第七章生物醫(yī)用高分子材料第七章生物醫(yī)用高分子材料1概述生物醫(yī)用高分子材料的生物相容性血液凈化高分子材料主要內(nèi)容生物惰性高分子材料生物活性高分子材料藥用高分子材料概述生物醫(yī)用高分子材料的生物相容性血液凈化高分子材料主要內(nèi)容21.概念及發(fā)展簡史7.1概述醫(yī)用高分子材料則是生物醫(yī)用材料中的重要組成部分，主要用于人工器官、外科修復(fù)、理療康復(fù)、診斷檢查、患疾治療等醫(yī)療領(lǐng)域。醫(yī)用材料是生物醫(yī)學(xué)的分支之一，是由生物、醫(yī)學(xué)、化學(xué)和材料等學(xué)科交叉形成的邊緣學(xué)科。1.概念及發(fā)展簡史7.1概述醫(yī)用高分子材料則是生物醫(yī)3公元前3500年，埃及人就用棉花纖維、馬鬃縫合傷口。墨西哥印地安人用木片修補受傷的顱骨。公元前500年的中國和埃及墓葬中發(fā)現(xiàn)假牙、假鼻、假耳。人類很早就用黃金來修復(fù)缺損的牙齒，并沿用至今。

20世紀，高分子科學(xué)迅速發(fā)展，新的合成高分子材料不斷出現(xiàn)，為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域提供了更多的選擇余地。公元前3500年，埃及人就用棉花纖維、馬鬃縫合傷口。墨西哥4

1950年，開始用PMMA作為人的頭蓋骨、關(guān)節(jié)和股骨，利用聚酰胺纖維作為手術(shù)縫合線。

50年代，有機硅聚合物被用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，使人工器官的應(yīng)用范圍大大擴大，包括器官替代和整容等許多方面。

1936年發(fā)明了有機玻璃后，很快就用于制作假牙和補牙，至今仍在使用。

1943年，賽璐珞薄膜開始用于血液透析。

1950年，開始用PMMA作為人的頭蓋骨、關(guān)節(jié)和股骨，利用5

50年代，一大批人工器官在試用于臨床。如人工尿道（1950年）、人工血管（1951年）、人工食道（1951年）、人工心臟瓣膜（1952年）、人工心肺（1953年）、人工關(guān)節(jié)（1954年）、人工肝（1958年）。

60年代，醫(yī)用高分子材料進入嶄新的發(fā)展時期。美國國立心肺研究所發(fā)展了血液相容性高分子材料，以用于與血液接觸的人工器官制造，如人工心臟等。

80年代以來，發(fā)達國家的醫(yī)用高分子材料產(chǎn)業(yè)化速度加快，基本形成了一個嶄新的生物材料產(chǎn)業(yè)50年代，一大批人工器官在試用于臨床。6目前被詳細研究過的生物材料已超過1000種，被廣泛應(yīng)用的有90多種，1800多種制品。1980年銷售額（美元）200億1990年500億1995年1000億年份應(yīng)用較多的有醫(yī)用金屬材料和醫(yī)用高分子材料。醫(yī)用金屬材料：應(yīng)用最早，是臨床應(yīng)用最廣泛的承力植入材料，不銹鋼、鈷、鎳、鋯合金、貴金屬，價格高目前被詳細研究過的生物材料已超過1000種，被廣泛應(yīng)用的有7器械包器械包8人造髖關(guān)節(jié)人造髖關(guān)節(jié)9牙齒校正材料牙齒校正材料10高分子材料的分子結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成和理化性質(zhì)與生物體組織最為接近人工器官中，比較成功的有：人工血管、人工食道、人工尿道、人工心臟瓣膜、人工關(guān)節(jié)、人工骨、整形材料等。已取得重大研究成果，但還需不斷完善的有：人工腎、人工心臟、人工肺、人工胰臟、人工眼球、人造血液等。一些功能較為復(fù)雜的器官正處于大力研究開發(fā)之中：如人工肝臟、人工胃、人工子宮等。高分子材料的分子結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成和理化性質(zhì)與生物體組織最為接11研究內(nèi)容：設(shè)計合成和加工適合不同醫(yī)用目的的高分材料與制品最大限度的克服材料對人體的傷害和副作用關(guān)鍵問題：抗血栓問題（凝血）人工器官，與血液接觸，人體的自然保護反應(yīng)產(chǎn)生排異現(xiàn)象，在材料與肌體接觸的表面產(chǎn)生凝血，即血栓。造成手術(shù)失敗，嚴重的會有生命危險。研究內(nèi)容：122.醫(yī)用高分子材料的分類日本醫(yī)用高分子專家櫻井靖久將醫(yī)用高分子分成五大類：（1）與生物體組織不直接接觸的材料醫(yī)療器械。如藥劑容器、血漿袋、輸血輸液用具、注射器、化驗室用品、手術(shù)室用品等。2.醫(yī)用高分子材料的分類日本醫(yī)用高分子專家櫻井靖久將醫(yī)用13（2）與皮膚、粘膜接觸的材料不與人體內(nèi)部組織、血液、體液接觸，因此要求無毒、無刺激，有一定的機械強度。如手術(shù)用手套、麻醉用品、吸氧管、口罩、導(dǎo)管、診療用品（洗眼用具、耳鏡、壓舌片、灌腸用具、腸、胃、食道窺鏡導(dǎo)管和探頭、腔門鏡、導(dǎo)尿管等）、繃帶、橡皮膏等。人體整容修復(fù)材料如假肢、假耳、假眼、假鼻（2）與皮膚、粘膜接觸的材料14（3）與人體組織短期接觸的材料用來制造在手術(shù)中暫時使用或暫時替代病變器官的人工臟器，如人造血管、人工心臟、人工肺、人工腎臟滲析膜、人造皮膚等。在使用中需與肌體組織或血液接觸，故一般要求有較好的生物體適應(yīng)性和抗血栓性。（3）與人體組織短期接觸的材料15（4）長期植入體內(nèi)的材料用這類材料制造的人工臟器或醫(yī)療器具，一經(jīng)植入人體內(nèi)，將伴隨人的終生，不再取出。因此要求有非常優(yōu)異的生物體適應(yīng)性和抗血栓性，并有較高的機械強度和穩(wěn)定的化學(xué)、物理性質(zhì)。用這類材料制備的人工臟器包括：腦積水癥髓液引流管、人造血管、人工瓣膜、人工氣管、人工尿道、人工骨骼、人工關(guān)節(jié)、手術(shù)縫合線、組織粘合劑等。（4）長期植入體內(nèi)的材料16（5）藥用高分子這類高分子包括大分子化藥物和藥物高分子。前者是指將傳統(tǒng)的小分子藥物大分子化，如聚青霉素；后者則指本身就有藥理功能的高分子，如陰離子聚合物型的干擾素誘發(fā)劑。（5）藥用高分子17按材料來源分類

