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大学材料科学与工程经典课件第九章——生物医用高分子材料只是分享

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生物医学高分子材料课件PPT课件

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的细胞壁中。在自然界中，甲壳质的年生物合成量约100亿吨，
是地球上除纤维素以外的第二大有机资源，是人类可充分利用
的巨大自然资源宝库。
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2.甲壳素的研究开发现状
• 甲壳质及其衍生物工业正在崛起，研究开 发正方兴未艾。
• 从20世纪80年代以来，美国和日本等国都 已经投入了大量人力、物力进行这方面的开 发与研究。
含量不能超标。 • 2.医用高分子材料的加工助剂必须是符合医用标准。 • 3.对于体内应用的医用高分子材料，生产环境应当具有适宜的洁净级别。
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三．主要生物可降解纤维材料
•（一）甲壳素类纤维
• 1．甲壳素的存在
•
甲壳质（chitin）又名几丁质、甲壳素、壳多糖，广泛存
在于节足动物（蜘蛛类、甲壳类）的翅膀或外壳及真菌和藻类
• 我国的甲壳质资源极其丰富，而且曾是研 究开发甲壳质制品较早的国家之一。早在 1958年，就对甲壳质的性能及生产进行过研 究，并用于纺织染整上作上浆剂。进入20世 纪80年代后期，甲壳质资源的开发利用引起 了一些科研院所的重视，并开始了在医疗和
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3.甲壳质及壳聚糖的生物活性
• 1) 抗菌、杀菌作用
•
• （3） 农业领域
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6．甲壳素类纤维的制备技术
1) 甲壳素类纤维纺丝原液的制备
▪ 以壳聚糖为原料时，多选用5%以下的醋酸水 溶液作为溶剂。
▪ 甲壳素纺丝原液的制备多采用溶解性能优异的 有机溶剂,加适当的氯化锂助溶。
2) 甲壳素类纤维的成型
▪ 制备甲壳素类纤维可采用干法纺丝、湿法纺丝 和干-湿法纺丝等不同的成型工艺 。

生物医学高分子材料课件

生物医学高分子材料课件

化学法
利用化学反应将药物与高 分子材料结合，如接枝共 聚法、药物嵌入聚合物网 络法等。
生物法
利用生物分子和生物过程 将药物与高分子材料结合 ，如抗体偶联法、基因载 体法等。
高分子药物载体的性能评价
安全性评价
主要包括急性毒性试验、长期毒 性试验、致畸致癌性试验等，以 确保药物载体对人体的安全性。
有效性评价
生物医学高分子 材料课件
汇报人： 日期:
目录
• 生物医学高分子材料概述 • 生物相容性高分子材料 • 生物降解性高分子材料 • 高分子药物载体 • 高分子组织工程支架材料 • 研究展望与挑战
01
生物医学高分子材料概述
定义与分类
生物医学高分子材料
指用于诊断、治疗、修复或替换人体组织或器官的材料。
分类
根据应用部位和功能，可分为生物惰性、生物活性、生物降 解和生物相容性高分子材料。
生物医学高分子材料的特性
生物惰性
指在体内稳定，不发生化学反应，无毒无害 。
生物降解
在体内可被分解为小分子，无害化排出体外 。
生物活性
具有诱发机体免疫反应的能力。
生物相容性
与人体组织相容，无排异反应。
生物医学高分子材料的应用
生物活性评价
检测支架材料是否具有促进 细胞生长和分化的生物活性 。
安全性评价
对支架材料进行安全性评估 ，包括急性毒性、慢性毒性 、致敏性等。
06
研究展望与挑战
新材料设计及制备技术展望
发展新的聚合反应
01
研究新的聚合反应，如活性聚合、基团转移聚合等，以实现高
分子材料的精确控制合成。
纳米技术和3D打印
骨骼系统
用于制作人工关节、骨板、骨 钉等。

