生物醫(yī)用功能高分子材料簡述

生物醫(yī)用功能高分子材料簡述來越強(qiáng)，使得對于生物醫(yī)用材料的要求也越苛刻。本文簡述了生物醫(yī)用功能高分子材料近年來的應(yīng)用研究及發(fā)展?fàn)顩r，綜述了國內(nèi)外生物醫(yī)用高分子材料的展望了未來的生物醫(yī)用高分子材料的發(fā)展趨勢。并評述了醫(yī)用高分子材料在人工臟器、藥劑及醫(yī)療器械方面的應(yīng)用介紹了我國近年來的研究情況和存在的問題。關(guān)鍵詞：生物材料：生物醫(yī)用功能材料：高分子材料：發(fā)展趨勢：發(fā)展進(jìn)步，又給高分子材料提出了大量新的課題，使其向“精細(xì)化”,“功能化”的方向發(fā)展，生物醫(yī)用高分子材料指用于生理系統(tǒng)疾病的診斷、治療、修復(fù)或替換生物體組織或器增進(jìn)或恢復(fù)其功能的高分子材料。研究領(lǐng)域涉及材料學(xué)、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)。在功能高分子材料領(lǐng)域，生物醫(yī)用高分子材料可謂異軍突起，目前已成為發(fā)展最快的一個(gè)重要分支。生物醫(yī)用功能高分子材料中有的可以全部植人體內(nèi)，有的也可以部分植入體內(nèi)而部分暴露在體外，或置于體外而通過某種方式作用于體內(nèi)組織。隨著現(xiàn)代生物工程技術(shù)的高度發(fā)展，又使得利用生物體合成生物材料成為可能。此類材料由于具有良好的生物相容性和生物醫(yī)用高分子材料分合成和天然兩人類，下面我們就分別對這兩種材料進(jìn)行詳細(xì)的論述。天然生物材料是指從自然界現(xiàn)有的動、植物體中提取的天然活性高分子，如從各種甲殼類、昆蟲類動物體中提取的甲殼質(zhì)殼聚糖纖維，從海藻植物中提取的海藻酸鹽，從桑蠶體內(nèi)分泌的蠶絲經(jīng)再生制得的絲素纖維與絲素膜，以及由牛屈肌腱重新組構(gòu)而成的骨膠原纖維等。這些纖維由于他們來自生物體內(nèi)且都具有很高的生物功能和很好的生物適應(yīng)性，在保護(hù)傷口、加速創(chuàng)面愈方面具有強(qiáng)大的優(yōu)勢，已引起國內(nèi)外醫(yī)務(wù)界廣泛的關(guān)注。自然界廣泛存在的天然生物材料仍有著人工材料無可比擬的優(yōu)越性能。例如：迄今為止再高明的材料學(xué)家也做不出具有高強(qiáng)度和高韌性的動物牙釉質(zhì)，海洋生物能長出色彩斑斕、堅(jiān)閭義不被海水腐蝕的貝殼等等。甲殼素又稱幾丁質(zhì)(chitin),廣泛存在于蝦、蟹等甲殼動物及昆蟲、藻類和細(xì)菌中，是世界上僅次于纖維素的第二大類天然高分子化合物。它是一種惰性多糖，用濃堿脫去乙?；赊D(zhuǎn)變成聚殼糖(chintosan)。甲殼素、聚殼糖及其衍生物具有物相容性和生物降解性。降解產(chǎn)物帶有一定正電荷，能從血液中分離出血小板因子，增加血清中H-6水平，促進(jìn)血小板聚集或凝血素系統(tǒng)，作為止血?jiǎng)┯写龠M(jìn)傷口愈合，抑制傷口愈合中纖維增生，并促進(jìn)組織生長的功能，對燒、燙傷有獨(dú)特療效。比如家蠶絲脫膠后可得到純絲素蛋白成分，絲素蛋白是一種優(yōu)質(zhì)的生物醫(yī)學(xué)材料，具有無毒、無刺激性、良好的血液相容性和組織相容性。根據(jù)研究報(bào)道，由于天然高分子醫(yī)用材料的獨(dú)特臨床效果，2.2合成生物材料由于天然材料的有限，人們需要大量的生物材料來維持他們的健康。合成高分子材料因與人體器官組織的天然高分子有著極其相似的化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理性能，因而可以植入人體，部分或全部取代有關(guān)器官。因此，在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了最為廣泛的應(yīng)用，成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的重要支柱材料。與天然生物材料相比，合成高分子材料具有優(yōu)異的生物相容性，不會因與體液接觸而產(chǎn)生排斥和致癌作用，在人體環(huán)境中的老化不明顯。通過選用不同成分聚合物和添加劑，改變表面活性狀態(tài)等方法可進(jìn)一步改善其抗血栓性和耐久性，從而獲得高度可靠和適當(dāng)有機(jī)物功能響應(yīng)的生物合成高分子材料。