《最新大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料PPT课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《最新大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料PPT课件（97页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、大学材料科学与工程经典大学材料科学与工程经典课件第九章课件第九章生物医用生物医用高分子材料高分子材料一、生物医用材料的定义一、生物医用材料的定义（Biomedical materials） 对生物体进行诊断、治疗和置对生物体进行诊断、治疗和置换损坏组织、器官或增进其功换损坏组织、器官或增进其功能的材料。能的材料。9.1 概述概述2024/7/28材料2024/7/28材料三、生物医用高分子材料三、生物医用高分子材料分类分类用途用途制备制备2024/7/28材料按用途分类手术治疗用高分子材料手术治疗用高分子材料 缝合线，黏胶剂，止血剂，各种导管，引流管，一次缝合线，黏胶剂，止血剂，各种导管，引流
2、管，一次性输血输液器材性输血输液器材药用及药物传递用高分子材料药用及药物传递用高分子材料靶向性高分子载体（肝靶向性，肿瘤靶向性），高分子药靶向性高分子载体（肝靶向性，肿瘤靶向性），高分子药物（干扰素，降胆敏），高分子控制释放载体（胶囊，水物（干扰素，降胆敏），高分子控制释放载体（胶囊，水凝胶，脂质体）凝胶，脂质体）人造器官或组织人造器官或组织人造皮肤，血管，骨，关节，肠道，心脏，肾等人造皮肤，血管，骨，关节，肠道，心脏，肾等1. 分类分类2024/7/28材料2024/7/28材料制备生物医用高分子材料？生物医用高分子材料？化学家合成原始材料并检测各项理化指标化学家合成原始材料并检测各项理化指
3、标生物学家检测材料生物毒性及生物相容性生物学家检测材料生物毒性及生物相容性医学家做临床动物试验医学家做临床动物试验-人体试验人体试验化学工程师制造生物医用高分子材料化学工程师制造生物医用高分子材料临床应用临床应用化学家来做第一步化学家来做第一步2024/7/28材料2. 生物医用材料市生物医用材料市场发展概况场发展概况2024/7/28材料全球生物医用材料市场全球生物医用材料市场2024/7/28材料中国生物医用材料市场中国生物医用材料市场我国生物医学材料的生物医学工程产业的市场我国生物医学材料的生物医学工程产业的市场增长率高达增长率高达 28(全球市场增长率全球市场增长率20%),居居全球之
4、首。全球之首。 我国人工关节我国人工关节 替换年增长率高达替换年增长率高达30，远高，远高于美国的于美国的4。 -国家科技国家科技部资料部资料2024/7/28材料775万肢残患者和每年新增的万肢残患者和每年新增的300万骨损伤患者万骨损伤患者 -需要大量骨修复材料需要大量骨修复材料2000万心血管病患者万心血管病患者 -每年需要每年需要24万套人工心瓣膜万套人工心瓣膜肾衰患者肾衰患者 -每年需要每年需要12万个肾透析器万个肾透析器2024/7/28材料3. History of polymeric biomaterials1943年年 赛璐珞薄膜开始用于血液透析赛璐珞薄膜开始用于血液透析19
5、49年年 美国首先发表了医用高分子的展望性论文。在文章美国首先发表了医用高分子的展望性论文。在文章 中，第一次介绍了中，第一次介绍了利用利用PMMA作为人的头盖骨、关作为人的头盖骨、关 节和股骨节和股骨，利用聚酰胺纤维作为手术缝合线利用聚酰胺纤维作为手术缝合线的临床的临床 应用情况。应用情况。50年代，有机硅聚合物被用于医学领年代，有机硅聚合物被用于医学领 域域，使人工器官的应用范围大大扩大，包括器官替，使人工器官的应用范围大大扩大，包括器官替 代和整容等许多方面。代和整容等许多方面。 Drug controlled releaseTissue engineeringGene therapy2