生物医学高分子材料课件

生物医学高分子材料课件

02
03
元素组成
采用光谱分析、色谱-质 谱联用等方法分析材料中 的元素组成。
官能团结构
通过红外光谱、核磁共振 等方法确定高分子材料中 官能团的种类和数量。
热稳定性
采用热重分析法、差热分 析等方法测定高分子材料 的热稳定性和热分解性能 。
生物性能表征
细胞相容性
通过细胞培养、细胞活性染色 等方法评价高分子材料与细胞 的相互作用，测定细胞增殖、
《Polymer》
由Elsevier出版社发行，是全球高分子科学领域的重 要学术期刊之一。主要刊登聚合物合成、结构、性能 及其应用等方向的研究论文、综述和快讯等。
研究机构与高校学科建设
剑桥大学材料科学与工 程系
拥有先进的生物医学高分子材料研究 设备和实验室，开展与生物医用高分 子材料的合成、性质、表征及其应用 相关的研究工作。
改性方法
化学改性
化学改性是通过化学反应对高 分子材料的分子结构、分子量 、交联程度等进行改性的方法
。
物理改性
物理改性是通过物理手段对高分 子材料的分子结构、聚集态结构 、表面性质等进行改性的方法， 如热塑、热固、增强、填充等。
生物改性
生物改性是指利用生物技术对高分 子材料进行改性的方法，如基因工 程、细胞工程等。
电学性能测试
采用电阻率、介电常数等方法测定材料的电学性 能，使用的仪器包括电导率计、四探针测试仪等 。
热学性能测试
采用差热分析、热重分析等方法测定材料的热学 性能，使用的仪器包括差热分析仪、热重分析仪 等。
光学性能测试
采用透光率、浊度等方法测定材料的光学性能， 使用的仪器包括紫外-可见分光光度计等。
医用防护服
医用防护服是一种由高分子材料制成 的防护用品，用于防止病原体传播和 感染，常用于手术室、实验室等高风 险场所的工作人员和患者防护。医用 防护服应具有良好的防护性能、舒适 性和透气性等特点。

医用高分子材料ppt课件

医用高分子材料ppt课件
一、 高分子人工脏器及部件的应用现状
目前，已研究出许多有生物活性的高分子材料， 例如将生物酶和生物细胞等固定在高分子材料分 子中，以克服高分子材料与生物肌体相容性差的 缺点，开发出混合型人工脏器的工作正在取得可 喜的成绩。
40
用于人工脏器的部分高分子材料
人工脏器
高分子材料
心脏
嵌段聚醚氨酯弹性体、硅橡胶
➢纤维蛋白：是纤维蛋白原的聚合产物，具有良好 的生物相容性、止血、促进组织愈合等功能，在 医学领域有着重要用途。
26
二、生物吸收性天然高分子材料
3、 纤维蛋白
➢纤维蛋白的降解包括酶降解和细胞吞噬两种过程， 降解产物可以被肌体完全吸收。
➢降解速度随产品不同从几天到几个月不等，可通 过交联和改变其聚集状态来控制其降解的速度。
2、人造皮肤材料
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，创伤面需要 清洗，被移植皮肤需要养护，因此需要一定时间， 但在这段时间内，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。
43
三、高分子材料在医学领域的应用
2、人造皮肤材料
➢因此，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 减少体液的损耗和盐分的丢失，从而达到保 护创面的目的。
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三、高分子材料在医学领域的应用
2、人造皮肤材料
➢聚乙烯醇微孔薄膜和硅橡胶多孔海绵：是制 作人造皮肤的两种重要材料，这两种人造皮 肤使用时手术简便，抗排异性好，移植成活 率高，已应用于临床。
45
三、高分子材料在医学领域的应用
2、人造皮肤材料
➢高吸水性树脂：用于制作人造皮肤方面的研 究，亦已取得很多成果，此外，聚氨基酸、 骨胶原、角蛋白衍生物等天然改性聚合物也 都是人造皮肤的良好材料。