天然醫(yī)用高分子材料：如膠原、明膠、角質(zhì)蛋白、纖維素、多糖、甲殼素及其衍生物等。

合成醫(yī)用高分子材料：如PU、硅橡膠、聚酯等。

天然生物組織與器官：取自患者自體的組織或其他人的同種異體組織或來自其他動物的異種同類組織按材料來源分類天然醫(yī)用高分子材料：18按材料與活體組織的相互作用關(guān)系分類生物惰性高分子材料：在體內(nèi)不降解、不變性、不會引起長期組織反應(yīng)的高分子材料，適合長期植入體內(nèi)。

生物活性高分子材料：植入生物體內(nèi)能與周圍組織發(fā)生相互作用，促進肌體組織、細胞等生長。

生物吸收高分子材料：在體內(nèi)逐漸降解，其降解產(chǎn)物能被肌體吸收代謝，或通過排泄系統(tǒng)排出體外。按材料與活體組織的相互作用關(guān)系分類生物惰性高分子材料：19按生物醫(yī)學(xué)用途分類硬組織相容性高分子材料軟組織相容性高分子材料血液相容性高分子材料高分子藥物和藥物控釋高分子材料按與肌體組織接觸的關(guān)系分類長期植入材料短期植入（接觸）材料體內(nèi)體外連通使用的材料與體表接觸材料及一次性醫(yī)療用品材料按生物醫(yī)學(xué)用途分類硬組織相容性高分子材料按與肌體組織接觸的203.對醫(yī)用高分子材料的基本要求（1）化學(xué)隋性，不會因與體液接觸而發(fā)生反應(yīng)體液引起聚合物的降解、交聯(lián)和相變化；體內(nèi)的自由基引起材料的氧化降解反應(yīng)；生物酶引起的聚合物分解反應(yīng)；在體液作用下材料中添加劑的溶出；血液、體液中的類脂質(zhì)、類固醇及脂肪等物質(zhì)滲入高分子材料，使材料增塑，強度下降。3.對醫(yī)用高分子材料的基本要求（1）化學(xué)隋性，不會因與體21（2）對人體組織不會引起炎癥或異物反應(yīng)單體，添加劑慢慢從內(nèi)部遷移到表面，對周圍組織發(fā)生作用，引起炎癥或組織畸變，嚴重的可引起全身性反應(yīng)（3）不會致癌現(xiàn)代醫(yī)學(xué)理論認為，人體致癌的原因是由于正常細胞發(fā)生了變異。當這些變異細胞以極其迅速的速度增長并擴散時，就形成了癌。引起細胞變異的因素是多方面的，有化學(xué)因素、物理因素，也有病毒引起的原因。（2）對人體組織不會引起炎癥或異物反應(yīng)（3）不會致癌22（4）具有良好的血液相容性醫(yī)用高分子對血液的相容性是所有性能中最重要的。（5）長期植入體內(nèi)不會減小機械強度聚酰胺易降解，聚四氟乙烯穩(wěn)定性好（6）能經(jīng)受必要的清潔消毒措施而不變性蒸汽滅菌、化學(xué)滅菌、γ射線滅菌（7）易于加工成需要的復(fù)雜形狀（4）具有良好的血液相容性（5）長期植入體內(nèi)不會減小機械強度237.2醫(yī)用高分子的生物相容性生物相容性是指植入生物體內(nèi)的材料與肌體之間的適應(yīng)性。對生物體來說，植入的材料不管其結(jié)構(gòu)、性質(zhì)如何，都是外來異物。出于本能的自我保護，一般都會出現(xiàn)排斥現(xiàn)象。這種排斥反應(yīng)的嚴重程度，決定了材料的生物相容性。7.2醫(yī)用高分子的生物相容性生物相容性是指植入生物體內(nèi)的材24組織相容性血液相容性材料與人體組織，如骨骼、牙齒、內(nèi)部器官、肌肉、肌腱、皮膚等的相互適應(yīng)性材料用于心血管系統(tǒng)，與血液接觸是不是會引起凝血、溶血等不良反應(yīng)組織相容性血液相容性材料與人體組織，如骨骼、牙齒、內(nèi)部器官、251.組織相容性

材料本身的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)（如微相結(jié)構(gòu)、親水性、疏水性、電荷等）

材料中可滲出的化學(xué)成分（如殘留單體、添加劑等），炎癥，PU、PVC中殘余單體有較強的毒性，滲出后會引起嚴重的炎癥反應(yīng)。而硅橡膠、PP、PTFE等毒性滲出物少