6、024/7/28材料 此后，一大批人工器官在此后，一大批人工器官在50年代试用于临床。年代试用于临床。如如人工尿道（人工尿道（1950年）年）、人工血管（人工血管（1951年）年）、人工食道（人工食道（1951年）年）、人工心脏瓣膜（人工心脏瓣膜（1952）、人工心肺（人工心肺（1953年）年）、人工关节（人工关节（1954年）年）、人人工肝（工肝（1958年）年）等。进入等。进入60年代，医用高分子材年代，医用高分子材料开始进入一个崭新的发展时期。料开始进入一个崭新的发展时期。2024/7/28材料1960s 可生物降解聚合物，如：可生物降解聚合物，如：Polylactide(PLA)197
7、0-80s 隐形眼镜（隐形眼镜（Contact lens），药物控制释），药物控制释放放(drug controlled release)1990s- 聚合物在生物医用材料中的占有率超过一聚合物在生物医用材料中的占有率超过一半半2024/7/28材料2024/7/28材料 高分子材料虽然不是万能的，不可能指望它解高分子材料虽然不是万能的，不可能指望它解决一切医学问题，但决一切医学问题，但通过分子设计的途径通过分子设计的途径，合成出，合成出具有生物医学功能的理想医用高分子材料的前景是具有生物医学功能的理想医用高分子材料的前景是十分广阔的。有人预计，在十分广阔的。有人预计，在21世纪，医用高分子将
8、世纪，医用高分子将进入一个全新的时代。除了大脑之外，人体的所有进入一个全新的时代。除了大脑之外，人体的所有部位和脏器都可用高分子材料来取代。仿生人也将部位和脏器都可用高分子材料来取代。仿生人也将比想象中更快地来到世上。比想象中更快地来到世上。2024/7/28材料4. 医用高分子材料的要求（Requirements for biomedical polymers）Basic requirements安全性Biocompatibility/Biostability / Biodegradability灭菌性Sterilizability2024/7/28材料Requirements for bi
9、omedical polymersOther requirements according to specific applications加工成型性machine-shaping properties机械性能与稳定性Mechanical properties环境敏感性Environmental sensitivity表面性能与结构多空性Surface properties/Porosity亲疏水性Hydrophilicity / hydrophobicity 2024/7/28材料 不会致癌不会致癌 根据现代医学理论认为，人体致癌的原因是由根据现代医学理论认为，人体致癌的原因是由于于正常细胞
10、发生了变异。当这些变异细胞以极其迅正常细胞发生了变异。当这些变异细胞以极其迅速的速度增长并扩散时，就形成了癌速的速度增长并扩散时，就形成了癌。而引起细胞。而引起细胞变异的因素是多方面的，有化学因素、物理因素，变异的因素是多方面的，有化学因素、物理因素，也有病毒引起的原因。也有病毒引起的原因。安全性安全性2024/7/28材料具有良好的血液相容性具有良好的血液相容性 当高分子材料用于人工脏器植入人体后，必然要当高分子材料用于人工脏器植入人体后，必然要长时间与体内的血液接触。因此，长时间与体内的血液接触。因此，应用高分子对血应用高分子对血液的相容性是所有性能中最重要的液的相容性是所有性能中最重要的
