四医用材料辐射工艺技术.pptx

医用水凝胶医用水凝胶人工关节人工关节鲜花种在鲜花种在“果冻果冻状高分子吸水状高分子吸水材料上材料上第一页，共六十七页。水凝胶与伤口被覆凝胶水凝胶与伤口被覆凝胶生物功能性聚合物与药物缓释体系生物功能性聚合物与药物缓释体系医用有机硅及聚氨酯医用有机硅及聚氨酯医用吸水性材料医用吸水性材料辐照技术本章内容本章内容第二页，共六十七页。生物医学材料：一类具有特殊性能和功能，以诊生物医学材料：一类具有特殊性能和功能，以诊断和治疗为目的并用于替换人体组织、器官或者断和治疗为目的并用于替换人体组织、器官或者增进其功能、外科修复、理疗康复等对人体组织增进其功能、外科修复、理疗康复等对人体组织不会产生不良影响的材料。不会产生不良影响的材料。学科定位：属于学科定位：属于“生命和生命和“材料的交叉学科材料的交叉学科 医用材料的辐射工艺：使用辐照技术合成或改性，医用材料的辐射工艺：使用辐照技术合成或改性，形成新的符合临床要求的生物医学材料。形成新的符合临床要求的生物医学材料。第一节第一节 生物医学材料概述生物医学材料概述第三页，共六十七页。生物医学材料开展简况生物医学材料开展简况生物医学材料是生物医学科学中的最新分支生物医学材料是生物医学科学中的最新分支交叉学科，涉及到化学、物理学、高分子化交叉学科，涉及到化学、物理学、高分子化学、高分子物理学、生物物理学、生物化学、学、高分子物理学、生物物理学、生物化学、生理学、药物学、根底与临床医学等很多学生理学、药物学、根底与临床医学等很多学科科。ISO定义，生物材料定义，生物材料Biomaterials即生物即生物医学材料医学材料Biomedical Materials，它是指，它是指“以医疗为目的，用于与组织接触以形成功以医疗为目的，用于与组织接触以形成功能的无生命的材料。另有定义是：具有天能的无生命的材料。另有定义是：具有天然器官组织的功能或天然器官局部功能的材然器官组织的功能或天然器官局部功能的材料。料。第四页，共六十七页。生生物物材材料料的的开开发发和和利利用用可可追追溯溯到到3500年年前前，那那时时的的古古埃埃及及人人就就开开始始利利用用棉棉纤纤维维、马马鬃鬃作作缝缝合合线线缝缝合合伤伤口口；印印第第安安人人那那么么使使用用木木片片修修补受伤的颅骨。补受伤的颅骨。2500年年前前，中中国国和和埃埃及及的的墓墓葬葬中中就就发发现现有有假假牙牙、假假鼻鼻和和假假耳耳。人人类类很很早早就就用用黄黄金金来来修修复复缺缺损损的的牙牙齿齿，并并沿沿用用至至今今。1588年年人人们们用用黄黄金金板板修修复复颚颚骨骨。1775年年就就有有用用金金属属固固定定体体内内骨骨折折的的记记载载。1851年年创创造造了了天天然然橡橡胶胶的的硫硫化化方方法法后后，有有人人采采用用硬硬胶胶木木制制作作了了人人工工牙牙托托的的颚骨。颚骨。第五页，共六十七页。目前，器官移植取得巨大进展，但有难目前，器官移植取得巨大进展，但有难题：排异、器官来源、法律、伦理等。题：排异、器官来源、法律、伦理等。因此医学界对生物医学材料和人工器官的要因此医学界对生物医学材料和人工器官的要求日益增加。求日益增加。期待：期待：合成新材料合成新材料 +体外培育组织工程体外培育组织工程第六页，共六十七页。牛软骨细胞在实验室内生长，作为种子种植在用合成材料预制的耳支架上，埋植于大鼠背部皮下，目前尚处于实验室阶段。第七页，共六十七页。当前被详细研究过的生物材料已超过1000种，被广泛应用的有90多种，1800多种制品。西方国家每年耗用生物材料量以1015%的速度增长，1980年全球医用生物材料及制品的销售额为200亿美元，1990年达500亿美元，1995年近1000亿美元。我国生物材料的研究起步较晚五十年代，但开展很快。第八页，共六十七页。