医用高分子材料的研究进展

医用高分子材料的研究进展 杜志堂 （华南师范大学经济与管理学院）

〔摘要〕本文主要介绍了医用高分子材料的应用、分类 , 综述医用高分子材料在生物医学上的研究进展，并展望其应用前景. 〔关键词〕高分子材料 医学工程

Research Progress of Biomedical Polymer Materials in Medicine Du Zhi-tang 〔Abstract〕This article introduces biomedical polymer material development and the research achievement of biomedical polymer materials,.The trend of biomedical polymer materials in the future was also prospected. 〔Keywords〕Polymer Materials ;Medical Engineering

医用高分子材料是一门介于现代医学和高分子科学之间的新兴学科。它涉及到物理学、化学、生物化学、病理学、血液学等多种边缘学科。目前医用高分子材料的应用已遍及整个医学领域 （如: 人工器官、外科修复、理疗康复、诊断治疗等)。 1 医用高分子材料的特点及基本条件 医用高分子材料需长期与人体体表、血液、体液接触,有的甚至要求永久性植入体内。因此 , 这类材料必须具有优良的生物体替代性（力学性能、功能性）和生物相容性。 一般要满足下列基本条件: (1)在化学上是不活泼的,不会因与体液或血液接触而发生变化 (2)对周围组织不会引起炎症反应 (3)不会产生遗传毒性和致癌 (4)不会产生免疫毒性 (5)长期植入体内也应该保持所需的拉伸强度和弹性等物理机械性能 (6)具有良好的血液相容性 (7)能经受必要的灭菌过程而不变形 (8)易于加工成所需要的、复杂的形态 2 医用高分子材料的种类和应用 目前所应用的医用高分子材料有聚醚聚氨酯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、硅橡胶、聚酯、尼龙、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙二醇、聚乳酸天然高分子材料等 , 被广泛应用于植入性生物材料和人工脏器、介入器材、口腔材料、卫生材料及敷料、医用缝合 粘合 材料、医用高分子和医用橡胶制品、体外循环设备。主要分类如下: ①植入体内,永久性替代损伤的器官或组织。例如人工血管、工心脏瓣膜、人工晶体、左心辅助装置、人工关节、人工食管、人工胆管等。此外 , 在体外替代损伤器官的有人工肾、人工肺等。 ②修复人体某部分缺陷的组织。如人工皮肤、骨修复材料等。 ③医疗器械中 , 一次性使用的无菌高分子材料。例如一次性使用无菌输液瓶、输液袋、输液器、注射器、静脉留置针、腹膜透析液袋、血袋等; 以及各种插管、导管检验用具、手术室用具、诊疗用具和绷带等。 ④药用高分子材料。与低分子药物相比 , 药用高分子材料具有低毒、高效、缓释、长效、可定点释放等优点。 ⑤医药包装用高分子材料。包装药物的高分子材料可分为软、硬两种类型。硬性材料（如聚酯等）特点是强度高、透明性好、尺寸稳定、气密性好 , 可替代玻璃容器和金属容器。软性材料（如: 聚乙烯、聚丙烯）可加工成复合薄膜。 高分子材料在医用领域已占据了相当重要的地位, 对于不同用途的医用高分子材料，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，都必须对材料本身的物理性能、机械性能以及材料与生物体或人体的相互适应性进行全而评价。通过评价之后经国家管理部门批准才能临床使用。 ㈠硅橡胶在医疗上的研究进展与应用 橡胶表现出疏水性、耐氧化以及抗老化性。此外，在正常使用温度(250度以下)不发生裂解、氧化等反应，故又具有优异的耐热性，可用作医疗器械、人造脏器和药物缓释体系。对人体有良好的生物相容性。正因为硅橡胶具有以上的特点，从而成为典型的医用高分子材料并获得广泛的应用。硅橡胶模拟制品可长期埋置于人体内作为人体内某个部位不可缺少的元件。包括脑积水引流装置、人工肺、视网膜植入物、人工脑膜喉头、人工手指、手掌关节、人造鼓膜、牙齿印 膜及托牙组织面软衬垫、人工心脏瓣膜附件、人工肌腱以及用于消化系统和妇外科制品的各种导管等。脑积水引流装置是最旱的硅橡胶植入物，上世纪50年代开始被成功地应用于医疗方面，至今为止，硅橡胶仍是这一装置的惟一材料。 人造鼓膜的研究，最早开始于1960年，是将结构类似于人体鼓膜的硅橡胶薄膜贴补在穿孔的鼓膜上。复合人工脑膜用于修补外伤性硬脑膜缺损及因切除肿瘤在硬脑膜的基蒂或浸润区所造成的硬脑膜和硬脊膜缺损。1963年，硅橡胶人工指关节推向市场。1964年，开发出人工心脏瓣膜产品。但由于硅橡胶的异物效应仍不能全部消除，容易引发癌症，因此有逐渐被代用的趋向。硅橡胶在整容和修复方面也有很广地应用。如：人工颅骨的修复，在用尼龙、聚醋纤维等增 强后作人造皮肤，提高视力的隐性眼镜，修补面容的缺陷，修补前额、鼻、下颌、颈部，治疗外耳的缺损，以及争议较大的人工乳房等。