第九章_生物医用高分子材料97页PPT

第九章_生物医用高分子材料97页PPT

19.11.2019
材料
• 1960s 可生物降解聚合物，如： Polylactide(PLA)
• 1970-80s 隐形眼镜（Contact lens），药物 控制释放(drug controlled release)
• 1990s- 聚合物在生物医用材料中的占有率 超过一半
19.11.2019
19.11.2019
材料
• 通常，当人体的表皮受到损伤时，流出的血液会 自动凝固，称为血栓。
• 血液相容性指材料在体内与血液接触后不发生凝 血、溶血现象，不形成血栓。
• 实际上，血液在受到下列因素影响时，都可能发 生血栓：① 血管壁特性与状态发生变化；② 血液 的性质发生变化；③ 血液的流动状态发生变化。
• 2000万心血管病患者 --------每年需要24万套人工心瓣膜
• 肾衰患者 --------每年需要12万个肾透析器
• ……
19.11.2019
材料
3. History of polymeric biomaterials
1943年 1949年
赛璐珞薄膜开始用于血液透析 美国首先发表了医用高分子的展望性论文。在文章 中，第一次介绍了利用PMMA作为人的头盖骨、关 节和股骨，利用聚酰胺纤维作为手术缝合线的临床 应用情况。50年代，有机硅聚合物被用于医学领 域，使人工器官的应用范围大大扩大，包括器官替 代和整容等许多方面。
OHNH2
NN
SO3H
SO3H
材料
⑤材料表面伪内膜化
人们发现，大部分高分子材料的表面容易沉渍 血纤蛋白而凝血。如果有意将某些高分子的表面制 成纤维林立状态，当血液流过这种粗糙的表面时， 迅速形成稳定的凝固血栓膜，但不扩展成血栓，然 后诱导出血管内皮细胞。这样就相当于在材料表面 上覆盖了一层光滑的生物层—伪内膜。这种伪内膜 与人体心脏和血管一样，具有光滑的表面，从而达 到永久性的抗血栓。

