第八章 医用高分子材料的稳定与降解
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Base-catalyzed hydrolysis (saponification):
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金属离子氧化降解
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酶解
❖酶
酯酶（Esterase） 蛋白酶（protease;proteinase ） 脂肪酶 （lipase ）
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Fig. 8. SEM micrographs of enzyme hydrolyzed fiber membranes including PLLA–PTME3000-80-m (C) and PLLA–PTME3000-70-m (E) after hydrolysis for 0 h (a), 12 h (b) and 24 h (c).
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Calcified Heart Valve
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பைடு நூலகம்解机理
❖ 化学降解作用
水解作用 氧化降解
❖ 酶解作用
细胞免疫、机械应力或应变等
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Mechanisms of Hydrolysis (One example, for polyesters) Acid-catalyzed hydrolysis:
第八章 医用高分子 材料的稳定与降解
四川大学高分子科学与工程学院1
“人耳”老鼠
❖ 国家“973”计划首席科学家、上 海组织工程与开发中心主任 曹谊 林教授
❖ 方法是将裸鼠的背上割开一个口 子，然后将已经培养好的“耳朵” 植入后缝合。“耳朵”是在此之 前一周开始制备的。先用一种高 分子化学材料——聚羟基乙酸作 成“人耳”的模型支架，然后让 细胞在这个支架上繁殖生长。支 架最后会自己降解消失，“耳朵” 便与老鼠浑然成为一体。
2. 生物材料对生物体的作用
①组织反应 组织囊块、囊块增厚、钙化或肿胀、感染 、组织炎症、坏死
②血液反应 血栓
③免疫反应 体液反应和细胞反应
补体激活
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❖ 引起材料发生变化的主要因素有： ❖ ①生理活动中骨骼、关节、肌肉的机械活动； ❖ ②生物电场、磁场和电解、水解和氧化作用； ❖ ③新陈代谢过程中的生化反应和酶催化反应； ❖ ④细胞粘附与吞噬作用。
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❖ 什么是生物医用材料？ ❖ 生物材料在体内会降解吗？ ❖ 需要生物材料降解吗？ ❖ 什么情况下需要生物材料降解？ ❖ 什么情况下需要生物材料稳定？ ❖ 如何控制生物材料的降解与稳定？
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生物医用材料
生物医用材料是一类用于诊断、治疗或 替换人体组织、器官或增进其功能的新型高 技术材料，是材料科学技术中的一个正在发 展的新领域，不仅技术含量和经济价值高， 而且与患者生命和健康密切相关。近10多年 以来，生物医用材料及制品的市场一直保持 20％左右的增长率。
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生物体对医用高分子材料的作用
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Degradation of a single polypropylene fiber as seen in SEM at 1000x. Note the deep cracks in the surface of the fiber. Grateful acknowledgement is given to Henri Clavé from the Department of Gynecologic Surgery, St. George Clinic, Nice, France for permission to reproduce this SEM
❖ 生物学环境可分为四个级别：
生理环境：受化学和热学条件控制 生物生理环境：生物学条件加上适当的细胞产物（如血清的蛋白、酶） 生物环境：生物生理条件加上适当的有生命的活跃的细胞 细胞周围环境：生物环境的一种特殊情况，即：直接邻近有生命的
活跃细胞周围的条件
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生物材料与生物体间的作用
1. 生物环境对生物材料的影响
生物医用材料可分为医用金属材料、医 用陶瓷材料和医用高分子材料三大类
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生物医用材料的四大类
1. 金属材料 2. 无机非金属材料（陶瓷材料）
3. 有机高分子材料
4.复合材料
2000年各类材料在医用材料中所占比例统计
高分子 天然材料 金属合金 陶 瓷 复合材料
47% 10% 30% 10% 3%
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❖ 希望稳定－－长期植入的材料 ❖ 希望降解－－短期、释放生物活性物质 ❖ 与聚合物本身结构、聚合单体、添加剂、分子量
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Tris–HCl buffered solution that contained of proteinase K
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phosphate buffer solutions (0.1 M, pH 7.4) in the resence of lipase at 37 °C
及其分布、结晶度、表面形态等性质有关 ❖ 与材料在体内所处的环境有关，包括体液、有机
大分子（如蛋白质等）、酶、自由基、细胞等
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8.1 医用高分子材料体内生物学反应
❖ 生物学环境 ❖ 降解机理
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生物学环境
❖ 定义：指处于生物系统中的生物医用材料周围的情况或条件，
包括与其接触的体液、有机大分子、酶、自由基、细胞等多种 因素。
PP盆骨
Degradation of a non-knitted, non-woven mesh removed from a patient seen in SEM at 850x. Note the nearly completely broken fiber in the center and other degraded fibers with deep cracks in the background. Grateful acknowledgement is given to patient S. A. Y. who gave permission to reproduce this SEM
生理环境的作用因素：机械力、生理体液、自由基、酶、细胞等
材料的变化：磨损、降解或交联、发生相变、产生新的生成物
生物老化---生物材料受生理环境的作用而发生的结构和性能的改变
①机械老化---指材料和制件的磨损和变形
②物理化学老化---指溶出物、析出物和吸收物的生成
③化学老化---化学解聚、化学链的断裂和交联等
Base-catalyzed hydrolysis (saponification):
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金属离子氧化降解
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酶解
❖酶
酯酶（Esterase） 蛋白酶（protease;proteinase ） 脂肪酶 （lipase ）
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Fig. 8. SEM micrographs of enzyme hydrolyzed fiber membranes including PLLA–PTME3000-80-m (C) and PLLA–PTME3000-70-m (E) after hydrolysis for 0 h (a), 12 h (b) and 24 h (c).
