第六章醫(yī)用高分子材料

1、第第六六章章 醫(yī)用高分子材料醫(yī)用高分子材料6.16.1高分子材料分類高分子材料分類6.26.2高分子材料的高分子材料的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)及力及力學(xué)學(xué)性能性能6.3 醫(yī)用醫(yī)用高分子材料的生物相容高分子材料的生物相容性性6 6. .4 4 幾幾種種重要的重要的醫(yī)醫(yī)用高分子材料用高分子材料6.1 高分子材料的分類可可根據(jù)產(chǎn)品的性能和用途分類：塑料（塑料（PlasticsPlastics）橡膠（橡膠（RubberRubber）纖維（纖維（FiberFiber）涂料（Coating, PaintCoating, Paint）膠粘劑（AdhesiveAdhesive）功能高分子（生物醫(yī)用高分子、光電功能高分子、分離

2、功能高分子、）稱為“三大合成材料”，產(chǎn)量大，應(yīng)用面廣。 塑料： 主要由高分子量聚合物組成，成品狀態(tài)為非彈性體的柔韌性或剛性固體，塑料分為熱塑性塑料和熱固性塑料兩種。 v 熱塑性塑料熱塑性塑料：可溶、可熔，并且在一定條件下可以反復(fù)加工成型,例如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等；v 熱固性塑料：熱固性塑料：則不溶、不熔，并且在一定溫度及壓力下加工成型時會發(fā)生變化，這樣形成的材料在再次受壓、受熱下不能反復(fù)加工成型，而具有固定的形狀，例如酚醛樹脂、脲醛樹脂等。 纖維： 細(xì)而長的且有一定的柔韌性的線條或絲狀高分子材料。其長徑比應(yīng)在1000：1左右。特點(diǎn)： 纖維的直徑一般是很小的，受力后形變較小(一般為百分之幾

3、到百分之二十),在較寬的溫度范圍內(nèi)(-50 - 150)機(jī)械性能變化不大。 纖維分為天然纖維和化學(xué)纖維 化學(xué)纖維又分為改性纖維素纖維（人造纖維，如粘膠纖維）與合成纖維。 改性纖維素纖維是將天然纖維經(jīng)化學(xué)處理后再紡絲而得到的纖維。例如將天然纖維用堿和二硫化碳處理后，在酸液中紡絲就得到人造絲（即粘膠纖維）。 合成纖維是將單體經(jīng)聚合反應(yīng)而得到的樹脂經(jīng)紡絲而成的纖維。重要的纖維品種有:聚酯纖維（又稱滌綸）；聚酰胺纖維，如尼龍-66；聚丙烯腈纖維（又稱腈綸）；聚丙烯纖維（丙綸）和聚乙烯纖維（氯綸）等。 橡膠： 在室溫下具有高彈性的高分子材料稱為橡膠，在室溫下具有高彈性的高分子材料稱為橡膠，這種這種物質(zhì)通

4、常為無定形態(tài)物質(zhì)通常為無定形態(tài)?？稍谳^低應(yīng)力下發(fā)生很大（可在較低應(yīng)力下發(fā)生很大（10010010001000）的可逆形變）的可逆形變，外力除去后又能迅速恢復(fù)原狀。，外力除去后又能迅速恢復(fù)原狀。 重要的橡膠品種有：聚丁二烯（順丁橡膠），聚異戊重要的橡膠品種有：聚丁二烯（順丁橡膠），聚異戊二烯（異戊橡膠），氯丁橡膠，丁基橡膠等。二烯（異戊橡膠），氯丁橡膠，丁基橡膠等。 塑料塑料、纖維纖維和和橡膠橡膠三大類聚合物之間并沒有嚴(yán)格的界限。有的三大類聚合物之間并沒有嚴(yán)格的界限。有的高分子可以作纖維，也可以作塑料，如聚氯乙烯是典型的塑料，又可高分子可以作纖維，也可以作塑料，如聚氯乙烯是典型的塑料，又可做成纖

5、維即氯綸；若將氯乙烯配入適量增塑劑，可制成類似橡膠的軟做成纖維即氯綸；若將氯乙烯配入適量增塑劑，可制成類似橡膠的軟制品。又如尼龍既可以用作纖維又可做工程塑料；橡膠在較低溫度下制品。又如尼龍既可以用作纖維又可做工程塑料；橡膠在較低溫度下也可作塑料使用。也可作塑料使用。 按材料的來源分為：按材料的來源分為： 1 1）天然高分子材料天然高分子材料 如膠原、絲蛋白、纖維素、甲殼素及其衍生物等。如膠原、絲蛋白、纖維素、甲殼素及其衍生物等。 2 2）人工合成高分子材料人工合成高分子材料 如尼龍、硅橡膠、聚乳酸等。如尼龍、硅橡膠、聚乳酸等。醫(yī)用高分子還可按材料與活體組織的相互作用醫(yī)用高分子還可按材料與活體組

