生物醫(yī)用高分子的機(jī)能介紹及研究展望

1、生物醫(yī)用高分子的機(jī)能介紹及研究展望生物醫(yī)用高分子的機(jī)能介紹及研究展望摘要：要：本文介紹了生物醫(yī)用高分子的應(yīng)用狀況及基本機(jī)能，其中主要介紹了聚乳酸、聚氨酯、硅橡膠、氟塑料、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚氯乙烯這幾種常用生物醫(yī)用高分子的應(yīng)用。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：醫(yī)用高分子，聚乳酸，硅橡膠，氟塑料，聚氨酯ThefunctionaldeionprospectofbiomedicalpolymersAbstract:Thisarticleintroduc

2、estheapplicationsituationbasicmechanismofBiomedicalpolymerswhichincludingPolylacticacidpolyurethanesiliconerubberfluineplasticpolyethylenepolypropylenepolyvinylalcoholpolyvinylchlide.Keywds:BiomedicalpolymersPolylacticac

3、idSiliconerubberFluineplasticPolyurethane前言前言生物醫(yī)用高分子材料是生物材料的重要組成部分，它發(fā)展最早、應(yīng)用最廣泛、用量最大、品種繁多，主要包括：塑料、橡膠、纖維、粘合劑等。隨著醫(yī)學(xué)的發(fā)展，這些材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。正是由于高分子材料在醫(yī)學(xué)上的獨特作用，因而在高分子化學(xué)上出現(xiàn)了一個新的分支—醫(yī)用高分子(Medicalhighpolymers)。它是把高分子化學(xué)的理論、研究方法、臨床醫(yī)學(xué)的

4、需要結(jié)合起來，用于研究生物體的結(jié)構(gòu)、生物體器官的功能及醫(yī)用材料的應(yīng)用等的一門年輕而邊緣性的學(xué)科[10]。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，不同學(xué)科的科學(xué)家進(jìn)行了廣泛合作，從而使制造具有完全生物功能的人工器官展示出美好的前景。人體組織和器宮的修復(fù)，將從簡單的利用器械機(jī)械固定發(fā)展到再生和重建有生命的人體組織和器宮；從短壽命的組織和器官的修復(fù)發(fā)展至永久性的修復(fù)和替換。這一醫(yī)學(xué)革命（特別是外科學(xué)），對生命利學(xué)和材料等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展提出了諸多需求，對生物醫(yī)學(xué)材

5、料的發(fā)展產(chǎn)生了重要的促進(jìn)作用。生物醫(yī)用材料是材料科學(xué)與工程的重要分支，其最大特點是學(xué)科交叉廣泛、應(yīng)用潛力巨大、挑戰(zhàn)性強(qiáng)。生物醫(yī)用材料的研究與開發(fā)已經(jīng)被許多國家列入高技術(shù)關(guān)鍵新材料發(fā)展計劃并迅速成為國際高技術(shù)制高點，是當(dāng)今材料學(xué)研究最活躍的領(lǐng)域之一[11]。據(jù)歐盟醫(yī)療器械委員會的統(tǒng)計數(shù)字，2008年全球醫(yī)械市場總銷售額大約有3360億美元，比2007年純增11%，而2007年這一數(shù)字為3000億美元。2010年我國醫(yī)療器械對外貿(mào)易突破20

6、0億美元，達(dá)到226.56億美元，同比增長23.47%。其中，出口額為146.99億美元，同比增長20.05%；進(jìn)口額為79.57億美元，同比增長30.35%。進(jìn)出口額均同時創(chuàng)造歷史最高記錄，進(jìn)口增速高于出口增速10.3個百分點。五年來，我國醫(yī)療器械進(jìn)出口總額從2006年的105.52億美元增長到了2010年的226.56億美元，復(fù)合增長率為21.05%。而且醫(yī)療器械的出口金額要遠(yuǎn)高于進(jìn)口金額，20062010年，醫(yī)療器械貿(mào)易順差從31

7、.90億美元增長到67.42億美元，復(fù)合增長率為20.57%。1.醫(yī)用高分子的基本機(jī)能及分類醫(yī)用高分子的基本機(jī)能及分類醫(yī)用高分子材料多用于人體直接關(guān)系到人的生命和健康，因此對于醫(yī)用高分子材料的性能有一些相對于通用高分子的特殊的要求[12]:⑴安全性：必須無毒或副作用極少。這就要求聚合物純度高，生產(chǎn)環(huán)境非常潔凈，聚合物助劑的殘留少，雜質(zhì)含量為106級，確保無病無毒傳播條件。⑵物理、化學(xué)和機(jī)械性能：需滿足醫(yī)用所需設(shè)置和功能的要求。如硬度、彈

8、性、機(jī)械強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、蠕變、磨耗、吸水性、溶出性、耐酶性和體內(nèi)老化性等。⑶適應(yīng)性：包括與醫(yī)療用品中其他材料的適應(yīng)性，材料與人體各種組織的適應(yīng)性（生物相容性）。材料植入人體后，要求長期對體液無影響；與血液相容性好，對血液成分無害，不溶血，不凝血，不形成血栓；在人體內(nèi)不損傷組織，不致癌致畸，無異物反應(yīng)，不會導(dǎo)致炎癥壞死及組織增生等。⑷特殊功能：在不同的應(yīng)用領(lǐng)域，要求材料分別具有一定的特殊功能。例如：具有分離透析機(jī)能的人工腎用過濾膜、人工肺

