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1、第二章 生物医学材料 第 四 节 高分子生物医学材料,一、高分子生物医学材料概述 二、生物惰性高分子材料 三、生物降解）高分子材料 四、生物活性高分子材料 五 、药用高分子材料,（三）聚酸酐 Polyanhydride 聚酸酐（PA）是单体通过酸酐键连接的聚合物，包括脂肪族聚酸酐、芳香 族聚酸酐、杂环聚酸酐、聚酰酸酐、聚酰胺酸酐、聚氨酯酸酐以及可交联 聚酸酐。 制备 ：开环聚合法和缩聚法（熔融缩聚和溶液缩聚） 熔融缩聚法更为常用，是首先将二元酸与过量乙酸酐反应生成混合 酸酐，再通过混合酸酐熔融缩聚，最后真空脱去乙酸酐得到高聚物 性质 ：PA主链上的酸酐键具有水不稳定性，能够水解成羧酸而导致PA
2、降解。 PA的降解表现为表面溶蚀。 脂肪族聚酸酐降解速度很快，芳香族聚酸酐降解则需要较长时间。 应用：由于PA具有良好的生物相容性和生物可降解性，尤其是优异的表面 溶蚀性能，使PA在药物控制释放中得到了广泛的应用,(四）聚磷酸酯 Polyphosphate 聚磷酸酯是由二氯磷酸酯与二元醇类缩聚或由环状磷酸酯开环聚合制成 性质 ：生物相容性良好，作为药物载体或药物控制释放材料克服了天 然磷脂脂质体易被氧化、稳定性差的缺点。改变聚磷酸酯的含磷组分和 非磷组分的结构，改变聚合物的亲水性质、交联度以及带电荷性质，从 而调节聚合物的降解速率和药物释放速率。 应用：药物载体或药物定向控制释放材料,（五）聚
3、碳酸酯 Polycarbonate 脂肪族聚碳酸酯(如三亚甲基碳酸酯开环得到的） 芳香族聚碳酸酯（2，2-双（4-羟基苯基）丙烷聚碳酸酯 ） 性质 ：脂肪族聚碳酸酯水解能力强 芳香族聚碳酸酯具有高抗冲击强度并且质轻，在碱性及水介质中缓慢水解 应用：应用于手术缝合线、软组织修复和药物控制释放等领域； 可以作为中空纤维膜血液过滤器的壳体 。聚碳酸酯-聚氨酯作为新的抗凝血高分子材料可以作为长期植入物如全人工心脏的材料。,（六）聚磷腈 Polyphosphazenes 聚磷腈高分子的主链是由以单、双键交替连结的交替的氮、磷原子构成的,每一个磷原子上连有两个侧基 性质 ：具有良好的光、热稳定性、抗氧化性
4、、和生物相容性、耐辐射,耐低温,可生物降解 应用：药物控释材料,聚磷腈有易水解的侧基存在时，偶磷氮键就不稳定，主链水解生成磷酸 和铵盐，同时释放出侧链基团。不同的侧基对主链的水解速度影响不同， 故可通过选择不同的侧基制备所需降解速度的聚磷腈聚合物。,（七）聚对二氧六环酮 Polydioxanone （PDS） 又称为聚1,4-二氧环己酮，或聚对二氧杂环己烷酮（PDO），可采用熔融、溶液和乳液聚合等方法制备。 开环聚合：在高纯氮保护下、由含有羟基的引发剂在催化剂作用下，引发二氧杂环己烷酮,性质 ：降解主要水解，其降解产物与人体代谢产物相同，不会在机体内蓄积，在体内降解时间为120240天，终产物
5、大部分从呼吸道排出，少量从尿及粪便中排出。 相对分子量、结晶度、熔融温度是影响PDS在体内降解的主要因素 应用：制作各种尺寸的单丝手术缝合线 是目前骨折内固定材料最有前途的高分子聚合物之一,（八）聚原酸酯 Polyorthoester （POE） 具有非均相降解的高分子材料，是多元原酸或多元原酸酯与多元醇类在无水条件下缩合形成原酸酯键而制得的聚合物，为疏水性高分子。 POE 用无水2，2-二乙氧基四氢呋喃与二元醇在多磷酸作用下，脱去乙醇，缩合聚合制得。 制备条件较苛刻，需要较高的真空和时间加热。 POE 在酸催化条件下二元醇与双烯酮反应形成的缩醛聚合物。合成时，单体溶解在极性溶剂（如四氢呋喃）
