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第九章_生物医用高分子材料

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生物医用高分子材料[精选]

生物医用高分子材料[精选]
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； 蒸汽灭菌；
化学灭菌 ，γ射线灭菌 。国内大多采用前两种方法 。
因此在选择材料时 ，要考虑能否耐受得了。
（7） 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 ，却无法加 工成所需的形状 ，则仍然是无法应用的。
★骨水泥是一类传统的骨用粘合剂 ， 1940年就已用
于脑外科手术中 ， 几十年来 ，一直受到医学界和化学 界的重视。
骨水泥是由单体 、聚合物微粒(150--200μm) 、阻聚
剂 ，促进负等组成 。为了便于x射线造影 ，有还加入 造影剂BaSO4 。下表是常用骨水泥的基本组成和配方。
(4) 人造皮肤材料
(5) 医用粘合剂
粘合剂作为高分子材料中的一大类别 ，近年来， 它的应用领域已扩展到医疗卫生部门 。 目前 ， 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制止； 骨科手术小骨骼、 关节的结合与定位； 齿科手术中用于牙齿的修补 。在 计划生育领域中 ，用粘合剂粘堵输精管或输卵管 ， 既 简便 ，无痛苦感 ，又无副作用 ，必要时还可方便地重 新疏通。
由此可见 ， 当向人体植入高分子材料时 ， 除考虑 材料的物理 、化学性质外 ，还应充分考虑其形状因 素。
表
(4)具有抗血栓性 ，不会在材料表面凝血 (5)长期植入体内 ，不会减小机械强度
表6-3是一些高分子以纤维形式植入狗的动脉 后其机械强度的损失情况。
(6)能经受必要的清洁消毒措施而不产生变性

第九章生物医用高分子材料

第九章生物医用高分子材料
• （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。
• （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。
• 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
• ……
2020/6/17
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。
• 人造器官或组织
• 人造皮肤，血管，骨，关节，肠道，心脏，肾等
2020/6/17
材料
2020/6/17
材料
制备生物医用高分子材料？
化学家来做第一步
• 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
9.1 概述
一、生物医用材料的定义 （Biomedical materials）
对生物体进行诊断、治疗和置 换损坏组织、器官或增进其功 能的材料。

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
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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。

生物医用高分子材料

生物医用高分子材料

用于制牙拖粉的甲基丙烯酸甲酯原料
用于补牙的含羟基和萘基的甲基丙 烯酸酯原料
含磷酸酯的甲基丙烯酸酯原料
7. 高分子绷带材料 (高分子医疗器材)
骨折需要用绷带和夹板把骨折部位包扎，然后用石膏固定，需要一个月 时间愈合。然而石膏不透酸酯封端的聚氨酯预聚体制成的。 使用时，先在水中浸润，然后包扎。在水作用下的预聚体能很快反应， 生成聚氨基甲酸酯，并形成交联。柔软的纱布会变得很硬，同时，纱布 较疏松，易于透气。
6. 齿科材料
牙冠充填材料要求对周围组织无刺激，固化时间短，机械强度高，热 膨胀系数与牙齿的牙釉接近。银汞合金是常用的材料，但70年代后受 到限制。
聚丙烯酸酯树脂，热膨胀系数与 牙齿相差大，耐磨差，用于制作 假牙或牙拖
聚丙烯酸酯树脂的改性： 引入亲水基，提高与牙齿的粘结 性 引入芳香基或含磷基团，提高耐 磨性，同时聚合时放热小，树脂 的体系收缩小。
2. 人工肾（血液渗析器）
肾的主要功能是过滤和排泄血液中的代谢产物 和有毒物质，调节体内水分和电解质的平衡。 所谓人工肾主要就是通过体外渗析的方法治疗。渗析 是一种用浓度差为动力进行分离的膜过程。血液渗析 要求，只能让血液中分子量为500-50000之间的尿毒素 透过，但不会让分子量更大的血液成分流失。 血液渗析膜的高分子材料主要有 铜氨纤维素（87%）、醋酸纤维 素、聚砜和聚丙烯腈等。铜氨纤 维素用量最大，性能也最好。
1） 高分子材料植入对组织反应的影响
a 材料中渗出的化学成分对生物反应的影响 添加剂、杂质、单体、低聚物以及降解产物等，聚氨酯和聚氯乙烯中可能存 在的残余单体有较强毒性，硅橡胶、聚丙烯、聚四氟乙烯等毒性渗出物较少。
b 高分子的生物降解对生物反应的影响
c 材料的物理形状等因素对组织反应的影响 材料的大小、形状、孔度、表面平滑等因素，一般来说，植入物体积越大、 表描越平滑，造成的组织反应越严重；当植入材料是大体积薄片时，容易出 现肿瘤，比薄片上穿孔要高出一倍，而海绵状、纤维状和粉末状，几乎不产 生肿瘤。

