医用高分子材料.ppt

1 医用高分子材料简介医用高分子材料简介 2 目录目录 今天主要讲的内容：1）简述医用材料的历史 2）高分子材料可作为医用材料的原因 3）医用高分子材料的七项性能要求。4）医用高分子材料的分类。5）医用高分子材料的发展方向 6）应用：a、人工组织和人工器官 b、医用缝合线 c、医用粘合剂 d、人工晶体 e、烤瓷牙材料 3 医用材料的发展史医用材料的发展史 公元前公元前3500年年，埃及人就用，埃及人就用棉花纤维棉花纤维、马鬃马鬃缝合伤口。缝合伤口。墨西哥印地安人用墨西哥印地安人用木片木片修补受伤的颅骨。修补受伤的颅骨。公元前公元前500年的中国和埃及墓葬中发现假牙、假鼻、假年的中国和埃及墓葬中发现假牙、假鼻、假耳。耳。1936年发明了年发明了有机玻璃有机玻璃后，很快就用于制作假牙和后，很快就用于制作假牙和补牙，至今仍在使用。补牙，至今仍在使用。1943年，年，赛璐珞薄膜赛璐珞薄膜开始用于血液透析。开始用于血液透析。1949年，美国首先发表了医用高分子的展望性论文，年，美国首先发表了医用高分子的展望性论文，第一次介绍了利用第一次介绍了利用PMMA作为人的头盖骨、关节和股作为人的头盖骨、关节和股骨，利用骨，利用聚酰胺纤维作为手术缝合线聚酰胺纤维作为手术缝合线的临床应用、的临床应用、4 50年代，有机硅聚合物年代，有机硅聚合物被用于医学领域被用于医学领域，使，使人工人工器官器官的应用范围大大扩大，包括器官替代和整容等的应用范围大大扩大，包括器官替代和整容等许多方面。此后，一大批人工器官在许多方面。此后，一大批人工器官在50年代试用于年代试用于临床。临床。人工血管（人工血管（1951年）、人工食道（年）、人工食道（1951年）、人工心脏瓣膜（年）、人工心脏瓣膜（1952年）、人工心肺年）、人工心肺（1953年）、人工关节（年）、人工关节（1954年）、人工（年）、人工（1958年）年）等。等。从从70年代始年代始，高分子科学家和医学家积极开展合作研，高分子科学家和医学家积极开展合作研究，使究，使医用高分子材料快速发展医用高分子材料快速发展起来。起来。至至80年代以来年代以来，发达国家的医用高分子材料产业化，发达国家的医用高分子材料产业化速度加快，基本形成了一个崭新的速度加快，基本形成了一个崭新的生物材料产业。生物材料产业。5 目前用高分子材料制成的人工器官中，比目前用高分子材料制成的人工器官中，比较成功的有较成功的有人工血管、人工食道、人工尿道、人工血管、人工食道、人工尿道、人工心脏瓣膜、人工关节、人工骨、整形材人工心脏瓣膜、人工关节、人工骨、整形材料料等。等。巳取得重大研究成果，但还需不断完善的有巳取得重大研究成果，但还需不断完善的有人工肾、人工心脏、人工肺、人工胰脏、人人工肾、人工心脏、人工肺、人工胰脏、人工眼球、人造血液工眼球、人造血液等。等。另有一些功能较为复杂的器官，如另有一些功能较为复杂的器官，如人工肝脏、人工肝脏、人工胃、人工子宫等。则正处于大力研究开人工胃、人工子宫等。则正处于大力研究开发之中。发之中。6 高分子材料作为医用材料的原因：高分子材料作为医用材料的原因：高分子化合物在生物界的普遍存在，决定了高分子化合物在生物界的普遍存在，决定了它们在医学领域中的特殊地位。在各种材料它们在医学领域中的特殊地位。在各种材料中，高分子材料的中，高分子材料的分子结构、化学组成和理分子结构、化学组成和理化性质化性质与生物体组织与生物体组织最为接近最为接近，因此最有可，因此最有可能用作医用材料。能用作医用材料。7 医用高分子材料需要满足的医用高分子材料需要满足的 七项性能七项性能 化学惰性，不会与体液沾染而发生变化 对人体组织不会引起炎症或异物反应。不会致癌。具有良好的血液相容性。长期植入体内不会减小机械强度。能经受必要的清洁消毒措施而 不产生变性 易于加工成需要的复杂形状。