医用高分子材料

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1、刘熙 高分子 092 班 5701109065 生活中的高分子材料 医用高分子材料 摘要：我国医用高分子材料的研究起步较早、发展较快。医用高分子材料指用于生理系统疾 病的诊断、治疗、修复或替换生物体组织或器官,增进或恢复其功能的高分子材料。医用高 分子材料属于一种特殊的功能高分子材料，通常用于对生物体进行诊断、治疗、以及替换或 修复、合成或再生损伤组织和器官，具有延长病人生命、提高病人生存质量等作用。 关键词：生物 医用 高分子材料科技关爱健康，医用高分子材料的应运而生是医疗技术发展史上的一次飞 跃。高分子材料充分体现了人类智慧，是人类科学技术的重要科技进步成果之一。 高分子材料： macro

2、molecular material ，以高分子化合物为基础的材料。 高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、 纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，高分子是生命存在的形式。所 有的生命体都可以看作是高分子的集合。而医用高分子材料是一类可对有机体组织进行修复、替代与再生 , 具有特 殊功能作用的合成高分子材料 , 可以利用聚合的方法进行制备 , 是生物医用材 料的重要组成之一。由于医用高分子材料可以通过组成和结构的控制而使材料具 有不同的物理和化学性质 , 以满足不同的需求, 耐生物老化, 作为长期植入材 料具有良好的生物稳定性和物理、机械性能, 易加工成型, 原料易

3、得, 便于消毒 灭菌, 因此受到人们普遍关注, 已成为生物材料中用途最广、用量最大的品种, 近年来发展需求量增长十分迅速。目前全世界应用的90 多个品种, 西方国家消 耗的医用高分子材料每年以10%20%的速度增长。以美国为例，每年有数以百 万计的人患有各种组织、器官的丧失或功能障碍, 需进 800 万次手术进行修复, 年耗资超过 400 亿美元， 器官衰竭和组织缺损所需治疗费占整个医疗费用的一 半。随着人民生活水平的提高和对生命质量的追求， 我国对医用高分子材料的需 求也会不断增加。1 医用高分子材料的特点及基本条件医用高分子材料需长期与人体体表、血液、体液接触, 有的甚至要求永久性 植入体

4、内。因此, 这类材料必须具有优良的生物体替代性(力学性能、功能性) 和 生物相容性。一般要满足下列基本条件:(1) 在化学上是不活泼的, 不会因与体液或血液接触而发生变化;(2) 对周围组织不会引起炎症反应;(3) 不会产生遗传毒性和致癌;(4) 不会产生免疫毒性;(5) 长期植入体内也应保持所需的拉伸强度和弹性等物理机械性能;(6) 具有良好的血液相容性;(7) 能经受必要的灭菌过程而不变形;(8) 易于加工成所需要的、复杂的形态。其次医用高分子材料还要满足一些特殊要求：(1) 生物功能性: 因各种医用高分子材料的用途而异, 如: 作为缓释药物 时, 药物的缓释性能就是其生物功能性。(2)

5、生物相容性：医用高分子材料的生物相容性包括2个方面：一是材料反 应, 主要包括材料在生物环境中被腐蚀、吸收、降解、磨损和失效等；二是宿主 反应, 包括局部和全身反应，如炎症、细胞毒性、凝血、过敏、致畸和免疫反应 等。对于非降解型医用高分子材料，稳定性和相容性是重要的，这些问题包括与 细胞组织(包括血液)的相容、水解的稳定性，与药物和药物处理的反应，钙化作 用，长期的功能，诱变的或致癌的作用以及无菌性。对于生物降解型医用高分子 材料，关键问题是可吸收性和它的测量及定义界限以及对细胞组织部位的效果, 酶和其他活性物质对于高分子材料吸收性的作用，退化产品的吸收作用，消毒对 于功能度和退化性能不稳定的

6、释放媒介物渗到高分子材料行为的作用，以及材料 对于伤口愈合的效果。(3) 可加工性: 能够成型、消毒(紫外灭菌、高压煮沸、环氧乙烷气体消毒、 酒精消毒等)。2 医用高分子材料的原材料及应用以多种应用为目的的功能性高分子材料的研究进展日新月异，在医用高分子 材料方面也不例外。目前已开发并实用的医用高分子材料的原材料分类列于表1 中, 这些医用高分子材料的用途分类列于表 2。下面分别介绍这些材料的概况。表1 医用材料的原材料分类材料举例天然高分子多糖类纤维素、淀粉、甲壳质、壳聚糖、其它蛋白质胶原、动物胶、白蛋白、原纤维、绢生物组织硬膜、肠线、猪皮、同种异种脏器类合成高分子非吸收性硅油、PAN、聚氨