11、。2024/7/28材料通常，当人体的表皮受到损伤时，流出的血液会通常，当人体的表皮受到损伤时，流出的血液会自动凝固，称为自动凝固，称为血栓血栓。血液相容性指材料在体内与血液接触后不发生凝血、溶血现象，不形成血栓。实际上，血液在受到下列因素影响时，都可能发实际上，血液在受到下列因素影响时，都可能发生血栓：生血栓： 血管壁特性与状态发生变化；血管壁特性与状态发生变化； 血血液的性质发生变化；液的性质发生变化； 血液的流动状态发生变化血液的流动状态发生变化。2024/7/28材料 具有良好的组织相容性具有良好的组织相容性 有些高分子材料本身对人体有害，不能有些高分子材料本身对人体有害，不能用作医用
12、材料。而有些高分子材料本身对人体组用作医用材料。而有些高分子材料本身对人体组织并无不良的影响，但在合成、加工过程中不可织并无不良的影响，但在合成、加工过程中不可避免地会残留一些单体，或使用一些添加剂。当避免地会残留一些单体，或使用一些添加剂。当材料植入人体以后，这些单体和添加剂会慢慢从材料植入人体以后，这些单体和添加剂会慢慢从内部迁移到表面，从而对周围组织发生作用，内部迁移到表面，从而对周围组织发生作用，引引起炎症或组织畸变起炎症或组织畸变，严重的可引起全身性反应。，严重的可引起全身性反应。2024/7/28材料灭菌性 高分子材料在植入体内之前，都要经过严格的高分子材料在植入体内之前，都要经过
13、严格的灭菌消毒。目前灭菌处理一般有三种方法：灭菌消毒。目前灭菌处理一般有三种方法：蒸汽灭蒸汽灭菌、化学灭菌、菌、化学灭菌、射线灭菌射线灭菌。国内大多采用前两种。国内大多采用前两种方法。因此在选择材料时，要考虑能否耐受得了。方法。因此在选择材料时，要考虑能否耐受得了。能经受必要的清洁消毒措施而不产生变性能经受必要的清洁消毒措施而不产生变性2024/7/28材料机械强度2024/7/28材料表表9-1 高分子材料在狗体内的机械稳定性高分子材料在狗体内的机械稳定性材料名称材料名称植入天数植入天数机械机械强强度度损失失 /尼尼龙-676174.6107380.7涤纶树脂脂78011.4聚四氟乙聚四氟乙
14、烯6775.32024/7/28材料5. 材料界面性质对血液相容性的关系材料界面性质对血液相容性的关系材料界面性质与血液界面性能的不同可能造成吸材料界面性质与血液界面性能的不同可能造成吸附改变蛋白质的形状以及排列，产生溶血、凝血附改变蛋白质的形状以及排列，产生溶血、凝血或者血栓或者血栓改善措施改善措施强亲水或强疏水表面强亲水或强疏水表面亲水或疏水微相分离的聚合物亲水或疏水微相分离的聚合物表面引入生物相容性物质（肝素、白蛋白等）表面引入生物相容性物质（肝素、白蛋白等）引入负离子（血液中多组分呈负电性）引入负离子（血液中多组分呈负电性）生成伪内膜生成伪内膜2024/7/28材料高分子材料表面亲高分
15、子材料表面亲/疏水性的改善疏水性的改善强疏水：对血液成分吸附能力小，因此血液相容强疏水：对血液成分吸附能力小，因此血液相容性好，如：性好，如：聚四氟乙烯聚四氟乙烯强亲水：吸水后与血液表面性能接近，减小对蛋强亲水：吸水后与血液表面性能接近，减小对蛋白质的吸附，如：白质的吸附，如：聚氧化乙烯（非常重要的抗凝聚氧化乙烯（非常重要的抗凝血材料）血材料） 添加聚氧化乙烯（分子量添加聚氧化乙烯（分子量6000）于凝血酶溶）于凝血酶溶液中，可防止凝血酶对玻璃的吸附。液中，可防止凝血酶对玻璃的吸附。2024/7/28材料 通过接枝改性调节高分子材料表面分子结构中通过接枝改性调节高分子材料表面分子结构中的亲水基