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。

生物医用高分子材料优秀课件

生物医用高分子材料优秀课件
分子材料，以用于与血液接触的人工器官制造， 如人工心脏等。
80年代以来，发达国家的医用高分子材料产 业化速度加快，基本形成了一个崭新的生物材 料产业
目前被详细研究过的生物材料已超过1000种，
被广泛应用的有90多种，1800多种制品。
年份
1980年 1990年 1995年
销售额（美元） 200亿 500亿 1000亿
应用较多的有医用金属材料和医用高分子材
料。 医用金属材料：应用最早，是临床应用最广泛 的承力植入材料，不锈钢、钴、镍、锆合金 、 贵金属，价格高
器械包
人造髋关节
牙齿校正材料
高分子材料的分子结构、化学组成和理 化性质与生物体组织最为接近
✓人工器官中，比较成功的有：人工血管、人 工食道、人工尿道、人工心脏瓣膜、人工关节、 人工骨、整形材料等。 ✓ 已取得重大研究成果，但还需不断完善的有： 人工肾、人工心脏、人工肺、人工胰脏、人工 眼球、人造血液等。 ✓一些功能较为复杂的器官正处于大力研究开 发之中：如人工肝脏、人工胃、人工子宫等。
按生物医学用途分类 硬组织相容性高分子材料 软组织相容性高分子材料 血液相容性高分子材料 高分子药物和药物控释高分子材料
按与肌体组织接触的关系分类 长期植入材料 短期植入（接触）材料 体内体外连通使用的材料 与体表接触材料及一次性医疗用品材料
3. 对医用高分子材料的基本要求
（1）化学隋性，不会因与体液接触而发生反应 体液引起聚合物的降解、交联和相变化； 体内的自由基引起材料的氧化降解反应； 生物酶引起的聚合物分解反应； 在体液作用下材料中添加剂的溶出； 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。
概述
生物医用高分子材

生物医用高分子材料的研究与应用

生物医用高分子材料的研究与应用

生物医用高分子材料的研究与应用随着现代医学的不断发展，越来越多的疾病得以得到有效的治疗。

而在治疗过程中，材料的选择也起着至关重要的作用。

生物医用高分子材料是一类在医学领域中应用广泛的材料，它们具有良好的生物相容性、可调性、可加工性和可重复性等优点。

近年来，生物医用高分子材料在医疗、药物输送和组织工程等领域中的应用越来越广泛。

高分子材料是由高分子化合物制成的，它们通常是由单体通过聚合反应而形成的长链分子。

这些分子因其复杂的结构和可塑性，在医学领域中可以用来制造很多种不同的材料，例如人工关节、人造器官、药物传递系统、缝合线和接骨板等。

这些材料可以与人体组织相容，并被认为是一种极为有前途的材料类型。

1. 生物医用高分子材料的类型及其特点生物医用高分子材料的类型十分多样，下面简单介绍几种比较常见的类型。

(1) 人工关节的材料人工关节是治疗关节疾病的最有效方法之一。

目前，最流行的人工关节材料是聚乙烯、聚乙烯醇、尼龙、PTFE等。

这些材料均具备良好的生物相容性和机械性能。

(2) 缝合线缝合线是医生修复切口、牙龈和组织损伤时经常使用的一种材料。

常见的缝合线包括各种生物降解材料，例如聚乳酸、聚乙酸乙烯酯、聚己内酯等。

(3) 药物传递系统药物传递系统是一种在人体内释放药物的材料。

借助生物医用高分子材料可以制备出上述类型的药物释放系统。

例如聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚酸酯基等，这些材料因其生物降解性、可控释放性和生物相容性等优点，被广泛用于制备药物传递系统。