6、織的相互作用分為分為：生物惰性高分子材料和生物可降解高分子材料兩生物惰性高分子材料和生物可降解高分子材料兩類類。1）生物惰性高分子材料：生物惰性高分子材料：不受體液環(huán)境中酶、酸不受體液環(huán)境中酶、酸、堿等的破壞。、堿等的破壞。 常見的有尼龍、聚硅氧烷、聚乙烯、聚丙烯、常見的有尼龍、聚硅氧烷、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、碳氟聚合物、橡膠等。聚丙烯酸酯、碳氟聚合物、橡膠等。 所涉及的醫(yī)用高分子制品有：人工器官、醫(yī)療所涉及的醫(yī)用高分子制品有：人工器官、醫(yī)療器械制品和藥用高分子三大類，約有器械制品和藥用高分子三大類，約有1000多個多個品種規(guī)格。品種規(guī)格。通常用于韌帶、肌腱、皮膚、血管通常用于韌帶、肌腱

7、、皮膚、血管、骨骼、牙齒等人體軟、硬組織器官的修復(fù)和、骨骼、牙齒等人體軟、硬組織器官的修復(fù)和替換替換。2）生物可降解高分子材料）生物可降解高分子材料這類材料在體內(nèi)逐漸降解，其降解產(chǎn)物能被肌體這類材料在體內(nèi)逐漸降解，其降解產(chǎn)物能被肌體吸收代謝，獲通過排泄系統(tǒng)排出體外，對人體吸收代謝，獲通過排泄系統(tǒng)排出體外，對人體健康沒有影響。如用健康沒有影響。如用聚乳酸聚乳酸PLA制成的體內(nèi)手制成的體內(nèi)手術(shù)縫合線、體內(nèi)粘合劑等。術(shù)縫合線、體內(nèi)粘合劑等。 生物可降解高分子材料包括所有的天然高分子生物可降解高分子材料包括所有的天然高分子材料和部分合成的高分子材料（聚乳酸材料和部分合成的高分子材料（聚乳酸PLA）等等

8、6.2.16.2.1高分子材料的基本概念高分子材料的基本概念 1).1).高分子化合物高分子化合物( (macromolecule compound)macromolecule compound) 是指那些由眾多原子或原子團(tuán)主要以共價鍵共價鍵結(jié)合而成的相對分子質(zhì)量在一萬以上的化合物。又叫高分子(大分子），高聚物，聚合物(polymer)(polymer)一般表示為：6 6. .2 2 高分子材料的高分子材料的結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能2). 2). 單體單體(monomer) 合成高分子的低分子量原料合成高分子的低分子量原料。聚氯乙烯聚氯乙烯氯乙烯（單體）氯乙烯（單體）聚合反應(yīng)方程式：3).

9、 3). 重復(fù)結(jié)構(gòu)單元重復(fù)結(jié)構(gòu)單元 大分子鏈上化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)均可重復(fù)出現(xiàn)的最大分子鏈上化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)均可重復(fù)出現(xiàn)的最小基本單元，可簡稱小基本單元，可簡稱重復(fù)單元重復(fù)單元，又可稱又可稱鏈節(jié)鏈節(jié)n為重復(fù)(結(jié)構(gòu))單元數(shù)或鏈節(jié)數(shù)聚氯乙烯聚氯乙烯重復(fù)單元重復(fù)單元4). 4). 聚合度聚合度n n 聚合度n：聚合物分子量大小的一個指標(biāo)，在聚合物聚合物分子量大小的一個指標(biāo)，在聚合物的分子結(jié)構(gòu)式中以的分子結(jié)構(gòu)式中以n n 表示，也稱為鏈節(jié)數(shù)。表示，也稱為鏈節(jié)數(shù)。13高分子鏈結(jié)構(gòu)高分子鏈結(jié)構(gòu)（一根高分子）（一根高分子）高分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)高分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)（一群高分子）（一群高分子）一次（近程）結(jié)構(gòu)：是構(gòu)成的最基本微

