硬組織替代與再生用高分子材料

硬組織替代與再生用高分子材料主要內(nèi)容：

1、人工骨和人工關(guān)節(jié)

2、齒科材料1骨骼是人體的支架。它具有保護(hù)體內(nèi)的腦、心、肝、脾、肺及盆腔內(nèi)諸器官、支持體形、承受體重的作用，并作為肌肉收縮和活動(dòng)時(shí)的杠桿，通過(guò)關(guān)節(jié)而產(chǎn)生各種運(yùn)動(dòng)。人體骨骼由206塊骨頭組成?？煞譃轱B骨、軀干骨和四肢骨三大部分。各骨端借助韌帶、關(guān)節(jié)連接起來(lái)構(gòu)成骨骼。骨骼象其它活動(dòng)組織一樣，也有其生長(zhǎng)、發(fā)展和衰老的新陳代謝過(guò)程。1、人工骨和人工關(guān)節(jié)2人體骨骼示意圖31、優(yōu)點(diǎn)

高分子材料作為骨科材料有很多優(yōu)越性：如比重輕、成型加工容易、價(jià)廉、在體內(nèi)老化與腐蝕性小。2、注意事項(xiàng)高分子材料作為骨科材料耐磨性差；在加工制作中還必須注意聚合反應(yīng)的完全；即使材料本身已是化學(xué)穩(wěn)定的，埋入組織后，仍有可能發(fā)生周?chē)M織因代謝不全而壞死的現(xiàn)象。1.1高分子材料用作骨科材料的優(yōu)點(diǎn)及其注意事項(xiàng)4同時(shí)人工骨與生物體骨愈合時(shí)，當(dāng)承受過(guò)重外力的情況下，又會(huì)發(fā)生骨吸收現(xiàn)象而造成與人體骨的脫離。在這里高分子材料與生物組織的物理化學(xué)、生物化學(xué)方面的相互影響，也必須進(jìn)一步積累動(dòng)物試驗(yàn)與臨床試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，而進(jìn)行更深入的研究。51.2應(yīng)用實(shí)例因腫瘤、骨性關(guān)節(jié)炎、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、先天性發(fā)育異常以及外傷等造成關(guān)節(jié)嚴(yán)重病損時(shí)，無(wú)論關(guān)節(jié)大小，如髖關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)、掌指關(guān)節(jié)、指間關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)、趾間關(guān)節(jié)等，均可考慮用人工關(guān)節(jié)來(lái)代替病損的關(guān)節(jié)。股骨、肱骨、脛骨等缺損或嚴(yán)重病變時(shí)，亦可用人工骨來(lái)代替。6人工關(guān)節(jié)是模擬人體關(guān)節(jié)制成的植入性假體，以替代病變或損傷的關(guān)節(jié)并恢復(fù)其功能。用作人工關(guān)節(jié)的材料必須滿足：生物相容性好；生物力學(xué)相容性好；生物結(jié)合性能好、固定好；壽命長(zhǎng)，一般設(shè)計(jì)壽命約為20~50年。現(xiàn)有人工關(guān)節(jié)材料主要有金屬材料、陶瓷材料、有機(jī)高分子材料及復(fù)合材料。7用于人工關(guān)節(jié)的高分子材料主要有硅橡膠、聚乙烯和超高分子量聚乙烯等。硅橡膠主要用于指關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)等。但硅橡膠假體易疲勞折斷，機(jī)械性能的維持時(shí)間短；另外，生物相容性差，磨損顆?？梢甬愇锓磻?yīng)。聚乙烯是最早被用于人工關(guān)節(jié)的高分子材料。目前超高分子量的聚乙烯在人工膝關(guān)節(jié)、人工髖關(guān)節(jié)等方面已獲得成功，較好地解決了人工關(guān)節(jié)的摩擦磨損問(wèn)題，延長(zhǎng)了使用壽命。8但長(zhǎng)期隨訪病例顯示，由于晚期磨損嚴(yán)重，造成人工關(guān)節(jié)出現(xiàn)晚期松動(dòng)現(xiàn)象。雖然目前認(rèn)為聚乙烯磨損碎屑是影響人工關(guān)節(jié)使用壽命的最主要的因素，但仍缺乏理想的替代材料。9人造膝關(guān)節(jié)10聚丙烯人工指關(guān)節(jié)11人工關(guān)節(jié)的長(zhǎng)久固定是十分重要的。在固定人工關(guān)節(jié)時(shí)，常用到粘固劑。常用粘固劑是聚甲基丙烯酸甲酯類高分子材料。這種粘固劑采用粉狀固體與液體分裝的形式。固體常為聚甲基丙烯酸甲酯及甲基丙烯酸甲酯－苯乙烯共聚物，并含有微量的過(guò)氧化苯甲酰。液體常為甲基丙烯酸甲酯單體，以及少量的氫醌，N，N－二甲基對(duì)甲苯胺。12使用時(shí)將粉劑與液體混合，迅速攪拌，反應(yīng)甚為劇烈。稍待幾分鐘，趁其尚未完全固化時(shí)，迅速將該聚合物塞入骨髓腔中，待固化后，就能將人工關(guān)節(jié)的長(zhǎng)柄固定于骨髓腔中。骨粘固劑凝固過(guò)程很快，總共十幾分鐘便完全固化，粘固作用是相當(dāng)強(qiáng)的。13粘固劑優(yōu)點(diǎn)雖多，但也存在一定的缺點(diǎn)，主要問(wèn)題是在聚合過(guò)程中會(huì)放出熱量，溫度最高可達(dá)90℃，這就容易造成周?chē)罱M織的熱壞死。存在的另一個(gè)問(wèn)題是在聚合過(guò)程中，單體并不全部參加反應(yīng)，總有一小部分會(huì)立即揮發(fā)。因此在使用這類粘固劑時(shí)，一要積極采取降溫措施，二要盡量減少單體用量。142、齒科材料15齒科所用的材料包括高分子材料、合金、陶瓷等。其中高分子材料的研究、發(fā)展和應(yīng)用最為活躍。將從齲齒填補(bǔ)、假牙鑲補(bǔ)及在顎骨內(nèi)埋植等三個(gè)方面闡述高分子材料的研究和應(yīng)用情況。162.1齲齒填補(bǔ)用樹(shù)脂齲齒填補(bǔ)用樹(shù)脂是充填于齲齒空洞部分所采用的高分子材料的通稱。這種材料必須在填補(bǔ)以后，常溫下幾分鐘之內(nèi)硬化，補(bǔ)好空洞，抑制齲蛀，保護(hù)牙組織的正常生理功能。因此這種樹(shù)脂必須具備以下條件：