降解或代謝產(chǎn)物

植入材料的幾何形狀：材料的體積越大、表面越平滑，造成的組織反應(yīng)越嚴重（1）高分子材料植入對組織反應(yīng)的影響1.組織相容性材料本身的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)（如微相結(jié)構(gòu)、親水性、26（2）高分子材料在體內(nèi)的表面鈣化高分子材料在植入人體內(nèi)后，再經(jīng)過一段時間的試用后，會出現(xiàn)鈣化合物在材料表面沉積的現(xiàn)象，即鈣化現(xiàn)象。鈣化現(xiàn)象往往是導(dǎo)致高分子材料在人體內(nèi)應(yīng)用失效的原因之一（2）高分子材料在體內(nèi)的表面鈣化27目前尚無足夠的證據(jù)說明高分子材料的植入會引起人體內(nèi)的癌癥。但是，許多動物試驗研究表明，當材料植入鼠體內(nèi)時，只要植入的材料是固體材料而且面積大于1cm2，無論材料的種類（高分子、金屬或陶瓷）、形狀（膜、片狀或板狀）以及材料本身是否具有化學(xué)致癌性，均有可能導(dǎo)致癌癥的發(fā)生。這種現(xiàn)象稱為固體致癌性或異物致癌性。（3）高分子材料的致癌性目前尚無足夠的證據(jù)說明高分子材料的植入會引起人體內(nèi)的癌癥。但282.血液相容性通常，當人體的表皮受到損傷時，流出的血液會自動凝固，稱為血栓。血液在受到下列因素影響時，都可能發(fā)生血栓：①血管壁特性與狀態(tài)發(fā)生變化；②血液的性質(zhì)發(fā)生變化；③血液的流動狀態(tài)發(fā)生變化。當材料植入體內(nèi)與血液接觸時，血液的流動狀態(tài)和血管壁狀態(tài)都將發(fā)生變化，凝血系統(tǒng)開始發(fā)揮作用，從而發(fā)生血栓。2.血液相容性通常，當人體的表皮受到損傷時，流出的血液會自29血栓形成機理示意圖血栓形成機理示意圖30材料的抗血栓性與材料的表面結(jié)構(gòu)有關(guān)，具有抗血栓性能的材料，其表面結(jié)構(gòu)有以下特征：

表面帶有負電荷具親水性或疏水性的表面具有微相分離結(jié)構(gòu)的表面光滑程度高的表面生物化的表面材料的抗血栓性與材料的表面結(jié)構(gòu)有關(guān)，具有抗血栓性能的材料，其317.3血液凈化高分子材料血液血漿50-60%細胞40-50%水90%蛋白質(zhì)7-8%有機分子2%無機鹽1%紅細胞白細胞血小板7.3血液凈化高分子材料血液血漿細胞水90%蛋白質(zhì)7-8%32血液凈化療法：通過體外循環(huán)技術(shù)，矯正血液成分質(zhì)量和數(shù)量的異常半透膜吸附劑血液凈化療法：通過體外循環(huán)技術(shù)，矯正血液成分質(zhì)量和數(shù)量的異常33第七章-生物醫(yī)用高分子材料課件34纖維素及其衍生物PANPMMAEVA聚砜纖維素及其衍生物PANPMMAEVA聚砜357.5生物惰性高分子材料需要在體內(nèi)長期存在的材料，希望具有生物惰性生物惰性材料對生物肌體產(chǎn)生惰性材料自身在生物環(huán)境中表現(xiàn)出惰性無刺激性和不良反應(yīng)有足夠的穩(wěn)定性，長期使用不老化，不降解，不干裂，不溶解7.5生物惰性高分子材料需要在體內(nèi)長期存在的材料，希望具有36應(yīng)用領(lǐng)域體內(nèi)植入材料：人工骨骼、人工關(guān)節(jié)、器官修復(fù)材料人工組織、人工器官

有機硅、聚氨酯、聚烯烴、聚氟乙烯、聚砜、聚乙烯醇、聚環(huán)氧乙烷材料應(yīng)用領(lǐng)域體內(nèi)植入材料：人工骨骼、人工關(guān)節(jié)、器官修復(fù)材料有371.醫(yī)用有機硅高分子1964年，美國道康寧公司問世，應(yīng)用最廣泛側(cè)基不同，性能不同，引入季銨結(jié)構(gòu)有抗菌防腐性能，非常適合臨床使用硅油、硅橡膠、硅樹脂有較好的O2和CO2透過性，抗血栓性好1.醫(yī)用有機硅高分子1964年，美國道康寧公司問世，應(yīng)用最38應(yīng)用

人工器官和組織的代用品：腦積水引流裝置、人工瓣膜、心臟起搏器、人工腦膜、人工喉、人工皮膚、人工指關(guān)節(jié)。整容修復(fù)材料：硅橡膠海綿、鼻尖鼻梁、耳朵

短期植入材料：各種插管

藥物控制釋放載體：計劃生育

體外循環(huán)用品：導(dǎo)管安全性受到懷疑應(yīng)用人工器官和組織的代用品：腦積水引流裝置、人工瓣膜、心臟392.聚氨酯品種多樣，性能各異機械性能優(yōu)異具有微相分離結(jié)構(gòu)，良好的組織和血液相容性人工心臟的殼體和搏動膜、人工軟骨、醫(yī)用粘合劑、假肢2.聚氨酯品種多樣，性能各異401982年美國雙心室人工心臟為一位61歲患者進行了移植?；盍?12天。2008年美國14歲少女靠胸腔外人工心臟存活118天1982年美國雙心室人工心臟為一位61歲患者進行了移植。活了413.聚丙烯酸及其衍生物

PMMA：光學(xué)性能好，接觸鏡（隱形眼鏡）和眼內(nèi)鏡（人工玻璃體）；骨水泥粘合劑，修復(fù)骨組織和關(guān)節(jié)置換；牙齒修復(fù)，假牙

聚甲基丙烯酸-β-羥乙酯：親水疏水基團，血液相容性好，透析膜

2-腈基丙烯酸烷基酯：無溶劑常溫固化粘合劑，與人體組織牢固結(jié)合，唯一用于臨床手術(shù)的粘合劑3.聚丙烯酸及其衍生物PMMA：光學(xué)性能好，接觸鏡（隱形424.PTFE

