生物醫(yī)用高分子材料

1、 生物醫(yī)用高分子材料一、生物醫(yī)用材料生物醫(yī)用材料簡介：生物醫(yī)用材料指的是一類具有特殊性能、特種功能，用于人工器官、外科修復(fù)、理療康復(fù)、診斷、治療疾患，而對人體組織不會產(chǎn)生不良影響的材料?，F(xiàn)在各種合成材料和天然高分子材料、金屬和合金材料、陶瓷和碳素材料以及各種復(fù)合材料，其制成產(chǎn)品已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于臨床和科研。生物醫(yī)用材料分類：生物材料應(yīng)用廣泛，品種很多，有不同的分類方法。通常是按材料屬性分為：合成高分子材料（聚氨酯、聚酯、聚乳酸、聚乙醇酸、乳酸乙醇酸共聚物及其他醫(yī)用合成塑料和橡膠等）、天然高分子材料（如膠原、絲蛋白、纖維素、殼聚糖等）、金屬與合金材料（如欽金屬及其合金等）、無機材料（生物活性陶瓷

2、，羥基磷灰石等）、復(fù)合材料（碳纖維/聚合物、玻璃纖維/聚合物等）。根據(jù)材料的用途，這些材料又可以分為生物惰性（bioinert）、生物活性（bioactive）或生物降解（biodegradable）材料。2、 生物醫(yī)用高分子材料 1、定義： 生物醫(yī)用高分子材料是指對生物體進行診斷、治療和置換損壞組織、器官或增進其功能的材料。生物醫(yī)學(xué)材料中發(fā)展最早、應(yīng)用最廣泛、用量最大的材料，也是一個正在迅速發(fā)展的材料。它既可以來源于天然產(chǎn)物，又可以人工合成。此類材料除應(yīng)滿足一般的物理、化學(xué)性能要求外，還必須具有足夠好的生物相容性。 2、分類： 按材料來源分：（1） 醫(yī)用金屬和合金。主要用于承力的骨、關(guān)節(jié)和牙

3、等硬組織的修復(fù)和替換。（2） 醫(yī)用高分子生物材料。高分子化合物是構(gòu)成人體絕大部分組織和器官的物質(zhì)，醫(yī)用高分子生物材料包括合成（如：聚酯、硅橡膠）和天然高分子（如：膠原、甲殼素）。（3） 醫(yī)用生物陶瓷。有惰性生物陶瓷和活性生物陶瓷（羥基磷灰石陶瓷、可吸收磷酸三鈣陶瓷等） （4） 醫(yī)用生物復(fù)合材料。如羥基磷灰石涂復(fù)鈦合金，炭纖維或生物活性玻璃纖維增強聚乳酸等高分子材料。 （5） 生物衍生材料。這類材料是將活性的生物體組織，包括自體和異體組織，經(jīng)處理改性而獲得的無活性的生物材料。 按用途分：（1） 手術(shù)治療用高分子材料，如： 縫合線，黏膠劑，止血劑，各種導(dǎo)管，引流管，一次性輸血輸液器材（2）藥用及藥

4、物傳遞用高分子材料，如： 靶向性高分子載體（肝靶向性，腫瘤靶向性），高分子藥物（干擾素，降膽敏），高分子控制釋放載體（膠囊，水凝膠，脂質(zhì)體）（3）人造器官或組織，如： 人造皮膚，血管，骨，關(guān)節(jié)，腸道，心臟，腎等。 按降解性能分（1）可生物降解材料-指聚合物在生物體內(nèi)酶、酸堿性環(huán)境下或微生物存在的情況下可以發(fā)生分子量下降、生成水和二氧化碳等對生物體或環(huán)境無毒害的小分子化合物的性能。（2） 不可生物降解材料（生物惰性材料）-一種生物材料在特殊應(yīng)用中和宿主反應(yīng)起作用的能力，要求植入材料和機體間的相互作用能夠永久地被協(xié)調(diào)。在生物環(huán)境下自身不發(fā)生有害的物理（滲透、溶解或吸附）或者化學(xué)反應(yīng)（對酸堿酶穩(wěn)定）