16、团与疏水基团的比例，的亲水基团与疏水基团的比例，使其达到一个最使其达到一个最佳值，也是改善材料血液相容性的有效方法。佳值，也是改善材料血液相容性的有效方法。2024/7/28材料制备具有微相分离结构的材料制备具有微相分离结构的材料 研究发现，具有微相分离结构的高分子材料对研究发现，具有微相分离结构的高分子材料对血液相容性有十分重要的作用。血液相容性有十分重要的作用。 它们基本上是它们基本上是嵌段共聚物和接枝共聚物嵌段共聚物和接枝共聚物。其中研。其中研究得较多的是究得较多的是聚氨酯嵌段共聚物聚氨酯嵌段共聚物，即由软段和硬段组，即由软段和硬段组成的多嵌段共聚物，其中软段一般为聚醚、聚丁二烯、成的多
17、嵌段共聚物，其中软段一般为聚醚、聚丁二烯、聚二甲基硅氧烷等，形成连续相；硬段包含脲基和氨聚二甲基硅氧烷等，形成连续相；硬段包含脲基和氨基甲酸酯基，形成分散相。基甲酸酯基，形成分散相。2024/7/28材料 美国美国EthiconEthicon公司推荐的四种医用聚醚氨公司推荐的四种医用聚醚氨酯：酯：BiomerBiomer，PellethanePellethane，TecoflexTecoflex和和CardiothaneCardiothane基本上都属于这一类聚合物。基本上都属于这一类聚合物。 2024/7/28材料原因被认为是亲水和疏水的蛋白质原因被认为是亲水和疏水的蛋白质被吸附于不同的微相
18、区间，不会激被吸附于不同的微相区间，不会激活血小板表面的糖蛋白，血小板的活血小板表面的糖蛋白，血小板的特异识别功能表现不出来。特异识别功能表现不出来。2024/7/28材料高分子材料的肝素化高分子材料的肝素化 肝素是一种硫酸多糖类物质肝素是一种硫酸多糖类物质（见下式），（见下式），含有SO3-，COO-及NHSO3-等功能基团。是最早被认是最早被认识的天然抗凝血产物之一。识的天然抗凝血产物之一。2024/7/28材料 将肝素通过接枝方法固定在高分子材料表面上将肝素通过接枝方法固定在高分子材料表面上以提高其抗凝血性，是使材料的抗凝血性改变的重以提高其抗凝血性，是使材料的抗凝血性改变的重要途径。在
19、高分子材料结构中引入肝素后，在使用要途径。在高分子材料结构中引入肝素后，在使用过程中，肝素慢慢地释放，能明显提高抗血栓性。过程中，肝素慢慢地释放，能明显提高抗血栓性。2024/7/28材料人工合成的仿肝素共聚物，同样具有较好的抗凝血功能人工合成的仿肝素共聚物，同样具有较好的抗凝血功能2024/7/28材料使材料表面带上负电荷的基团使材料表面带上负电荷的基团例如：将芝加哥酸（例如：将芝加哥酸（1-氨基氨基-8-萘酚萘酚-2, 4-二磺酸萘）二磺酸萘）（见下式）引入聚合物表面后，可减少血小板在（见下式）引入聚合物表面后，可减少血小板在聚合物表面上的粘附量，抗疑血性提高。聚合物表面上的粘附量，抗疑血
20、性提高。2024/7/28材料材料表面伪内膜化材料表面伪内膜化 人们发现，大部分高分子材料的表面容易沉渍人们发现，大部分高分子材料的表面容易沉渍血纤蛋白而凝血。如果有意将某些高分子的表面制血纤蛋白而凝血。如果有意将某些高分子的表面制成纤维林立状态，当血液流过这种粗糙的表面时，成纤维林立状态，当血液流过这种粗糙的表面时，迅速形成稳定的凝固血栓膜，但不扩展成血栓，然迅速形成稳定的凝固血栓膜，但不扩展成血栓，然后诱导出血管内皮细胞。这样就相当于在材料表面后诱导出血管内皮细胞。这样就相当于在材料表面上覆盖了一层光滑的生物层上覆盖了一层光滑的生物层伪内膜伪内膜。这种伪内膜。这种伪内膜与人体心脏和血管一样
21、，具有光滑的表面，从而达与人体心脏和血管一样，具有光滑的表面，从而达到永久性的抗血栓。到永久性的抗血栓。2024/7/28材料9.2 生物惰性医用高分子材料生物惰性医用高分子材料聚氯乙烯聚氯乙烯有机硅类有机硅类涤纶涤纶聚四氟乙烯聚四氟乙烯聚丙烯聚丙烯高密度聚乙烯高密度聚乙烯聚丙烯酸酯类聚丙烯酸酯类聚氨酯聚氨酯室温固化环氧树酯室温固化环氧树酯精制天然橡胶精制天然橡胶无机高分子聚磷腈无机高分子聚磷腈2024/7/28材料表表9-2 用于人工用于人工脏器的部分高分子材料器的部分高分子材料人工人工脏器器高分子材料高分子材料心心 脏嵌段聚嵌段聚醚氨氨酯弹性体、硅橡胶性体、硅橡胶肾 脏铜氨法再生氨法再生纤