8 医用高分子材料的分类医用高分子材料的分类 1）按照生物医学用途分类）按照生物医学用途分类 硬组织相容性高分子材料硬组织相容性高分子材料 软组织相容性高分子材料软组织相容性高分子材料 血液相容性高分子材料血液相容性高分子材料 高分子药物高分子药物 9 2）按照性能分类）按照性能分类 生物可降解型高分子材料生物可降解型高分子材料 生物非降解型高分子材料生物非降解型高分子材料 3）按照使用性能分类）按照使用性能分类 植入性高分子材料植入性高分子材料 非植入性高分子材料非植入性高分子材料 10 目前在实际应用中，更实用的是仅将医用高分子目前在实际应用中，更实用的是仅将医用高分子分为两大类，分为两大类，一类是直接用于治疗人体某一病变组一类是直接用于治疗人体某一病变组织、替代人体某一部位或某一脏器、修补人体某一织、替代人体某一部位或某一脏器、修补人体某一缺陷的材料缺陷的材料。如用作人工管道（血管、食道、肠道、。如用作人工管道（血管、食道、肠道、尿道等）、人造玻璃体（眼球）、人工脏器（心脏、尿道等）、人造玻璃体（眼球）、人工脏器（心脏、肾脏、肺、胰脏等）、人造皮肤、人造血管，手术肾脏、肺、胰脏等）、人造皮肤、人造血管，手术缝合用线、组织粘合剂、整容材料（假耳、假眼、缝合用线、组织粘合剂、整容材料（假耳、假眼、假鼻、假肢等）的材料。假鼻、假肢等）的材料。另一类则是用来制造医疗另一类则是用来制造医疗器械、用品的材料，器械、用品的材料，如注射器、手术钳、血浆袋等。如注射器、手术钳、血浆袋等。这类材料用来为医疗事业服务，但本身并不具备治这类材料用来为医疗事业服务，但本身并不具备治疗疾病、替代人体器官的功能，因此不属功能高分疗疾病、替代人体器官的功能，因此不属功能高分子的范畴。子的范畴。11 医用高分子的发展巳有医用高分子的发展巳有50多年的历史，其多年的历史，其应用领域巳渗透到整个医学领域，取得的成应用领域巳渗透到整个医学领域，取得的成果是十分显赫的。但距离随心所欲地使用高果是十分显赫的。但距离随心所欲地使用高分子材料及其人工脏器来植换人体的病变脏分子材料及其人工脏器来植换人体的病变脏器尚很远很远，因此尚需作深入的研究探索。器尚很远很远，因此尚需作深入的研究探索。就目前来说，医用高分子将在以下就目前来说，医用高分子将在以下4个方面个方面进行深入的研究。进行深入的研究。5.医用高分子的发展方向医用高分子的发展方向 12（1）人工脏器的生物功能化、小型化、体植）人工脏器的生物功能化、小型化、体植化化 目前使用的人工脏器，大多数只有目前使用的人工脏器，大多数只有“效应效应器器”的功能，即人工脏器必须与有功能缺陷的功能，即人工脏器必须与有功能缺陷的生物体共同协作，才能保持体内平衡。研的生物体共同协作，才能保持体内平衡。研究的方向是究的方向是使人工脏器永久性地植入体内，使人工脏器永久性地植入体内，完全取代病变的脏器完全取代病变的脏器。这就要求高分子材料。这就要求高分子材料本身具有生物功能。本身具有生物功能。13（2）高抗血栓性材料的研制）高抗血栓性材料的研制 至今为止，尚无一种医用高分子材料具有完至今为止，尚无一种医用高分子材料具有完全抗血栓的性能。许多人工脏器的植换手术全抗血栓的性能。许多人工脏器的植换手术就是因为无法解决凝血问题而归于失败。因就是因为无法解决凝血问题而归于失败。因 此，尽快解决医用高分子材料的抗血栓性问此，尽快解决医用高分子材料的抗血栓性问题，巳成为医用高分子材料发展的一个关键题，巳成为医用高分子材料发展的一个关键性问题，受到各国科学家的重视。性问题，受到各国科学家的重视。14（3）发展新型医用高分子材料）发展新型医用高分子材料 至今为止，医用高分子所涉及到的材料大部分限至今为止，医用高分子所涉及到的材料大部分限于已工业化的高分子材料，这显然不能适应和满足于已工业化的高分子材料，这显然不能适应和满足十分复杂的人体各器官的功能。因此发展适合医学十分复杂的人体各器官的功能。因此发展适合医学领域特殊要求的新型、专用高分子材料，已成为广领域特殊要求的新型、专用高分子材料，已成为广大化学家和医学专家的共识。目前研究开发混合型大化学家和医学专家的共识。