目前，使用于人體植入產(chǎn)品的高分子合成材料包括聚酰胺、環(huán)氧樹脂、聚乙烯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚甲醛、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯酯、硅橡膠和硅凝膠等。應(yīng)用場合涉及組織粘合、手術(shù)縫線、眼合成醫(yī)用高分子材料發(fā)展的第一階段始于1937年，其特點(diǎn)是所用高分子材料都是已有的現(xiàn)成材料，如用丙烯酸甲酯制造義齒的牙床。第二階段始于1953年，其標(biāo)志是醫(yī)用級有機(jī)硅橡膠的出現(xiàn)，隨后又發(fā)展了聚羥基乙酸酯縫合線以及四種聚(醚一進(jìn)入了以分子工程研究為基礎(chǔ)的發(fā)展時(shí)期。目前的研究焦點(diǎn)已經(jīng)從尋找替代生物組織的合成材料轉(zhuǎn)向研究一類具有主動誘導(dǎo)、激發(fā)人體組織器官再生修復(fù)的新材料，這標(biāo)志著生物醫(yī)用高分子材料的發(fā)展進(jìn)入了第三個(gè)階段，其特點(diǎn)是這種材料一般由活體組織和人工材料有機(jī)結(jié)合而成，在分子設(shè)計(jì)上以促進(jìn)周圍組織細(xì)胞生長為預(yù)想功能，其關(guān)鍵在于誘使配合基和組織細(xì)胞表面的特殊位點(diǎn)發(fā)生作用以提高組織細(xì)胞的分裂和生長速度。應(yīng)用于人工血管、人工心臟、血漿分離膜、血液灌流用的吸附劑、細(xì)胞培養(yǎng)基材。與血液如果用作與組織非結(jié)合性的材料，必須對周圍組織無刺激性、無毒副作用，如軟件隱形眼鏡片：如果用作與組織結(jié)合性的材料，要求材料與周圍組織有一定粘結(jié)性、不產(chǎn)生毒副反應(yīng)，主要用于人工皮膚、人工氣管、人工食道、人工輸尿管、軟組織修補(bǔ)材料。這樣的材料有聚硅氧烷、聚酯、聚氨基酸、聚甲基丙烯酸羥乙酯、改性甲殼素。硬組織生物材料主要用于生物機(jī)體的關(guān)節(jié)、牙齒及其他骨組織。包括生物陶瓷、生物玻璃、這類材料在生物機(jī)體中，在體液作用下，斷降解，或者被機(jī)體吸收，或者排出體外，植入的材料被新生組織取代。主要用于吸收型縫合線、藥物載體、愈合材料、粘合劑以及組織缺損用修復(fù)材料。包括多肽、聚氨基酸、聚酯、聚乳酸、甲殼素料，以及β-磷酸三鈣等生物陶瓷可降解材料。高分子藥物是一類本身具有藥理活性的高分子化合物，可以從生物機(jī)體組織中提取，也司以通過人工合成、基因重組等技術(shù)，獲得天然生物高分子的類似物，如多肽、多糖類免疫醫(yī)用高分子材料，是指在醫(yī)學(xué)上使用的高分子材料。其對于挽救生命.救治傷殘。提高人類生活質(zhì)量等方面具有重要意義。能被用于醫(yī)療領(lǐng)域作為醫(yī)用材料就必須有著它獨(dú)特的性相容性是描述生物醫(yī)用材料與生物體相互作用情況的。是作為醫(yī)用材料必不可少的條件.包括血液相容性，組織相容性，生物降解吸收性。(1)生物功能性。生物功能性是指生物材料具有在其植入位置上行使功能所要求的物理和化學(xué)性質(zhì).具體有：可檢查.診斷疾??；可輔助治療疾??；可滿足臟器對維持或延長生命功能的性能要求；可改變藥物吸收途徑：控制藥物釋放速度、部位。滿足疾病治療要求的功能等。(3)無毒性。無毒性即化學(xué)惰性。此外，還應(yīng)具備耐生物化.物理和力學(xué)穩(wěn)定性。易加工成型，材料易得、價(jià)格適當(dāng).便于消毒滅菌；以及還要防止在醫(yī)用高分子材料生產(chǎn)。加工過程中引入對人體有害的物質(zhì)。(4)可加工性：能夠成型、消毒(紫外滅菌、高壓煮沸、環(huán)氧乙烷氣體消毒、酒精消正因?yàn)閷τ谏镝t(yī)用高分子材料的要求嚴(yán)格，相關(guān)的研發(fā)周期一般較長，需要經(jīng)過體外實(shí)驗(yàn)、動物實(shí)驗(yàn)、臨床實(shí)驗(yàn)等不同階段的試驗(yàn)，材料市場化需要經(jīng)國家藥品和醫(yī)療器械檢驗(yàn)部門的批準(zhǔn)，且報(bào)批程序復(fù)雜、費(fèi)用高。所以生物材料的研發(fā)成本高、風(fēng)險(xiǎn)大。這也是目4.生物醫(yī)用高分子材料的應(yīng)用根據(jù)不同的角度、目的甚至習(xí)慣，醫(yī)用高分子材料應(yīng)用有不同的分類方法，尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。主要在人造器官、人造組織，以及其它的一些高分子藥劑等。