张国杰1134222411材料课件

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1、张国杰1134222411材料课件医用高分子医用高分子PPT：张国杰1134222411材料课件n1.前言前言n2.医用高分子的分类医用高分子的分类n3.对高分子材料的基本要求对高分子材料的基本要求n4.医用高分子的应用医用高分子的应用n5.前景展望前景展望张国杰1134222411材料课件1.前言n世界各国已成功地研制出了用高分子材料世界各国已成功地研制出了用高分子材料制造的人工心脏瓣膜、人工肺、人工肾、制造的人工心脏瓣膜、人工肺、人工肾、人工血管、人造血液、人工皮肤、人工骨人工血管、人造血液、人工皮肤、人工骨骼、人工关节等，专家认为在不久的将来，骼、人工关节等，专家认为在不久的将来，除人脑

2、之外，人体所有器官都可以用人工除人脑之外，人体所有器官都可以用人工器官代替。器官代替。张国杰1134222411材料课件PVC/PVDC张国杰1134222411材料课件吸水高分子吸水高分子多孔降解支架多孔降解支架张国杰1134222411材料课件n目前医用高分子材料随来源、应用目的等可以分为多种类目前医用高分子材料随来源、应用目的等可以分为多种类型。各种医用高分子材料的名称也很不统一。这里介绍几型。各种医用高分子材料的名称也很不统一。这里介绍几种常见的分类方式。种常见的分类方式。日本医用高分子专家樱井靖久将医用高分子分日本医用高分子专家樱井靖久将医用高分子分成如下的五大类：成如下的五大类：1

3、）与生物体组织不直接接触的材料）与生物体组织不直接接触的材料 2）与皮肤、粘膜接触的材料）与皮肤、粘膜接触的材料 3）与人体组织短期接触的材料）与人体组织短期接触的材料4）长期植入体内的材料）长期植入体内的材料5）药用高分子）药用高分子2.医用高分子的分类张国杰1134222411材料课件n按材料的来源分类 1）天然医用高分子材料）天然医用高分子材料 如胶原、明胶、丝蛋白、角质蛋白、纤维素、多糖、甲壳素及其衍生如胶原、明胶、丝蛋白、角质蛋白、纤维素、多糖、甲壳素及其衍生 物等。物等。2）人工合成医用高分子材料）人工合成医用高分子材料 如聚氨酯、硅橡胶、聚酯等。如聚氨酯、硅橡胶、聚酯等。3）天然

4、生物组织与器官）天然生物组织与器官 取自患者自体的组织，例如采用自身隐静脉作为冠状动脉搭桥术的取自患者自体的组织，例如采用自身隐静脉作为冠状动脉搭桥术的 血管替代物；血管替代物；取自其他人的同种异体组织，例如利用他人角膜治疗患者的角膜疾取自其他人的同种异体组织，例如利用他人角膜治疗患者的角膜疾 病；病；来自其他动物的异种同类组织，例如采用猪的心脏瓣膜代替人的心来自其他动物的异种同类组织，例如采用猪的心脏瓣膜代替人的心 脏瓣膜，治疗心脏病等。脏瓣膜，治疗心脏病等。张国杰1134222411材料课件n按材料与活体组织的相互作用关系分类按材料与活体组织的相互作用关系分类 1）生物惰性高分子材料）生物

5、惰性高分子材料 在体内不降解、不变性、不会引起长期组织反应的高在体内不降解、不变性、不会引起长期组织反应的高分子材料，适合长期植入体内。分子材料，适合长期植入体内。2）生物活性高分子材料）生物活性高分子材料 指植入生物体内能与周围组织发生相互作用，促进肌指植入生物体内能与周围组织发生相互作用，促进肌体组织、细胞等生长的材料。体组织、细胞等生长的材料。3）生物吸收高分子材料）生物吸收高分子材料 这类材料又称生物降解高分子材料。这类材料在体内这类材料又称生物降解高分子材料。这类材料在体内逐渐降解，其降解产物能被肌体吸收代谢，获通过排泄系逐渐降解，其降解产物能被肌体吸收代谢，获通过排泄系统排出体外，

6、对人体健康没有影响。如用聚乳酸制成的体统排出体外，对人体健康没有影响。如用聚乳酸制成的体内手术缝合线、体内粘合剂等。内手术缝合线、体内粘合剂等。张国杰1134222411材料课件3.对高分子材料的基本要求n医用高分子材料是一类特殊用途的材料。它们在医用高分子材料是一类特殊用途的材料。它们在使用过程中，常需与生物肌体、血液、体液等接使用过程中，常需与生物肌体、血液、体液等接触，有些还须长期植入体内。由于医用高分子与触，有些还须长期植入体内。由于医用高分子与人们的健康密切相关，因此对进入临床使用阶段人们的健康密切相关，因此对进入临床使用阶段的医用高分子材料具有严格的要求，要求有十分的医用高分子材料

