生物醫(yī)用高分子材料4課件

1、1生物醫(yī)用高分子材料（四）7 生物醫(yī)用診斷高分子材料 7.1 固定化酶及臨床應(yīng)用1，酶的固定方法：吸附法、共價鍵結(jié)合法、基質(zhì)法和微膠囊法。2，固定化酶的載體：天然高分子、合成高分子。一般采用多孔性表面積大的材料，不同的固定方法采用的載體也不同。3，臨床應(yīng)用：酶傳感器；酶免疫測定法 1生物醫(yī)用高分子材料（四）7 生物醫(yī)用診斷高分子材料 7.12生物醫(yī)用高分子材料（四）天然有機(jī)高分子：多糖類衍生物（淀粉、 纖維素、 葡聚糖、 瓊脂糖），骨膠原，明膠纖維素瓊脂糖葡萄糖葡聚糖2生物醫(yī)用高分子材料（四）天然有機(jī)高分子：多糖類衍生物（淀粉3生物醫(yī)用高分子材料（四）合成有機(jī)高分子：尼龍-66，尼龍-6，聚苯

2、乙烯，聚丙烯酰胺，聚乙烯醇，聚碳酸酯，聚酯，聚氨酯，聚硅氧烷尼龍-66尼龍-6聚碳酸酯聚硅氧烷3生物醫(yī)用高分子材料（四）合成有機(jī)高分子：尼龍-66，尼龍-4（一）聚醚一、非生物降解的醫(yī)用高分子材料HOCH2CH2OHPEO or PEGHOCH2CH2OCHCH3CH2OCH2CH2OHPEO- PPO-PEO生物醫(yī)用高分子材料（四）幾種重要的醫(yī)用高分子材料4（一）聚醚一、非生物降解的醫(yī)用高分子材料HOCH2CH25PEG與PPG的嵌段共聚物（PEO-PPO-PEO）（Pluronic）：某些具有反相溫敏性，在濃度較高時還可以形成水凝膠。其它含PEG的各類嵌段共聚物和接枝共聚物 PLA-PEG

3、-PLA或PGA-PEG-PGA三嵌段，或PEG-PLA和PEG-PGA二嵌段共聚物， 特別在抗凝血材料中，常在固體植入物表面接枝PEG，改進(jìn)其生物相容性。生物醫(yī)用高分子材料（四）PEG: 不可降解材料、水溶性聚合物、無電荷、生物相容性 好、無炎癥。在藥物緩釋載體領(lǐng)域應(yīng)用較多；5PEG與PPG的嵌段共聚物（PEO-PPO-PEO）（Pl6（二）聚氨酯如：氨綸、Biomer（醫(yī)用聚氨酯彈性體，線性聚氨酯-脲嵌段聚合物）、聚氨酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物、聚氨酯及聚氨酯-丙烯酸酯水凝膠等 應(yīng)用：人工心臟隔膜及包囊的彈性體、各種醫(yī)用膠管管材、彈性繃帶、醫(yī)用人造皮、隱形眼鏡等。 生物醫(yī)用高分子材料（四

4、）6（二）聚氨酯如：氨綸、Biomer（醫(yī)用聚氨酯彈性體，線性7（三）硅橡膠良好的生物相容性、透明性、抗老化性、電絕緣性等 應(yīng)用：硅橡膠和硅凝膠在乳房填充物、矯形材料、血管替代物以及包封 材料、醫(yī)用粘合劑等方面聚二甲基硅氧烷(PDMS)生物醫(yī)用高分子材料（四）7（三）硅橡膠良好的生物相容性、透明性、抗老化性、電絕緣性等8（四）聚甲基丙烯酸酯類聚甲基丙烯酸甲酯：PMMA，有機(jī)玻璃，具有良好的生物相容性，較高的機(jī)械強(qiáng)度和熱成型性能。主要用于人工骨、骨水泥、人工關(guān)節(jié)，特別是在齒科材料、骨骼粘合劑和顱骨修補(bǔ)等方面占有重要地位。聚甲基丙烯酸2-羥乙酯及水凝膠：PHEMA，良好的透明性，容易加工成有一定屈