生物医学材料分类：有多种分类方法生物医学材料分类：有多种分类方法化学分类：生物医学材料可以分为无机材化学分类：生物医学材料可以分为无机材料和有机材料两个大类料和有机材料两个大类按功能分类：药物控制释放材料、纳米生物医按功能分类：药物控制释放材料、纳米生物医学材料、生物活性材料、组织工程材料、介入学材料、生物活性材料、组织工程材料、介入诊断和治疗材料、可降解和吸收生物材料、整诊断和治疗材料、可降解和吸收生物材料、整形美容外科生物材料等。形美容外科生物材料等。生产要求：满足材料的人体功能、生物相生产要求：满足材料的人体功能、生物相容性和人体平安性，及特殊要求如材料的容性和人体平安性，及特殊要求如材料的静载强度、弹性模量、耐体液腐蚀性和加静载强度、弹性模量、耐体液腐蚀性和加工成型等工成型等 第九页，共六十七页。常用的两种分类方法常用的两种分类方法 抗抗凝凝血血材材料料心心血血管管材材料料、齿齿科科材材料料、骨骨科科材材料料、眼眼科科材材料料、吸吸附附解解毒毒材材料料血血液液灌灌流流用用、假假体体材材料料、缓缓释释材材料料、生生物物粘粘合合材材料料、透透析析及及超超滤用膜材料、一次性医用材料，等等。滤用膜材料、一次性医用材料，等等。按应用性质来分类按应用性质来分类第十页，共六十七页。按材料生物属性分类按材料生物属性分类天然生物材料天然生物材料再生纤维、胶原、透明质酸、甲壳再生纤维、胶原、透明质酸、甲壳素等。素等。合成材料合成材料硅橡胶、聚氨脂及其嵌段共聚物、涤纶、硅橡胶、聚氨脂及其嵌段共聚物、涤纶、尼龙、聚丙烯腈、聚烯烃尼龙、聚丙烯腈、聚烯烃医用金属材料医用金属材料不锈钢、钛及钛合金、钛镍记忆合不锈钢、钛及钛合金、钛镍记忆合金等金等无机材料无机材料碳素材料、生物活性陶瓷、玻璃材料碳素材料、生物活性陶瓷、玻璃材料杂化生物材料杂化生物材料指来自活体的天然材料与合成材料的指来自活体的天然材料与合成材料的杂化，如胶原与聚乙烯醇的交联杂化等杂化，如胶原与聚乙烯醇的交联杂化等复合生物材料复合生物材料用碳纤维增强的塑料，用碳纤维或用碳纤维增强的塑料，用碳纤维或玻璃纤维增强的生物陶瓷、玻璃等玻璃纤维增强的生物陶瓷、玻璃等第十一页，共六十七页。生物材料是研制人工器官及一些重要医疗技术的物质根底，综观人工器官及医疗装置的开展史，每一种新型生物材料的发现都引起了人工器官及医疗技术的飞跃。生物惰性医用硅橡胶人工耳、人工鼻、人工颌骨等血液相容性较好的各向同性碳被复材料碟片式机械心脏瓣膜血液亲和性及物理机械性能较好的聚氨酯嵌段共聚物促使人工心脏向临床应用跨越一大步可形成假生物内膜的编织涤纶管人工血管向实用化飞跃。第十二页，共六十七页。本章重点：医用高分子材料辐射改性本章重点：医用高分子材料辐射改性高分子：分子量在几万至几百万，如蛋白质、高分子：分子量在几万至几百万，如蛋白质、棉、毛、木材、松香、橡胶、塑料、合成纤维。棉、毛、木材、松香、橡胶、塑料、合成纤维。天然高分子材料：如松香天然高分子材料：如松香 合成高分子材料：由低分子量的化合物经合成高分子材料：由低分子量的化合物经过各种化学反响而制得的高分子量的树脂状过各种化学反响而制得的高分子量的树脂状物质，如聚氯乙烯、聚乙烯。塑料主要成分物质，如聚氯乙烯、聚乙烯。塑料主要成分就是合成树脂。就是合成树脂。属于边缘学科，涉及高分子化学、物理学、属于边缘学科，涉及高分子化学、物理学、生物化学、合成材料工艺学、病理学、药理生物化学、合成材料工艺学、病理学、药理学、解剖学、临床医学、工程学等学科，及学、解剖学、临床医学、工程学等学科，及医疗器械的设计、制造等。医疗器械的设计、制造等。第十三页，共六十七页。生生生生物物物物相相相相容容容容性性性性包包包包括括括括宿主反响：材料对活体系统的作宿主反响：材料对活体系统的作用。包括局部和全身反响，如炎用。包括局部和全身反响，如炎症、细胞毒性、溶血、刺激性、症、细胞毒性、溶血、刺激性、致敏、致癌、致诱变、致畸和免致敏、致癌、致诱变、致畸和免疫等。疫等。材料反响：活体系统对材料的腐蚀材料反响：活体系统对材料的腐蚀和降解，使材料发生退化或破坏，和降解，使材料发生退化或破坏，难以到达长期应用的目的。