性質(zhì)穩(wěn)定，無臭、無味、無毒，耐酸耐堿耐溶劑，靜摩擦系數(shù)最低，自潤滑

生物惰性，耐受嚴格消毒，使用壽命長；表面能低，血液相容性好血管修復(fù)材料、人工肺氣體交換膜等4.PTFE性質(zhì)穩(wěn)定，無臭、無味、無毒，耐酸耐堿耐溶劑，437.7高分子材料在藥學(xué)中的應(yīng)用廣義藥用高分子材料高分子藥物高分子藥物包裝材料高分子藥物載體靶向藥物高分子導(dǎo)向材料高分子藥用制劑材料7.7高分子材料在藥學(xué)中的應(yīng)用廣義藥用高分子材料高分子藥物441.高分子藥物高分子本身具有藥物療效，可作為藥物直接使用，在治療過程中起主要作用高分子骨架型高分子藥物高分子配合物藥物高分子結(jié)構(gòu)本身起治療作用接入型高分子藥物小分子藥物的高分子化具有配位基團的高分子與特定金屬離子反應(yīng)1.高分子藥物高分子本身具有藥物療效，可作為藥物直接使用，45（1）高分子骨架型高分子藥物葡聚糖類血容量擴充劑，毒副作用小右旋糖酐：多糖類，以蔗糖為原料生產(chǎn)，人造代血漿分子量適中，過大，粘度大，與水不易混合，凝結(jié)紅細胞；太小容易經(jīng)腎臟排泄大量失血后補充血液容量，提高血漿滲透壓（1）高分子骨架型高分子藥物葡聚糖類血容量擴充劑，毒副作用46磺酸右旋糖酐鈉鹽：右旋糖酐經(jīng)氯磺酸和吡啶處理抗凝血作用小分子的葡聚糖（10000）增加血液循環(huán)，提高血壓治療失血性休克右旋糖酐的硫酸酯：抗動脈硬化抗凝血作用磺酸右旋糖酐鈉鹽：右旋糖酐經(jīng)氯磺酸和吡啶處理小分子的葡聚糖47聚離子樹脂型藥物許多已獲得臨床應(yīng)用抗腫瘤藥物：腫瘤細胞表面帶有比正常細胞多的負電荷，聚陽離子樹脂可導(dǎo)致腫瘤細胞表面電荷中和及細胞凝集，起到抑制及滅殺腫瘤細胞的作用。還可活化免疫系統(tǒng)，激活巨噬細胞聚亞乙基胺、聚-L-賴氨酸，聚馬來酸酐、聚丙烯酸聚離子樹脂型藥物許多已獲得臨床應(yīng)用48吸附腸內(nèi)膽酸，降低血膽固醇降血脂藥分子中含季銨基殺菌、抗病毒、抑制癌細胞生長主鏈含季銨陽離子的聚合物有強抗痙攣作用降膽敏吸附腸內(nèi)膽酸，降低血膽固醇降膽敏49其他骨架型高分子藥物聚2-乙烯吡啶氧化物，商品名克矽平治療矽肺病其他骨架型高分子藥物聚2-乙烯吡啶氧化物，商品名克矽平50（2）接入型高分子藥物用化學(xué)方法通過共價鍵將小分子藥物引入大分子骨架吸收排泄較慢，延長藥物作用時間，降解時間大分子很難透過生物膜，可實現(xiàn)局部、定向給藥接入型高分子藥物使用的高分子骨架有特殊要求（2）接入型高分子藥物用化學(xué)方法通過共價鍵將小分子藥物引入51高分子骨架的可代謝性和代謝產(chǎn)物的無毒性：口服：聚合物不吸收，排泄渠道靜脈、肌肉給藥：關(guān)鍵。血液中的非降解大分子無法通過正常排泄器官（腎臟）排出體外不降解，累積對健康不利降解產(chǎn)物不能有毒高分子骨架的可代謝性和代謝產(chǎn)物的無毒性：口服：聚合物不52藥物活性基團與聚合物骨架連接鍵在體內(nèi)條件下分解藥效的發(fā)揮與高分子骨架無直接關(guān)系：連接鍵的分解與否不重要藥效的發(fā)揮僅依靠解力的小分子活性成分：要求活性部分可以從聚合物骨架上分解下來，連接鍵發(fā)可分解性很重要藥物活性基團與聚合物骨架連接鍵在體內(nèi)條件下分解藥效的發(fā)53聚合物骨架的親水性和生物相容性與病變部位作用或通過水解釋放有效成分，要求骨架有親水性親水性的骨架引入非活性、無毒性親水基團生物相容性聚合物骨架的親水性和生物相容性與病變部位作用或通過水解54最顯著的優(yōu)點：藥效延長聚合物型青霉素比小分子藥效延長30-40倍阿司匹林：消炎鎮(zhèn)痛，抗凝血，預(yù)防心血管疾病，刺激胃將其接入PVA上，延長藥效，減少給藥次數(shù)，降低對胃的刺激最顯著的優(yōu)點：藥效延長聚合物型青霉素比小分子藥效延長30-455（3）高分子配合物型藥物很多金屬配合物有很強的生物活性，已經(jīng)作為臨床藥物使用，如順鉑高分子金屬配合物也有藥物活性保持藥物生理活性，降低小分子配合物或金屬離子的毒性生物相容性，可降解性，天然高分子

殼聚糖、蛋白質(zhì)、磷脂含氧大環(huán)配合物，優(yōu)良的抗腫瘤藥物（3）高分子配合物型藥物很多金屬配合物有很強的生物活性，已562.高分子緩釋制劑藥物在體內(nèi)的濃度和作用時間，療效長效藥物、高分子藥物緩釋材料熱門課題藥物緩釋的目標：通過對藥物釋放劑量的有效控制，達到在一個較長時間內(nèi)維持有效藥物濃度，降低藥物毒副作用，減少抗藥性，提高有效利用率的目的。主要途徑：采用高分子緩釋劑2.高分子緩釋制劑藥物在體內(nèi)的濃度和作用時間，療效57形態(tài)：球型、微膠囊型、植入片型、包衣型、水凝膠型、薄膜型