5、率的薄膜鏡片（透光率97%），濕態(tài)下柔軟，有彈性，含水量高。（五）聚N-異丙基丙烯酰胺，PNIPAM生物醫(yī)用高分子材料（四）8（四）聚甲基丙烯酸酯類聚甲基丙烯酸甲酯：PMMA，有機(jī)玻璃9（一）天然高分子或生物高分子天然高分子材料需要具備以下特點(diǎn)：原料來源豐富，便宜易得；易加工成型；具有適宜的物理力學(xué)性能；不引起異體免疫反應(yīng)。生物醫(yī)用高分子材料（四）二、生物可降解的醫(yī)用高分子材料2.1 天然多糖類材料：纖維素，甲殼素，淀粉，木質(zhì)素，海藻酸等2.1.1 纖維素以D-吡喃式葡萄糖基作為其結(jié)構(gòu)基環(huán)，結(jié)構(gòu)如下：9（一）天然高分子或生物高分子天然高分子材料需要具備以下特點(diǎn)10生物醫(yī)用高分子材料（四）2.1

6、.2 甲殼素制造工藝簡單，價格低廉，同時由于它具有良好的可紡性、成膜性、可化學(xué)修飾性能以及無毒害和生物相容性，因此在許多領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用?；瘜W(xué)名稱為（1,4）-2-乙酰胺基-2-脫氧- -D-葡聚糖，結(jié)構(gòu)如下：10生物醫(yī)用高分子材料（四）2.1.2 甲殼素11生物醫(yī)用高分子材料（四）甲殼素的化學(xué)改性：酰基化：改善了溶解性，膜表面濕潤性和凝血性；羧基化：可吸附堿土金屬離子，增強(qiáng)了保水性，膜透氣性，能夠抑菌，殺菌；酯化：具有抗凝血，抗癌作用；醚化：改善水中的溶解度，具有良好的保水性；N-烷基化：易溶于水，且能與陰離子洗滌劑相溶；水解：具有抗癌作用，對中樞神經(jīng)有鎮(zhèn)靜作用，能促進(jìn)植物生長。甲殼素的主

7、要生物特征：生物相容性好；生物活性優(yōu)異，生物降解性好。主要應(yīng)用：可吸收縫合線，人工皮膚，支架材料，緩釋材料。11生物醫(yī)用高分子材料（四）甲殼素的化學(xué)改性：122.2 聚羥基乙酸和聚乳酸聚乙醇酸（PGA，聚羥基乙酸 or 聚乙交酯），是具有最單一結(jié)構(gòu)單元的脂肪族聚酯，主要由它的二聚物開環(huán)聚合得到：生物醫(yī)用高分子材料（四）（二）合成高分子PGA具有規(guī)整的分子結(jié)構(gòu)和高度結(jié)晶性，其熔點(diǎn)高，機(jī)械性能好，在有機(jī)溶劑中難溶。122.2 聚羥基乙酸和聚乳酸聚乙醇酸（PGA，聚羥基乙酸 13聚羥基乙酸(PGA)：分子結(jié)構(gòu)高度規(guī)整，故單純的PGA為結(jié)晶性聚合物，結(jié)晶度為40-50%，熔點(diǎn)為225度，難溶于丙酮、氯

8、仿等一般溶劑。聚合物晶體生物醫(yī)用高分子材料（四）13聚羥基乙酸(PGA)：聚合物晶體生物醫(yī)用高分子材料（四）14通過熔融紡絲的方法可以得到高強(qiáng)度的PGA纖維，在組織工程中廣泛作為組織修復(fù)細(xì)胞支架，在體內(nèi)4個月內(nèi)可完全吸收。生物醫(yī)用高分子材料（四）14通過熔融紡絲的方法可以得到高強(qiáng)度的PGA纖維，在組織工程15聚乳酸 （PLA，聚羥基丙酸 or 聚丙交酯）:一種方法是通過乳酸的二聚物在催化劑存在下開環(huán)聚合而制得：生物醫(yī)用高分子材料（四）另一種方法是通過乳酸在溶劑存在下直接脫水縮合，生成高相對分子質(zhì)量的PLA。具有產(chǎn)品幾乎不含雜質(zhì)的優(yōu)勢。15聚乳酸 （PLA，聚羥基丙酸 or 聚丙交酯）:一種方法