7、具有严格的要求，要求有十分优良的特性。归纳起来，一个具备了以下七个方优良的特性。归纳起来，一个具备了以下七个方面性能的材料，可以考虑用作医用材料。面性能的材料，可以考虑用作医用材料。张国杰1134222411材料课件n（1）化学隋性，不会因与体液接触而发生反应）化学隋性，不会因与体液接触而发生反应 人体环境对高分子材料主要有以下一些影响：人体环境对高分子材料主要有以下一些影响：1)体液引起聚合物的降解、交联和相变化；体液引起聚合物的降解、交联和相变化；2)体内的自由基引起材料的氧化降解反应；体内的自由基引起材料的氧化降解反应；3)生物酶引起的聚合物分解反应；生物酶引起的聚合物分解反应；4)在体

8、液作用下材料中添加剂的溶出；在体液作用下材料中添加剂的溶出；5)血液、体液中的类脂质、类固醇及脂肪等物血液、体液中的类脂质、类固醇及脂肪等物质渗入高分子材料，使材料增塑，强度下降。质渗入高分子材料，使材料增塑，强度下降。张国杰1134222411材料课件n（2）对人体组织不会引起炎症或异物反应）对人体组织不会引起炎症或异物反应 有些高分子材料本身对人体有害，不能用作有些高分子材料本身对人体有害，不能用作医用材料。而有些高分子材料本身对人体组织并医用材料。而有些高分子材料本身对人体组织并无不良影响，但在合成、加工过程中不可避免地无不良影响，但在合成、加工过程中不可避免地会残留一些单体，或使用一些

9、添加剂。当材料植会残留一些单体，或使用一些添加剂。当材料植入人体以后，这些单体和添加剂会慢慢从内部迁入人体以后，这些单体和添加剂会慢慢从内部迁移到表面，从而对周围组织发生作用，引起炎症移到表面，从而对周围组织发生作用，引起炎症或组织畸变，严重的可引起全身性反应。或组织畸变，严重的可引起全身性反应。张国杰1134222411材料课件炎症概述：n炎症，就是平时人们所说的炎症，就是平时人们所说的“发炎发炎”，是机体对，是机体对于刺激的一种防御反应，表现为红、肿、热、痛于刺激的一种防御反应，表现为红、肿、热、痛和功能障碍。炎症，可以是感染引起的感染性炎和功能障碍。炎症，可以是感染引起的感染性炎症，也可

10、以不是由于感染引起的非感染性炎症。症，也可以不是由于感染引起的非感染性炎症。通常情况下，炎症是有益的，是人体的自动的防通常情况下，炎症是有益的，是人体的自动的防御反应，但是有的时候，炎症也是有害的，例如御反应，但是有的时候，炎症也是有害的，例如对人体自身组织的攻击、发生在透明组织的炎症对人体自身组织的攻击、发生在透明组织的炎症等等。等等。张国杰1134222411材料课件n（3）不会致癌）不会致癌 根据现代医学理论认为，人体致癌的原因是根据现代医学理论认为，人体致癌的原因是由于正常细胞发生了变异。当这些变异细胞以极由于正常细胞发生了变异。当这些变异细胞以极其迅速的速度增长并扩散时，就形成了癌。

11、而引其迅速的速度增长并扩散时，就形成了癌。而引起细胞变异的因素是多方面的，有化学因素、物起细胞变异的因素是多方面的，有化学因素、物理因素，也有病毒引起的原因。理因素，也有病毒引起的原因。张国杰1134222411材料课件n（4）具有良好的血液相容性）具有良好的血液相容性 当高分子材料用于人工脏器植入人体后，必然要长时当高分子材料用于人工脏器植入人体后，必然要长时间与体内的血液接触。间与体内的血液接触。因此，医用高分子对血液的相容性因此，医用高分子对血液的相容性是所有性能中最重要的。是所有性能中最重要的。高分子材料的血液相容性问题是高分子材料的血液相容性问题是一个十分活跃的研究课题，但至今尚未制

