生物醫(yī)用高分子材料第二章

第二生物相容性和安全性評講授人 生物制藥學(xué)教研室醫(yī)學(xué)研究實驗中Office：科技樓 人造血久強度，能耐受不同血流量沖擊而不變形和破②不受體內(nèi)復(fù)雜生物化學(xué)環(huán)境干擾，不會引起嚴(yán)重 ③要有良好血液相容性，不會引起血液成分破壞2 組織接觸,材料的毒 與治療過程中,生物材料對必須是安全的,是生理惰性的,屬于生命材料3內(nèi)一、醫(yī)用高分子的基本功能物體的相互作用442.1用高分子的基本功性能的要求安全性：適應(yīng)性：與醫(yī)療用品中其他材料的適應(yīng)性 各種組織的適應(yīng)5生物醫(yī)用材料設(shè)計和制造的目的能夠代替臟器的機能，或具有與臟器相目前，合成醫(yī)用材料的物理和化學(xué)性能還必須具有更 次的性能，如考慮與生物體成分的相互作用等。6生物功能性分￡物理功￡物理化學(xué)功 次生7生物功能性分類-物理功內(nèi) 應(yīng)用舉強度支持 人工骨，人工牙齒構(gòu)造保 人工關(guān)被覆，鎖閉損傷皮膚表面，組織損8生物功能性分類-物理功內(nèi) 應(yīng)用舉 工心臟，人工瓣電學(xué)性 探測光學(xué)性 人工眼球 眼9生物功能性分類-化學(xué)功內(nèi) 應(yīng)用舉

骨水泥，醫(yī)用粘合 生物功能性分類-次生物功內(nèi) 應(yīng)用舉

A力學(xué)性醫(yī)用材料的種類很多，如人工、物材料力學(xué)性能的專門學(xué)科—生物力A力學(xué)性人工牙人工股骨置骨科用的材料要求具有比較高的強度。粘彈性——高分子材料。開裂變形（蠕變）：在一定的負(fù)荷應(yīng)力作用下，材料隨著時間的變形現(xiàn)象。應(yīng)力松弛：在固定的變形下，應(yīng)力逐漸減少的現(xiàn) 材彈性模泊松材彈性模泊松牙尼皮質(zhì)硬橡松質(zhì)低壓聚乙牙周聚聚碳酸彈性模量：應(yīng)力除以應(yīng)變泊松比：材料在單向受拉或受壓時，橫向正應(yīng)變與軸向正應(yīng)變的也叫橫向變形系數(shù)，它是反映材料橫向變形的彈性常數(shù)B涂覆和修復(fù)機具有一定的柔軟性，皮膚涂覆材料與正生物軟組織與合成高分子材料的最大區(qū)別：生物體軟組織材料的水分含量特?fù)p傷部位的修復(fù)材料是與生物體本身的組織進(jìn)行物理結(jié)合。例如縫合線，目前用生物可降解性材料，在傷口愈合后自身降C導(dǎo)管、泵人工血Albograft滌綸人工血人工血管一般有強順應(yīng)性： 表2-3各類人工血管材料順應(yīng)名順應(yīng)性針織滌1.凝膠涂層滌0.機織滌0.聚氨酯(中孔型2.標(biāo)準(zhǔn)0.薄型0.4.D對生物體組織直接使用電刺激時，使用金屬導(dǎo)線，與體液等必須絕緣，因此在金屬材料表面必須有高分子材料絕緣。E光學(xué)性眼科用的高分子材料。要求材料的光學(xué)性能與眼睛某些部位的一致。包括角膜和水晶體的曲折率、曲率半徑和厚度：曲折率1.376PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）的曲折率為 A接合、填使用生物接合劑的領(lǐng)域：血管外科、消化器外科、腦神經(jīng)外科、整形外科、 B物質(zhì)的移血液中病因物質(zhì)如尿素、肌肝等清除用的血液透析膜。血液中二氧化碳清除的人工肺等。C選擇性吸物理吸附（vanderWaals、靜電力多孔性分離化學(xué)吸附（化學(xué)結(jié)合人工血液多聚血紅蛋