10、一次（近程）結(jié)構(gòu)：是構(gòu)成的最基本微觀結(jié)構(gòu)，包括其組成和構(gòu)型。觀結(jié)構(gòu)，包括其組成和構(gòu)型。二次（遠(yuǎn)程）結(jié)構(gòu)：分子量及其分布二次（遠(yuǎn)程）結(jié)構(gòu)：分子量及其分布，大分子鏈的構(gòu)象，即空間結(jié)構(gòu)，以及鏈大分子鏈的構(gòu)象，即空間結(jié)構(gòu)，以及鏈的柔順性等。的柔順性等。三次結(jié)構(gòu)：高分子之間通過范德華力和氫三次結(jié)構(gòu)：高分子之間通過范德華力和氫鍵形成具有一定規(guī)則排列的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)鍵形成具有一定規(guī)則排列的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)（包括晶態(tài)、非晶態(tài)、液晶態(tài)、取向態(tài)、（包括晶態(tài)、非晶態(tài)、液晶態(tài)、取向態(tài)、織態(tài)結(jié)構(gòu)等）?？棏B(tài)結(jié)構(gòu)等）。高高分分子子結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)層層次次高次結(jié)構(gòu)：三次結(jié)構(gòu)的再組合高次結(jié)構(gòu)：三次結(jié)構(gòu)的再組合。具有顯著的多層次結(jié)構(gòu)6.2.2 6

11、.2.2 高分子的高分子的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)14OSiCH3CH3n聚二甲基硅氧烷15（一）高分子鏈的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)高分子鏈的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1 1）分子量大）分子量大：聚合物材料許多性能都與分子量有關(guān)聚合物材料許多性能都與分子量有關(guān)， 抗張強(qiáng)度 沖擊強(qiáng)度 斷裂伸長率 可逆彈性 高分子的溶液性質(zhì)： 難溶，甚至不溶，溶解過程往往要經(jīng)過溶脹階段 溶液粘度比同濃度的小分子高得多 分子之間的作用力大,只有液態(tài)和固態(tài),不能汽化 固體聚合物具有一定的力學(xué)強(qiáng)度,可抽絲、能制膜 一般高分子的分子量在一般高分子的分子量在 10 104 4 10106 6 ， 超高分子的超高分子的聚合物的分子量高達(dá)聚合物的分子量高達(dá)10106 6 以上

12、以上一般一般說來說來，大分子量越大，大分子量越大，強(qiáng)度越高，抵抗強(qiáng)度越高，抵抗熱應(yīng)熱應(yīng)力和機(jī)力和機(jī)械械應(yīng)應(yīng)力的能力更力的能力更強(qiáng)16 分子量過大, 聚合物熔體粘度過高, 難以成型加工 達(dá)到一定分子量，保證使用強(qiáng)度后，不必追求過高的分子量v高分子的加工性能與分子量有關(guān)172 2）. . 分子量具有多分散性分子量具有多分散性v什么是分子量的多分散性(Polydispersity) ？ 高分子不是由單一分子量的化合物所組成因此應(yīng)注意：一般測得的高分子的分子量都是平均分子量聚合物的平均分子量相同，但分散性不一定相同 即使是一種“純粹”的高分子，也是由化學(xué)組成相同、分子量不等、結(jié)構(gòu)不同的同系聚合物的混合

13、物所組成 這種高分子的分子量不均一(即分子量大小不一、參差不齊）的特性，就稱為分子量的多分散性高分子的質(zhì)量分布曲線高分子的質(zhì)量分布曲線 聚合物的平均分子量相同，但其分子量分布不同聚合物的平均分子量相同，但其分子量分布不同時時，聚合物的性能可能有很大差聚合物的性能可能有很大差別別。例如，分子量分布。例如，分子量分布較較寬寬的聚合物流的聚合物流動動性好，成型性好，成型時時工工藝溫藝溫度范度范圍較寬圍較寬，耗，耗能少，所需成型能少，所需成型壓壓力也小。分子量分布力也小。分子量分布較較窄的聚合物窄的聚合物成型成型條條件件雖雖差，但其抗沖差，但其抗沖擊擊、耐疲、耐疲勞勞等力等力學(xué)學(xué)性能好。性能好。193