5、。3、 天然可降解高分子材料 膠原蛋白、纖維蛋白 甲殼素、殼聚糖、淀粉、纖維素海藻酸鈉衍生物、可吸收縫線、藥物控釋載體、人工皮膚（1） 膠原 膠原是人體組織中最基本的蛋白質(zhì)類物質(zhì)，至今已經(jīng)鑒別出13種膠原，其中 IIII、V和 XI 型膠原為成纖維膠原。I 型膠原在動物體內(nèi)含量最多，已被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)用材料和生化試劑。 結(jié)構(gòu)：由各種物種和肌體組織制備的膠原差異很小。最基本的膠原結(jié)構(gòu)為由三條分子量大約為1×105的肽鏈組成的三股螺旋繩狀結(jié)構(gòu)，直徑為11.5nm，長約300nm，每條肽鏈都具有左手螺旋二級結(jié)構(gòu)。膠原分子的兩端存在兩個小的短鏈肽，稱為端肽，不參與三股螺旋繩狀結(jié)構(gòu)。研究證明

6、，端肽是免疫原性識別點，可通過酶解將其除去。除去端肽的膠原稱為不全膠原，可用作生物醫(yī)學(xué)材料。制備來源：牛和豬的肌腱、生皮、骨骼是生產(chǎn)膠原的主要原料。 特點：優(yōu)點：膠原材料具有生物力學(xué)性能好,免疫原性低等優(yōu)點,被制造成為各種生物醫(yī)學(xué)材料,在醫(yī)療器械產(chǎn)品制造領(lǐng)域有著不可替代的優(yōu)勢和相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。缺點：要通過對實際生產(chǎn)過程的嚴格控制才能達到動物源性膠原的人用標準。應(yīng)用：膠原可以用于制造心臟瓣膜、支架、血管修復(fù)材料、止血海綿、創(chuàng)傷輔料、明膠、化妝品、人工皮膚、手術(shù)縫合線、組織工程基質(zhì)等。前景展望：膠原材料應(yīng)用范圍極其廣泛,優(yōu)勢明顯。我國在對膠原類醫(yī)療器械產(chǎn)品的檢驗評價方面也日趨完善，如不久前又增添了

7、對免疫原性檢測的要求。但當(dāng)前國內(nèi)對膠原類生物醫(yī)用材料免疫原性的研究很少，并且對于此類產(chǎn)品的免疫原性尚無標準評價方法。這一點仍需要我們繼續(xù)不斷地摸索與探究。（2） 甲殼質(zhì) 甲殼質(zhì)是1811年由法國學(xué)者布拉克諾(Braconno)發(fā)現(xiàn)，1823年由歐吉爾(Dier)從甲殼動物外殼中提取,并命名為CHITIN，譯名為幾丁質(zhì)。 結(jié)構(gòu)： 1分子量：甲殼質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)和植物纖維素非常相似。都是六碳糖的多聚體，分子量都在100萬以上。分子量越高吸附能力越強，適合工業(yè)、環(huán)保領(lǐng)域應(yīng)用。低分子量容易被人體吸收。分子量為7000左右的幾丁聚糖，大約含30個左右的葡萄糖胺殘基。 2脫乙?；兌龋簬锥≠|(zhì)經(jīng)過脫乙酰基成為幾

8、丁聚糖，而幾丁聚糖的基本單位是葡萄糖胺。幾丁質(zhì)因為不溶于酸堿也不溶于水而不能被身體利用。脫乙?；罂稍黾悠淙芙庑砸虼丝杀簧眢w吸收。幾丁質(zhì)脫乙?；兌仍礁咂淦焚|(zhì)越好。 制備來源：自然界中,甲殼質(zhì)存在于低等植物菌類、藻類的細胞,甲殼動物蝦、蟹、昆蟲的外殼，高等植物的細胞壁等，其量不低于豐富的纖維素，是除纖維素以外的又一大類重要多糖。據(jù)估計自然界中，甲殼質(zhì)每年生物合成的量多達1000億噸。 生產(chǎn)：首先用稀的氫氧化鈉液除去蛋白質(zhì)，然后，用鹽酸除去鈣鹽，剩下的就是幾丁質(zhì)。為了從這些幾丁質(zhì)中除去乙?；?，用長時間的高溫，使之在濃的氫氧化鈉中發(fā)生反應(yīng)，就可制成含有氨基的甲殼質(zhì)(幾丁聚糖或殼糖胺)。因為幾丁質(zhì)不

