醫(yī)用高分子材料2

50年代，有機(jī)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(kuò)大，包括器官替代和整容等許多方面。發(fā)現(xiàn)問題：凝血（血栓）、炎癥反應(yīng)、組織病變。從70年，醫(yī)用高分子材料快速發(fā)展起來。至80年代以來，基本形成了一個嶄新的生物材料產(chǎn)業(yè)。

7.2.1概述3二、醫(yī)用高分子的分類日本醫(yī)用高分子專家將醫(yī)用高分子分成如下的五大類：（1）與生物體組織不直接接觸的材料如藥劑容器、血漿袋、輸血輸液用具、注射器、化驗(yàn)室用品、手術(shù)室用品等。7.2.1概述4（2）與皮膚、粘膜接觸的材料要求：無毒、無刺激，有一定的機(jī)械強(qiáng)度。應(yīng)用：手術(shù)用手套、診療用品（腸、胃、食道窺鏡導(dǎo)管和探頭）、繃帶、橡皮膏等。人體整容修復(fù)材料，例如假肢、假耳、假眼、假鼻等，也都可歸入這一類中。7.2.1概述5（3）與人體組織短期接觸的材料大多用來制造在手術(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。一般要求有較好的生物體適應(yīng)性和抗血栓性。7.2.1概述6（4）長期植入體內(nèi)的材料要求：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(jī)械強(qiáng)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：人造血管、人工瓣膜、人工氣管、人工骨骼、人工關(guān)節(jié)、手術(shù)縫合線、組織粘合劑等。7.2.1概述7三、對醫(yī)用高分子材料的基本要求

（1）化學(xué)惰性，不會因與體液接觸而發(fā)生反應(yīng)；（2）對人體組織不會引起炎癥或異物反應(yīng)；（3）不會致癌；（4）具有良好的血液相容性（抗血栓）；（5）長期植入體內(nèi)不會減小機(jī)械強(qiáng)度；（6）能經(jīng)受必要的清潔消毒措施而不產(chǎn)生變性；（7）易于加工成需要的復(fù)雜形狀。7.2.1概述87.2.1概述

高分子材料在狗體內(nèi)的機(jī)械穩(wěn)定性材料名稱植入天數(shù)機(jī)械強(qiáng)度損失/％尼龍－676174.6107380.7滌綸樹脂78011.4聚丙烯酸酯6701.0聚四氟乙烯6775.397.2.2高分子材料的生物相容性

生物相容性：指植入生物體內(nèi)的材料與肌體之間的適應(yīng)性。組織相容性：指材料與人體組織，如骨骼、牙齒、內(nèi)部器官、肌肉、肌腱、皮膚等的相互適應(yīng)性，血液相容性則：是指材料與血液接觸是不是會引起凝血、溶血等不良反應(yīng)。10一、高分子材料的組織相容性1、高分子材料植入對組織反應(yīng)的影響高分子材料植入人體后，對組織反應(yīng)的影響因素包括：（1）材料本身的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)；（2）材料中可滲出的化學(xué)成分、降解或代謝產(chǎn)物等；（3）植入材料的幾何形狀。7.2.2高分子材料的生物相容性11（1）材料中滲出的化學(xué)成分對生物組織反應(yīng)的影響例如--炎癥反應(yīng)：影響因素：組織反應(yīng)的嚴(yán)重程度與滲出物的毒性、濃度、總量、滲出速率和持續(xù)期限等密切相關(guān)。

聚氨酯和聚氯乙烯，滲出后會引起人體嚴(yán)重的炎癥反應(yīng)。

硅橡膠、聚丙烯、聚四氟乙烯等高分子的毒性滲出物通常較少，植入人體后表現(xiàn)的炎癥反應(yīng)較輕。12（2）材料物理形態(tài)等因素對組織反應(yīng)的影響一般來說，植入體內(nèi)材料的體積越大、表面越平滑，造成的組織反應(yīng)越嚴(yán)重。植入材料與生物組織之間的相對運(yùn)動，也會引發(fā)較嚴(yán)重的組織反應(yīng)。