血液难以到达长期应用的目的。血液相容性相容性+组织相容性组织相容性 高高分分子子材材料料第十四页，共六十七页。一些高分子与低分子材料分子量一些高分子与低分子材料分子量第十五页，共六十七页。高分子化合物命名：高分子化合物命名：习惯名称或商品名称来命名：如有机玻璃聚甲基习惯名称或商品名称来命名：如有机玻璃聚甲基丙烯酸甲酯、涤纶聚对苯二甲酸乙二醇酯丙烯酸甲酯、涤纶聚对苯二甲酸乙二醇酯等。等。通俗命名法，最简单的命名法，是根据制作高分子通俗命名法，最简单的命名法，是根据制作高分子化合物的单体名称，前面冠以化合物的单体名称，前面冠以“聚字而成。如聚字而成。如聚乙烯、聚丙烯。聚乙烯、聚丙烯。医用高分子制品，包括人工器官、医疗用医用高分子制品，包括人工器官、医疗用品输血输液用具、注射器、心导管、主动脉气品输血输液用具、注射器、心导管、主动脉气囊反搏器、角膜接触镜、中心静脉插管、膀胱造囊反搏器、角膜接触镜、中心静脉插管、膀胱造瘘管、医用粘合剂以及各种医用导管、医用膜、瘘管、医用粘合剂以及各种医用导管、医用膜、创伤包扎材料和各种手术、护理用品等创伤包扎材料和各种手术、护理用品等 和药和药用高分子作为赋形剂用高分子作为赋形剂、合成新型药物、合成新型药物 三大三大类。类。第十六页，共六十七页。医用高分子材料要求：化学稳定性高、医用高分子材料要求：化学稳定性高、无毒副作用、耐老化、耐疲劳，以及无毒副作用、耐老化、耐疲劳，以及具有生物相容性等。具有生物相容性等。它是生物医学材料中开展最早、它是生物医学材料中开展最早、应用最广、用量最大的材料，也是正应用最广、用量最大的材料，也是正在迅速开展的一个重要领域，电离辐在迅速开展的一个重要领域，电离辐射可以引起高分子材料分子结构和功射可以引起高分子材料分子结构和功能的改变，在生物高分子材料改性和能的改变，在生物高分子材料改性和寻找材料新功能方面有重要应用前景。寻找材料新功能方面有重要应用前景。第十七页，共六十七页。第十八页，共六十七页。电离辐射在生物材料中的特点电离辐射在生物材料中的特点1.1.受受照照射射生生成成自自由由基基或或离离子子，引引发发生生物物材材料料自自身身发发生生辐辐射射聚聚合合、辐辐射射接接枝枝与与辐辐射射交交联联或降解反响方法简单。或降解反响方法简单。2.2.在在辐辐射射合合成成、加加工工过过程程中中无无需需引引入入任任何何引引发发剂剂或或添添加加剂剂，所所得得产产物物纯纯洁洁，是是生生物物医医用用高分子材料的临床应用重要特征。高分子材料的临床应用重要特征。3.3.一一些些热热敏敏性性生生物物材材料料不不能能在在高高温温下下处处理理，而而辐辐照照加加工工或或改改性性的的材材料料可可在在室室温温、甚甚至至低低温温下下进行。进行。4.4.电电离离辐辐射射不不仅仅起起到到加加工工的的作作用用，同同时时还还具具有有杀灭细菌和病毒的作用，方便快杀灭细菌和病毒的作用，方便快“洁洁。第十九页，共六十七页。第二节第二节 水凝胶与伤口被覆凝胶水凝胶与伤口被覆凝胶第二十页，共六十七页。一、医用水凝胶的根本概念一、医用水凝胶的根本概念水水凝凝胶胶HydrogelsHydrogels指指水水溶溶性性聚聚合合经经过过轻轻度度交交联联形形成成的的空空间间网网络络聚聚合合物物，它它随随外外部部环环境境的的不不同同可可引引起起自自身身体体积积的的变变化化，某某些些微微小小环环境境如如温温度度、pHpH、溶溶剂剂组组成成、离离子子强度、电场和光等都有可能导致水凝胶体积的明显变化。强度、电场和光等都有可能导致水凝胶体积的明显变化。应应用用：抗抗菌菌性性人人造造皮皮肤肤、人人工工渗渗析析膜膜材材料料，人人造造骨骨及及其其它它功功能能高高分分子子材材料料等等，应应用用水水凝凝胶胶对对pHpH敏敏感感性性原理还建立了药物控制释放体系。原理还建立了药物控制释放体系。第二十一页，共六十七页。水凝胶水凝胶 分为天然和合成两类，天然的有琼脂糖、明胶分为天然和合成两类，天然的有琼脂糖、明胶等，合成