蛋白 质基因,或导入能阻止体内致病基因合成蛋 白质的基因片段来组织致病基因发生作用, 从而达到治疗的目的。
• 人工关节 • 人们为挽救已失去功能的关节而设计的一 种人工器官，其使用年限可达20年以上。 • 人工关节手术已经是一种十分成功和有把 握的手术：可即刻消除关节疼痛、恢复关 节的正常活动功能，使长期受关节病痛折 磨的人们再次获得新生。
• 在各类人工关节置换术中，人工髋关节与人工膝 关节的置换较为普遍。 • “十二五”国家高技术研究发展计划新材料技术 领域“典型人体器官组织替代与修复用关键材料 技术研发”主体项目也由科技部批准立项，有了 国家政策的支持，加上国内企业的不断努力下， 未来的人工关节市场或有新局面。
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二十世纪九十年代以来，医学界已成功 将复合皮用于大面积深度烧伤创面的修复， 节省了伤者自体皮源，提高了就治率。但 是，由于复合皮制作费用十分昂贵，移植 后存活率只有百分之五十左右，因此，在 临床上的广泛使用有待时日。
人 工 皮 肤 生 产 车 间
• 隐形眼镜： • 又称角膜接触镜，是一种戴在眼球角膜上， 用以矫正视力或保护眼睛的镜片。它包括 硬性和软性两种。
小结
• 展望未来,高新技术的注入将极大地增强医用 高分子材料产业的活力。常规医学材料的应用中 所面临的人工关节失效的磨损碎屑问题,心血管器 件的抗凝血问题,材料的降解机制问题,评价材料和 植入体长期安全性、可靠性的可靠方法和模型等 问题有望得到改善。
• 同发达国家相比,我国的医用高分子相关产业的规 模以及研究开发的水平都还有较大的差距。我国 加入WTO后医用材料产业将面临重大挑战和机遇, 所以应在国家的大力支持下,跨部门、跨学科通力 合作,通过走自力更生与技术引进相结合之路,在生 物材料、分子设计、仿生模拟、智能化药物控施 等方面重点投入。医用高分子聚合物材料必将为 造福人类作出更大贡献。
• 机理：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。
• 优点：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。
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能提高药效,简 化给药方式,大大降低药物的毒副作用,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。