生物医用高分子概述优秀PPT

生物医用高分子概述优秀PPT

生物降解材料
生物降解材料是指在生理环境下构 成材料的分子能自动断裂、从大分 子变成小分子、从不溶解变成能溶 解，从而能逐渐被机体代谢或吸收 的材料
生物降解材料分类
来源 材料种类
材料举例
天然无机物
羟基磷灰石 珊瑚礁等
天然材料
天然衍生 材料
甲壳素、壳聚糖、海藻酸 盐、胶原蛋白、 葡聚糖
、透明质酸、明胶、琼脂 等
生物医用高分子概述
生物医用高分子内容
1、医用高分子概述 2、生物降解高分子 3、聚乳酸 (聚丙交酯) 4、聚内酯的改性 5、血液相容性高分子 6、药物释放体系 7、组织工程
1、医用高分子概述
Concept of Bio-medical Polymer
生物医用材料
国际标准化组织（ISO）的定义： 生物医用材料是指以医疗为目的，用于和活组织 接触以形成功能的无生命材料，包括具有生物相 容性的或生物降解的材料。
酸、多肽、自由基对材料的生物降解作用
要求又高、又严格
生物相容性分类和要求
生物相容性
血液相容性
抗血小板血栓形成 抗凝血性 抗溶血性 抗白细胞减少性 抗补体系统亢进性 抗血浆蛋白吸附性 抗细胞因子吸附性
组织相容性
细胞粘附性 无抑制细胞生长性 细胞激活性 抗细胞原生质转化性 抗炎症性 无抗原性 无诱变性 无致癌性 无致畸性
• 半体内应用的材料（ex vivo）
一般在体外应用，但应用时和体内的呼吸 系统、血液循环系统或体液相连接的材料 人工胃、肺、导管、透析器、透析膜、 接触眼镜、……
• 体外应用的材料（in vitro）
医疗器械、酶、抗体、细胞、激素等的担 体、分离材料、人工代谢器、生物传感器、
……
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•ISO5834-2 •ASTM F648 •可用为人工关节、 人工骨骼植入人体 •极低的能耗 •……
材料 2020/6/15
人工心脏瓣膜
材料 2020/6/15
组织工程人工骨缺损修复示意图 材料 2020/6/15
材料 2020/6/15
材料 2020/6/15
三、生物医用高分子材料
• 分类 • 用途 • 制备
• 人造皮肤，血管，骨，关节，肠道，心脏，肾等
材料 2020/6/15
材料 2020/6/15
制备生物医化用学家高来分做子第材一步料？
• 化学家合成原始材料并检测各项理化指标 • 生物学家检测材料生物毒性及生物相容性 • 医学家做临床动物试验-人体试验 • 化学工程师制造生物医用高分子材料 • 临床应用
Hale Waihona Puke 材料 2020/6/15高分子材料虽然不是万能的，不可能指望它解 决一切医学问题，但通过分子设计的途径，合成出 具有生物医学功能的理想医用高分子材料的前景是 十分广阔的。有人预计，在21世纪，医用高分子将 进入一个全新的时代。除了大脑之外，人体的所有 部位和脏器都可用高分子材料来取代。仿生人也将 比想象中更快地来到世上。
• （3） 医用生物陶瓷。有惰性生物陶瓷和活性生物陶瓷（羟基磷灰石陶瓷、 可吸收磷酸三钙陶瓷等）
• （4） 医用生物复合材料。如羟基磷灰石涂复钛合金，炭纤维或生物活性 玻璃纤维增强聚乳酸等高分子材料。
• （5） 生物衍生材料。这类材料是将活性的生物体组织，包括自体和异体 组织，经处理改性而获得的无活性的生物材料。
中国生物医用材料市场 材料 2020/6/15
• 我国生物医学材料的生物医学工程产业的市场 增长率高达 28％(全球市场增长率20%),居 全球之首。
• 我国人工关节 替换年增长率高达30％，远高 于美国的4％。 ----------------国家科技 部资料
材料 2020/6/15
• 775万肢残患者和每年新增的300万骨损伤患者 -------需要大量骨修复材料
材料 2020/6/15
（4R.eq医ui用rem高e分nts子fo材r b料iom的ed要ica求l polymers）
• Basic requirements • 安全性Biocompatibility/Biostability / Biodegradability • 灭菌性Sterilizability
1. 分类
材料 2020/6/15
按用途分类
• 手术治疗用高分子材料
缝合线，黏胶剂，止血剂，各种导管，引流管，一次 性输血输液器材
• 药用及药物传递用高分子材料
• 靶向性高分子载体（肝靶向性，肿瘤靶向性），高分子药 物（干扰素，降胆敏），高分子控制释放载体（胶囊，水 凝胶，脂质体）
• 人造器官或组织
• 1960s 可生物降解聚合物，如：Po材料ly20l20a/6/15ctide(PLA) • 1970-80s 隐形眼镜（Contact lens），药物控制
释放(drug controlled release) • 1990s- 聚合物在生物医用材料中的占有率超过一
半
材料 2020/6/15
生物衍生材料
材料 2020/6/15
①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 ②取自其他人的同种组织
例如：利用他人角膜治疗患者的角膜疾病 ③来自其它动物的异种组织
例如：采用猪的心脏瓣膜代替人的心脏瓣膜， 治疗心脏病等。
聚四氟乙烯
材料 2020/6/15
人工关节
例如： 德国产品 UHMWPE材料
材料 2020/6/15
2. 生物医用材料市 场发展概况
全球生物医用材料市场 材料 2020/6/15
单 : 位 亿 美 元
3500
世 界 医 疗 器 械市 场 生物 材料和 制 品
3275
3000
12%
2500 2000 1500
1650
2300
20%
1000
500
0
2000
2002
2005 年
大学材料科学与工程经典课件第 九章——生物医用高分子材料
二、生物医用材料的分类 材料 2020/6/15
按材料来源分
• （1） 医用金属和合金。主要用于承力的骨、关节和牙等硬组织的修复和 替换。不锈钢、钴基合金、钛及钛合金是目前医用合金的三大支柱。医用 合金还有钽、铌和贵金属等。
• （2） 医用高分子生物材料。高分子化合物是构成人体绝大部分组织和器 官的物质，医用高分子生物材料包括合成（如：聚酯、硅橡胶）和天然高 分子（如：胶原、甲壳素）。近来，生物降解高分子材料得到重视。
• 2000万心血管病患者 --------每年需要24万套人工心瓣膜
• 肾衰患者 --------每年需要12万个肾透析器
• ……
3. History of polymeric biomaterials
材料 2020/6/15
1943年 1949年
赛璐珞薄膜开始用于血液透析 美国首先发表了医用高分子的展望性论文。在文章 中，第一次介绍了利用PMMA作为人的头盖骨、关 节和股骨，利用聚酰胺纤维作为手术缝合线的临床 应用情况。50年代，有机硅聚合物被用于医学领 域，使人工器官的应用范围大大扩大，包括器官替 代和整容等许多方面。
Drug controlled release
Tissue engineering
Gene therapy
材料 2020/6/15
此后，一大批人工器官在50年代试用于临床。 如人工尿道（1950年）、人工血管（1951年）、 人工食道（1951年）、人工心脏瓣膜（1952）、 人工心肺（1953年）、人工关节（1954年）、人 工肝（1958年）等。进入60年代，医用高分子材 料开始进入一个崭新的发展时期。
Requirements for biomedical材料po2020/l6/1y5 mers
Other requirements according to specific applications 加工成型性machine-shaping properties 机械性能与稳定性Mechanical properties 环境敏感性Environmental sensitivity 表面性能与结构多空性Surface properties/Porosity 亲疏水性Hydrophilicity / hydrophobicity