22、维素，醋酸素，醋酸纤维素，聚甲基丙素，聚甲基丙烯酸甲酸甲酯，聚丙聚丙烯腈，聚，聚砜，乙，乙烯-乙乙烯醇共聚物（醇共聚物（EVA），聚），聚丙丙烯，聚碳酸，聚碳酸酯，聚甲基丙，聚甲基丙烯酸酸- -羟乙乙酯肝肝 脏赛璐玢（璐玢（cellophane），聚甲基丙），聚甲基丙烯酸酸-羟乙乙酯胰胰 脏共聚丙共聚丙烯酸酸酯中空中空纤维肺肺硅橡胶，聚丙硅橡胶，聚丙烯中空中空纤维，聚，聚烷砜关关节、骨、骨超高分子量聚乙烯超高分子量聚乙烯，高密度聚乙，高密度聚乙烯，聚甲基丙，聚甲基丙烯酸甲酸甲酯，尼，尼龙，聚，聚酯2024/7/28材料皮皮 肤肤硝基硝基纤维素，聚硅素，聚硅酮-尼尼龙复合物，聚复合物，聚酯，甲壳
23、素，甲壳素角角 膜膜聚甲基丙聚甲基丙烯酸甲酸甲酯，聚甲基丙，聚甲基丙烯酸酸- -羟乙乙酯，硅橡，硅橡胶胶玻璃体玻璃体硅油，聚甲基丙硅油，聚甲基丙烯酸酸- -羟乙乙酯鼻、耳鼻、耳硅橡胶，聚乙硅橡胶，聚乙烯血血 管管聚聚酯纤维，聚四氟乙，聚四氟乙烯，嵌段聚，嵌段聚醚氨氨酯人工人工红血球血球 全氟全氟烃人工血人工血浆羟乙基淀粉，聚乙乙基淀粉，聚乙烯基吡咯基吡咯烷酮胆胆 管管硅橡胶硅橡胶表表9-2 用于人工用于人工脏器的部分高分子材料器的部分高分子材料2024/7/28材料Biodegradable polymersPoly(anhydride)sPoly(lactide-co-glycolide)P
24、LGAPolylactidePLAPolyglycolidePGAPoly(-caprolactone)PCLPoly(1,3-trimethylene carbonate) PTMCAliphatic polyestersAliphatic polycarbonatesPolyphosphates聚乳酸聚2-羟基乙酸2024/7/28材料9.3 可降解生物高分子材料可降解生物高分子材料（biodegradable polymers）结构与性能结构与性能合成合成应用应用2024/7/28材料2024/7/28材料2024/7/28材料2024/7/28材料合成可降解高分子材料合成可降解高分子材
25、料（synthetic biodegradable polymers）u 聚酯聚酯u 聚碳酸酯聚碳酸酯u 聚磷酸酯聚磷酸酯u 聚酸酐聚酸酐2024/7/28材料聚乳酸聚乳酸聚聚2-羟基乙酸羟基乙酸2024/7/28材料 -羟基丙酸羟基丙酸2024/7/28材料（乳酸二聚体）（乳酸二聚体）2024/7/28材料2024/7/28材料用途手术缝合线手术缝合线骨固定材料骨固定材料组织修补材料组织修补材料药物控制释放材料药物控制释放材料2024/7/28材料聚2-羟基乙酸（聚乙交酯）商品名：商品名：Dexon，体内降解速度快，用于手，体内降解速度快，用于手术缝合线，适合术缝合线，适合2-4周愈合的伤口
26、周愈合的伤口2024/7/28材料聚（丙交酯-乙交酯）2024/7/28材料2024/7/28材料天然可降解高分子材料胶原蛋白，纤维蛋白胶原蛋白，纤维蛋白甲壳素、壳聚糖、淀粉、纤维素海藻酸钠衍生物甲壳素、壳聚糖、淀粉、纤维素海藻酸钠衍生物可吸收缝线可吸收缝线药物控释载体药物控释载体人工皮肤人工皮肤2024/7/28材料甲壳质甲壳质2024/7/28材料甲壳素与壳聚糖甲壳素与壳聚糖 甲壳素是一种的线性多糖。昆虫壳皮、甲壳素是一种的线性多糖。昆虫壳皮、虾蟹壳中均含有丰富的甲壳素。壳聚糖为甲壳素的虾蟹壳中均含有丰富的甲壳素。壳聚糖为甲壳素的脱乙酰衍生物，由甲壳素在脱乙酰衍生物，由甲壳素在4050浓度