(1)人工腎：四十年前荷蘭醫(yī)生用賽璐洛玻璃紙作為透析膜，成功地濾除了患者血液中的璐路居多、占98%,它是一種親水性的、氣體和水都能通過的材料，同時(shí)要求有很好的選擇回人體，從而對血液起到過濾作用.目前中空纖維膜已在西德的恩卡公司、日本旭化成和夕沙毛公司研究成功，并用于工業(yè)化生產(chǎn)。(2)人工肺：人工肺并不是對于人體肺的完全替如人工心臟瓣膜、心臟起搏器電極的高分子包覆層、人工血管、人工喉、人工氣管、人工指用于口腔科、五官科、骨科、創(chuàng)傷外科和整型外科等的采用聚甲基丙烯酸甲酯系、聚砜和硅橡膠等，如蛀牙填補(bǔ)用樹脂、假牙和人工牙根、人工良好的潤濕性和透氧性、生物惰性和一定的力學(xué)性能，主要制品有人工角膜網(wǎng)膜、人工淚道、隱型眼鏡(PMMA、PHEMA、PVA)等；;(3)骨科材料：人工關(guān)節(jié)、人工4.3藥用高分子(1)高分子緩釋藥物載體：藥物的緩釋是近年來人們研究的熱點(diǎn)。目前的部分藥物尤其是抗用生物吸收性材料作為藥物載體，將藥物活性分子投施到人體內(nèi)以擴(kuò)散、滲透等方式實(shí)現(xiàn)緩慢釋放。通過對藥物醫(yī)療劑量的有效控制，能夠降低藥物的毒副作用，減少抗藥性，提高藥物的靶向輸送，減少給藥次數(shù)，減輕患者的痛苦，并且節(jié)省財(cái)力、人力、物力。目前式)。近年來研究較多的是利用聚合物的相變溫度依賴性(如智能型凝膠),在病人發(fā)燒時(shí)按需釋放藥物，還有利用敏感性化學(xué)物質(zhì)引致聚合物相變或構(gòu)象改變來釋放藥物的物質(zhì)響應(yīng)型釋放體系。(2)高分子藥物(帶有高分子鏈的藥物和具有藥理活性的高分子):如抗癌高分菌和抗病毒高分子藥物(抗菌、抗病毒、抗支原體劑等。將低分子藥物與高分子鏈結(jié)合的方法有吸附、共聚、嵌段和接枝等。第一個(gè)實(shí)現(xiàn)高分子化的藥物是青霉素(1962年),所用載體為聚乙烯胺，以后又有許多的抗生素、心血管藥和酶抑制劑等實(shí)現(xiàn)了高分子化。天然藥理活性高分子有激素、肝素、葡萄糖、酶制劑等。近年來，美國、歐洲和日本對生物醫(yī)用高分子材料的研究與開發(fā)突飛猛進(jìn)，從人工器官到高效緩釋高分子藥物都取得了很多成果和巨大效益。據(jù)美國健康工業(yè)制造者協(xié)會資料報(bào)告，1995年世界市場達(dá)1200億美元，美國為510億美元，預(yù)計(jì)在21世紀(jì)將成為國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)?，F(xiàn)在美國商業(yè)化的生物技術(shù)是以醫(yī)藥品為主的。加拿大的生物技術(shù)的優(yōu)勢領(lǐng)域在醫(yī)療器材和制藥業(yè)。在歐洲，英國的生物技術(shù)市場達(dá)到36億歐洲貨幣單位。德國1997年投入生物技術(shù)研究與開發(fā)的總經(jīng)費(fèi)大約為33億馬克。生物技術(shù)是日本21世紀(jì)創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)的主要技術(shù)領(lǐng)域之一。在“生物技術(shù)立國”的口號下，日本政府5年內(nèi)投資2萬億日元，其中生物降解材料和藥物生產(chǎn)商業(yè)化是其重點(diǎn)支持的領(lǐng)域。韓國制定了《韓國生物技術(shù)2000綱要》,在實(shí)施綱要的14年期間，政府和企業(yè)將投資200億美元。我國生物醫(yī)學(xué)高分子研究起步較晚。自20世紀(jì)70年代末起，北京大學(xué)和南開大學(xué)從事這科研力量進(jìn)行研究，在此領(lǐng)域取得了顯著成績。1998年“生物醫(yī)學(xué)高分子”項(xiàng)目獲教育部科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。我國現(xiàn)有醫(yī)用高分子材料60多種，制品達(dá)400余種。早在1999年6月，科技部生物領(lǐng)域?qū)＜医M就在南京和上海召開了“生物芯片技術(shù)”和“組織工程技術(shù)”研討會，會議決定啟動這2個(gè)研究項(xiàng)目H,并作為該領(lǐng)域的重點(diǎn)課題。東南大學(xué)、清華大學(xué)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、上海第二醫(yī)科大學(xué)、第一軍醫(yī)大學(xué)和華東理工大學(xué)其某些研究成果已見報(bào)道。此外，中科院化學(xué)所、天津大學(xué)、