7.2.2高分子材料的生物相容性137.2.2高分子材料的生物相容性

不同形狀的材料對產(chǎn)生腫瘤的影響*（%）形狀材料薄片大孔薄片海綿狀纖維狀粉末狀玻璃33.318000賽璐珞（硝化纖維）2319000滌綸樹脂（聚酯）188000尼龍427100聚四氟乙烯205000聚苯乙烯2810010聚氨酯3311110聚氯乙稀240200硅橡膠4116000*試驗(yàn)周期為兩年142、高分子材料在體內(nèi)的表面鈣化鈣化現(xiàn)象：高分子材料在植入人體內(nèi)，經(jīng)過一段時間的使用后，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，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。影響因素：生物因素（如物種、年齡、激素水平等）和材料因素（親水性、疏水性、表面缺陷）等。7.2.2高分子材料的生物相容性153、高分子材料的致癌性固體致癌性：許多試驗(yàn)動物研究表明，當(dāng)高分子材料植入鼠體內(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、形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。7.2.2高分子材料的生物相容性16二、高分子材料的血液相容性1、高分子材料的凝血作用（1）血栓的形成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。7.2.2高分子材料的生物相容性17

凝血系統(tǒng)：促使血小板生成和血液凝固的系統(tǒng)；抗凝血系統(tǒng)：由肝素、抗凝血酶以及促使纖維蛋白凝膠降解的溶纖酶等組成的系統(tǒng)。7.2.2高分子材料的生物相容性18（2）影響血小板在材料表面粘附的因素1)血小板的粘附與材料表面能有關(guān)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，血小板難粘附于表面能較低的有機(jī)硅聚合物，而易粘附于尼龍、玻璃等高能表面上。因此，有理由認(rèn)為，低表面能材料具有較好的抗血栓性。7.2.2高分子材料的生物相容性197.2.2高分子材料的生物相容性

材料表面張力與血小板粘附量的關(guān)系材料臨界表面張力/Pa血小板粘附量/％①*②*尼龍－6611.65637聚四氟乙烯2.9305.4聚二甲基硅氧烷2.25.24.5聚氨酯2.01.80.2*①人血浸漬3分鐘；

②狗血循環(huán)1分鐘。202）血小板的粘附與材料表面疏水－親水平衡有關(guān)一個親水-疏水性調(diào)節(jié)得較合適的聚合物，往往有足夠的吸附力吸附蛋白質(zhì)，形成一層隋性層，從而減少血小板在其上層的粘附。例如，甲基丙烯酸－β－羥乙酯與甲基丙烯酸乙酯共聚物比單純的聚甲基丙烯酸－β－羥乙酯對血液的破壞性要?。患谆┧嵋阴ヅc甲基丙烯酸共聚物也比單純的聚甲基丙烯酸對血液的破壞性要小。7.2.2高分子材料的生物相容性213）血小板的粘附與材料表面的電荷性質(zhì)有關(guān)人體中正常血管的內(nèi)壁是帶負(fù)電荷的，而血小板、血球等的表面也是帶負(fù)電荷的。因此，對帶適當(dāng)負(fù)電荷的材料表面，血小板難于粘附，有利于材料的抗血栓性。7.2.2高分子材料的生物相容性224）

血小板的粘附與材料表面的光滑程度有關(guān)由于凝血效應(yīng)與血液的流動狀態(tài)有關(guān)，因此材料表面的平整度將嚴(yán)重影響材料的抗血栓性。據(jù)研究，材料表面若有3μm以上凹凸不平的區(qū)域，就會在該區(qū)域形成血栓。7.2.2高分子材料的生物相容性232、血液相容性高分子材料的制取（1）使材料表面帶上負(fù)電荷的基團(tuán)例如將芝加哥酸引入聚合物表面后，可減少血小板在聚合物表面上的粘附量，抗疑血性提高。7.2.2高分子材料的生物相容性24（2）高分子材料的表面接枝改性將具有抗凝血性的天然和化學(xué)合成的化合物，如肝素、聚氧化乙烯（聚環(huán)氧乙烷，