14、 3）高分子幾何形態(tài)呈多樣性）高分子幾何形態(tài)呈多樣性線型高分子支鏈高分子體型高分子（交聯(lián)網(wǎng)狀）20.線型高分子 如：無支鏈的聚乙烯 一般自由狀態(tài)是無規(guī)線團(tuán)，在外力拉伸下可得鋸齒形的高分子鏈。21特點(diǎn)： 柔軟，有彈性，在加熱和外力作用下，分子鏈之間可產(chǎn)生相互位移 在適當(dāng)?shù)娜軇┲腥芙?可以抽絲，可成膜 可熱塑成各種形狀的制品，故常稱為熱塑性高分子。合成合成纖維纖維和大多和大多數(shù)數(shù)塑料都是塑料都是線線型分子型分子支鏈高分子在主鏈上帶有側(cè)鏈的高分子為支鏈高分子。 支鏈高分子堆砌松散，密度低，結(jié)晶度低，因而硬度、強(qiáng)度、耐熱性、耐腐蝕性等也隨之降低，但透氣性增加。23交聯(lián)高分子 高分子鏈之間的交聯(lián)作用是通

15、過支鏈以化學(xué)鍵連接形成的，交聯(lián)后成為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的大分子，稱為交聯(lián)高分子（或體型高分子）。硫化橡膠網(wǎng)形有三個官能團(tuán)的單體進(jìn)行體型縮聚可得到交聯(lián)高分子；有三個官能團(tuán)的單體進(jìn)行體型縮聚可得到交聯(lián)高分子；交聯(lián)劑與線型分子鏈反應(yīng)也能得到交聯(lián)高分子交聯(lián)劑與線型分子鏈反應(yīng)也能得到交聯(lián)高分子24 體型高分子既不溶解于任何有機(jī)溶劑也體型高分子既不溶解于任何有機(jī)溶劑也不能熔融，不能熔融， 所以只能以所以只能以單單體或體或預(yù)預(yù)聚聚狀態(tài)進(jìn)狀態(tài)進(jìn)行行成型，一旦受成型，一旦受熱熱固化便不能再改固化便不能再改變變形形狀狀，稱稱作作“ “熱熱固性固性樹樹脂脂。熱熱固性固性樹樹脂脂雖雖然加工成型然加工成型比比較復(fù)雜較復(fù)雜，但具有

16、，但具有較較好的耐好的耐熱熱和耐和耐蝕蝕性能，一般硬度也性能，一般硬度也比比較較高。高。三種聚乙烯性能的比較三種聚乙烯性能的比較4 4）. . 高分子鏈的構(gòu)象及柔順性高分子鏈的構(gòu)象及柔順性單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)：高分子鏈的主鏈都是以共價鍵連接起來的，它有一定的鍵長和鍵角。如C-C鍵的鍵長為154pm，鍵角為10928。高分子在運(yùn)動時C-C單鍵在保持鍵長和鍵角不變的情況下可繞軸任意旋轉(zhuǎn)，這就是單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)。高分子鏈的構(gòu)象高分子鏈的構(gòu)象由單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)引起的原子在空間占據(jù)不同位置所構(gòu)成的分子鏈的各種形態(tài)稱為高分子鏈的構(gòu)象。大分子鏈的幾種典型構(gòu)象：伸展鏈、無規(guī)線團(tuán)鏈、折疊鏈、螺旋鏈 無規(guī)線

17、團(tuán)是線型高分子溶液和無定型聚合物中一種主要的構(gòu)象。 結(jié)晶聚合物的分子鏈往往以折疊鏈的形態(tài)存在。 螺旋鏈結(jié)構(gòu)在蛋白質(zhì)和核酸中占主要地位。高分子鏈的柔順性高分子鏈的柔順性高分子這種能由鏈上原子或基團(tuán)構(gòu)象變化使獲得不同卷高分子這種能由鏈上原子或基團(tuán)構(gòu)象變化使獲得不同卷曲程度的特性稱為高分子鏈的柔順性。曲程度的特性稱為高分子鏈的柔順性。l 高分子鏈的柔順性與單鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)難易程度有關(guān)。分子高分子鏈的柔順性與單鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)難易程度有關(guān)。分子結(jié)構(gòu)對鏈的柔順性有明顯的影響，其中主鏈結(jié)構(gòu)、側(cè)結(jié)構(gòu)對鏈的柔順性有明顯的影響，其中主鏈結(jié)構(gòu)、側(cè)基和鏈的長度都起作用。基和鏈的長度都起作用。l C-CC-C鍵上總帶有其他原子或基