27、的氢浓度的氢氧化钠水溶液中氧化钠水溶液中110120下水解下水解24h得到。得到。 2024/7/28材料 甲壳素能为肌体组织中的溶菌酶所分解，已用于制甲壳素能为肌体组织中的溶菌酶所分解，已用于制造造吸收型手术缝合线吸收型手术缝合线。其抗拉强度优于其他类型的手术。其抗拉强度优于其他类型的手术缝合线。在兔体内试验观察，甲壳素手术缝合线缝合线。在兔体内试验观察，甲壳素手术缝合线4个月个月可以完全吸收。可以完全吸收。 甲壳素还具有促进伤口愈合的功能，可用作甲壳素还具有促进伤口愈合的功能，可用作伤伤口包扎材料口包扎材料。 甲壳素膜用于覆盖外伤或新鲜烧伤的皮肤创伤甲壳素膜用于覆盖外伤或新鲜烧伤的皮肤创伤
28、面时，具有减轻疼痛和促进表皮形成的作用，因此是一面时，具有减轻疼痛和促进表皮形成的作用，因此是一种良好的种良好的人造皮肤材料人造皮肤材料。2024/7/28材料2024/7/28材料2024/7/28材料2024/7/28材料胶原胶原 胶原是人体组织中最基本的蛋白质类物质，至胶原是人体组织中最基本的蛋白质类物质，至今已经鉴别出今已经鉴别出13种胶原，其中种胶原，其中 IIII、V和和 XI 型胶型胶原为成纤维胶原。原为成纤维胶原。I 型胶原在动物体内含量最多，型胶原在动物体内含量最多，已被广泛应用于生物医用材料和生化试剂。已被广泛应用于生物医用材料和生化试剂。牛和猪牛和猪的肌腱、生皮、骨骼是生
29、产胶原的主要原料。的肌腱、生皮、骨骼是生产胶原的主要原料。 2024/7/28材料2024/7/28材料 由各种物种和肌体组织制备的胶原差异很小。由各种物种和肌体组织制备的胶原差异很小。最基本的胶原结构为由三条分子量大约为最基本的胶原结构为由三条分子量大约为1105的的肽链组成的三股螺旋绳状结构，直径为肽链组成的三股螺旋绳状结构，直径为11.5nm，长约长约300nm，每条肽链都具有左手螺旋二级结构。，每条肽链都具有左手螺旋二级结构。胶原分子的两端存在两个小的短链肽，称为端胶原分子的两端存在两个小的短链肽，称为端肽，不参与三股螺旋绳状结构。研究证明，端肽是肽，不参与三股螺旋绳状结构。研究证明，
30、端肽是免疫原性识别点，可通过酶解将其除去。除去端肽免疫原性识别点，可通过酶解将其除去。除去端肽的胶原称为不全胶原，可用作生物医学材料。的胶原称为不全胶原，可用作生物医学材料。2024/7/28材料 胶原可以用于制造胶原可以用于制造止血海绵、创伤辅料、止血海绵、创伤辅料、人工皮肤、手术缝合线、组织工程基质人工皮肤、手术缝合线、组织工程基质等。胶等。胶原在应用时必须交联，以控制其物理性质和生原在应用时必须交联，以控制其物理性质和生物可吸收性。物可吸收性。2024/7/28材料 纤维蛋白纤维蛋白 纤维蛋白是纤维蛋白原的聚合产物纤维蛋白是纤维蛋白原的聚合产物。纤维蛋白原。纤维蛋白原是一种血浆蛋白质，存
31、在于动物体的血液中。是一种血浆蛋白质，存在于动物体的血液中。纤维纤维蛋白原在人体内的主要功能是参与凝血过程蛋白原在人体内的主要功能是参与凝血过程。2024/7/28材料2024/7/28材料 纤维蛋白具有良好的生物相容性，具有纤维蛋白具有良好的生物相容性，具有止血、止血、促进组织愈合促进组织愈合等功能，在医学领域有着重要用途。等功能，在医学领域有着重要用途。 纤维蛋白的降解包括酶降解和细胞吞噬两种过纤维蛋白的降解包括酶降解和细胞吞噬两种过程，程，降解产物可以被肌体完全吸收降解产物可以被肌体完全吸收。降解速度随产。降解速度随产品不同从几天到几个月不等。通过交联和改变其聚品不同从几天到几个月不等。