7、醋、PMMA、PTFE聚烯烃、聚碳 酸醋、聚苯乙烯、聚酞胺、PVA、EVAL等吸收性聚乙醇酸、聚乳酸、聚环内醋、聚缩醛、聚醚、 聚丙烯、聚氨基酸等无机高分子金属玻璃、陶瓷、磷灰石、碳纤维 钦合金、金、银、不锈钢等复合材料有机材料无机材料、陶瓷系金属材料、人 工材料一由生物体来的材料低分子化合物粘接剂、添加剂、药剂、调制用试药类表2 医用高分子材料的应用分类对象领域应用目的适用例直接治疗一般医疗领域外科手术术后治疗缝合线、粘接线、止血剂，创伤被覆材、导管、插管、血液袋、引流管组织软组织硬组织损伤修复代替补缀材，人工皮肤，人工玻璃体，眼内隐形镜片人工骨，人工关节，义齿，人工齿根器官呼吸、循环血液净

8、化代谢、免疫机能补助机能代行人工肺、人工心脏、人工血管、人工血液、人工 肾脏、血液交换器、人工肝脏、人工肠管、人工 免疫系医 药 制 剂TTS 、 DDS安定化 放出控制 目标化镇痛剂、抗癌剂、荷尔蒙、循环器系药免疫功能控制物质的剂形化智力DDS血液制剂成分分离血浆、血小板、赤血球等分离柱检查 诊 断标本检杳血球功能微量生理活性成分细胞标识化，细胞机能检查药剂免疫测定用微粒子生体检杳生物传感器生物化学检查用担体，微粒子膜3 医用高分子材料的种类（1） 通用医疗用材料在医院等使用的不直接与体内组织接触的物品有医院用的床单、手术、白衣、 口罩等, 它们多数是由纤维素、尼龙、聚酯等通用纤维材料制的

9、, 但这里要求其 具有耐灭菌处理性及防尘性。表 3 一般医用纤维材料用途优点材料实例医院用材床单、白衣、帽子、手术衣、面罩耐洗性、防带电、吸水性耐减菌性、无菌、防尘性平织棉制品无尘无纺布（尼龙、聚醋）卫生用材纱布、包带、脱酯棉、止血棉球、橡皮膏药品管理法规适用，耐减菌性棉线，再生纤维素、尼龙、 聚酪功能纤维消臭纤维 抗菌防臭纤维 芳香纤维耐洗性、耐气候性、吸水性纤维素、丙纶、聚醋（多孔性、中空丝，异形）而对纱布、包扎带、脱脂棉、止血塞子、橡皮膏、缝合线等的卫生材料来说,要求其符合于药品管理法规。这些材料从原料到最终制品包装发货的全过程都受 到医药品制造及品质管理的基准的限制。上述通用医用材料消

10、费量的大部分 是亚麻材料。尽管这些纤维素材料大体上符合要求, 但为了适应老龄化社会的需 要, 还必须要满足更严格的要求。另一方面 , 具有更高功能性的消臭纤维, 抗菌 防臭纤维、或者芳香纤维等的开发也在进行。合成高分子材料中, 最多应用于医疗的通用材料是聚氯乙烯。其中, 软质聚 氯乙烯多用于血液袋及体外循环用输血软管等 , 而硬质聚氯乙烯一般大量消费 于医疗用容器。为了防止感染 , 注射器由以前使用玻璃制的再次使用型到现在多使用一次 性的塑料制注射器。其原料主要是聚丙烯、聚甲基戊烯、苯乙烯一氢化丁二烯嵌 段共聚物、天然橡胶等。表 4列出通用一次性的用具的种类。联通体内外的导管 主要用于营养补给

11、、药物投送、输出、血液循环、导尿、浸出液排出等。如经口 导管等一般是聚氯乙烯制的, 但再使用型的导管通常使用天然橡胶与硅酮。与血 液接触的导管主要使用硅酮、氟系高分子、聚氨醋等。输液与输血导管等, 前者 多使用聚氯乙烯或聚丙烯, 而后者多使用软质聚氯乙烯。表4 通用一次性用具的种类种类材料优点整套输液器软质PVC、聚丙烯、聚乙烯柔软性、密闭性好整套输血管软质PVC、聚丙烯、聚乙烯血液适合性好导管营养导管血液导管尿道导管软质PVC、硅酮、聚乙烯、尼龙、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚酯、天然橡胶柔软性、 血液适合 性好注射器聚丙烯、聚（4-甲基戊烯）苯乙烯/丁二烯共聚合体，天然橡 胶透明性 好、强度 高2

