医用高分子材料——聚氨酯的简介及医学应用
综
述
学校：河南城建学院
专业：高分子材料与工程
前言
聚氨酯(PU)是在高分子结构主链上含有许多氨基甲酸酯基团(～NHCOO一)的聚合物，国际上称为polyurethane，我国某些资料译为聚氨基甲酸酯、聚脲烷等。目前，我国将此类聚合物通称为聚氨酯，其系列产品统称为聚氨酯树脂，是合成材料中的重要品种。
自20世纪50年代聚氨酯首次应用于生物医学领域以来，已有60多的历史。1958年聚氨酯首次用于骨折修复材料，而后又成功地应用于血管外科手术缝合用补充涂层。20世纪7O医用聚氨酯具有良好的生物相容性、优异的力学性能、易成型加工和性能可控等优点，使其在医学上的用途日益广泛。20世纪80年代，用聚氨酯弹性体制造的人工心脏在移植手术上获得成功，使聚氨酯材料在生物医学上的应用得到进一步的发展。近年来，随着科技的进步和研究水平的提高，新的医用聚氨酯材料不断涌现，性能也不断完善。医用聚氨酯主要用于人工心脏及心脏辅助装置、人造血管、矫形绷带、粘合剂、人工皮肤、药物载体等。近年来研究非常活跃，新品种不断涌现。
1医用聚氨酯的发展历史
1937年德国Otto Bayer教授首先发现多异氰酸酯与多元醇化合物进行加聚反应可制得聚氨酯，并以此为基础进入工业化应用，英美等国1945～1947年从德国获得聚氨酯树脂的制造技术于1950年相继
开始工业化。20世纪50年代末我国聚氨酯工业开始起步，近十几年发展较快。它已跃居合成材料第六位。
聚氨酯树脂是一种新型的具有独特性能和多方面用途的高聚物，已有70多年的发展历史。它以二异氰酸酯和多元醇为基本原料加聚而成，选择不同数目的官能基团和不同类型的官能基，采用不同的合成工艺，能制备出性能各异、表现形式各种各样的聚氨酯产品。有从十分柔软到极其坚硬的泡沫塑料，有耐磨性能优异的弹性橡胶，有高光泽性的油漆、涂料，也有高回弹性的合成纤维、抗挠曲性能优良的合成皮革、粘结性能优良的胶粘剂以及防水涂料和灌浆材料等，逐渐形成了一个品种多样、性能优异的新型合成材料系列。
近来年，20世纪50年代聚氨酯首次应用于生物医学，1958年聚氨酯首次用于骨折修复材料，而后又成功的应用于手术缝合，80年代,用聚氨酯弹性体制造人工心脏移植手术获得成功。到目前为止，我国的聚氨酯工业从科研到生产已基本形成体系，初具规模。
2聚氨酯的合成简介
聚氨酯全称为聚氨基甲酸酯,是主链上含有重复氨基甲酸酯基团的大分子化合物的统称。它是由有机二异氰酸酯或多异氰酸酯与二羟基或多羟基化合物加聚而成。
聚氨酯的制备来源：由二元或多元异氰酸酯与二元或多元羟基化合物、二元胺等作用而成的高分子化合物。聚氨基甲酸酯，是分子结构中含有—NHCOO—单元的高分子化合物，该单元由异氰酸基和羟基
反应而成，反应式如下：-N=C=O+HO-→-NH-COO-
3聚氨酯的医学性质
聚氨酯是由软链段和硬交替镶嵌组成的、含有链段许多-NHCOO-基团的极性高聚物,通过选择适当的软、硬链段结构及其比例,就可合成出既具有良好的物理机械性能,又具有血液相容性和生物相容性的医用高分子材料。聚氨酯之所以能广泛应用于生物医学领域,与它所具备的优异性能是分不开的。其主要性能如下:
1.优良的抗凝血性能；
2.毒性试验结果符合医用要求；