2. 生物医用高分子材料的应用随着现代医学的需求，生物医用高分子材料在医学领域的应用正在不断扩大。

以下列举几个例子。

(1) 肺癌有限化疗局部治疗系统该系统利用高分子材料包覆的药物，选择性地释放到病灶部位，并实现 sustained release （持续释放）。

这种方法具有显著的临床效果，能够提高癌细胞的转录和翻译内在抵抗力，抑制癌细胞的增殖，创造更好的治疗结果。

生物医用高分子材料及应用Polymericbio

生物医用高分子材料及应用Polymericbio

生物医用材料分类
◆ 天然生物材料( 如猪心瓣膜、牛心包、羊膜等)
◆ 金属材料( 如钛及其合金) 、 ◆ 无机非金属材料( 如羟基磷灰石、生物玻璃等)
◆ 高分子材料 ◆ 杂化生物医用材料。
生物医用高分子的发展
材料发展的第一阶段始于1937 年, 其特 点是所用高分子材料都是已有的现成材料, 如 用丙烯酸甲酯制造义齿的牙床。
5 眼科用高分子材料
隐形眼镜是最常见的眼科用高分子材料制品， 它对材料有如下要求： ◆ 具有优良的光学性质, 折光率与角膜相接近 ◆ 良好的润湿性和透氧性 ; ◆ 生物惰性, 即耐降解且不与接触面发生化学反应 ◆ 有一定的力学强度, 易于精加工及抗污渍沉淀等。
常用的隐形眼镜材料有聚甲基丙烯酸β-羟乙酯
7 医疗器件用高分子材料
高分子材料制的医疗器件有一次性医疗用品(注 射器、输液器、检查器具、麻醉及手术室用具、血 袋、尿袋等)。 ◆ 血袋一般由软PVC 或LDPE 制成。 ◆ 聚氨酯 制的绷带固化速度快, 质轻层薄, 不易使 皮肤发炎, 可取代传统的固定材料—石膏 ◆ 硅橡胶、聚四氟乙烯及聚乙烯醇等都是性能良好的 矫形材料, 已广泛用于假肢制造及整形外科等领域。
第二阶段始于1953 年, 其标志是医用级
有机硅橡胶的出现, 随后又发展了聚羟基乙酸 酯缝合线以及四种聚(醚- 氨) 酯心血管材料, 从此进入了以分子工程研究为基础的发展时 期 。该阶段的特点是在分子水平上对合成高 分子的组成 、配方和工艺进行优化设计, 有目 的地开发所需要的高分子材料。
目前的研究焦点已经从寻找替代生物组织的合成 材料转向研究一类具有主动诱导、激发人体组织器 官再生修复的新材料, 这标志着生物医用高分子材 料的发展进入了第三个阶段 。其特点是这种材料一 般由活体组织和人工材料有机结合而成, 在分子设 计上以促进周围组织细胞生长为预想功能, 其关键 在于诱使配合基和组织细胞表面的特殊位点发生作 用以提高组织细胞的分裂和生长速度

高分子材料的生物相容性

高分子材料的生物相容性
CH2OSO3H H H OH H OH H O H COOH H OH H OH H OH O CH2OSO3H H H OH H OH H O H COOH H OH H OH H OH
O
NHSO3H
NHSO3H
第九章 医用高分子 材料
肝素的作用机理是催化和增强抗凝血酶与凝 血
酶的结合而防止凝血。将肝素通过接枝方法固 定在
化特别是纤维包膜厚度密切相关。例如当在大 鼠 体 内植入高分子材料后，如果前3～12 个月内形 成 的 纤维包膜厚度大于0.2 mm，经过一定的潜伏 期后通常会出现癌症。而低于此值，癌症很 少 发 生 。 因此0.2 mm可能是诱发鼠体癌症的临界纤维
第九章 医用高分子 材料
2.1.4 高分子材料在体内的表面钙化 观察发现，高分子材料在植入人体内后，再 经 过一段时间的试用后，会出现钙化合物在材料 表面 沉积的现象，即钙化现象。钙化现象往往是导 致高
第九章 医用高分子 材料
由于不同的高分子材料在医学中的应用目的 不
同，生物相容性又可分为组织相容性和血液相 容性
两种。组织相容性是指材料与人体组织，如骨 骼、 牙齿、内部器官、肌肉、肌腱、皮肤等的相互 适应 性，而血液相容性则是指材料与血液接触是不 是会
第九章 医用高分子 材料 2.1 高分子材料的组织相容性
第九章 医用高分子 材料 （2）高分子材料化学结构的影响
表9-2 纤维包膜的厚度变化（大鼠）
第九章 医用高分子 材料
表9-2所示，11种直径为1cm的碟形高 分子材料植入大鼠皮下，在12周以前，这些 材料的组织反应情况类似，只是样品7和8的 纤维包膜形成延迟，样品9的纤维包膜较厚。 进一步延长植入时间，包膜厚度继续增加甚 至引起癌变。 硅橡胶属于高亲水材料，包膜厚度在 0.25mm左右，同时高疏水材料如全氟高分 子Teflon引起的纤维包膜厚度较小。所以如 果高分子材料不渗出有害物质，那么强疏水 性高分子材料和强亲水性高分子材料引起的