12、得一种能完全抗一个十分活跃的研究课题，但至今尚未制得一种能完全抗血栓的高分子材料。这一问题的彻底解决，还有待于各国血栓的高分子材料。这一问题的彻底解决，还有待于各国科学家的共同努力。科学家的共同努力。张国杰1134222411材料课件n（5）长期植入体内不会减小机械强度）长期植入体内不会减小机械强度 许多人工脏器一旦植入体内，将长期存留，有许多人工脏器一旦植入体内，将长期存留，有些甚至伴随人们的一生。因此，要求植入体内的些甚至伴随人们的一生。因此，要求植入体内的高分子材料在极其复杂的人体环境中，不会很快高分子材料在极其复杂的人体环境中，不会很快失去原有的机械强度。失去原有的机械强度。事实上，在

13、长期的使用过程中，高分子材料受事实上，在长期的使用过程中，高分子材料受到各种因素的影响，其性能不可能永远保持不变。到各种因素的影响，其性能不可能永远保持不变。我们仅希望变化尽可能少一些，或者说寿命尽可我们仅希望变化尽可能少一些，或者说寿命尽可能长一些。能长一些。张国杰1134222411材料课件n（6）能经受必要的清洁消毒措施而不产生变性能经受必要的清洁消毒措施而不产生变性 高分子材料在植入体内之前，都要经过严格高分子材料在植入体内之前，都要经过严格的灭菌消毒。目前灭菌处理一般有三种方法：的灭菌消毒。目前灭菌处理一般有三种方法：蒸蒸汽灭菌、化学灭菌、汽灭菌、化学灭菌、射线灭菌射线灭菌。国内大多

14、采用。国内大多采用前两种方法。因此在选择材料时，要考虑能否耐前两种方法。因此在选择材料时，要考虑能否耐受得了。受得了。张国杰1134222411材料课件n（7）易于加工成需要的复杂形状）易于加工成需要的复杂形状 人工脏器往往具有很复杂的形状，因此，用于人工脏器往往具有很复杂的形状，因此，用于人工脏器的高分子材料应具有优良的成型性能。否人工脏器的高分子材料应具有优良的成型性能。否则，即使各项性能都满足医用高分子的要求，却无则，即使各项性能都满足医用高分子的要求，却无法加工成所需的形状，则仍然是无法应用的。法加工成所需的形状，则仍然是无法应用的。此外还要防止在医用高分子材料生产、加工工此外还要防止

15、在医用高分子材料生产、加工工程中引入对人体有害的物质。应严格控制原料的纯程中引入对人体有害的物质。应严格控制原料的纯度。加工助剂必须符合医用标准。生产环境应当具度。加工助剂必须符合医用标准。生产环境应当具有适宜的洁净级别，符合国家有关标准。有适宜的洁净级别，符合国家有关标准。张国杰1134222411材料课件n与其他高分子材料相比，对医用高分子材与其他高分子材料相比，对医用高分子材料的要求是非常严格的。对于不同用途的料的要求是非常严格的。对于不同用途的医用高分子材料，往往又有一些具体要求。医用高分子材料，往往又有一些具体要求。在医用高分子材料进入临床应用之前，都在医用高分子材料进入临床应用之前

16、，都必须对材料本身的物理化学性能、机械性必须对材料本身的物理化学性能、机械性能以及材料与生物体及人体的相互适应性能以及材料与生物体及人体的相互适应性进行全面评价，然后经国家管理部门批准进行全面评价，然后经国家管理部门批准才能进入临床使用。才能进入临床使用。张国杰1134222411材料课件4.医用高分子材料的应用n1)血液相容性材料与人工心脏血液相容性材料与人工心脏 许多医用高分子在应用中需长期与肌体接触，许多医用高分子在应用中需长期与肌体接触，必须有良好的生物相容性，其中血液相容性是最必须有良好的生物相容性，其中血液相容性是最重要的性能。人工心脏、人工肾脏、人工肝脏、重要的性能。人工心脏、人

17、工肾脏、人工肝脏、人工血管等脏器和部件长期与血液接触，因此要人工血管等脏器和部件长期与血液接触，因此要求材料必须具有优良的抗血栓性能。求材料必须具有优良的抗血栓性能。张国杰1134222411材料课件部分人工脏器的临床应用历史部分人工脏器的临床应用历史n人工骨：1940年H.R.Bohlmann人工肾：1943年W.J.Kolffn人工气管；1948年O.Tclaqettn人工血管：1951年J.H.Grinndlayn人工食管：1951年Z.D.Baronofakyn心脏起搏器：1952年P.M.Ioun人工关节：1954年B.Walldius n人工瓣膜：1957年J.H.Stuckeyn