32、通过交联和改变其聚集状态是控制其降解速度的重要手段。集状态是控制其降解速度的重要手段。2024/7/28材料天然可降解高分子材料的优点 原料来源丰富，便宜易得原料来源丰富，便宜易得 可用常规方法加工成型可用常规方法加工成型 具有良好的生物相容性具有良好的生物相容性 不引起异体反应不引起异体反应2024/7/28材料药用高分子高分子药物高分子药物高分子药物载体高分子药物载体靶向药物高分子导向材料靶向药物高分子导向材料2024/7/28材料高分子药物1. 高分子骨架本身具有药理活性 p331聚乙烯N-氧吡啶是一种具有药理活性 的高分子，能溶于水中。注射其水溶液或吸入其烟雾剂，对于治疗因大量吸入含游
33、离二氧化硅粉尘所引起的急性和慢性矽肺病有较好效果并有较好的预防效果2024/7/28材料聚乙烯磺酸钠是一种具有抗凝血作用的聚合物 聚乙烯磺酸钠的聚合单体是乙烯基磺酸钠。由于磺酸钠基团的强烈电斥作用，单体不易靠拢，因此，通过自由基聚合很难得到聚合物。有效的方法是采用等离子引发聚合。 2024/7/28材料 血浆增量剂，用于治疗外伤性急性出血及其他原因引起的血浆增量剂，用于治疗外伤性急性出血及其他原因引起的血容量减少血容量减少2024/7/28材料 将青霉素与乙烯醇-乙烯胺共聚物以酰胺键相结合，得到水溶性的药物高分子。这种高分子青霉素在人体内停留时间比低分子青霉素长30-40倍。高分子载体药物高分
34、子载体药物2024/7/28材料2024/7/28材料药物控制释放目的：药物控制释放目的： 使药物以最小的剂量在特定部位产生疗效；使药物以最小的剂量在特定部位产生疗效；优化药物释放速率以提高疗效，降低毒副作用；优化药物释放速率以提高疗效，降低毒副作用；高分子药物缓释材料高分子药物缓释材料2024/7/28材料控释药物的剂型与技术控释药物的剂型与技术口服口服口服口服注射制剂注射制剂注射制剂注射制剂植入制剂植入制剂植入制剂植入制剂喷雾剂喷雾剂喷雾剂喷雾剂经皮给药经皮给药经皮给药经皮给药粘膜贴剂粘膜贴剂粘膜贴剂粘膜贴剂l l缓释技术缓释技术时间控时间控制体系制体系l l靶向技术靶向技术部位控部位控制
35、体系制体系l l智能控制释放智能控制释放反馈控制体系反馈控制体系l l2024/7/28材料缓释机理缓释机理扩散控制扩散控制化学反应控制化学反应控制溶剂活化控制体系溶剂活化控制体系磁控制体系磁控制体系2024/7/28材料口服缓释制剂：新康泰克2024/7/28材料2024/7/28材料纳米米树形高分子形高分子（纳米在米在药物物输运中的运中的应用）用）作作为药物物载体的体的树状高分子状高分子把把树形高分子形高分子设计得只在得只在适当的触适当的触发分子存在的情分子存在的情况下自况下自动地膨地膨胀并并释放出放出药物物使定制的使定制的树形高分子恰好形高分子恰好在需要治在需要治疗的的组织或器官或器官内
36、内释放出其运放出其运载的的药物物。2024/7/28材料代表性药物控释系统及公司代表性药物控释系统及公司产产 品品 领领 域域公公 司司POLYOX WSR控制药物释放载体控制药物释放载体Dow Chem. Co, USA抗癌药物增效系统抗癌药物增效系统Johnson & Johnson，USA (原原Alza)吸收增效剂吸收增效剂Eastman Chem. Co, USA蛋白质药物释放蛋白质药物释放Altus Biologies Inc. USA靶向释放端粒治疗靶向释放端粒治疗Targesome Inc. USA注射制剂注射制剂Pharmaceutical Profiles, UK治疗细胞治
37、疗细胞, 生长因子释放生长因子释放Regen Tec Ltd. UK吸入药物释放吸入药物释放Acrux Ltd. Australia基因转染的新脂质体释放系统基因转染的新脂质体释放系统Novosom AG, German2024/7/28材料 壁虎胶带壁虎胶带仿生干型高分子粘合材料仿生干型高分子粘合材料 聚酰亚胺薄膜聚酰亚胺薄膜 利用全范德华力作用原理微制造而成利用全范德华力作用原理微制造而成 具有紧密排列的规整微突起结构具有紧密排列的规整微突起结构 1cm2: 3N(300g)蜘蛛人玩具蜘蛛人玩具:高高15cm15cm重重40g40g覆盖覆盖0.5cm0.5cm2 2壁虎胶带壁虎胶带Autu