第九章_生物医用高分子材料共97页文档

第九章_生物医用高分子材料共97页文档
添加聚氧化乙烯（分子量6000）于凝血酶 溶液中，可防止凝血酶对玻璃的吸附。
17.11.2019
材料
通过接枝改性调节高分子材料表面分子 结构中的亲水基团与疏水基团的比例，使 其达到一个最佳值，也是改善材料血液相 容性的有效方法。
17.11.2019
材料
②制备具有微相分离结构的材料
研究发现，具有微相分离结构的高分子材料对 血液相容性有十分重要的作用。
17.11.2019
材料
③ 具有良好的组织相容性
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 无不良的影响，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。
材料
17.11.2019
材料
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。
材料
17.11.2019
材料
三、生物医用高分子材料
• 分类 • 用途 • 制备
17.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）
• （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。

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。

第九章-医用高分子材料课件

第九章-医用高分子材料课件

第九章 医用高分子材料
（2）高分子材料生物降解对生物反应的影响 高分子材料生物降解对人体组织反应的
影响取 决于降解速度、产物的毒性、降解的持续期
限等因 素。
降解速度慢而降解产物毒性小, 不引起 明显的 组织反应。
但若降解速度快而降解产物毒性大, 导
第九章 医用高分子材料
（3）材料物理形态等因素对组织反应的影响 高分子材料的物理形态如大小、形状、孔度、
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、
第九章 医用高分子材料
（4）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 要长时间与体内的血液接触。因此, 医用高
分子对 血液的相容性是所有性能中最重要的。
第九章 医用高分子材料
血栓的形成机理是十分复杂的。一般认为, 异 物与血液接触时, 首先将吸附血浆内蛋白质, 然后 粘附血小板, 继而血小板崩坏, 放出血小板因子, 在异物表面凝血, 产生血栓。此外, 红血球粘附引 起溶血；凝血致活酶的活化, 也都是形成血栓的原 因。（见图9—1)
第九章 医用高分子材料
1.3 医用高分子材料的概念及其发展简史
1.3.1 基本概念
医用高分子材料 —— 可以用于诊断、治疗 或者替换生物体病患器官或者改善其功能 的高分子材料。 高分子材料最有可能用作医用材料！
第九章 医用高分子材料
高分子材料最有可能用作医用材料？ ？ ？
有机高分子是生命的基础。动物体与植物体 组成中最重要的物质——蛋白质、肌肉、纤 维素、淀粉、生物酶和果胶等都是高分子化 合物。
会引起生命