H-(-O-CH2-CH2-)n-OH，分子量為6000）接枝到高分子材料表面上。通過接枝改性調(diào)節(jié)高分子材料表面分子結(jié)構(gòu)中的親水基團(tuán)與疏水基團(tuán)的比例，使其達(dá)到一個最佳值，也是改善材料血液相容性的有效方法。7.2.2高分子材料的生物相容性25（3）制備具有微相分離結(jié)構(gòu)的材料具有微相分離結(jié)構(gòu)的高分子材料對血液相容性有十分重要的作用，而它們基本上是嵌段共聚物和接枝共聚物。如：聚氨酯嵌段共聚物，即由軟段和硬段組成的多嵌段共聚物，其中軟段一般為聚醚、聚丁二烯、聚二甲基硅氧烷等，形成連續(xù)相；硬段包含脲基和氨基甲酸酯基，形成分散相。7.2.2高分子材料的生物相容性26（4）高分子材料的肝素化肝素是一種硫酸多糖類物質(zhì)（見下式），是最早被認(rèn)識的天然抗凝血產(chǎn)物之一。將肝素通過接枝方法固定在高分子材料表面上以提高其抗凝血性，是使材料的抗凝血性改變的重要途徑。7.2.2高分子材料的生物相容性277.2.3生物吸收性高分子材料一、生物吸收性高分子材料的設(shè)計(jì)原理1、生物降解性和生物吸收性（1）降解：高分子主鏈的斷裂。酶催化降解高分子：能夠通過酶專一性反應(yīng)降解的高分子；非酶催化降解高分子：通過與水或體液接觸發(fā)生水解的高分子。28

（2）吸收生物吸收性高分子應(yīng)當(dāng)是正常代謝物或其衍生物通過可水解鍵連接起來。一般情況下，由C－C鍵形成的聚烯烴材料在體內(nèi)難以降解。只有某些具有特殊結(jié)構(gòu)的高分子材料才能夠被某些酶所降解。7.2.3生物吸收性高分子材料

292、生物吸收性高分子材料的分解吸收速度人體中不同組織不同器官的愈合速度是不同的，例如：表皮愈合一般需要3～10天，膜組織的痊愈要需15～30天，內(nèi)臟器官的恢復(fù)需要1～2個月，硬組織如骨骼的痊愈則需要2～3個月等等。7.2.3生物吸收性高分子材料

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影響吸收速度的因素有：高分子主鏈和側(cè)鏈的化學(xué)結(jié)構(gòu)、分子量、凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)、疏水-親水平衡、結(jié)晶度、表面積、物理形狀等。其中主鏈結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)對降解吸收速度的影響較大。7.2.3生物吸收性高分子材料

31二、生物吸收性天然高分子材料已經(jīng)在臨床醫(yī)學(xué)獲得應(yīng)用的生物吸收性天然高分子材料包括蛋白質(zhì)和多糖兩類生物高分子。特性：在酶的作用下降解，生成的降解產(chǎn)物如氨基酸、糖等化合物，可參與體內(nèi)代謝，并作為營養(yǎng)物質(zhì)被肌體吸收。因此這類材料應(yīng)當(dāng)是最理想的生物吸收性高分子材料。

7.2.3生物吸收性高分子材料

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用于人工臟器的部分高分子材料人工臟器高分子材料心臟嵌段聚醚氨酯彈性體、硅橡膠腎臟醋酸纖維素，聚甲基丙烯酸甲酯，聚丙烯腈，乙烯－乙烯醇共聚物（EVA），聚氨酯，聚丙烯，聚碳酸酯，聚甲基丙烯酸－β－羥乙酯肝臟聚甲基丙烯酸—β—羥乙酯胰臟共聚丙烯酸酯肺硅橡膠，聚丙烯關(guān)節(jié)、骨超高分子量聚乙烯，高密度聚乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，尼龍，聚酯7.2.4高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

一、高分子人工臟器及部件的應(yīng)用現(xiàn)狀33皮膚硝基纖維素，聚酯角膜聚甲基丙烯酸甲酯，聚甲基丙烯酸－β－羥乙酯，硅橡膠玻璃體硅油，聚甲基丙烯酸－β－羥乙酯鼻、耳硅橡膠，聚乙烯血管聚酯纖維，聚四氟乙烯，嵌段聚醚氨酯膽管硅橡膠7.2.4高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用34鼓膜硅橡膠食道聚硅酮（以無機(jī)質(zhì)硅氧烷(Si－O－Si)為主鍵之高