38、mn K.,et al, Nature,2000,405:681-685Autumn K.,et al, Proc.Natl.Acad.Sci.,USA, 2002, 99: 12252-122562024/7/28材料壁虎的脚上壁虎的脚上覆盖了一层非常细小的绒毛覆盖了一层非常细小的绒毛 壁虎及其脚趾的壁虎及其脚趾的“英姿英姿” 壁虎飞檐走壁的奥秘完全的范德华力壁虎飞檐走壁的奥秘完全的范德华力2024/7/28材料聚酰亚胺聚酰亚胺(PI)微突起的电镜照片微突起的电镜照片（单个微突起：直径（单个微突起：直径0.5m，高，高2m，间隔，间隔1.6m）单个微突起单个微突起: 200nN PI胶带胶带
39、: 1cm2 3N(300g)，200cm2 600N(60Kg) 干型粘合，反复使用干型粘合，反复使用2024/7/28材料干型高分子粘合剂的干型高分子粘合剂的仿生探索设计：仿生探索设计： 可能获得类似于刚毛的粘合力可能获得类似于刚毛的粘合力壁虎的刚毛结构壁虎的刚毛结构大量的规整微突起结构大量的规整微突起结构a b a. 壁虎脚单根刚毛壁虎脚单根刚毛 b. 每根刚毛末端的细分叉每根刚毛末端的细分叉2024/7/28材料蜘蛛丝蜘蛛丝人造蜘蛛丝人造蜘蛛丝生物钢丝生物钢丝2024/7/28材料蜘蛛丝的弹性与韧性为什么都好？蜘蛛丝的弹性与韧性为什么都好？蜘蛛丝虽细，但承受的张力可达蜘蛛丝虽细，但承受
40、的张力可达3克重克重即使拉伸即使拉伸10倍以上也不会断掉倍以上也不会断掉它的强度是同样粗细的钢丝的它的强度是同样粗细的钢丝的5倍倍是强度最大的天然高分子化合物是强度最大的天然高分子化合物主要成份是氨基酸组成的蛋白质类高分子化合物主要成份是氨基酸组成的蛋白质类高分子化合物由于它呈酸性而且含有杀菌物质，故不易发霉由于它呈酸性而且含有杀菌物质，故不易发霉蜘蛛丝含有吸湿的吡咯烷酮，尽管在自然界免不了遭蜘蛛丝含有吸湿的吡咯烷酮，尽管在自然界免不了遭受风吹、雨打和日晒，却仍然保持一定的粘着力受风吹、雨打和日晒，却仍然保持一定的粘着力蜘蛛网还具有优美的对称性，怎么看都是生物建筑学蜘蛛网还具有优美的对称性，怎
41、么看都是生物建筑学上的重要成果上的重要成果2024/7/28材料在纳米尺度上蜘蛛丝结构形同一根极细的螺旋在纳米尺度上蜘蛛丝结构形同一根极细的螺旋线线看上去像长长的浸泡过某种液体的看上去像长长的浸泡过某种液体的“弹簧弹簧”当它被拉伸时，像当它被拉伸时，像“弹簧弹簧”一样会竭力返回原一样会竭力返回原来的长度来的长度而当它缩短时，本身又会吸收振动能量并转变而当它缩短时，本身又会吸收振动能量并转变为热能为热能奥妙被揭开：奥妙被揭开：2024/7/28材料蜘蛛和蚕不同，很难进行大规模的人蜘蛛和蚕不同，很难进行大规模的人工饲养工饲养要在化工厂中造出有蛛丝特性的人造要在化工厂中造出有蛛丝特性的人造纤维，人类
42、目前的技术与工艺均无可能纤维，人类目前的技术与工艺均无可能采用基因工程的办法，将蜘蛛的基因采用基因工程的办法，将蜘蛛的基因植进入山羊细胞的植进入山羊细胞的DNA中，培育出了能中，培育出了能在乳汁中分泌蜘蛛丝蛋白的新品种山羊在乳汁中分泌蜘蛛丝蛋白的新品种山羊使使“生物钢材生物钢材”的大规模生产成为可的大规模生产成为可能能用其组合成牢固的复合材料用于宇航用其组合成牢固的复合材料用于宇航和汽车工业和汽车工业制造外科手术缝合线和防弹背心的理制造外科手术缝合线和防弹背心的理想材料想材料基因工程让我们基因工程让我们“种豆得瓜种豆得瓜”了了种豆得瓜种豆得瓜能在乳汁中分泌丝蛋白的新品种山羊能在乳汁中分泌丝蛋白的新品种山羊2024/7/28材料思考、查资料自然界中有哪些物体具有超疏水的表面？2024/7/28材料