全氟碳化合生物體適應(yīng)的種 動物的適應(yīng):保護(hù)色、 、擬2.1.3生物體適應(yīng)的種適應(yīng)適應(yīng)種方表面非刺激（抗血栓性材料表面性質(zhì)的控抗血栓性物質(zhì)的利組織接著軟組織接著表面的形硬組織接著表面的形本體

高分子與鈦合金人造髖patibility patibilitytestingisanintegralpartofbiomaterials.Ifthepartworksperfectlyinthelab,butcausesdamageonceinsidethebody,theeffectscouldbecatastrophic.Testingrangesfromtheverysimplebloodtesttomoreintricatetestingwithtissuecultures.材料與血液的作首先考慮溶血問肽系統(tǒng)和④補體系統(tǒng)將產(chǎn)生一系列的防生的C3b,iC3b,C5a,和C5adesarg等降 Ⅲ1．內(nèi)源性凝血的啟動因子是因子2.外源性凝血的啟動因子是因子Ⅲ(TF) (1)抗凝血液在與材料表面接觸時。。(2)對免疫系統(tǒng)的影 Thedefinition rea.Infact,anynaturalorsyntheticmaterialthatinterfaceswithlivingtissueand/orbiologicalfluidsmaybeclassifiedasabiomaterial.EvencommonmaterialssuchaspolyesterhaveshownusefulnessinsomebiomedicalInordertodefine patibility,itmaybeeasiertodefinewhatitisnot,ratherthanwhatit patiblematerialdisruptsnormalbodyfunctionsaslittleaspossible.Therefore,thematerialcausesnothrombogenic,toxic,orallergicinflammatoryresponsewhenthematerialisplacedinvivo.Thematerialmustnotstimulatechangesinplasmaproteinsandenzymesorcauseanimmunologicreaction,norcanitinstigatecarcinogenic,mutagenic,orteratogenic(grosstissuechange)effects.Polymersconsistofsmallrepeatingunits,orisomers,strungtogetherinlongchains.Theflexiblestructureofpolymershasenabledthisgroupofmaterialstobeusefulinapplicationsfromplasticgarbagebagstorubbertires.EvenDNAhasfoundthisstructureuseful,storinggeneticinformationinthousandsuponthousandsofrepeatingsequencesofpolymers.Inmanymaterials,processingconditionscaninducethepolymerchainstolinkwitheachotheralongthelengthofthechaintoproduceawidevarietyofmechanicalproperties.Thisisknownascross-linking.Cross-linkingcanincreasethedensityofmaterialstoimprovetheirstrengthandhardness;however,cross-linkedmaterialsoftenlosetheirflexibilityand emorebrittle.TheseparametersareeasilyvariedinordertosuitbiomedicalThewideuseofpolyethylene(PE)inmedicineillustratestheversatilitytypicalofapolymer.Dependingontheprocessingofthematerial,PEcanbeelasticandflexible,orhardandsmooth.Low-densitypolyethyleneservesastubingincatheters,whileultra-high-molecular-weight(UHMW)polyethyleneisoneofthemajorarticulatingsurfacesusedintotalhiporkneereplacements.ThesmoothsurfaceofUHMWcreatesextremelylowfrictionwithothermaterialsandincreasesthedurabilityoftheartificialjointHydrogelscompriseanothersubdivisionofthisuniquegroupofmaterials.Thesepolymerstructuresformahydrophiliccross-linkednetworkthatswellsinwateruntilanequilibriumisreachedbetweentheretractiveforceofthenetworkandthethermodynamicswellingforce.Theycanexistashomopolymers,copolymers,ormultipolymersthatareionicallyneutral,anionic,cationicorampholytic.Ingeneral,hydrogelsexhibitgoodpatibility,lowdegradation,andprocessingease.Hydrogelscanbeproducedwithawiderangeofswellingcharacteristics,whichplayamajorroleindeterminingsolutediffusionrates,surfaceproperties,refractiveindexes,andmechanicalcharacteristics.Cellulosederivativessuchaspoly(vinylalcohol)(PVA),poly(ethyleneglycol)(PEG),andpoly(N-vinyl2-pyrrolidone)(PNVP)swelltoahigherdegreethanpoly(hydroxyethylmethacrylate)(PHEMA)anditsderivatives.BiodegradableNaturalandsyntheticbiodegradablepolymershaveemergedinthefieldasreliableandeffectivematerialsforpurposesthatrequireonlytemporarystabilityinordertosupporttissueingrowth.Biodegradablepolymersdegradeplacedinthebodywhileallowingfunctionaltissuetogrowinitsplace.Themechanismofdegradationforthesetypesofpolymersincludeshydrolyticinstability,hydration,molecularbackbonecleavage,lossofmolecularweight,andsolubilization.生物相容性及安全醫(yī)用高分子首先應(yīng)考慮的是該材料的生物安全性和材料的生物相容性。用途不同，對醫(yī)用高分子材料生物相容性的要求也有區(qū)別，如血液接觸材料，血液相容性就變得特別重要，如血小板粘附。隨著對醫(yī)用材料安全性和有效性的要求愈來愈嚴(yán)格，和現(xiàn)代技術(shù)的不斷發(fā)展，對醫(yī)用高分子材料生物安全性的評價指標(biāo)也在不斷擴大，生物相容性設(shè)計的內(nèi)容也在擴大。安全性生物學(xué)評價內(nèi)細(xì)胞毒刺全身急性毒 血液溶附過第二章高分子和生物體系的相醫(yī)用高分子的基本機生物相容性的概材料與蛋白質(zhì)的相互作材料與細(xì)胞的相互材料與組織的相高分子材料在生物體內(nèi)的變材料與蛋白質(zhì)的相互作高分子材料與血液或體液接觸時，首先是與蛋白質(zhì)的反應(yīng)，之后是與細(xì)胞的反應(yīng)，以及引起其它體內(nèi)的活化反應(yīng)。吸附的蛋白質(zhì)，會與沒有吸附的蛋白質(zhì)發(fā)生置換反應(yīng)，材料表面存在的蛋白質(zhì)，之后會引起血液凝固，血小板吸附，血栓形成等不良影響。中蛋白質(zhì)占16.3%血漿中存在大量的蛋白質(zhì)，水分90-92%白蛋白：38～48g/L；球蛋白A/G：正常值1.5~2.5血液中主要的蛋白質(zhì)有白蛋白，纖維蛋白，免疫球蛋白等（鹽析法）。血漿蛋血漿蛋白質(zhì)的功維持血漿膠體滲透壓營養(yǎng)功能，血漿蛋白分解產(chǎn)生的氨基酸，可用于合成組織蛋白質(zhì)或氧化分解供應(yīng)能量；蛋白吸 蛋白質(zhì)的活性化。蛋白質(zhì)與材料表面的相互作用引起蛋白質(zhì)構(gòu)造的變化，可以稱為活性化，從而引起系列的生體反應(yīng)。 吸附蛋白質(zhì)多并不一定相容性差，而蛋白質(zhì)構(gòu)象的變化也是引起血液相容性差材料表面和血漿蛋白吸附的關(guān)系主要包括材料表面的化學(xué)組成、臨界表面張力、表面能、表面親水/疏水性、表面電荷、微相結(jié)構(gòu)和血漿中蛋白濃度對表面蛋白吸附影響的解析。蛋白吸血小板反 血纖維蛋白蛋白吸白細(xì) 紅細(xì)體內(nèi)凝 補體激圖2-1血液和生物材料材料與細(xì)胞的相互作材料與血液細(xì)胞的反應(yīng)。血細(xì)胞主要指紅細(xì)胞、白細(xì)胞和血小板。紅細(xì)胞最多，但材料與血小板和白細(xì)胞的相互作用更為重材料與組織的相互作組織反應(yīng)。包括與皮下組織的反應(yīng)，與骨組形成腫瘤。長期組織反應(yīng)的異常產(chǎn)物，是導(dǎo)致腫瘤（ ）形成。高分子材料在生物體內(nèi)的變高分子材料的劣存在鈣化現(xiàn)生物物質(zhì)的吸生物降解性高分子的研材料與生物體相互作用的評我國對醫(yī)療器械生物學(xué)評價專門制定了標(biāo)（GB/T16886系列標(biāo)準(zhǔn)GB/T16886.1-2001醫(yī)療器械生物學(xué)評價第1部分：GB/T16886.2-2000醫(yī)療器械生物學(xué)評價第2部分：GB/