生物醫(yī)用高分子材料

1、生物醫(yī)用高分子材料作者:日期:生物醫(yī)用高分子材料080804 1 0 6 黃濤摘 要二闡述了生物醫(yī)用高分子材料的應(yīng)用研究與發(fā)展?fàn)顩r，綜述了生物醫(yī)用高分子材料的分類、特性及研究成果，展望了未來(lái)的生物醫(yī)用高分子材料的發(fā) 展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：生物醫(yī)用高分子材料分類 進(jìn)展綜述發(fā)展趨勢(shì) 1概述在功能高分子材料領(lǐng)域，生物醫(yī)用高分子材料可謂異軍突起，目前已成為發(fā) 展最快的一個(gè)重要分支。生物醫(yī)用高分子材料指用于生理系統(tǒng)疾病的診斷、治療、 修復(fù)或替換生物體組織或器官，增進(jìn)或恢復(fù)其功能的高分子材料。研究領(lǐng)域涉及 材料學(xué)、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)。雖已有四十多年的研究歷史，但蓬勃發(fā)展始于 20世紀(jì)70年代。簡(jiǎn)單地說(shuō)，所謂生

2、物醫(yī)用高分子材料(Poly mer i c bio-ma t e r i a ls)是指在生理環(huán)境中使用的高分子材料，它們中有的可以全部植入 體內(nèi)，有的也可以部分植入體內(nèi)而部分暴露在體外，或置于體外而通過(guò)某種方式作用于體內(nèi)組織。近十年來(lái)，由于生物醫(yī)學(xué)工程、材料科學(xué)和生物技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)用高分子材料及其 制品正以其特有的生物相容性、無(wú)毒性等優(yōu)異性能而獲得越來(lái)越多的醫(yī)學(xué)臨床應(yīng) 用。2 生物醫(yī)用高分子材料分類生物醫(yī)用高分子材料主要有天然生物材料和合成高分子材料。2 . 1天然生物材料天然生物材料并得到迅速推廣應(yīng)用的一類天然生物材料。由家蠶絲脫膠后可得到純絲素 蛋 L2 2合成高分子材料合成高分子材料因

3、與人體器官組織的天然高分子有著極 其相似的化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理性能，因而可以植入人體，部分或全部取代有關(guān)器 佛。因此，在現(xiàn)代 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了最為廣泛的應(yīng)用，成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的重要支柱 I I 蘇料。與天然生物材料相比，合成高分 子材料具有優(yōu)異的生物相容性，不會(huì) 因與體液接觸 而產(chǎn)生排斥和致癌作用，在人體環(huán)境中的老化不明顯。通過(guò)： .- ' . , V j -<選用不同成分聚合物和添加劑，改變表面活性狀態(tài)等方法可進(jìn)一步改善其抗血栓性和耐久性，從而獲得高度可靠和適當(dāng)有機(jī)物功能響應(yīng)的生物合,前為止，開發(fā)的具有生態(tài)可降解性的高分子材料主要以國(guó)外產(chǎn)品為主，國(guó)內(nèi)方面還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要，尚處于國(guó)外產(chǎn)品的

4、復(fù)制和仿制階段。聚 乳酸高分子是目前已開發(fā)應(yīng)用于生命科學(xué)新增長(zhǎng)點(diǎn)一組織工程的生物可降解材料。一般以組織工程為應(yīng)用目的的生物材料應(yīng)符合1）表面能使細(xì)胞黏附并生長(zhǎng)；2 ）植入體內(nèi)后，高分子材料及其降解產(chǎn)物不會(huì)引起炎癥及毒副作穗1 ；3）材料能加工成三維結(jié)構(gòu)；4 ）為了保證細(xì) 胞2高分子反應(yīng)能大面積進(jìn)行，并 他供細(xì)胞外再生的 足夠空間，且在體外人工培養(yǎng)時(shí)有最小的擴(kuò)散 ，材料 孔隙率1j得降低于90 % ; 5）在完成組織再生后，高分子能立即被機(jī)體吸收；6） 見分子支架的降解速率應(yīng)控制在與不同組織細(xì)胞再生速度相匹配。對(duì)聚乳常高分子材料進(jìn)行的研究，在力求符合上述要求時(shí)已形成了多種品種，如未經(jīng)田織的單纖維