生物医用高分子材料的研究及应用

生物医用高分子材料的研究及应用

生物医用高分子材料的研究及应用生物医用材料是医学界的热门研究方向之一，而高分子材料则是其中应用最广泛的一种。

高分子材料具有化学惰性、生物相容性、可塑性等优良特性，因此被广泛应用于生物医学领域。

本文将介绍生物医用高分子材料的研究进展和应用情况。

一、生物医用高分子材料的类型生物医用高分子材料可以分为两大类：纯高分子材料和复合高分子材料。

纯高分子材料是指单一物质构成的材料，如聚乙烯醇、聚丙烯酸等，这些材料具有较好的生物相容性，可作为医用敷料、缝线等医疗器械使用。

而复合高分子材料则是由两种或两种以上的高分子材料和其他生物活性物质构成的复合材料，如生物可降解聚合物和医用金属等组合而成的复合材料，其应用范围更为广泛。

二、生物医用高分子材料的应用领域1.医用敷料高分子材料具有良好的渗透性、吸附性和保湿性，因此被广泛应用于医用敷料制造中。

一些高分子材料如聚乙烯醇、聚氨酯等，能够保护创面、减少感染，促进伤口愈合。

2.人工组织与器官高分子材料可以用于制造人工组织和器官。

例如，使用聚乙二醇或聚乳酸等生物可降解聚合物和其他细胞因子和生物大分子通过三维打印技术组装成人工骨骼组织、软组织等。

3.控释药物高分子材料作为控释药物的载体，能够控制药物的释放速度和剂量，理想地实现药物治疗的个性化。

例如脑膜瘤治疗方面，生物可降解聚合物材料多聚乳酸酯可用作持续释放抗肿瘤药物的载体，有效改善治疗效果。

4.口腔修复材料高分子材料在口腔修复领域应用广泛，例如人工牙齿、种植体、美容修复等。

其中，聚酯类难降解高分子材料常常用于制造种植体和口腔修复材料。

三、高分子材料在生物医学领域的研究进展高分子材料在生物医学领域的研究进展非常快速，近年来，国内外学者们对其性质和应用进行了广泛研究。

1.提高高分子材料的生物相容性目前，高分子材料的生物相容性不完全符合医疗器械标准，因此研究人员正在努力寻找能够提高其生物相容性的方法。

如改变高分子材料表面化学组成，修饰其表面的羟基、胺基等官能团，优化其形态等，都是提高高分子材料生物相容性的常用方法。

生物医用高分子材料课件

生物医用高分子材料课件

• 通常，当人体的表皮受到损伤时，流材料出202的0/9/30 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。
材料
⑤材料表面伪内膜化
材料 2020/9/30
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
CH2OSO3H
COOH
CH2OSO3H
COOH
HH
OH
HH
OH
HH
OH
HH
OH
O
OH H
O
OH H
O
OH H
O
OH H
H NHSO3H
H OH
H NHSO3H
H OH
材料 2020/9/30
将肝素通过接枝方法固定在高分子材料表面上 以提高其抗凝血性，是使材料的抗凝血性改变的重 要途径。在高分子材料结构中引入肝素后，在使用 过程中，肝素慢慢地释放，能明显提高抗血栓性。
③ 具有良好的组织相容性
材料 2020/9/30
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
无不良的影响，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

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。
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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。
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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。
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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
➢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。
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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
➢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。
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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。
2•020临/10/2床0 应用
材料
2. 生物医用材料市 场发展概况
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材料
全球生物医用材料市场
单 位: 亿 美 元
3500 3000 2500 2000 1500 1000
500 0
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世 界 医 疗 器 械市 场 生物 材料和 制 品
12%
2300
20%
1650
Drug controlled release
Tissue engineering
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Gene therapy
材料
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。
• 人造器官或组织
• 人造皮肤，血管，骨，关节，肠道，心脏，肾等
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材料
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材料
制备生物医用高分子材料？
化学家来做第一步
• 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
材料
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材料
三、生物医用高分子材料
• 分类 • 用途 • 制备
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材料
1. 分类
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）
• （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 20组20织/10/，20经处理改性而获得的无活性材的料 生物材料。
生物衍生材料
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。
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4. 医用高分子材料的要求
（Requirements for biomedical polymers）
• Basic rbility/Biostability / Biodegradability • 灭菌性Sterilizability
• （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。
• （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。
第九章 医用高分子材料
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材料
9.1 概述
一、生物医用材料的定义 （Biomedical materials）
对生物体进行诊断、治疗和置 换损坏组织、器官或增进其功 能的材料。
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材料
二、生物医用材料的分类
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。
• 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
• 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
• ……
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材料
3. History of polymeric biomaterials
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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
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材料
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材料
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。
3275
2000
2002
材料
2005 年
中国生物医用材料市场
• 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
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材料
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材料
Requirements for biomedical polymers
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
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材料
聚四氟乙烯
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材料
人工关节
例如： 德国产品 UHMWPE材料
•ISO5834-2
•ASTM F648
•可用为人工关节、 人工骨骼植入人体
•极低的能耗
•……
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材料
人工心脏瓣膜
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材料
组织工程人工骨缺损修复示意图
2020/10/20