⑴

具有與人體組織的適應(yīng)性，對(duì)齒組織及口腔粘膜等沒(méi)有危害作用；17⑵具有化學(xué)穩(wěn)定性，在口腔內(nèi)長(zhǎng)期留置，不受唾液、食物、細(xì)菌、酶等的分解，不易老化，不會(huì)溶解滲出其他物質(zhì)；⑶色澤穩(wěn)定，從美容的觀點(diǎn)出發(fā)，應(yīng)具與人齒及牙根相似的色澤，不易變色，不被污染，受紫外線照射也不變色和退色；

⑷

形狀、尺寸穩(wěn)定，聚合固化時(shí)收縮小，咬合受壓時(shí)變形小，熱膨脹系數(shù)??；18

⑸

有適當(dāng)?shù)臋C(jī)械性能，如具有一定的硬度、抗拉強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、彈性率、耐磨擦性、耐疲勞性等；

⑹

與人齒粘結(jié)性好，能把齲洞完全封閉，同齒組織結(jié)合緊密，防止再次發(fā)生齲蛀；

⑺

能進(jìn)行X射線造影，在診斷上易于判斷效果；

19

⑻

操作簡(jiǎn)便，在口腔內(nèi)幾分鐘時(shí)間就能完成填補(bǔ)操作，并具有相應(yīng)的粘度和迅速的固化時(shí)間，配合相應(yīng)的器械，形成使醫(yī)師易于接受的新的整套工藝。

