許曼－polymericbio-materialsandits-生物化學與分子生物學

1、生物醫(yī)用高分子材料及應用Polymeric bio - materials and its applications,,生物醫(yī)用高分子材料定義,生物醫(yī)用高分子材料( Polymeric bio - 　materials) 是指在生理環(huán)境中使用的高　分子材料, 它們中有的可以全部植入體內(nèi), 有的也可以部分植入體內(nèi)而部分暴露在體外, 或置于體外而通過某種方式作用于體內(nèi)組織。,生物醫(yī)用材料分類,天然生物材料( 如豬心瓣膜、牛心包、羊膜等)

2、 金屬材料( 如鈦及其合金) 、無機非金屬材料( 如羥基磷灰石、生物玻璃等) 高分子材料雜化生物醫(yī)用材料。,生物醫(yī)用高分子的發(fā)展,材料發(fā)展的第一階段始于1937 年, 其特點是所用高分子材料都是已有的現(xiàn)成材料, 如用丙烯酸甲酯制造義齒的牙床。,,第二階段始于1953 年, 其標志是醫(yī)用級有機硅橡膠的出現(xiàn), 隨后又發(fā)展了聚羥基乙酸酯縫合線以及四種聚(醚- 氨) 酯心血管材料, 從此進入了以分子工程研究為基礎的發(fā)展時期。該階段的特點

3、是在分子水平上對合成高分子的組成、配方和工藝進行優(yōu)化設計, 有目的地開發(fā)所需要的高分子材料。,,目前的研究焦點已經(jīng)從尋找替代生物組織的合成材料轉向研究一類具有主動誘導、激發(fā)人體組織器官再生修復的新材料, 這標志著生物醫(yī)用高分子材料的發(fā)展進入了第三個階段。其特點是這種材料一般由活體組織和人工材料有機結合而成, 在分子設計上以促進周圍組織細胞生長為預想功能, 其關鍵在于誘使配合基和組織細胞表面的特殊位點發(fā)生作用以提高組織細胞的分裂和生長速度

4、,醫(yī)用高分子分類及應用,1　與血液接觸的高分子材料　 與血液接觸的高分子材料是指用來制造人工血管、人工心臟血囊、人工心瓣膜、人工肺等的生物醫(yī)用材料, 要求這種材料要有良好的抗凝血性、抗細菌粘附性, 即在材料表面不產(chǎn)生血栓．不引起血小板變形, 不發(fā)生以生物材料為中心的感染。,,人工血管　 材料有尼龍、聚酯、聚四氟乙烯、聚丙烯及聚氨酯等。人工心臟　 材料多用聚醚氨酯和硅橡膠等。人工肺　

5、 多用聚四氟乙烯、硅橡膠等材料人工腎　 材料除要求具備良好的血液相容性外, 還要求材料具有足夠的濕態(tài)強度、有適宜的超濾滲透性等, 可充當這一使命的材料有乙酸纖維素、銅氨再生纖維素、尼龍、聚砜及聚醚砜等。,,為提高人造器官的血液相容性, 現(xiàn)階段的研究重點是對現(xiàn)有生物材料的表面進行改性和修飾, 其方法有: 接枝親水性長側鏈引入生物活性物質抑制血液與外源材料的相互作用 使材料具有微相分離結構聚合物表面種植內(nèi)皮細胞等,2

6、 　組織工程用高分子材料,細胞大規(guī)模培養(yǎng)技術的日臻成熟和生物相容性材料的開發(fā)與研究, 使得創(chuàng)造由活細胞和生物相容性材料組成的人造生物組織或器官成為可能。生物相容性材料的開發(fā)是組織工程核心技術之一。,,組織工程中的生物材料主要發(fā)揮下列作用: 提供組織再生的支架或三維結構; 調節(jié)細胞生理功能; 免疫保護，當完成自己的使命后, 作為　　組織生長骨架的生物高分子材料則降解為無毒的小分子被機體吸收。作為這種材料使用的聚合物主要有聚乳酸(

7、PLA) 等。,3 　藥用高分子材料,作為藥用高分子必須具備下列條件: 本身及其分解產(chǎn)物應無毒, 不會引起炎癥, 無致癌性; 進入血液系統(tǒng)的藥物不會引起血栓具有水溶性, 能在體內(nèi)水解為具有藥理活性的基團能有效到達病灶處, 并積累一定濃度 口服藥劑的高分子殘基能通過排泄系統(tǒng)排出體外。,,藥用高分子可分為三類: （１）具有藥理活性的高分子藥物?！?它們本身具有藥理作用, 斷鏈后即失去藥性, 是真正意義上的高分子藥