6、中，加入微量酸作催化剂，室温下迅速得到高分子量聚合物。聚合物的机械性能可以通过选择不同的二元醇来调控。 POE 通过原酸酯单体和三元醇单体之间的酯交换反应缩聚制备。所用原酸酯包括三甲基原乙酸酯，三乙基原乙酸酯；三元醇单体有直链的l,2,6-己三醇和环状的1,1,4-环己三甲醇等。反应以环己烷为溶剂、甲苯磺酸为催化剂在无水条件下进行。,性质 ： POE不溶解于水，在水溶液中也不发生溶胀，能够溶解于环已烷、四氢呋喃等有机溶剂。POE在碱性条件下稳定，在酸性条件下水解 非均相的“表面触蚀”，降解最终产物为水溶性的小分子，容易被生物体所代谢，因此POE具有良好的生物相容性，不引起有害的组织反应或全身反
7、应。 应用：各种POE已用作药物载体 POE可应用于胰岛素自调式给药、短期给药和长期给药系统，POE用于氢化可的松、甲硝唑、5-氟尿嘧啶和丝裂霉素等的释放。通过加入酸性或碱性添加剂可对药物释放速率进行调节。 已经商品化的POE商品名为Alzamer，是美国Alza公司生产的。,三、天然吸收性高分子材料 1。胶原 结构 苷氨酸-X-Y,胶原大量存在于骨、软骨、肌腱及皮肤中，至今已经鉴别出19种胶原，包括、和型纤丝胶原蛋白(fibrillarcollagens)，型非纤丝胶原蛋白(non-fibrillar collagens)，、和型原纤结合胶原蛋白(fibril associated coll
8、agens，FACIT)等。 数量最大的I型胶原 胶原性质 1）低免疫原性 2）良好的组织相容性 3）生物降解性 4）止血作用 胶原的制备方法 不溶性胶原 以组织基形式或由碾碎的胶原组织制备（用无花果蛋白酶） 可溶性胶原 将猪皮或牛皮用酸性蛋白酶-胃蛋白酶水解，再调节溶液至中性使胃蛋白酶失活，并用膜透析法除去小分子物质。,胶原的生物医学应用 1）人工皮肤：胶原 海绵，以胶原 材料为培养基+上皮细胞，胶原 与其它材料 复合制备多层、多功能皮肤 2）作为骨科修复材料 3）制备代用血管材料 4）整形外科用注射胶原 5）其它用途 可以用来制作止血海绵、创伤敷料、吸收型缝合线、药物控制释放载体,2.明胶
9、 明胶制备 三种提取工艺：酸提取、碱提取和高压蒸汽提取 均包括三个步骤：除去非胶原杂质、纯化的胶原转变 成明胶、干燥回收 明胶应用 可以制成多种医用制品，包括膜、管等。,3.纤维蛋白 纤维蛋白原是一种血浆蛋白，具有止血、促进组织愈合等功能。 制备： 在血浆中加入CaCl2 激活凝血因子，转变纤维蛋白原成为不溶性的纤维蛋白 纤维蛋白粉 纤维蛋白飞沫 纤维蛋白膜 纤维蛋白粉、飞沫可用来制作手术填充材料、止血材料等。纤维蛋白膜在外 科手术中被用作为硬脑膜置换、神经套管等。,4.甲壳素与壳聚糖 结构：甲壳素-N-乙酰-D-葡萄糖胺 壳聚糖-甲壳素的脱乙酰衍生物（甲壳素经过碱性水解） 是属于线形多聚糖类
10、,性质 ：甲壳素是白色或灰白色无定形固体，大约在270分解。几乎不溶于水、乙醇、乙醚、稀酸和稀碱，可溶于浓无机酸。 壳聚糖是白色或灰白色、略有珍珠光泽的无定形固体，大约在185分解。溶于水和稀碱溶液，可溶于稀有机酸和盐酸，但不溶于稀硫酸、稀硝酸、稀磷酸、草酸等。 壳聚糖晶体化程度与去乙酰化相关。 壳聚糖在体内能被溶菌酶水解，其降解速率与去乙酰化程度呈负相关 甲壳素和壳聚糖在体内通过刺激炎性细胞，产生溶菌酶而逐渐降解。除了溶菌酶的作用外，降解可能还与其他体液的作用有关。 降解过程解聚、产生N-乙酰氨基葡萄糖和氨基葡萄糖 壳聚糖是目前已知的天然多糖中惟一的碱性多糖，所带的正电荷，可与细胞表面带负电荷的基团相互作用，与细胞膜发生非特异性吸附，从而有利于细胞在壳聚糖材料表面黏附。,甲壳素和壳聚糖 生物医学应用 1）制备医用的纤维和膜材料 2）作为药物载体 3）作为凝血材料 4）作为高分子药物 5）作为人工器官的材料 透析膜、中空纤维膜、医用吸附剂、凝胶，,5.透明质酸与硫酸软骨素 是属于粘多糖（含氮多糖）系列，主要存在与软骨、键等结缔组织中，构成组织间质。,生物降解性高分子 天然的生物降解性高分子 优点 缺点 合成的生物降解性高分子 优点 缺点,
