医用高分子材料

医用高分子材料——聚氨酯的简介及医学应用综述学校：河南城建学院专业：高分子材料与工程前言聚氨酯(PU)是在高分子结构主链上含有许多氨基甲酸酯基团(～NHCOO一)的聚合物，国际上称为polyurethane，我国某些资料译为聚氨基甲酸酯、聚脲烷等。

目前，我国将此类聚合物通称为聚氨酯，其系列产品统称为聚氨酯树脂，是合成材料中的重要品种。

自20世纪50年代聚氨酯首次应用于生物医学领域以来，已有60多的历史。

1958年聚氨酯首次用于骨折修复材料，而后又成功地应用于血管外科手术缝合用补充涂层。

20世纪7O医用聚氨酯具有良好的生物相容性、优异的力学性能、易成型加工和性能可控等优点，使其在医学上的用途日益广泛。

20世纪80年代，用聚氨酯弹性体制造的人工心脏在移植手术上获得成功，使聚氨酯材料在生物医学上的应用得到进一步的发展。

近年来，随着科技的进步和研究水平的提高，新的医用聚氨酯材料不断涌现，性能也不断完善。

医用聚氨酯主要用于人工心脏及心脏辅助装置、人造血管、矫形绷带、粘合剂、人工皮肤、药物载体等。

近年来研究非常活跃，新品种不断涌现。

1医用聚氨酯的发展历史1937年德国Otto Bayer教授首先发现多异氰酸酯与多元醇化合物进行加聚反应可制得聚氨酯，并以此为基础进入工业化应用，英美等国1945～1947年从德国获得聚氨酯树脂的制造技术于1950年相继开始工业化。

20世纪50年代末我国聚氨酯工业开始起步，近十几年发展较快。

它已跃居合成材料第六位。

聚氨酯树脂是一种新型的具有独特性能和多方面用途的高聚物，已有70多年的发展历史。

它以二异氰酸酯和多元醇为基本原料加聚而成，选择不同数目的官能基团和不同类型的官能基，采用不同的合成工艺，能制备出性能各异、表现形式各种各样的聚氨酯产品。

有从十分柔软到极其坚硬的泡沫塑料，有耐磨性能优异的弹性橡胶，有高光泽性的油漆、涂料，也有高回弹性的合成纤维、抗挠曲性能优良的合成皮革、粘结性能优良的胶粘剂以及防水涂料和灌浆材料等，逐渐形成了一个品种多样、性能优异的新型合成材料系列。

近来年，20世纪50年代聚氨酯首次应用于生物医学，1958年聚氨酯首次用于骨折修复材料，而后又成功的应用于手术缝合，80年代,用聚氨酯弹性体制造人工心脏移植手术获得成功。

到目前为止，我国的聚氨酯工业从科研到生产已基本形成体系，初具规模。

2聚氨酯的合成简介聚氨酯全称为聚氨基甲酸酯,是主链上含有重复氨基甲酸酯基团的大分子化合物的统称。

它是由有机二异氰酸酯或多异氰酸酯与二羟基或多羟基化合物加聚而成。

聚氨酯的制备来源：由二元或多元异氰酸酯与二元或多元羟基化合物、二元胺等作用而成的高分子化合物。

聚氨基甲酸酯，是分子结构中含有—NHCOO—单元的高分子化合物，该单元由异氰酸基和羟基反应而成，反应式如下：-N=C=O+HO-→-NH-COO-3聚氨酯的医学性质聚氨酯是由软链段和硬交替镶嵌组成的、含有链段许多-NHCOO-基团的极性高聚物,通过选择适当的软、硬链段结构及其比例,就可合成出既具有良好的物理机械性能,又具有血液相容性和生物相容性的医用高分子材料。

聚氨酯之所以能广泛应用于生物医学领域,与它所具备的优异性能是分不开的。

其主要性能如下:1.优良的抗凝血性能；2.毒性试验结果符合医用要求；3.临床应用中生物相容性好,无致畸变作用,无过敏反应,从而成为许多天然胶乳医用制品的换代材料；4.具有优良的韧性和弹性,加工性能好,加工方式多样,是制作各类医用弹性体制品的首选材料；5.具有优异的耐磨性能、软触感、耐湿气性、耐多种化学药品性能；6.能采用通常的方法灭菌,暴露在X射线下性能不变。

4聚氨酯的医学分类用途分类：聚氨酯产品包括人工心脏瓣膜及心脏辅助装置、人工肺、骨粘合剂、人工皮肤、烧伤敷料、心脏起搏器、手术缝合线、矫形绷带、各种夹板、人工血管、器官、齿科材料、计划用品等等。

材料分类：医用聚氨酯产品可以分为医用聚氨酯生物弹性体、医用聚氨酯泡沫、医用聚氨酯粘合剂、医用聚氨酯涂料以及医用聚氨酯水凝胶等等。

5聚氨酯的医学应用5.1人工心脏及心脏辅助装置人工心脏及其辅助装置可应用于心肌梗塞、外伤、心脏手术后发生低心排而不能脱离体外循环的患者及心脏移植前,暂时代替自然心脏的功能,作为心脏移植的桥梁过渡，已大量应用在临床中。