9、溶于酸堿，也不溶于水，很難被人體利用。經(jīng)脫乙?；蓭锥【厶呛笏苋苡谙∷岷腕w液中，可被人體所利用。（3） 殼聚糖殼聚糖為甲殼素的脫乙酰衍生物，由甲殼素在4050濃度的氫氧化鈉水溶液中110120下水解24h得到。 殼聚糖接枝丙烯酸在酸性條件下存在大量氫鍵，體系收縮，藥物通透率低，表現(xiàn)為“關(guān)”；在堿性條件下成鹽，離子性基團解離，由于同種電荷的相互排斥，聚合物網(wǎng)絡(luò)擴張，藥物通透率高，表現(xiàn)為“開”，因此具有pH刺激響應(yīng)性，可作為智能型藥物控制釋放材料使用。（4） 甲殼素、殼聚糖及其衍生物在醫(yī)藥敷料中的應(yīng)用研究意義：醫(yī)用生物材料的基本要求是安全、有效，研究甲殼素、殼聚糖及其衍生物的使用安全性對該產(chǎn)品在

10、臨床的推廣和應(yīng)用具有重要意義?？梢杂脕?、治療外傷、創(chuàng)傷 ，甲殼素、殼聚糖等產(chǎn)品生物相容性好，且具有止血、止痛、抑菌、促進肉芽組織和上皮組織的形成等作用，是外傷、創(chuàng)傷治療的理想產(chǎn)品。 2、治療燒傷、燙傷，殼聚糖的線型分子鏈結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)良的成纖性，其纖維可作為可吸收醫(yī)用手術(shù)縫合線、人造皮膚、止血材料、手術(shù)包扎材料等。殼聚糖與膠原、明膠、抗菌藥物等復(fù)合，改善物理性能和功能特性，可應(yīng)用于燒傷、燙傷病人的治療。 3、治療潰瘍 ，中藥選擇選用紫草、當(dāng)歸、白芷、甘草等活血止痛、祛腐生肌類藥物，并提取有效成分；珍珠經(jīng)超微粉碎后制成分子離子態(tài)溶液；殼聚糖經(jīng)化學(xué)修飾后制成水溶液。采用微乳化技術(shù)與微膠囊技術(shù)，將

11、以上成分配制成具有定量緩釋功能的微膠囊藥膜。該復(fù)合膜中藥有效成分與殼聚糖結(jié)合在一起，既保持了殼聚糖本身生物活性，又使中藥緩釋吸收，而且具有噴涂方便、自然成膜、滲透性強、易于吸收、加快潰瘍愈合等特點。 4、治療褥瘡，褥瘡又名壓迫性潰瘍，是老齡人群的多發(fā)病和常見病，可分為外源性、原發(fā)性、內(nèi)源性、繼發(fā)性等類型。殼聚糖應(yīng)用于褥瘡的臨床治療取得了良好的效果。應(yīng)用：甲殼素能為肌體組織中的溶菌酶所分解，已用于制造吸收型手術(shù)縫合線。其抗拉強度優(yōu)于其他類型的手術(shù)縫合線。在兔體內(nèi)試驗觀察，甲殼素手術(shù)縫合線4個月可以完全吸收。 甲殼素還具有促進傷口愈合的功能，可用作傷口包扎材料。甲殼素膜用于覆蓋外傷或新鮮燒傷的皮膚創(chuàng)傷面時，具有減輕疼痛和促進表皮形成的作用，因此是一種良好的人造皮膚材料。3、 生物醫(yī)用高分子材料市場發(fā)展概況 我國生物醫(yī)學(xué)材料的生物醫(yī)學(xué)工程產(chǎn)業(yè)的市場增長率高達 28(全球市場增長率20%),居全球之首。 我國人工關(guān)節(jié) 替換年增長率高達30，遠高于美國的4。 775萬肢殘患者和每年新增的300萬骨損傷患者 -需要大量骨修復(fù)材料 2000萬心血管病患者-每年需要24萬套人工心瓣膜