目前研究开发混合型人工脏器，即将生物酶和生物细胞固定在合成高分人工脏器，即将生物酶和生物细胞固定在合成高分子材料上，制取有生物活性的人工脏器的工作，子材料上，制取有生物活性的人工脏器的工作，已经取得了相当大的成就。已经取得了相当大的成就。4）推广医用高分子的临床应用）推广医用高分子的临床应用 高分子材料在医学领域的应用虽已取得了很大的高分子材料在医学领域的应用虽已取得了很大的成就，但很多尚处于试验阶段。如何将已取得的成成就，但很多尚处于试验阶段。如何将已取得的成果迅速推广到临床医学应用，以拯救更多患者的生果迅速推广到临床医学应用，以拯救更多患者的生命，需要高分子材料界与医学界的通力协作。命，需要高分子材料界与医学界的通力协作。15 应用：应用：一、人工组织和人工器官一、人工组织和人工器官 人们口中常说的高分子人工器官材料高分子人工器官材料或高分子内植材料高分子内植材料,实事上也是高分子生物高分子生物材料。材料。人造器官在生物材料医学上是指能植入人体或能与生物组织或生物流体相接触的材料。16 从应用情况看，从应用情况看，人工器官的功能开始从部分取代向完全取代发展，从短时间应用向长时期应用发展，从大型向小型化发展，从体外应用向体内植入发展、人工器官的种类从与生命密切相关的部位向人工感觉器官、人工肢体发展，从单一功能向综合功能型发展。17 用于人工脏器的部分高分子材料一览 人工脏器 高分子材料 心 脏 嵌段聚醚氨酯弹性体、硅橡胶 肾 脏 铜氨法再生纤维素，醋酸纤维素，聚甲基丙烯酸甲酯，聚丙烯腈，聚砜，乙烯乙烯醇共聚物（EVA），聚氨酯豪，聚丙烯，聚碳酸酯，聚甲基丙烯酸羟乙酯 肝 脏 赛璐玢（cellophane），聚甲基丙烯酸羟乙酯 胰 脏 共聚丙烯酸酯中空纤维 肺 硅橡胶，聚丙烯中空纤维，聚烷砜 关节、骨 超高分子量聚乙烯，高密度聚乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，尼龙，聚酯 18 分类分类 一、根据人工脏器和部件的作用及目前研究进展，可将它们分成五大类。第一类：能永久性地植入人体，完全替代原来脏器或部位的功能，成为人体组织的一部分。第二类：在体外使用的较为大型的人工脏器装置、主要作用是在手术过程中暂时替代原有器官的功能。第三类：功能比较单一，只能部分替代人体脏器的功能，例如人工肝脏等。第四类：正在进行探索的人工脏器。第五类：整容性修复材料，这些部件一般不具备特殊生理功能，但能修复人体的残缺部分，使患者重新获得端正的仪表。19 按高分子主链结构可分为：按高分子主链结构可分为：碳链高分子。它们在生物体内降解速率都较慢，如聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯及聚四氟乙烯等，为半永久性材料。杂链高分子。在生物体内的稳定性视主链的水解稳定性、聚合物结晶度、亲水性和交联度而定，如有机硅橡胶和聚对苯二甲酸乙二酯等可作为半永久性生物材料。20 生物相容性要求：生物相容性要求：例如，人工心脏、人工肾脏、人工肝脏、人工血管等脏器和部件长期与血液接触，因此要求材料必须具有优良的抗血栓性能。近年来的研究发现具有微相分离结构的聚合物往往具有优良的血液相容性，如在聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯的结构中接枝上亲水性的甲基丙烯酸羟乙酯，当接枝共聚物的微区尺寸在2030 nm范围内时，就有优良的抗血栓性。以高分子材料作为镁合金支架的涂层可改善支架的降解性能及生物相容性。目前镁合金常用的涂覆高分子材料有胶原蛋白、壳聚糖、聚乳酸及其共聚物、有机化合物转化膜、聚氨酯。这些高分子材料均具有好的生物性能,作为镁合金的涂层可以改善镁合金的生物相容性,延缓镁合金的降解时间。但有机物与镁合金之间的结合强度主要依靠物理机械力和化学键合,物理机械力不能够满足要求,必须要对镁合金表面和有机物进行处理,应用合适的表面活性剂使镁合金与有机物之间产生化学键合,从而达到要求。21 事例事例 1、人工心脏 22 高分子材料一直是人工循环的主要应用材料。针对人工心脏的特点聚脂类有较好的应用前途，例如研究较多的聚乌