用這種方法治療齲齒，還必須注意，在治療以后齲蝕不應(yīng)再發(fā)生或擴(kuò)大，這就對(duì)樹(shù)脂提出了更高的要求。20樹(shù)脂充填材料，其主要成分為丙烯酸類樹(shù)脂、無(wú)機(jī)填料、引發(fā)劑等。樹(shù)脂基質(zhì)可選用聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯－丙烯酸甲酯共聚物、丙烯酸環(huán)氧樹(shù)脂、羥甲基環(huán)氧樹(shù)脂、芳香族雙甲基丙烯酸酯類聚合物等材料。引發(fā)劑可根據(jù)樹(shù)脂成分選定。樹(shù)脂填充材料的組成21齒組織與填補(bǔ)用樹(shù)脂的粘結(jié)要使樹(shù)脂發(fā)揮良好的治療作用，必須使樹(shù)脂與齒組織緊密而牢固地粘合，否則在縫隙間還會(huì)產(chǎn)生二次齲蝕現(xiàn)象。為了解決這個(gè)問(wèn)題，提出了粘結(jié)的方法。22牙齒的主要組成物為牙釉質(zhì)、牙骨質(zhì)、牙本質(zhì)和齒髓。牙釉質(zhì)和牙骨質(zhì)構(gòu)成齒冠的外層，最硬，莫氏硬度為6～7，主要成分為羥基磷灰石。牙本質(zhì)稍軟，莫氏硬度為4～5，含較多的有機(jī)質(zhì)和水分。牙齒中心部位的齒髓則含有豐富的血管和神經(jīng)活組織。牙釉質(zhì)、牙本質(zhì)和齒髓的材性差別很大，故粘結(jié)比較困難。雖經(jīng)人們經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的努力，但至今尚無(wú)十分理想的粘合劑。23

目前最重要的齒科粘合劑是雙酚A－雙(3－甲基丙烯酰氧基－2－羥丙基)醚,簡(jiǎn)稱Bis-GMA。它的分子中同時(shí)具有親水基和疏水基，因此，粘結(jié)性能優(yōu)良，可用作補(bǔ)牙用復(fù)合充填樹(shù)脂。它是一種雙官能團(tuán)單體，聚合時(shí)放熱少，體積收縮小，聚合后成體型結(jié)構(gòu)，耐磨，膨脹系數(shù)小。用紫外光照射或用過(guò)氧化苯甲酰－N,N－雙（β－羥乙基）對(duì)甲苯胺引發(fā)體系引發(fā)，可在室溫下快速聚合。24