來源：天然高分子、合成高分子緩釋材料

高分子與藥物的結(jié)合形態(tài)：包裹型、混合型、共價鍵連接型控釋機理：擴散控制體系化學(xué)反應(yīng)控制體系溶劑活化體系磁控制體系分類形態(tài)：球型、微膠囊型、植入片型、包衣型、水凝膠型、薄膜型分58材料非生物降解高分子藥物緩釋材料：口服乙烯-乙酸乙烯酯共聚物硅橡膠水溶性高分子：PAM、PAA可生物降解高分子藥物緩釋材料膠原、甲殼素衍生物、淀粉衍生物、明膠熱塑性聚酯、PC、聚酰亞胺材料非生物降解高分子藥物緩釋材料：口服593.高分子靶向制劑多數(shù)情況，藥物在體內(nèi)的分布無區(qū)分性病變部位吸收才能發(fā)揮作用不分部位的藥物吸收浪費、對非病變組織造成不利影響，有毒副作用的藥物

主要途徑：靶向藥物，實現(xiàn)定向給藥，只在病變部位吸收，降低全身性毒副作用

高分子靶向藥物是通過特定的載體對首要部位的特定選擇性實現(xiàn)3.高分子靶向制劑多數(shù)情況，藥物在體內(nèi)的分布無區(qū)分性60分類藥物傳輸目標：器官靶向藥物：組織靶向藥物細胞靶向藥物利用不同器官的代謝差異，造成在某些器官內(nèi)相對富集根據(jù)人體正常組織和病變組織之間的某些差異根據(jù)高分子在體與細胞表面的特異性受體相互作用，在特定細胞內(nèi)富集藥物分類藥物傳輸目標：利用不同器官的代謝差異，造成在某些器官內(nèi)61藥物靶向機理：

被動靶向：主動靶向：物理靶向：因為高分子藥物自身的一些特點被藥物受體機械滯留藥物本身具有自動尋找目標的功能利用腫瘤部位與正常組織在溫度、pH的差異，或利用磁場作用使制劑定向移動。制劑到達腫瘤部位釋放藥物藥物靶向機理：因為高分子藥物自身的一些特點被藥物受體機械滯62第七章生物醫(yī)用高分子材料第七章生物醫(yī)用高分子材料63概述生物醫(yī)用高分子材料的生物相容性血液凈化高分子材料主要內(nèi)容生物惰性高分子材料生物活性高分子材料藥用高分子材料概述生物醫(yī)用高分子材料的生物相容性血液凈化高分子材料主要內(nèi)容641.概念及發(fā)展簡史7.1概述醫(yī)用高分子材料則是生物醫(yī)用材料中的重要組成部分，主要用于人工器官、外科修復(fù)、理療康復(fù)、診斷檢查、患疾治療等醫(yī)療領(lǐng)域。醫(yī)用材料是生物醫(yī)學(xué)的分支之一，是由生物、醫(yī)學(xué)、化學(xué)和材料等學(xué)科交叉形成的邊緣學(xué)科。1.概念及發(fā)展簡史7.1概述醫(yī)用高分子材料則是生物醫(yī)65公元前3500年，埃及人就用棉花纖維、馬鬃縫合傷口。墨西哥印地安人用木片修補受傷的顱骨。公元前500年的中國和埃及墓葬中發(fā)現(xiàn)假牙、假鼻、假耳。人類很早就用黃金來修復(fù)缺損的牙齒，并沿用至今。

20世紀，高分子科學(xué)迅速發(fā)展，新的合成高分子材料不斷出現(xiàn)，為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域提供了更多的選擇余地。公元前3500年，埃及人就用棉花纖維、馬鬃縫合傷口。墨西哥66

1950年，開始用PMMA作為人的頭蓋骨、關(guān)節(jié)和股骨，利用聚酰胺纖維作為手術(shù)縫合線。

50年代，有機硅聚合物被用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，使人工器官的應(yīng)用范圍大大擴大，包括器官替代和整容等許多方面。

1936年發(fā)明了有機玻璃后，很快就用于制作假牙和補牙，至今仍在使用。

1943年，賽璐珞薄膜開始用于血液透析。

1950年，開始用PMMA作為人的頭蓋骨、關(guān)節(jié)和股骨，利用67

50年代，一大批人工器官在試用于臨床。如人工尿道（1950年）、人工血管（1951年）、人工食道（1951年）、人工心臟瓣膜（1952年）、人工心肺（1953年）、人工關(guān)節(jié)（1954年）、人工肝（1958年）。