9、16聚羥基丙酸(PLA)：有不對稱碳原子，存在L和D構(gòu)型之分，可形成四種不同構(gòu)型的聚合物：PDLA、PLLA、外消旋PDLLA和內(nèi)消旋PDLLA，人體內(nèi)的天然乳酸為L型，而其他構(gòu)型很少使用。PLLA：等規(guī)聚合物，可形成半結(jié)晶聚合物，Tm約為185度， 良好的力學(xué)強(qiáng)度，且降解吸收時間長(3-3.5年), 故用于 體內(nèi)骨固定裝置。PLA： 無規(guī)立構(gòu)無定形聚合物，降解吸收速度較快（3-6個月）， 故常用于藥物控釋載體和組織修復(fù)材料。生物醫(yī)用高分子材料（四）16聚羥基丙酸(PLA)：PLLA：等規(guī)聚合物，可形成半結(jié)晶17L-乳酸可吸收螺釘 PLLA可吸收骨板PLLA生物醫(yī)用高分子材料（四）17L-乳酸

10、可吸收螺釘 PLLA可吸收骨板PLLA生物醫(yī)用高18 聚乙交酯-丙交酯（PLGA）的降解過程通常包括：其可靠生物安全性，被美國FDA批準(zhǔn)應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)域，如作骨釘、縫合線等。 目前，PLGA等聚酯類多孔支架，從綜合性能看，已經(jīng)成為有希望的組織工程材料。水滲透酯鍵斷裂齊聚物的擴(kuò)散碎片溶解降解產(chǎn)物： 乳酸 + 乙醇酸（具體的降解產(chǎn)物）生物醫(yī)用高分子材料（四）OCH2COOCH(CH3)COnm18 聚乙交酯-丙交酯（PLGA）的降解過程通常包括：其可19PLGA：一系列共聚物的總稱，一部分為半結(jié)晶性聚合物，一部分為無定形聚合物。通過調(diào)節(jié)GA與LA的比例，可以得到力學(xué)強(qiáng)度與結(jié)晶性不同的PLGA共聚物，

11、以滿足不同的醫(yī)療領(lǐng)域。GA/LA=90/10：半結(jié)晶性聚合物，Tm約為205度，低溫下加工 成纖維，降解和吸收速度加快，90d內(nèi)在體內(nèi) 可完全吸收，做手術(shù)縫合線。 GA/LA=50/50：無規(guī)立構(gòu)聚合物，降解吸收速度最快( d )，可 溶于氯仿、甲苯、乙酸乙酯等有機(jī)溶劑，易于加工。生物醫(yī)用高分子材料（四）19PLGA：GA/LA=90/10：半結(jié)晶性聚合物，Tm約20PGA, PLA和PLGA的臨床應(yīng)用：降解產(chǎn)物無毒，易于參加體內(nèi)代謝而排出體外，而且具有良好的生物相容性。作為醫(yī)用縫合線，暫時性支架和藥物控釋載體。PGA棒，主要用于固定骨折部位；微球體可作為載體的疫苗傳輸體系；PEG-PLGA-

12、PEG，非常適合用做可注射藥物釋放材料。生物醫(yī)用高分子材料（四）20PGA, PLA和PLGA的臨床應(yīng)用：生物醫(yī)用高分子材料212.3 聚己內(nèi)酯（PCL） 為另一類常見的可降解聚酯，高分子量的PCL由己內(nèi)酯單體開環(huán)聚合得到。主要特點(diǎn)：降解速度較慢(2-4年), 通過與PLA等共聚改性可加快降解速度。PCL對小分子藥物具有良好的通透性，廣泛用于藥物控釋載體。生物醫(yī)用高分子材料（四）212.3 聚己內(nèi)酯（PCL）主要特點(diǎn)：生物醫(yī)用高分子材料（222.4 聚酸酐 成纖和機(jī)械性好鍵不穩(wěn)定藥物控制釋放領(lǐng)域190920世紀(jì)30年代20世紀(jì)60年代20世紀(jì)80年代熔點(diǎn)高溶解性差聚對苯二甲酸酐（PTA）聚間苯