5、合成材料，經(jīng)編織的網(wǎng)狀合成材料，具有包裹的多孔海綿狀材 姆S生物醫(yī)用高分子材料特性減例 ，A 人性。醫(yī)用高分子材料需長(zhǎng)期與人體體表、血液、體液接觸 ，有的甚至要求永久性 植入體內(nèi)。因此，這類材料必須具有優(yōu)良的生物體替代性(力學(xué)性能、功能性)和生物相容性。一般要滿足下列基本條件：(1)在化學(xué)上是不活潑的，不會(huì)因與體液或血液接觸而發(fā)生變化；(2)對(duì)周圍組織不會(huì)引起炎癥反應(yīng)；(3 )不會(huì)產(chǎn)生遺傳毒性和致癌；(4)不會(huì)產(chǎn)生免疫毒性；(5) 長(zhǎng)期植入體內(nèi)也應(yīng)保持所需的拉伸強(qiáng)度和彈性等物理機(jī)械性能；(6)具有良好的血液相容性；(7)能經(jīng)受必要的滅菌過(guò)程而不變形；(8)易于加工成所需要的、復(fù)雜的形態(tài)。3國(guó)內(nèi)

6、外研究進(jìn)展近年來(lái)，美國(guó)、歐洲和日本對(duì)生物醫(yī)用高分子材料的研究與開發(fā)突飛猛 進(jìn)，從人工器官到高效緩釋高分子藥物都取得了很多成果和巨大效益。據(jù)美國(guó)健康工業(yè)制造者協(xié)會(huì)資料報(bào)告，1 9 95年世界市場(chǎng)達(dá)1 20 0億美元，美國(guó)為510 億美元，預(yù)計(jì)在21世紀(jì)將成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。目前，除人腦外的大部分 人體器官都可用高分子材料來(lái)制作，有保健作用的功能高分子也在開發(fā)之中。目前植入的人工器官市場(chǎng)已達(dá)30億美元/ a，人工心臟導(dǎo)管市場(chǎng)的年增長(zhǎng)率 為10 % ,1 9 99年達(dá)到6億美元。預(yù)計(jì)藥物釋放系統(tǒng)的營(yíng)業(yè)額將從1993年的50億美元增長(zhǎng)到2 0 0 0年的7 0億美元。目前，生物材料制品的總 產(chǎn)值已

7、達(dá) 40億美元，其中生物高分子及制品的產(chǎn)值為25億美元。據(jù)統(tǒng)計(jì):截至1 9 90年，美國(guó)、日本和西歐等國(guó)發(fā)表的有關(guān)醫(yī)用高分子的學(xué)術(shù)論文和 專利已超過(guò)3萬(wàn)篇。我國(guó)生物醫(yī)學(xué)高分子研究起步較晚。自20世紀(jì)7 0年代末起，北京大學(xué) 和南開大學(xué)從事這一領(lǐng)域的研究?！熬盼濉逼陂g由何炳林與卓仁禧主持的國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目組織大批科研力量進(jìn)行研究，在此領(lǐng)域取得了顯著成績(jī)。1 9 98年“生物醫(yī)學(xué)高分子”項(xiàng)目獲教育部科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。例如，馮 新德等設(shè)計(jì)合成的鏈段化聚醴氨酯以及由鈾離子引發(fā)的接枝聚合物，具有良好的抗凝血性能；通過(guò)內(nèi)交酯與己內(nèi)酯的開環(huán)共聚合反應(yīng)制備了恒速降解的生物降 解高分子，可用作藥物緩釋材料

8、。何炳林等根據(jù)分子識(shí)別原理設(shè)計(jì)合成的血液凈 化材料不僅可通過(guò)血液灌流消除肝衰竭、腎衰竭、自免疫疾病患者體內(nèi)積蓄的內(nèi)源性物質(zhì)，而且還可以救治安眠藥等藥物中毒患者，已在臨床試用千余例；在醫(yī)用固定化酶和高分子修飾酶研究中，發(fā)展了若干有效的反應(yīng)方法，使生物高分子保持高活性的前提下達(dá)到較高的固載量。卓仁禧等不僅設(shè)計(jì)合成了大量的始 于藥物控釋的生物降解聚磷酸酯，而且發(fā)展了以42二甲氨基叱噬催化磷酸酯的 縮聚反應(yīng)制備高分子量聚磷酸酯和用脂肪酶催化含磷雜環(huán)化合物的開環(huán)聚合方 法，并研究發(fā)現(xiàn)聚磷酸酯的免疫活性。林思聰?shù)忍岢鲈O(shè)計(jì)抗凝血材料的表面結(jié)構(gòu) 的“維持正常構(gòu)象”假說(shuō)，并發(fā)展了聚氨酯、聚硅氧烷、聚烯姓的表面接 枝反應(yīng)，合成了多種表面抗凝血性能良好的新材料。這些研究成果不僅在國(guó)際上產(chǎn)生了重要影響，而且對(duì)于我國(guó)生物醫(yī)用高分子領(lǐng)域的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。如1988年在昆明召開了國(guó)際高分子生物材料討論會(huì)，它是繼在日本召開的Biomat eri a