60年代，醫(yī)用高分子材料進入嶄新的發(fā)展時期。美國國立心肺研究所發(fā)展了血液相容性高分子材料，以用于與血液接觸的人工器官制造，如人工心臟等。

80年代以來，發(fā)達國家的醫(yī)用高分子材料產(chǎn)業(yè)化速度加快，基本形成了一個嶄新的生物材料產(chǎn)業(yè)50年代，一大批人工器官在試用于臨床。68目前被詳細研究過的生物材料已超過1000種，被廣泛應(yīng)用的有90多種，1800多種制品。1980年銷售額（美元）200億1990年500億1995年1000億年份應(yīng)用較多的有醫(yī)用金屬材料和醫(yī)用高分子材料。醫(yī)用金屬材料：應(yīng)用最早，是臨床應(yīng)用最廣泛的承力植入材料，不銹鋼、鈷、鎳、鋯合金、貴金屬，價格高目前被詳細研究過的生物材料已超過1000種，被廣泛應(yīng)用的有69器械包器械包70人造髖關(guān)節(jié)人造髖關(guān)節(jié)71牙齒校正材料牙齒校正材料72高分子材料的分子結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成和理化性質(zhì)與生物體組織最為接近人工器官中，比較成功的有：人工血管、人工食道、人工尿道、人工心臟瓣膜、人工關(guān)節(jié)、人工骨、整形材料等。已取得重大研究成果，但還需不斷完善的有：人工腎、人工心臟、人工肺、人工胰臟、人工眼球、人造血液等。一些功能較為復(fù)雜的器官正處于大力研究開發(fā)之中：如人工肝臟、人工胃、人工子宮等。高分子材料的分子結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成和理化性質(zhì)與生物體組織最為接73研究內(nèi)容：設(shè)計合成和加工適合不同醫(yī)用目的的高分材料與制品最大限度的克服材料對人體的傷害和副作用關(guān)鍵問題：抗血栓問題（凝血）人工器官，與血液接觸，人體的自然保護反應(yīng)產(chǎn)生排異現(xiàn)象，在材料與肌體接觸的表面產(chǎn)生凝血，即血栓。造成手術(shù)失敗，嚴重的會有生命危險。研究內(nèi)容：742.醫(yī)用高分子材料的分類日本醫(yī)用高分子專家櫻井靖久將醫(yī)用高分子分成五大類：（1）與生物體組織不直接接觸的材料醫(yī)療器械。如藥劑容器、血漿袋、輸血輸液用具、注射器、化驗室用品、手術(shù)室用品等。2.醫(yī)用高分子材料的分類日本醫(yī)用高分子專家櫻井靖久將醫(yī)用75（2）與皮膚、粘膜接觸的材料不與人體內(nèi)部組織、血液、體液接觸，因此要求無毒、無刺激，有一定的機械強度。如手術(shù)用手套、麻醉用品、吸氧管、口罩、導(dǎo)管、診療用品（洗眼用具、耳鏡、壓舌片、灌腸用具、腸、胃、食道窺鏡導(dǎo)管和探頭、腔門鏡、導(dǎo)尿管等）、繃帶、橡皮膏等。人體整容修復(fù)材料如假肢、假耳、假眼、假鼻（2）與皮膚、粘膜接觸的材料76（3）與人體組織短期接觸的材料用來制造在手術(shù)中暫時使用或暫時替代病變器官的人工臟器，如人造血管、人工心臟、人工肺、人工腎臟滲析膜、人造皮膚等。在使用中需與肌體組織或血液接觸，故一般要求有較好的生物體適應(yīng)性和抗血栓性。（3）與人體組織短期接觸的材料77（4）長期植入體內(nèi)的材料用這類材料制造的人工臟器或醫(yī)療器具，一經(jīng)植入人體內(nèi)，將伴隨人的終生，不再取出。因此要求有非常優(yōu)異的生物體適應(yīng)性和抗血栓性，并有較高的機械強度和穩(wěn)定的化學(xué)、物理性質(zhì)。用這類材料制備的人工臟器包括：腦積水癥髓液引流管、人造血管、人工瓣膜、人工氣管、人工尿道、人工骨骼、人工關(guān)節(jié)、手術(shù)縫合線、組織粘合劑等。（4）長期植入體內(nèi)的材料78（5）藥用高分子這類高分子包括大分子化藥物和藥物高分子。前者是指將傳統(tǒng)的小分子藥物大分子化，如聚青霉素；后者則指本身就有藥理功能的高分子，如陰離子聚合物型的干擾素誘發(fā)劑。（5）藥用高分子79按材料來源分類

天然醫(yī)用高分子材料：如膠原、明膠、角質(zhì)蛋白、纖維素、多糖、甲殼素及其衍生物等。

合成醫(yī)用高分子材料：如PU、硅橡膠、聚酯等。

天然生物組織與器官：取自患者自體的組織或其他人的同種異體組織或來自其他動物的異種同類組織按材料來源分類天然醫(yī)用高分子材料：80按材料與活體組織的相互作用關(guān)系分類生物惰性高分子材料：在體內(nèi)不降解、不變性、不會引起長期組織反應(yīng)的高分子材料，適合長期植入體內(nèi)。