在医疗器械方面，硅橡胶可作为导管短期置入人体的某个部位，作为抢救和治疗各种病例的重要辅助材料和手段。如：为肝功能不全、肠瘘、烧伤等病人进行补液用的静插管，为急慢性功能衰竭病人解除药物中毒的动静外瘘管和腹膜透吸管，以及导尿管、输液管、泄压管、胸腔引流管、中耳炎通气管、洗胃管、灌肠器等一次医疗用品。此外，硅胶材料还可用于人工心肺机、膜式人工肺、胎儿吸引器吸头、医用电极板基质及生物传感器包装材料等。硅橡胶还可作为消泡剂治疗某些疾病。如：用于抢救急性肺水肿，可迅速疏通呼吸道，改善缺氧状况，减少或避免因泡沫阻塞气流通过而导致的窒息死亡；感冒咳嗽患者服用含硅油的糖浆可有效减少支气管分泌液起泡，使咳嗽大为减弱等。 ㈡聚氯乙烯（PVC）在医疗中的研究进展与应用 PVC是常用医用高分子材料之一，可以制成贮血袋、输液(血)器具、导液管、呼吸面具、肠道和肠道外营养管、腹膜透析袋、体外循环管路、膜式氧合器和血液透析管路、各种医用导管等一次性医疗用品。其给治疗护理带来诸多方便，并能防止交叉感染，在临床上广泛使用，但它存在着一些不可忽视的弊端。如药物吸附、增塑剂毒性等。此外，由PVC塑料制成的输液管、包装袋、血袋、呼吸面具、食品袋等产品对人类发育和繁殖有害。由于纯 PVC 材料较硬 , 添加一定的增塑剂动物实验研究表明一种名为邻苯二甲酸二（2- 乙基己基）酯（DEHP）对生产柔性 PVC产品是十分必要的。但近 10 年来的的增塑剂有较大毒性作用 , 特别是对肝脏毒性和对男性生殖系统及精子发育的不良影响。因此国际上已采取各种限制措施 , 并严格要求接触人体的塑料部件的增塑剂含量不得超过011%。 鉴于上述原因，目前各国都在从事PVC改性、替代材料的研究开发。最近一些发达国家研究开发了几种热塑性弹性体，用于医用制品的原材料，效果令人满意。例如：美国壳牌公司研制的SEBS热性弹性体；美国啕氏化学公司于1944年采用茂金属催化技术合成的乙烯一辛烯共聚物，称之为聚烯烃弹性体。此外，超低密度聚乙烯 (VLDPE)在医疗器械方面作为聚氯乙烯的替代品之一也用于输液器具的生产。近年来，由美国Unichem公司生产的一种邵尔A型硬度为35-65度的医用高弹性聚氯乙烯混料，也较广泛地应用于医疗领域。该混料与通常的聚氯乙烯不同之处在于其具有内在的高弹性和优异的形状记忆能力，即当外界压力除去之后能快速地回复到原来的形状。是用于制造需反复夹紧和松开的医疗器械配套软管，理想且廉价的选用材料，如可用于制作医用蠕动泵软管。该混料为白色或半透明状，且易于着色，可经受杀菌处理，适用于制作美国药典中的第6大类医疗用品。 目前，上海氯碱化工股份有限公司已成功研制出了医用级聚氯乙烯树脂, 并通过国家级鉴定。该种树脂的成功开发，标志着主要用于制造输血器材的聚氯乙烯树脂有了可靠的国产替代品，拓宽了聚氯乙烯树脂的应用领域，满足了国内医用塑料制品行业的市场需求，为“绿色PVC制品”提供了可靠的原料。这对规范医用聚氯乙烯制品市场，推进行业技术进步，保障人民身体健康都具有重要的意义。 ㈢聚氨酯弹性体在医疗中的作用 从上世纪50年代聚氨酯首次应用于生物医学起，四十多年来，聚氨酯弹性体在医学上的用途日益广泛。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。70年代开始，聚氨酯作为一种医用材料己倍受重视。到了80年代，用聚氨酯弹性体制造人工心脏移植手术获得成功，使聚氨酯材料在生物医学上的应用得到进一步的发展。具有记忆功能的聚氨酯称为室温形状记忆性聚氨酯，工作原理是利用其硬段和软段二相间的玻璃化温度的差别来实现形状记忆过程。它可用于制作各种矫形、保形用品。如:牙科矫 形器、肾科矫形器、绷带、乳罩、腹带等。其可以先做成所希望的形状，在使用时再加热使其恢复原有形状，从而达到预期的效果。形状记忆聚氨酯的应用前景非常广阔，但其成本相对高，加工性差，实现通用化的难度依然很大。从其发展而言，改善其恢复性形状温度的精确性，应为研究的重点。只有准确地恢复温度，形状记忆制品才有使用性。 目前，热塑性聚氨酯弹性体（TPU）在医疗卫生领域的开发，正向生物工程、细胞工程、免疫工程等方而迅速发展。从长远看，组织工程是生物医学工程领域一个快速发展的新方向.这门交叉科学的核心是应用生物学和工程学的原理和方法来发展具有生物活性的人工替代品用以维持、恢复或提高人体组织功能。因此，为了获得更长远的发展，必须对聚氨酯这种生物材料进行改性，才能适应组织工程的发展。由于价格的原因，在医用合成材料中，聚氨酯只占小部分份额。美国等国家的应用聚氨酯材料早己商业化。新材料、新用途仍在开发中国内也有不少从事过或正在从事医用聚氨酯的应用，如:中山大学、上海橡胶制品研究所、江苏省化工研究所等。但推广应用不够、影响不大，与发达国家相比差距很大。因此，国内应该加强该方而的研究和推广应用，使医用聚氨酯的应用前景更加广阔。聚氨酯弹性体能广泛应用于生物医学，与它所具有的优异性能是分不开的。其主要性能为： （1）具有优良的抗凝血性能； （2）毒性试验符合医用要求； （3）临床应用中生物相容性好，无致畸变作用，无过敏反应，可解决天然胶乳医用制品存在的“蛋白质过敏”和“致癌物亚硝胺析出”两个问题，从而成为许多天然胶乳医用制品的更新换代产品；