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Calcified Heart Valve
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பைடு நூலகம்解机理
❖ 化学降解作用
水解作用 氧化降解
❖ 酶解作用
细胞免疫、机械应力或应变等
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Mechanisms of Hydrolysis (One example, for polyesters) Acid-catalyzed hydrolysis:
第八章 医用高分子 材料的稳定与降解
四川大学高分子科学与工程学院1
“人耳”老鼠
❖ 国家“973”计划首席科学家、上 海组织工程与开发中心主任 曹谊 林教授
❖ 方法是将裸鼠的背上割开一个口 子，然后将已经培养好的“耳朵” 植入后缝合。“耳朵”是在此之 前一周开始制备的。先用一种高 分子化学材料——聚羟基乙酸作 成“人耳”的模型支架，然后让 细胞在这个支架上繁殖生长。支 架最后会自己降解消失，“耳朵” 便与老鼠浑然成为一体。
2. 生物材料对生物体的作用
①组织反应 组织囊块、囊块增厚、钙化或肿胀、感染 、组织炎症、坏死
②血液反应 血栓
③免疫反应 体液反应和细胞反应
补体激活
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❖ 引起材料发生变化的主要因素有： ❖ ①生理活动中骨骼、关节、肌肉的机械活动； ❖ ②生物电场、磁场和电解、水解和氧化作用； ❖ ③新陈代谢过程中的生化反应和酶催化反应； ❖ ④细胞粘附与吞噬作用。
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❖ 什么是生物医用材料？ ❖ 生物材料在体内会降解吗？ ❖ 需要生物材料降解吗？ ❖ 什么情况下需要生物材料降解？ ❖ 什么情况下需要生物材料稳定？ ❖ 如何控制生物材料的降解与稳定？
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生物医用材料
生物医用材料是一类用于诊断、治疗或 替换人体组织、器官或增进其功能的新型高 技术材料，是材料科学技术中的一个正在发 展的新领域，不仅技术含量和经济价值高， 而且与患者生命和健康密切相关。近10多年 以来，生物医用材料及制品的市场一直保持 20％左右的增长率。
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生物体对医用高分子材料的作用
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Degradation of a single polypropylene fiber as seen in SEM at 1000x. Note the deep cracks in the surface of the fiber. Grateful acknowledgement is given to Henri Clavé from the Department of Gynecologic Surgery, St. George Clinic, Nice, France for permission to reproduce this SEM
❖ 生物学环境可分为四个级别：
生理环境：受化学和热学条件控制 生物生理环境：生物学条件加上适当的细胞产物（如血清的蛋白、酶） 生物环境：生物生理条件加上适当的有生命的活跃的细胞 细胞周围环境：生物环境的一种特殊情况，即：直接邻近有生命的
活跃细胞周围的条件
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生物材料与生物体间的作用
1. 生物环境对生物材料的影响
生物医用材料可分为医用金属材料、医 用陶瓷材料和医用高分子材料三大类
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生物医用材料的四大类
1. 金属材料 2. 无机非金属材料（陶瓷材料）
3. 有机高分子材料
4.复合材料
2000年各类材料在医用材料中所占比例统计
高分子 天然材料 金属合金 陶 瓷 复合材料
47% 10% 30% 10% 3%
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❖ 希望稳定－－长期植入的材料 ❖ 希望降解－－短期、释放生物活性物质 ❖ 与聚合物本身结构、聚合单体、添加剂、分子量
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Tris–HCl buffered solution that contained of proteinase K
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phosphate buffer solutions (0.1 M, pH 7.4) in the resence of lipase at 37 °C
及其分布、结晶度、表面形态等性质有关 ❖ 与材料在体内所处的环境有关，包括体液、有机
大分子（如蛋白质等）、酶、自由基、细胞等
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8.1 医用高分子材料体内生物学反应
❖ 生物学环境 ❖ 降解机理
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生物学环境
❖ 定义：指处于生物系统中的生物医用材料周围的情况或条件，
包括与其接触的体液、有机大分子、酶、自由基、细胞等多种 因素。
PP盆骨
Degradation of a non-knitted, non-woven mesh removed from a patient seen in SEM at 850x. Note the nearly completely broken fiber in the center and other degraded fibers with deep cracks in the background. Grateful acknowledgement is given to patient S. A. Y. who gave permission to reproduce this SEM
生理环境的作用因素：机械力、生理体液、自由基、酶、细胞等
材料的变化：磨损、降解或交联、发生相变、产生新的生成物
生物老化---生物材料受生理环境的作用而发生的结构和性能的改变
①机械老化---指材料和制件的磨损和变形
②物理化学老化---指溶出物、析出物和吸收物的生成
③化学老化---化学解聚、化学链的断裂和交联等