生物活性高分子材料：植入生物體內(nèi)能與周圍組織發(fā)生相互作用，促進肌體組織、細胞等生長。

生物吸收高分子材料：在體內(nèi)逐漸降解，其降解產(chǎn)物能被肌體吸收代謝，或通過排泄系統(tǒng)排出體外。按材料與活體組織的相互作用關(guān)系分類生物惰性高分子材料：81按生物醫(yī)學(xué)用途分類硬組織相容性高分子材料軟組織相容性高分子材料血液相容性高分子材料高分子藥物和藥物控釋高分子材料按與肌體組織接觸的關(guān)系分類長期植入材料短期植入（接觸）材料體內(nèi)體外連通使用的材料與體表接觸材料及一次性醫(yī)療用品材料按生物醫(yī)學(xué)用途分類硬組織相容性高分子材料按與肌體組織接觸的823.對醫(yī)用高分子材料的基本要求（1）化學(xué)隋性，不會因與體液接觸而發(fā)生反應(yīng)體液引起聚合物的降解、交聯(lián)和相變化；體內(nèi)的自由基引起材料的氧化降解反應(yīng)；生物酶引起的聚合物分解反應(yīng)；在體液作用下材料中添加劑的溶出；血液、體液中的類脂質(zhì)、類固醇及脂肪等物質(zhì)滲入高分子材料，使材料增塑，強度下降。3.對醫(yī)用高分子材料的基本要求（1）化學(xué)隋性，不會因與體83（2）對人體組織不會引起炎癥或異物反應(yīng)單體，添加劑慢慢從內(nèi)部遷移到表面，對周圍組織發(fā)生作用，引起炎癥或組織畸變，嚴重的可引起全身性反應(yīng)（3）不會致癌現(xiàn)代醫(yī)學(xué)理論認為，人體致癌的原因是由于正常細胞發(fā)生了變異。當這些變異細胞以極其迅速的速度增長并擴散時，就形成了癌。引起細胞變異的因素是多方面的，有化學(xué)因素、物理因素，也有病毒引起的原因。（2）對人體組織不會引起炎癥或異物反應(yīng)（3）不會致癌84（4）具有良好的血液相容性醫(yī)用高分子對血液的相容性是所有性能中最重要的。（5）長期植入體內(nèi)不會減小機械強度聚酰胺易降解，聚四氟乙烯穩(wěn)定性好（6）能經(jīng)受必要的清潔消毒措施而不變性蒸汽滅菌、化學(xué)滅菌、γ射線滅菌（7）易于加工成需要的復(fù)雜形狀（4）具有良好的血液相容性（5）長期植入體內(nèi)不會減小機械強度857.2醫(yī)用高分子的生物相容性生物相容性是指植入生物體內(nèi)的材料與肌體之間的適應(yīng)性。對生物體來說，植入的材料不管其結(jié)構(gòu)、性質(zhì)如何，都是外來異物。出于本能的自我保護，一般都會出現(xiàn)排斥現(xiàn)象。這種排斥反應(yīng)的嚴重程度，決定了材料的生物相容性。7.2醫(yī)用高分子的生物相容性生物相容性是指植入生物體內(nèi)的材86組織相容性血液相容性材料與人體組織，如骨骼、牙齒、內(nèi)部器官、肌肉、肌腱、皮膚等的相互適應(yīng)性材料用于心血管系統(tǒng)，與血液接觸是不是會引起凝血、溶血等不良反應(yīng)組織相容性血液相容性材料與人體組織，如骨骼、牙齒、內(nèi)部器官、871.組織相容性

材料本身的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)（如微相結(jié)構(gòu)、親水性、疏水性、電荷等）

材料中可滲出的化學(xué)成分（如殘留單體、添加劑等），炎癥，PU、PVC中殘余單體有較強的毒性，滲出后會引起嚴重的炎癥反應(yīng)。而硅橡膠、PP、PTFE等毒性滲出物少

降解或代謝產(chǎn)物

植入材料的幾何形狀：材料的體積越大、表面越平滑，造成的組織反應(yīng)越嚴重（1）高分子材料植入對組織反應(yīng)的影響1.組織相容性材料本身的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)（如微相結(jié)構(gòu)、親水性、88（2）高分子材料在體內(nèi)的表面鈣化高分子材料在植入人體內(nèi)后，再經(jīng)過一段時間的試用后，會出現(xiàn)鈣化合物在材料表面沉積的現(xiàn)象，即鈣化現(xiàn)象。鈣化現(xiàn)象往往是導(dǎo)致高分子材料在人體內(nèi)應(yīng)用失效的原因之一（2）高分子材料在體內(nèi)的表面鈣化89目前尚無足夠的證據(jù)說明高分子材料的植入會引起人體內(nèi)的癌癥。但是，許多動物試驗研究表明，當材料植入鼠體內(nèi)時，只要植入的材料是固體材料而且面積大于1cm2，無論材料的種類（高分子、金屬或陶瓷）、形狀（膜、片狀或板狀）以及材料本身是否具有化學(xué)致癌性，均有可能導(dǎo)致癌癥的發(fā)生。這種現(xiàn)象稱為固體致癌性或異物致癌性。（3）高分子材料的致癌性目前尚無足夠的證據(jù)說明高分子材料的植入會引起人體內(nèi)的癌癥。但902.血液相容性通常，當人體的表皮受到損傷時，流出的血液會自動凝固，稱為血栓。血液在受到下列因素影響時，都可能發(fā)生血栓：①血管壁特性與狀態(tài)發(fā)生變化；②血液的性質(zhì)發(fā)生變化；③血液的流動狀態(tài)發(fā)生變化。當材料植入體內(nèi)與血液接觸時，血液的流動狀態(tài)和血管壁狀態(tài)都將發(fā)生變化，凝血系統(tǒng)開始發(fā)揮作用，從而發(fā)生血栓。2.血液相容性通常，當人體的表皮受到損傷時，流出的血液會自91血栓形成機理示意圖血栓形成機理示意圖92材料的抗血栓性與材料的表面結(jié)構(gòu)有關(guān)，具有抗血栓性能的材料，其表面結(jié)構(gòu)有以下特征：

表面帶有負電荷具親水性或疏水性的表面具有微相分離結(jié)構(gòu)的表面光滑程度高的表面生物化的表面材料的抗血栓性與材料的表面結(jié)構(gòu)有關(guān)，具有抗血栓性能的材料，其937.3血液凈化高分子材料血液血漿50-60%細胞40-50%水90%蛋白質(zhì)7-8%有機分子2%無機鹽1%紅細胞白細胞血小板7.3血液凈化高分子材料血液血漿細胞水90%蛋白質(zhì)7-8%94血液凈化療法：通過體外循環(huán)技術(shù)，矯正血液成分質(zhì)量和數(shù)量的異常半透膜吸附劑血液凈化療法：通過體外循環(huán)技術(shù)，矯正血液成分質(zhì)量和數(shù)量的異常95第七章-生物醫(yī)用高分子材料課件96纖維素及其衍生物PANPMMAEVA聚砜纖維素及其衍生物PANPMMAEVA聚砜977.5生物惰性高分子材料需要在體內(nèi)長期存在的材料，希望具有生物惰性生物惰性材料對生物肌體產(chǎn)生惰性材料自身在生物環(huán)境中表現(xiàn)出惰性無刺激性和不良反應(yīng)有足夠的穩(wěn)定性，長期使用不老化，不降解，不干裂，不溶解7.5生物惰性高分子材料需要在體內(nèi)長期存在的材料，希望具有98應(yīng)用領(lǐng)域體內(nèi)植入材料：人工骨骼、人工關(guān)節(jié)、器官修復(fù)材料人工組織、人工器官