8、物。天然藥理活性高分子有激素、肝素、葡萄糖、酶制劑等。合成藥理活性高分子如聚4 - 乙烯吡啶- N - 氧撐是較早研究的代用血漿。,,（２）低分子藥物的高分子化。 低分子藥物在體內(nèi)新陳代謝速度快, 半衰期短, 體內(nèi)濃度降低快, 從而影響療效, 故需大劑量頻繁進藥, 而過高的藥劑濃度又會加重副作用, 此外, 低分子藥物也缺乏進入人體部位的選擇性。將低分子藥物與高分子結合的方法有吸附、共聚、嵌段和接枝等。第一個實現(xiàn)高分

9、子化的藥物是青霉素,,（３）藥用高分子微膠囊。 將細微的藥粒用高分子膜包覆起來形成微小的膠囊是近年來生物醫(yī)藥工程的一場革命。藥物經(jīng)微膠囊化處理后可以達到下列目的: 延緩、控制釋放藥物, 提高療效; 掩蔽藥物的毒性、刺激性和苦味等不良性質, 減小對人體的刺激; 使藥物與空氣隔離, 防止藥物在存放過程中的氧化、吸潮等不良反應, 增加貯存的穩(wěn)定性,4 　醫(yī)藥包裝用高分子材料,包裝藥物的高分子材料大體上可分為軟、硬兩種類型

10、。硬型材料如聚酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯等, 由于其強度高、透明性好、尺寸穩(wěn)定、氣密性好,常用來代替玻璃容器和金屬容器, 制造飲片和膠囊等固體制劑的包裝。軟型材料如聚乙烯、聚丙烯、聚偏氯乙烯及乙烯- 醋酸乙烯共聚物等, 常加工成復合薄膜, 主要用來包裝固體沖劑、片劑等藥物。,5 　眼科用高分子材料,隱形眼鏡是最常見的眼科用高分子材料制品，它對材料有如下要求：具有優(yōu)良的光學性質, 折光率與角膜相接近良好的潤濕性和透氧性;生物惰性,

11、即耐降解且不與接觸面發(fā)生化學反應有一定的力學強度, 易于精加工及抗污漬沉淀等。　　 常用的隱形眼鏡材料有聚甲基丙烯酸β-羥乙酯等，發(fā)生病變的角膜和晶狀體也可用人工角膜和人工晶狀體替代。,6 　醫(yī)用粘合劑與縫合線,生物醫(yī)用粘合劑是指將組織粘合起來的組織粘合劑, 醫(yī)用粘合劑可粘合各種組織, 例如可進行牙齒粘合, 血管、組織、肌肉粘合, 腦動脈瘤表面補強、防止破裂粘合, 及骨粘合等。常用的粘合劑有α- 氰基丙烯酸烷基酯類, 甲基丙烯酸甲

12、酯- 苯乙烯共聚物等。,,手術用縫合線可分為非吸收型和可吸收型兩大類。非吸收類包括天然纖維(如蠶絲、、馬毛等) 和合成纖維?？晌疹惏ㄌ烊桓叻肿硬牧?如、骨膠原、纖維蛋白等) 和合成高分子材料(如聚乙烯醇、聚乳酸等) 。其中, 由聚乳酸制成的縫合線因性能優(yōu)越而倍受關注。這種縫合線強度可靠, 對創(chuàng)口縫合能力強, 又可生物降解而被肌體吸收, 是一種理想的醫(yī)用縫合線。,7 　醫(yī)療器件用高分子材料,高分子材料制的醫(yī)療器件有一次性醫(yī)療用品(

13、注射器、輸液器、檢查器具、麻醉及手術室用具、血袋、尿袋等)。血袋一般由軟PVC 或LDPE 制成。聚氨酯 制的繃帶固化速度快, 質輕層薄, 不易使　皮膚發(fā)炎, 可取代傳統(tǒng)的固定材料—石膏硅橡膠、聚四氟乙烯及聚乙烯醇等都是性能良好的矯形材料, 已廣泛用于假肢制造及整形外科等領域。,總結,生物技術將是21 世紀最有前途的技術, 生物　醫(yī)用高分子材料將在其中扮演重要角色, 其性能將　不斷提高, 應用領域也將進一步拓寬。今后的發(fā)展趨

14、勢將主要體現(xiàn)在以下幾個方面:（１）醫(yī)用可生物降解高分子材料因其具有良好　 的生物降解性和生物相容性而受到高度重視, 　　　　 論是作為緩釋藥物還是作為促進組織生長的骨架材料, 都將得到巨大的發(fā)展。,,（２）復制具有人體各部天然組織的物理力學性質和生物學性質的生物醫(yī)用材料, 達到高分子的生物功能化和生物智能化, 是醫(yī)用高分子材料發(fā)展的重要方向。此外, 用生物技術合成高分子的反應條件更溫和、產(chǎn)物的生物降解性能更好, 因而具有誘人的