13、二甲酸酐（PIPA）聚癸二酸酐（PSA）成纖和成膜性好水解穩(wěn)定性適中一系列聚酸酐可生物降解性聚1,3-雙(對羧基苯氧基)丙烷-癸二酸P(CPP-SA）生物醫(yī)用高分子材料（四）222.4 聚酸酐 成纖和機(jī)械性好鍵不穩(wěn)定藥物控制釋放領(lǐng)域123（一）脂肪族聚酸酐-水解性很強(qiáng)，降解速率過快（二）芳香族聚酸酐-熔融非常困難，且溶解性很差，很少應(yīng)用。（三）芳香脂肪聚酸酐-藥物載體較多應(yīng)用。-CO-(CH2)m-COO-nM=4，6，10聚酸酐(P(CPP-SA)- 幾天-幾月內(nèi)降解（聚1,3-雙（對羧基苯氧基）丙烷葵二酸共聚物） 生物醫(yī)用高分子材料（四）23（一）脂肪族聚酸酐-水解性很強(qiáng)，降解速率過快-C

14、O24對該類材料進(jìn)行了深入而廣泛的基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究，探索了其作為粘膜給藥載體以及體內(nèi)成像等方面的潛在應(yīng)用。相關(guān)研究形成了特色鮮明的研究體系，開拓出一類生物醫(yī)用新材料。不同激發(fā)波長下生物可降解聚酸酐的不同熒光發(fā)射顏色（四）其它混合類型聚酸酐-如聚酰亞胺酸酐用于外科縫合線、 發(fā)熒光，且強(qiáng)度與分子量呈正相關(guān)。生物醫(yī)用高分子材料（四）24對該類材料進(jìn)行了深入而廣泛的基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研252.5 聚膦腈 聚磷腈的主鏈包含無機(jī)雜原子，由磷和氮原子交替組成聚合物。特點(diǎn)：改變側(cè)基調(diào)控聚合物的降解性能； 炎癥反應(yīng)很??； 降解機(jī)制為側(cè)鏈的水解。RONa，RM，RNH2高分子量的聚磷腈生物醫(yī)用高分子材料（四）252

15、.5 聚膦腈 聚磷腈的主鏈包含無機(jī)雜原子，由磷和氮原子262.6 聚氨基酸氨基酸：結(jié)構(gòu)中的氨基（-NH2）或亞氨基(=NH）都與鄰接羧基（-COOH）的-碳原子相連接，故都屬于-氨基酸 。聚氨基酸：常指聚丙氨酸、聚賴氨酸等合成的高分子。此外，還包括假聚氨基酸，即以氨基酸為起始原料，但不以肽鍵（-CO-NH-）。相互連接，而以酯鍵和脲鍵等連接。生物醫(yī)用高分子材料（四）262.6 聚氨基酸氨基酸：結(jié)構(gòu)中的氨基（-NH2）或亞氨基272.7 其它可降解的合成高分子聚碳酸酯、新型聚富馬酸酯可注射性水凝膠、聚二氧化碳等。聚碳酸酯 生物醫(yī)用高分子材料（四）272.7 其它可降解的合成高分子聚碳酸酯、新型聚富馬酸酯可28聚二氧化碳：一種正在研究的新型合成材料，以二氧化碳為單體原料在雙金屬配位催化劑作用下，被活化到較高的程度時，與環(huán)氧化物發(fā)生共聚反應(yīng)，生成脂肪族聚碳酸酯（PPC），經(jīng)過后處理，就得到二氧化碳樹脂材料。應(yīng)用：二氧化碳、環(huán)氧乙烷等的共聚物，二氧化碳、環(huán)氧丙烷和琥珀酸酐的三元共聚物能被微生物徹底分解，不留殘渣，是一類有希望的生物降解材料。二氧化碳共聚物有優(yōu)異的生物體相容性。特別設(shè)計的共聚物可望用作抗凝血材料或用作藥物緩釋劑。生物醫(yī)用高分子材料（四）中央電視臺報道，2004年3月中國科學(xué)院首創(chuàng)用二氧化碳合成可降解塑料聚二氧化碳。28聚二氧化碳：一種正在研究的新型合成材料