12、）血液净化用材料含有血液中的不良物质, 例如立氧化碳通过肺与氧气交换 , 毒性物质经肝 脏分解。同时, 代谢废物经过肾脏过滤而排泄。如果血液中的某物质是病因的话, 可暂时将血液从患者体内循环到体外 , 在体外除去病因物质后再将净化了的血 液返还于患者的体内。这种治疗称为血液净化疗法。与此相对应, 人们分别将这 种血液净化装置称为人工肾脏、人工肝脏、人工肺、血浆交换器等。现在全世界上约万的患者依赖于人工肾脏。人工肾脏的血液透析器中主要组 成部分膜分离组体的材料主要使用纤维素、聚丙烯睛、聚甲基丙烯酸甲酷、芳香 族聚酸胺、聚矾等。为了今后使用方便, 人们期待着装着式人工肾脏等小型人工 肾脏的开发,

13、或者腹膜透析法的开发。近年发展迅速的膜型人工肺, 要求使用可 与生体的肺胞膜相匹敌的膜材料。最近中空纤维型的人工肺显示了有效性, 其材 料主要用聚丙烯及硅酮中空纤维膜。（3）手术用材料现在临床应用的代表性局部止血剂有再生胶原, 氧化纤维素、血纤维蛋白糊 等, 但能完全满足要求的没有。现在外科手术时的止血剂的改良研究正在进行 , 开发了不使用甲醛水溶液的动物胶糊, 碱性可溶胶原、甲壳质止血剂等。另外以 反应性聚氨酷为基本骨架的新型医疗用弹性粘接剂也正在开发 , 获得了良好的 结果。（4）组织用材料 其中组织用材料分为软组织用材料和硬组织用材料。现在实用的人工血管用材料只有聚醋和聚四氟乙烯纤维 ,

14、 但为了使其具有 像血管那样的柔软性, 两种材料都要在外面施行蛇腹加工 , 用螺旋形单纤维加 工, 形成凹凸结构,作为抗血栓性比较优秀的人工血管材料有聚氨酷、长链烃类 聚合物、Biomer、PVA等。但是现在开发的技术表明小口径人工血管长期在生体 内发挥抗血栓性是不可能的。目前正在开发通过植入后徐徐释放肝素等使其在短 期内发挥强的抗血栓性, 然后在人工血管内面覆盖具有天然抗血栓性的内皮细 胞, 使其获得永久性抗血栓性。作为人工皮肤或者创伤被覆材料, 以硅酮处理的尼龙纱布、凡士林油涂布的 白织布、再生胶原不织布等为开端, 现正开发聚乳酸、胶原、甲壳质等的纤维素 材, 现在代用皮肤与培养皮肤等是临

15、床应用的中心。代用皮肤有冻结干燥的猪 皮、变性牛皮、胶原膜等, 但不适合长期有效果的覆盖。所以使用患者本人的细 胞，以永久性的活接为目的的培养皮肤的开发获得较大的关注。在人工气管及食道方面, 应用了多孔性管型、网状型高分子合成材料, 正在 开发在有机硅管两端缝合涂纶织物、平织的高密度聚乙烯纤维、松紧织的聚丙烯 等。覆盖有胶原的复合材的有效性也正在评价。人工心脏是严格要求血液适合性与运动耐久性的人工脏器之一现在主要利 用嵌段化聚氨酷材料作为补助心脏系统。修补身体轮廓的材料基本上使用化学稳 定且柔软的有机硅材料。人工乳房中使用凝胶化的有机硅， 而耳、鼻的补缀是用 硅橡胶， 但它们在长期使用后多数仍被排斥， 其改良研究正在进行。人工筋膜用 素材主要有聚醋、聚丙烯、聚四氟乙烯、碳纤维等。眼科用人工材料主要包括：隐形眼镜用材料（硬型PMMA、软型PHEMA、软型 PVA材料），眼内镜片材料（PMMA、PHEMA），人工角膜（PTFE、PMMA）,人工水晶 体（硅油、透明质酸水溶液）。人工骨、人工关节除了应用金属与陶瓷外