18、人工肺：1958年D.C.Shechtern全人工心肺：1982年W.C.Derries张国杰1134222411材料课件n近年来，在对高分子材料抗血栓性研究中，近年来，在对高分子材料抗血栓性研究中，发现具有微相分离结构的聚合物往往具有发现具有微相分离结构的聚合物往往具有优良的血液相容性，因而引起人们极大的优良的血液相容性，因而引起人们极大的兴趣。例如在聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲兴趣。例如在聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯的结构中接枝上亲水性的甲基丙烯酸酯的结构中接枝上亲水性的甲基丙烯酸羟乙酯，当接枝共聚物的微区尺寸在羟乙酯，当接枝共聚物的微区尺寸在2030 nm范围内时，就有优良的抗血栓范围内时，就

19、有优良的抗血栓性。性。张国杰1134222411材料课件n聚离子络合物（聚离子络合物（Polyion Complex）是另）是另一类具有抗血栓性的高分子材料。它们是一类具有抗血栓性的高分子材料。它们是由带有相反电荷的两种水溶性聚电解质制由带有相反电荷的两种水溶性聚电解质制成的。例如美国成的。例如美国Amicon公司研制的离子型公司研制的离子型水凝胶水凝胶Ioplex l01是由聚乙烯基苄基三甲基是由聚乙烯基苄基三甲基铵氯化物与聚苯乙烯磺酸钠通过离子键结铵氯化物与聚苯乙烯磺酸钠通过离子键结合得到的。合得到的。张国杰1134222411材料课件n据报道，日本市场上近年出现一种高效人据报道，日本市场

20、上近年出现一种高效人造皮肤，对严重烧伤的患者十分有效。这造皮肤，对严重烧伤的患者十分有效。这种人造皮肤的原料是甲壳质材料，从螃蟹种人造皮肤的原料是甲壳质材料，从螃蟹壳、虾壳等物质中萃取出来，经过抽制成壳、虾壳等物质中萃取出来，经过抽制成丝，再进行编织。这种人造皮肤具有生理丝，再进行编织。这种人造皮肤具有生理活性，可代替正常皮肤进行移植，因此可活性，可代替正常皮肤进行移植，因此可减少患者再次取皮的痛苦。临床试验表明，减少患者再次取皮的痛苦。临床试验表明，这种皮肤的移植成活率达这种皮肤的移植成活率达90以上。以上。张国杰1134222411材料课件n2)人造皮肤材料人造皮肤材料 治疗大面积皮肤创伤

21、的病人，需要将病人的正治疗大面积皮肤创伤的病人，需要将病人的正常皮肤移植在创伤部位上。但在移植之前，创伤常皮肤移植在创伤部位上。但在移植之前，创伤面需要清洗，被移植皮肤需要养护，因此需要一面需要清洗，被移植皮肤需要养护，因此需要一定时间。在这段时间内，许多病人由于体液的大定时间。在这段时间内，许多病人由于体液的大量损耗以及蛋白质与盐分的丢失而丧失生命。因量损耗以及蛋白质与盐分的丢失而丧失生命。因此，人们用高亲水性的高分子材料作为人造皮肤，此，人们用高亲水性的高分子材料作为人造皮肤，暂时覆盖在深度创伤的创面上，以减少体液的损暂时覆盖在深度创伤的创面上，以减少体液的损耗和盐分的丢失，从而达到保护创

22、面的目的。耗和盐分的丢失，从而达到保护创面的目的。张国杰1134222411材料课件n3)医用粘合剂医用粘合剂 粘合剂作为高分子材料中的一大类别，近年来粘合剂作为高分子材料中的一大类别，近年来已扩展到医疗卫生部门，并且其适用范围正随着粘合剂性已扩展到医疗卫生部门，并且其适用范围正随着粘合剂性能的提高、使用趋于简便而不断扩大。医用粘合剂在医学能的提高、使用趋于简便而不断扩大。医用粘合剂在医学临床中有十分重要的作用。在外科手术中，医用粘合剂用临床中有十分重要的作用。在外科手术中，医用粘合剂用于某些器官和组织的局部粘合和修补；手术后缝合处微血于某些器官和组织的局部粘合和修补；手术后缝合处微血管渗血的