3.临床应用中生物相容性好,无致畸变作用,无过敏反应,从而成为许
多天然胶乳医用制品的换代材料；
4.具有优良的韧性和弹性,加工性能好,加工方式多样,是制作各类医
用弹性体制品的首选材料；
5.具有优异的耐磨性能、软触感、耐湿气性、耐多种化学药品性能；
6.能采用通常的方法灭菌,暴露在X射线下性能不变。
4聚氨酯的医学分类
用途分类：聚氨酯产品包括人工心脏瓣膜及心脏辅助装置、人工肺、骨粘合剂、人工皮肤、烧伤敷料、心脏起搏器、手术缝合线、矫形绷带、各种夹板、人工血管、器官、齿科材料、计划用品等等。
材料分类：医用聚氨酯产品可以分为医用聚氨酯生物弹性体、
医用聚氨酯泡沫、医用聚氨酯粘合剂、医用聚氨酯涂料以及医用聚氨酯水凝胶等等。
5聚氨酯的医学应用
5.1人工心脏及心脏辅助装置
人工心脏及其辅助装置可应用于心肌梗塞、外伤、心脏手术后发生低心排而不能脱离体外循环的患者及心脏移植前,暂时代替自然心脏的功能,作为心脏移植的桥梁过渡，已大量应用在临床中。
临床实践证明，聚氨酯弹性体在血液相容性、生物相容性、耐久性等方面均优于天然橡胶、硅橡胶、异烯烃橡胶，成为国内外研制人工心脏及其辅助装置的首选材料。以前制备人工心脏大多采用PTMG 为软段与MDI反应生成预聚物，然后以小分子二醇或二胺为扩链剂来合成的。鉴于芳香族聚氨酯降解产物可能会产生对人体有害的芳胺，目前主要使用脂肪族异氰酸酯聚醚型聚氨酯。为进一步提高聚氨酯材料表面的抗凝血性能，国内外对聚氨酯改性做了大量的研究，一般是在分子链上接枝硅和维生素以及在聚氨酯表面加附各种细胞黏附因子，如胶原、纤维粘连蛋白和白蛋白，使聚氨酯表面更加生物化，进一步提高了它的生物相容性。
5.2人造血管
聚氨酯是一种弹性良好的高分子材料，聚氨酯血管具有良好的血液相容性和与天然血管相匹配的顺应性，可大大减少新内膜增生，合理的孔径和孔隙率的设计能增强内皮细胞在支架上的粘附、长入和铺
展，加速内皮细胞化过程。潘仕荣等通过选择材料和优化制备条件，采用生物性能稳定的聚氨酯制备小径人工血管。提高顺应性和抗凝血性，达到自然内皮细胞化和提高畅通率的目的。
5.3聚氨酯医用绷带
医用聚氨酯绷带是一种对人体无毒性的合成高分子材料制成,绷带基材是合成纤维织物,表面涂有聚氨酯树脂,既可避免潮湿而引起的并发症,它又具有石膏绷带的特点,但较石膏绷带更为坚固,其强度为石膏绷带的20倍,所以非支撑部位只需3～4层,支撑部位5～6层即可。并且材料结构稳定、成型条件不苛刻,使用范围、操作方法与石膏绷带相似,固化定型后的绷带不怕水即在水中长期浸泡,强度仍保持不变,以利于功能恢复;使用医用聚氨酯绷带固定后,可直接透视或摄片,不增加摄片条件,摄片图象清晰可见。因此医用聚氨酯绷带是一种很好的外固定材料,值得各级医疗机构进一步推广应用。
5.4聚氨酯人造假肢
采用聚醚型聚氨酯-脲弹性体共聚物或聚醚型聚氨酯制造的人体假肢,和人体组织有很好的相容性。如聚酯-MDI发泡所制得的聚氨酯海绵弹性体可制作假肢；水发泡聚氨酯弹性体可制作假肢护套,其耐磨性能超过乳胶护套；微孔弹性体可制作上肢肢体
5.5聚氨酯人造皮肤
弹性较好的聚氨酯泡沫可制作人造皮。其优点是透气性好,能促使表皮加速生长,可防止伤口水分和无机盐的流失,以及阻止外界细菌介入,防止感染。
