医用高分子材料的结构与性能

目录

摘要 (1)

1 前言 (2)

2 医用高分子材料的分类 (2)

2.1 来源 (2)

2.2 降解性 (3)

2.3 应用方向 (4)

2.3.1 人工脏器 (4)

2.3.2 人工组织 (4)

2.3.3 护理和医疗用具相关的医用材料 (4)

2.3.4 药用高分子 (5)

3 医用高分子的性质 (5)

3.1 生物功能性 (5)

3.2 生物相容性 (5)

4 医用高分子的表面改性方法 (6)

4.1 物理方法 (6)

4.1.1 表面涂层 (6)

4.1.2 物理共混 (7)

4.2 化学方法——表面接枝法 (7)

4.2.1 表面接枝改性 (7)

4.2.2 等离子体表面改性 (8)

4.2.3 光化学固定法 (8)

4.3 表面仿生化改性 (9)

4.3.1 表面肝素化 (9)

4.3.2 表面磷脂化 (9)

4.3.3 表面内皮化——内皮细胞固定法 (9)

5 总结与展望 (10)

参考文献 (11)

摘要

由于其良好的生物相容性，医用高分子材料是现阶段最为安全的一类医用材料。同时，合成加工的简便，来源的广泛，使得医用高分子材料的功能性越来越多，应用范围也越来越广泛。但由于结构的限制，医用高分子材料在人体中的相容性还未达非常理想地到人们要求。因此，也就产生了以表面改性为主的一系列增进其相容性的改性方法。本文通过对医用高分子材料的定义、分类、性质以及表面改性方法的介绍，体现了医用高分子材料的优越和不足之处，同时也对医用高分子材料的未来进行了展望。

关键词：医用高分子；生物相容性；表面改性

1 前言

医用高分子材料（medical polymer）是一类可对有机体组织进行修复、替代与再生，具有特殊功能作用的高分子材料，是生物医用材料的重要组成之一[1]。医用高分子材料需长期与人体体表、血液、体液接触，有的甚至要求永久性植入体内。因此，这类材料必须具有优良的生物体替代性（力学性能、功能性）和生物相容性[2]。

生物医用高分子材料需要满足的基本条件：在化学上是不活泼的，不会因与体液或血液接触而发生变化；对周围组织不会引起炎症反应；不会产生遗传毒性和致癌；不会产生免疫毒性；长期植入体内也应保持所需的拉伸强度和弹性等物理机械性能，具有良好的血液相容性；能经受必要的灭菌过程而不变形；易于加工成所需要的复杂的形态[3]。

随着近代医学及材料科学的发展，对生物医用高分子材料的需求越来越大。目前全世界应用的有90多个品种，西方国家消耗的医用高分子材料每年以10%-20%的速度增长。以美国为例，每年有数以百万计的人患有各种组织、器官的丧失或功能障碍，需进行800万次手术进行修复，年耗资超过400亿美元，器官衰竭和组织缺损所需治疗费占整个医疗费用的一半[4]。随着人民生活水平的提高和对生命质量的追求，我国对医用高分子材料的需求也会不断增加。

2 医用高分子材料的分类

2.1 来源

按照来源，可将医用高分子材料分为合成医用高分子材料和天然高分子材料。

常见的合成医用高分子材料包括PE（polyethylene，聚乙烯）、PP （polypropylene，聚丙烯）、PC（polycarbonate，聚碳酸酯）、PLA（polylactic acid，聚乳酸）及其衍生物、有机硅橡胶等。其优点是工艺成熟，机械性能相对较好，加工性能较好，能够同时表现多种功能性[5]。

常见的天然医用高分子材料包括壳聚糖、明胶、海藻酸盐类、纤维素等。天

然医用高分子材料来源广泛，而且大多无毒无害，与人体的相容性相对较好，因此天然高分子材料逐渐成为医用高分子材料的首选，对其进行的研究也越来越深入[6]。

2.2 降解性

按照降解性，可将医用高分子材料分为降解性和非降解性高分子材料。

降解性医用高分子大多为生物高分子材料，表1列举了常见的生物医用高分子及其应用。同时也有不少合成的高分子材料，如聚乳酸及其衍生物，聚己内酯等具有可降解性。可降解医用高分子在生物体中能够被降解，降解产物大多为水和二氧化碳，对人体无毒无害，是应用最为广泛的医用高分子材料[7]。

非降解性医用高分子材料则包括聚乙烯、聚丙烯、聚偏氯乙烯、有机硅橡胶等。非降解性医用高分子材料多为合成材料，有着良好的相容性，同时因为是合成高分子，所以可以根据不同的需要得到不同的性能，加工性能相对更好。一般来说，非降解性医用高分子的机械性能也较好，故常用于医疗器械或者组织填充物[8]。

表 1 常见的生物医用高分子及其应用

聚合物特点应用

蛋白质良好的血液相容性静脉注射类药物释放体系

胶原良好的生物相容性，可消化吸

收性对组织的恢复有促进作

用，无异物反应可降解缝线，人造皮肤，伤口敷料，人造腱、血管，硬脑膜代用品，止血剂，眼科治疗装置，取代眼睛玻璃体及药物缓释体系

明胶水溶性生物可降解材料药物的微胶囊化及包衣，人造

皮肤，防止伤口体液流出和感

染

多糖优良的生物相容性和降解性手术缝合线，人工皮肤，核聚

糖作用载体

生物合成聚酯热塑性，良好组织相容性和物

理性能

骨科材料，药物控释体系

2.3 应用方向

根据应用方向的不同，医用高分子可以分为以下四类：

2.3.1 人工脏器

作为软组织材料的一个重要组成部分的人工器官，其应用前景已为人们所看好。随着人工脏器性能的不断完善，其在临床上的应用必将越来越广泛。表2列举了一些可以用于人工脏器的医用高分子材料[9]。

表2 用于人工脏器的部分医用高分子材料

人工脏器医用高分子材料

心脏嵌段聚醚氨酯弹性体、硅橡胶

肾脏醋酸纤维，聚甲基丙烯酸甲酯，聚丙烯腈，

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

肺硅橡胶，聚丙烯中空纤维，聚烷砜

血管聚酯纤维，聚四氟乙烯

鼓膜硅橡胶

腹膜硅酮，聚乙烯，聚酯纤维

2.3.2 人工组织

指用于口腔科、五官科、骨科、创伤外科和整型外科等用材料，主要包括：牙科材料（蛀牙填补用树脂和人工齿冠材料等），眼科材料（人工角膜、人工晶状体和人工眼球等），整形外科材料（人工乳房，人工鼻及鞍鼻整形）等。

2.3.3 护理和医疗用具相关的医用材料

该分类包括一次性高分子用品（注射器、输血输液袋等）、高分子绷带材料（弹性绷带、高分子代用石膏绷带、防滑脱绷带）、医用缝合线、护理用高分子材料，如：吸水性树脂（尿不湿、卫生巾、弹性冰、防褥疮护理材料）等[10]。