大学材料科学与工程经典课件第九章——生物医用高分子材料

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。
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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
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材料
• 775万肢残患者和每年新增的300万骨损伤患者 • 2000万心血管病患者
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材料
2. 生物医用材料市 场发展概况
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材料
全球生物医用材料市场
单 位: 亿 美 元
3500 3000 2500 2000 1500 1000
500 0
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世 界 医 疗 器 械市 场 生物 材料和 制 品
12%
2300
20%
1650
3275
2000
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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
• 人造器官或组织
• 人造皮肤，血管，骨，关节，肠道，心脏，肾等
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Байду номын сангаас材料
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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 • 临床应用
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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
--------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 • ……
--------需要大量骨修复材料
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材料
3. History of polymeric biomaterials
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
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
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材料
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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。
• （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。
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材料
聚四氟乙烯
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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
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材料
组织工程人工骨缺损修复示意图
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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 Drug controlled rele域ase，使人工器官的Ti应ss用ue 范en围gin大eer大in扩g 大，包
括器官替
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代和整Ge容ne 等the许ra多py 方面。 材料
第九章 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。
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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。
• （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
组织，经处理改性而获得的无活性的生物材料。
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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。
材料
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材料
三、生物医用高分子材料
• 分类 • 用途 • 制备
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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）