临床实践证明，聚氨酯弹性体在血液相容性、生物相容性、耐久性等方面均优于天然橡胶、硅橡胶、异烯烃橡胶，成为国内外研制人工心脏及其辅助装置的首选材料。

以前制备人工心脏大多采用PTMG 为软段与MDI反应生成预聚物，然后以小分子二醇或二胺为扩链剂来合成的。

鉴于芳香族聚氨酯降解产物可能会产生对人体有害的芳胺，目前主要使用脂肪族异氰酸酯聚醚型聚氨酯。

为进一步提高聚氨酯材料表面的抗凝血性能，国内外对聚氨酯改性做了大量的研究，一般是在分子链上接枝硅和维生素以及在聚氨酯表面加附各种细胞黏附因子，如胶原、纤维粘连蛋白和白蛋白，使聚氨酯表面更加生物化，进一步提高了它的生物相容性。

5.2人造血管聚氨酯是一种弹性良好的高分子材料，聚氨酯血管具有良好的血液相容性和与天然血管相匹配的顺应性，可大大减少新内膜增生，合理的孔径和孔隙率的设计能增强内皮细胞在支架上的粘附、长入和铺展，加速内皮细胞化过程。

潘仕荣等通过选择材料和优化制备条件，采用生物性能稳定的聚氨酯制备小径人工血管。

提高顺应性和抗凝血性，达到自然内皮细胞化和提高畅通率的目的。

5.3聚氨酯医用绷带医用聚氨酯绷带是一种对人体无毒性的合成高分子材料制成,绷带基材是合成纤维织物,表面涂有聚氨酯树脂,既可避免潮湿而引起的并发症,它又具有石膏绷带的特点,但较石膏绷带更为坚固,其强度为石膏绷带的20倍,所以非支撑部位只需3～4层,支撑部位5～6层即可。

并且材料结构稳定、成型条件不苛刻,使用范围、操作方法与石膏绷带相似,固化定型后的绷带不怕水即在水中长期浸泡,强度仍保持不变,以利于功能恢复;使用医用聚氨酯绷带固定后,可直接透视或摄片,不增加摄片条件,摄片图象清晰可见。

因此医用聚氨酯绷带是一种很好的外固定材料,值得各级医疗机构进一步推广应用。

5.4聚氨酯人造假肢采用聚醚型聚氨酯-脲弹性体共聚物或聚醚型聚氨酯制造的人体假肢,和人体组织有很好的相容性。

如聚酯-MDI发泡所制得的聚氨酯海绵弹性体可制作假肢；水发泡聚氨酯弹性体可制作假肢护套,其耐磨性能超过乳胶护套；微孔弹性体可制作上肢肢体5.5聚氨酯人造皮肤弹性较好的聚氨酯泡沫可制作人造皮。

其优点是透气性好,能促使表皮加速生长,可防止伤口水分和无机盐的流失,以及阻止外界细菌介入,防止感染。

5.6聚氨酯隐形眼镜作为接触眼镜使用的材料,除了要求具备高含水量和高透明度及良好的机械性能之外,还必须具有良好的氧渗透性,否则易导致角膜炎.由于聚氨酯水凝胶与其他类型水凝胶相比具有良好的生物相容性、血液相容性及机械性能。

6医用聚氨酯表面改性及发展前景尽管聚氨酯有一定的血液相容性和生物相容性，但仍不能满足实际操作的要求，在医疗制品中，尤其是与血液接触时，不可避免产生不同程度的凝血，细菌感染或机械损伤等。

因此对聚氨酯表面改性（1）抗凝血表面改性（2）抗菌表面改性（3）亲水性表面改性。

发展前景：（1）形状记忆功能聚氨酯材料的研究开发：具有形状记忆功能的聚氨酯可用于制作各种矫形、保形用品，如牙科矫形器、骨科矫形器、绷带、乳罩、腹带等，可以先做成所希望的形状，然后二次成型为易于使用的形状，使用时再加热使其恢复原形，从而达到预期的效果。

（2）应用于组织工程领域的研究：目前，聚氨酯正向生物工程、细胞工程、免疫工程等方面迅速发展。

如：离子型聚氨酯、表面多孔聚氨酯、生物特异性识别聚氨酯。

由于临床治疗的需要，应用于输血、烧伤、心血管等方面的组织工程技术得以优先发展。

（3）进一步提高医用聚氨酯的生物相容性：血液相容性优异、力学性能与人体组织一致、耐长期使用的医用聚氨酯的开发，仍是今后主要的研究课题。

目前研究人员已发现在聚氨酯表面进行肝素化等处理，可提高其血液相容性和组织相容性。

（4）抗茵性聚氨酯材料的研究开发：随着生物材料的应用日益增多，相关感染发生逐年上升。

据调查，心脏外科生物材料植入术合并感染发生率为33．3％。

目前人们通过2种方式进行抗菌聚氨酯材料的研究：一是通过对材料表面改性，阻止细菌粘附在材料表面；二是开发带有抗菌基团的聚氨酯材料，依靠静电作用使菌体被吸附到带正电荷的材料表面，通过干扰细菌细胞膜的组成取得杀菌效果。

结语医用聚氨酯材料今后主要的研究方向将涉及到血液相容性优异，力学性能与人体组织一致及可长期使用等方面。

因此需要对聚氨酯弹性体微观相结构进行控制并对其进行共混改性，以提高生物相容性；在提高其血液相容性的同时，在生物体和材料之间物理、机械特性的相适合性也极其重要。

医用聚氨酯的应用价值虽已肯定，但由于价格等原因，在医用合成材料中聚氨酯材料只占部分份额，因此,国内应该加强该方面的研究和推广应用,使医用聚氨酯的应用前景更加阔。

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聚氨酯水凝胶在生物医学中的应用。

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