23、制止；骨科手术中骨骼、关节的结合与定位；齿管渗血的制止；骨科手术中骨骼、关节的结合与定位；齿科手术中用于牙齿的修补等。科手术中用于牙齿的修补等。最早用于齿科软组织粘合的粘合剂是最早用于齿科软组织粘合的粘合剂是氰基丙烯酸烷氰基丙烯酸烷基酯。但这种粘合剂在有大量水分存在的口腔中粘结比较基酯。但这种粘合剂在有大量水分存在的口腔中粘结比较团难，所以现在已不再使用。取而代之的是称为团难，所以现在已不再使用。取而代之的是称为EDH的组的组织粘合剂。织粘合剂。EDH组织粘合剂的组成是组织粘合剂的组成是氰基丙烯酸甲酯、氰基丙烯酸甲酯、丁腈橡胶和聚异氰酸酯按丁腈橡胶和聚异氰酸酯按100:100:1020（重量比

24、）的（重量比）的比例配制而成，再制成比例配制而成，再制成67的硝基甲烷溶液。的硝基甲烷溶液。张国杰1134222411材料课件5.医用高分子的发展方向医用高分子的发展方向 n医用高分子的发展巳有医用高分子的发展巳有50多年的历史，其多年的历史，其应用领域巳渗透到整个医学领域，取得的应用领域巳渗透到整个医学领域，取得的成果是十分显赫的。但距离随心所欲地使成果是十分显赫的。但距离随心所欲地使用高分子材料及其人工脏器来植换人体的用高分子材料及其人工脏器来植换人体的病变脏器尚很远很远，因此尚需作深入的病变脏器尚很远很远，因此尚需作深入的研究探索。就目前来说，医用高分子将在研究探索。就目前来说，医用高分

25、子将在以下几个方面进行深入的研究。以下几个方面进行深入的研究。张国杰1134222411材料课件n（1）人工脏器的生物功能化、小型化、体）人工脏器的生物功能化、小型化、体植化目前使用的人工脏器，大多数只有植化目前使用的人工脏器，大多数只有“效应器效应器”的功能，即人工脏器必须与有的功能，即人工脏器必须与有功能缺陷的生物体共同协作，才能保持体功能缺陷的生物体共同协作，才能保持体内平衡。研究的方向是使人工脏器永久性内平衡。研究的方向是使人工脏器永久性地植入体内，完全取代病变的脏器。这就地植入体内，完全取代病变的脏器。这就要求高分子材料本身具有生物功能。要求高分子材料本身具有生物功能。张国杰1134

26、222411材料课件n（2）高抗血栓性材料的研制高抗血栓性材料的研制 前面曾介绍过，至今为止，尚无一种医前面曾介绍过，至今为止，尚无一种医用高分子材料具有完全抗血栓的性能。许用高分子材料具有完全抗血栓的性能。许多人工脏器的植换手术就是因为无法解决多人工脏器的植换手术就是因为无法解决凝血问题而归于失败。因此，尽快解决医凝血问题而归于失败。因此，尽快解决医用高分子材料的抗血栓性问题，巳成为医用高分子材料的抗血栓性问题，巳成为医用高分子材料发展的一个关键性问题，受用高分子材料发展的一个关键性问题，受到各国科学家的重视。到各国科学家的重视。张国杰1134222411材料课件n（3）发展新型医用高分子材

27、料）发展新型医用高分子材料 至今为止，医用高分子所涉及到的材料至今为止，医用高分子所涉及到的材料大部分限于已工业化的高分子材料，这显大部分限于已工业化的高分子材料，这显然不能适应和满足十分复杂的人体各器官然不能适应和满足十分复杂的人体各器官的功能。因此发展适合医学领域特殊要求的功能。因此发展适合医学领域特殊要求的新型、专用高分子材料，已成为广大化的新型、专用高分子材料，已成为广大化学家和医学专家的共识。目前研究开发混学家和医学专家的共识。目前研究开发混合型人工脏器，即将生物酶和生物细胞固合型人工脏器，即将生物酶和生物细胞固定在合成高分子材料上，制取有生物活性定在合成高分子材料上，制取有生物活性的人工脏器的工作，已经取得了相当大的的人工脏器的工作，已经取得了相当大的成就。成就。张国杰1134222411材料课件n（4）推广医用高分子的临床应用推广医用高分子的临床应用 高分子材料在医学领域的应用虽已取得高分子材料在医学领域的应用虽已取得了很大的成就，但很多尚处于试验阶段。了很大的成就，但很多尚处于试验阶段。如何将已取得的成果迅速推广到临床医学如何将已取得的成果迅速推广到临床医学应用，以拯救更多患者的生命，需要高分应用，以拯救更多患者的生命，需要高分子材料界与医学界的通力协作。子材料界与医学界的通力协作。张国杰1134222411材料课件