9、用氣體交換膜，以及人造血液用吸附氣體的物質(zhì)等，都要求有各自特殊的分離透過機(jī)能。醫(yī)用材料的設(shè)計和制造的目的就是能夠替代人體臟器的機(jī)能，或者說有與之相對應(yīng)的輔助機(jī)高層次生物功能化學(xué)測量，化學(xué)反應(yīng)，生物功能生物傳感器，生物反應(yīng)器，雜化人器官高分子材料基本可用時上述的所有應(yīng)用實例，因此在作為醫(yī)用高分子時應(yīng)具有上述相應(yīng)的功能性。1.1物理機(jī)能1.1.1強(qiáng)度支持，構(gòu)造保持（力學(xué)性能）醫(yī)用材料的種類很多，如人工器官、軟組織硬組織、牙科、骨科、整形外科

10、等用的材料都要求一定的力學(xué)性能。一般常用的高分子材料，其力學(xué)性能都會滿足人工器官的基本要求，當(dāng)材料被制備和加工能不痛類型的人工器官后，其力學(xué)性能會有所改變。這是因為不同人工器官所需要的材料的力學(xué)性能是不同的。牙科、骨科用的材料要求比較高的強(qiáng)度。比如人工骨，由于人體對骨的力學(xué)強(qiáng)度要求很高，單純使用高分子作為骨科用材料，其力學(xué)性能很難滿足要求。所以高分子材料通常與無機(jī)非金屬材料，如陶瓷等符合制備人工牙齒和骨[12]。湯愛明[6]等人以季戊四

11、醇四丙烯酸酯、氮化硅為原料，制備了用于牙科黏合的復(fù)合材料，研究和討論了該膠的原料配比等對它性能的影響。另外由于高分子材料的一些特殊性質(zhì)，主要是粘彈性，蠕變和應(yīng)力松弛等，作為生物醫(yī)用材料使用時也是需要注意的一點。要注意材料的使用條件及年限防止粘彈性，蠕變和應(yīng)力松弛等影響了生物醫(yī)用材料的性能。1.1.2涂覆和修復(fù)機(jī)能損傷部位的修復(fù)材料是生物體本身的組織進(jìn)行物理接合。該類材料一般應(yīng)具有一定的活性能促進(jìn)損傷部位的修復(fù).口腔種植是修復(fù)牙列缺損、缺

12、失最有效的手段之一。已在臨床上得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。種植體在臨床上主要分為金屬及其合金、陶瓷，高分子材料等[4]。其中高分子材料的優(yōu)勢在于能夠方便地制作成理想的形狀。即便是在碳涂層的情況下，它們也能促進(jìn)纖維反應(yīng)。但它們的機(jī)械性能和化學(xué)反應(yīng)較差限制了它們的應(yīng)用。它們在體內(nèi)易老化，在體液環(huán)境中易發(fā)生不同程度的降解，導(dǎo)致物理性能下降并且產(chǎn)生對機(jī)體組織有刺激的物質(zhì)。目前對其長期植入效果尚存在爭議。臨床上用得最多的高分子材料如PMMA，有學(xué)者認(rèn)

13、為PMMA有以下優(yōu)勢：彈性、溫度、電惰性的低模量；合理的表面孔隙；容易保持和制作：良好的生物相容性和價格便宜。但PMMA在口腔種植牙中的應(yīng)用還不是很廣泛。殼聚糖作為天然多糖材料已廣泛應(yīng)用于很多領(lǐng)域[4]。施艷娟[5]等人研究發(fā)現(xiàn)晨光醫(yī)用高分子制藥廠生產(chǎn)的EB型防齲涂料就是一種優(yōu)良的乳牙齲壞防治藥物。1.1.3導(dǎo)管、泵類人工血管、食管和器官等要求必須有一定的柔軟性，且人工血管與氣管還必須與宿主材料的力學(xué)特性一致。1.1.4電性能對生物體組

14、織直接使用電刺激時，應(yīng)該讓金屬導(dǎo)線與體液隔絕，所以在表面需要使用用高分子制成的絕緣生物材料，而用于神經(jīng)修復(fù)的材料、生物傳感器材料等則要求具有導(dǎo)電性。1.1.5光學(xué)性能光學(xué)性能主要是對眼科使用的默寫高分子材料的要求。要求材料的光學(xué)性能與眼睛默寫部位一致。包括角膜和水晶體的折射率、曲率半徑和厚度等。常見的制成品有人工眼球，眼睛片，隱形眼鏡等。傳統(tǒng)的光學(xué)樹脂材料有聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)和聚雙烯丙基二甘

15、醇碳酸酯(CR39)，新型的光學(xué)樹脂有環(huán)氧樹脂及聚氨酯類樹脂[7]。1.2.物理化學(xué)機(jī)能1.2.1接合、填充生物體組織與人工材料之間化學(xué)接合用的醫(yī)用黏合劑的研究目前非?；钴S。化學(xué)黏合劑是醫(yī)用黏合劑的的主要組成部分目前應(yīng)用于臨床的主要是此類產(chǎn)品。它包括:（1）α氰基丙烯酸酯類黏合劑；（2）聚氨酯類黏合劑；(3)明膠系列；（4）有機(jī)硅系黏合劑；（5）聚甲基丙烯酸羥乙酯系黏合劑；（6）氯乙烯乳液系黏合劑；（7）火棉膠系黏合劑等。1.2.2物質(zhì)