Bis-GMA的化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下：252.2假牙用硬質(zhì)樹(shù)脂做假牙的樹(shù)脂必須有較好的機(jī)械強(qiáng)度與耐磨性，可耐咀嚼，同時(shí)還必須有與人齒相近的色澤。單用聚甲基丙烯酸甲酯顯然不能完全適應(yīng)使用要求。由此出現(xiàn)了各種各樣的改性產(chǎn)品。26自1965年開(kāi)始引入了多官能基團(tuán)的甲基丙烯酸酯單體，以形成高度交聯(lián)的熱固性樹(shù)脂。最初用二甲基丙烯酸三縮乙二醇酯，但性能不佳。27其后，有人將60％二甲基丙烯酸雙酚A酯和40％二甲基丙烯酸三縮乙二醇酯作為共聚單體，與顆粒狀聚甲基丙烯酸甲酯配合制成聚合物，這是一種硬度、壓縮強(qiáng)度、耐磨性都較理想的假牙材料。高度交聯(lián)的聚合物，雖然提高了耐壓強(qiáng)度，但具有脆性，因此用作假牙在咬嚼時(shí)遇到硬物易于爆碎。28從這類硬質(zhì)樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)分析中發(fā)現(xiàn)，多官能團(tuán)單體與顆粒狀聚甲基丙烯酸甲酯混合之后，高交聯(lián)度的聚合物與顆粒狀樹(shù)脂的內(nèi)部以及周?chē)幕旌喜糠种g有微觀的分離狀態(tài)，形成三個(gè)相。這三個(gè)相對(duì)光的折射率不同，造成聚合物色光呆板，沒(méi)有人體齒那種類似半透明或微帶透明的外觀，從審美觀點(diǎn)看也還存在缺點(diǎn)。所以要更進(jìn)一步研究，解決色澤問(wèn)題，以及從各組份的配合著手，解決結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度問(wèn)題。292.3人工種植牙人工種植牙是利用人工生物材料制造的仿生牙，醫(yī)生將其植入患者的頜骨內(nèi)以修復(fù)失牙，重建咀嚼功能。人工種植牙這種仿生器官被植入牙床后，不僅形態(tài)逼真、美觀患者感覺(jué)像真牙一樣，而且沒(méi)有傳統(tǒng)假牙的塑料基托、金屬卡環(huán)等的外觀和異物感，并可像真牙一樣咀嚼食物。被稱為人類的“第三副牙齒”。30人工種植牙更確切的稱謂應(yīng)是人工種植牙根。因?yàn)榉N植到頜骨內(nèi)的僅僅是相當(dāng)于牙根的部分，待這部分種植體與頜骨愈合之后，再在種植體上鑲牙。31關(guān)于種植牙的歷史，早在古埃及已有婦女用象牙做成假牙，裝飾牙齒脫落部位的記載。1931年，在南美洪都拉斯發(fā)現(xiàn)了公元前600年的人類頭顱骨化石，證實(shí)了古代牙種植技術(shù)的存在。這具頭顱骨的下頜切牙部有磨成牙齒狀的貝殼插入，X線檢查顯示致密骨環(huán)繞貝殼，兩者結(jié)合好。32真正的骨內(nèi)種植開(kāi)始于十九世紀(jì)。這個(gè)時(shí)期，種植治療已屢有報(bào)告，種植材料大大增加，如金、銀、瓷、象牙、貝殼等。據(jù)報(bào)告，種植成功的時(shí)間有長(zhǎng)達(dá)八年之久?，F(xiàn)代種植牙的發(fā)展始于1978年。這一年，美國(guó)國(guó)家醫(yī)學(xué)研究所在哈佛召開(kāi)了一次研討會(huì)，嚴(yán)格地討論了種植牙的優(yōu)點(diǎn)和危險(xiǎn)性，第一次從專業(yè)角度，正面肯定了種植牙。33種植牙材料：1、以鈦合金為主的金屬合金材料，其優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度高，但對(duì)組織和骨的適應(yīng)性均較差。2、陶瓷材料，具有機(jī)械強(qiáng)度高、耐腐蝕、無(wú)刺激和毒性、與組織相容性好。3、高分子材料，某些高分子材料與人體結(jié)構(gòu)的天然高分子有較相近的化學(xué)結(jié)構(gòu)，但易被生物體降解并刺激生物體。344、碳素材料，優(yōu)點(diǎn)是在生物體內(nèi)有較高的穩(wěn)定性，無(wú)生物降解作用。缺點(diǎn)是脆性大，為黑色，使其使用范圍受限。5、復(fù)合材料。人體牙齒往往是包含著有機(jī)物和無(wú)機(jī)物的復(fù)雜復(fù)合體。上述單一材料由于受到單一結(jié)構(gòu)的限制，往往不能滿足生物體的要求。因此復(fù)合材料的應(yīng)用日趨廣泛。35人工齒根種植不成功的病例大多由以下原因形成：咬合時(shí)過(guò)分用力；患者健康狀況不佳；骨組織生活力不強(qiáng)；口腔內(nèi)消毒不佳或清潔狀況不佳；齒根周?chē)鹧装Y。36本章小結(jié)1、用