有機硅、聚氨酯、聚烯烴、聚氟乙烯、聚砜、聚乙烯醇、聚環(huán)氧乙烷材料應(yīng)用領(lǐng)域體內(nèi)植入材料：人工骨骼、人工關(guān)節(jié)、器官修復(fù)材料有991.醫(yī)用有機硅高分子1964年，美國道康寧公司問世，應(yīng)用最廣泛側(cè)基不同，性能不同，引入季銨結(jié)構(gòu)有抗菌防腐性能，非常適合臨床使用硅油、硅橡膠、硅樹脂有較好的O2和CO2透過性，抗血栓性好1.醫(yī)用有機硅高分子1964年，美國道康寧公司問世，應(yīng)用最100應(yīng)用

人工器官和組織的代用品：腦積水引流裝置、人工瓣膜、心臟起搏器、人工腦膜、人工喉、人工皮膚、人工指關(guān)節(jié)。整容修復(fù)材料：硅橡膠海綿、鼻尖鼻梁、耳朵

短期植入材料：各種插管

藥物控制釋放載體：計劃生育

體外循環(huán)用品：導(dǎo)管安全性受到懷疑應(yīng)用人工器官和組織的代用品：腦積水引流裝置、人工瓣膜、心臟1012.聚氨酯品種多樣，性能各異機械性能優(yōu)異具有微相分離結(jié)構(gòu)，良好的組織和血液相容性人工心臟的殼體和搏動膜、人工軟骨、醫(yī)用粘合劑、假肢2.聚氨酯品種多樣，性能各異1021982年美國雙心室人工心臟為一位61歲患者進行了移植?；盍?12天。2008年美國14歲少女靠胸腔外人工心臟存活118天1982年美國雙心室人工心臟為一位61歲患者進行了移植?；盍?033.聚丙烯酸及其衍生物

PMMA：光學(xué)性能好，接觸鏡（隱形眼鏡）和眼內(nèi)鏡（人工玻璃體）；骨水泥粘合劑，修復(fù)骨組織和關(guān)節(jié)置換；牙齒修復(fù)，假牙

聚甲基丙烯酸-β-羥乙酯：親水疏水基團，血液相容性好，透析膜

2-腈基丙烯酸烷基酯：無溶劑常溫固化粘合劑，與人體組織牢固結(jié)合，唯一用于臨床手術(shù)的粘合劑3.聚丙烯酸及其衍生物PMMA：光學(xué)性能好，接觸鏡（隱形1044.PTFE

性質(zhì)穩(wěn)定，無臭、無味、無毒，耐酸耐堿耐溶劑，靜摩擦系數(shù)最低，自潤滑

生物惰性，耐受嚴格消毒，使用壽命長；表面能低，血液相容性好血管修復(fù)材料、人工肺氣體交換膜等4.PTFE性質(zhì)穩(wěn)定，無臭、無味、無毒，耐酸耐堿耐溶劑，1057.7高分子材料在藥學(xué)中的應(yīng)用廣義藥用高分子材料高分子藥物高分子藥物包裝材料高分子藥物載體靶向藥物高分子導(dǎo)向材料高分子藥用制劑材料7.7高分子材料在藥學(xué)中的應(yīng)用廣義藥用高分子材料高分子藥物1061.高分子藥物高分子本身具有藥物療效，可作為藥物直接使用，在治療過程中起主要作用高分子骨架型高分子藥物高分子配合物藥物高分子結(jié)構(gòu)本身起治療作用接入型高分子藥物小分子藥物的高分子化具有配位基團的高分子與特定金屬離子反應(yīng)1.高分子藥物高分子本身具有藥物療效，可作為藥物直接使用，107（1）高分子骨架型高分子藥物葡聚糖類血容量擴充劑，毒副作用小右旋糖酐：多糖類，以蔗糖為原料生產(chǎn)，人造代血漿分子量適中，過大，粘度大，與水不易混合，凝結(jié)紅細胞；太小容易經(jīng)腎臟排泄大量失血后補充血液容量，提高血漿滲透壓（1）高分子骨架型高分子藥物葡聚糖類血容量擴充劑，毒副作用108磺酸右旋糖酐鈉鹽：右旋糖酐經(jīng)氯磺酸和吡啶處理抗凝血作用小分子的葡聚糖（10000）增加血液循環(huán)，提高血壓治療失血性休克右旋糖酐的硫酸酯：抗動脈硬化抗凝血作用磺酸右旋糖酐鈉鹽：右旋糖酐經(jīng)氯磺酸和吡啶處理小分子的葡聚糖109聚離子樹脂型藥物許多已獲得臨床應(yīng)用抗腫瘤藥物：腫瘤細胞表面帶有比正常細胞多的負電荷，聚陽離子樹脂可導(dǎo)致腫瘤細胞表面電荷中和及細胞凝集，起到抑制及滅殺腫瘤細胞的作用。還可活化免疫系統(tǒng)，激活巨噬細胞聚亞乙基胺、聚-L-賴氨酸，聚馬來酸酐、聚丙烯酸聚離子樹脂型藥物許多已獲得臨床應(yīng)用110吸附腸內(nèi)膽酸，降低血膽固醇降血脂藥分子中含季銨基殺菌、抗病毒、抑制癌細胞生長主鏈含季銨陽離子的聚合物有強抗痙攣作用降膽敏吸附腸內(nèi)膽酸，降低血膽固醇降膽敏111其他骨架型高分子藥物聚2-乙烯吡啶氧化物，商品名克矽平治療矽肺病其他骨架型高分子藥物聚2-乙烯吡啶氧化物，商品名克矽平112（2）接入型高分子藥物用化學(xué)方法通過共價鍵將小分子藥物引入大分子骨架吸收排泄較慢，延長藥物作用時間，降解時間大分子很難透過生物膜，可實現(xiàn)局部、定向給藥接入型高分子藥物使用的高分