18、團(tuán)，這些原子和基團(tuán)之間鍵上總帶有其他原子或基團(tuán)，這些原子和基團(tuán)之間存在著一定的相互作用，阻礙了單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)；存在著一定的相互作用，阻礙了單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)；l 單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)是彼此受到牽制的，一個鍵的運(yùn)動往往單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)是彼此受到牽制的，一個鍵的運(yùn)動往往要牽連到鄰近鍵的運(yùn)動；要牽連到鄰近鍵的運(yùn)動；l 通常鏈段越短大分子鏈柔順性越大，鏈段越長柔順性通常鏈段越短大分子鏈柔順性越大，鏈段越長柔順性越小。高分子鏈的柔順性是高聚物許多性能不同于低越小。高分子鏈的柔順性是高聚物許多性能不同于低分子物質(zhì)的主要原因分子物質(zhì)的主要原因 在高分子的全部構(gòu)象中，絕大多數(shù)構(gòu)象都處于完全伸直和完全卷在高分子的全部構(gòu)象中，絕大多

19、數(shù)構(gòu)象都處于完全伸直和完全卷曲這兩種構(gòu)象之間，其自然狀態(tài)總是趨于卷曲的，如果施以外力使曲這兩種構(gòu)象之間，其自然狀態(tài)總是趨于卷曲的，如果施以外力使其伸長，那么除去外力，它就會回縮到勢能較小的卷曲狀態(tài)其伸長，那么除去外力，它就會回縮到勢能較小的卷曲狀態(tài), ,這種這種能拉長又能回縮的性能就是高分子普遍存在一定彈性的原因。能拉長又能回縮的性能就是高分子普遍存在一定彈性的原因。 高分子鏈的柔性大小，直接影響著高分子的一高分子鏈的柔性大小，直接影響著高分子的一系列物理力學(xué)性能。如彈性、流動性、粘度、耐系列物理力學(xué)性能。如彈性、流動性、粘度、耐熱性、機(jī)械強(qiáng)度等。橡膠需要好的彈性，故用柔熱性、機(jī)械強(qiáng)度等。橡膠

20、需要好的彈性，故用柔性的分子鏈，耐高溫的塑料和纖維則用剛性鏈。性的分子鏈，耐高溫的塑料和纖維則用剛性鏈。（二） 高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)v 1 1） 什么是聚集態(tài)結(jié)構(gòu)？什么是聚集態(tài)結(jié)構(gòu)？高分子鏈之間的幾何排列和堆砌結(jié)構(gòu)稱作其聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，也稱超分子結(jié)構(gòu)。聚集態(tài)結(jié)構(gòu)直接影響材料性能，鏈結(jié)構(gòu)的影響是間接的。高分子的聚集態(tài)：固體和液體晶態(tài)、非晶態(tài)、液晶態(tài)晶態(tài)、非晶態(tài)、液晶態(tài)l 分子通過次價鍵力聚集在一起，形成了特定聚集態(tài)結(jié)構(gòu)：分子通過次價鍵力聚集在一起，形成了特定聚集態(tài)結(jié)構(gòu)：固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。l 高分子分子量大，分子間的作用力也大，因此只有固體和高分子分子量大，分子間的作用力也大，因此

21、只有固體和液態(tài)兩種。液態(tài)兩種。2）聚合物的結(jié)晶性聚合物的結(jié)晶性 聚合物可以是無定型的、半結(jié)晶性的。聚合物聚合物可以是無定型的、半結(jié)晶性的。聚合物永遠(yuǎn)不會完全結(jié)晶。永遠(yuǎn)不會完全結(jié)晶。結(jié)晶度即是試樣中結(jié)晶部結(jié)晶度即是試樣中結(jié)晶部分所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。分所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。聚合物與金屬的一個重要區(qū)別是聚合物得不到完聚合物與金屬的一個重要區(qū)別是聚合物得不到完全的晶體結(jié)構(gòu)。要把大分子鏈全部規(guī)則排列起全的晶體結(jié)構(gòu)。要把大分子鏈全部規(guī)則排列起來是非常困難的，所以結(jié)晶高聚物都是部分結(jié)來是非常困難的，所以結(jié)晶高聚物都是部分結(jié)晶，即同時存在結(jié)晶區(qū)和非晶區(qū)。分子鏈規(guī)則晶，即同時存在結(jié)晶區(qū)和非晶區(qū)。分子鏈規(guī)則排列的部分是晶區(qū)

22、，不規(guī)則部分是非晶區(qū)。晶排列的部分是晶區(qū)，不規(guī)則部分是非晶區(qū)。晶區(qū)所占重量百分?jǐn)?shù)，稱為結(jié)晶度，如滌綸、尼區(qū)所占重量百分?jǐn)?shù)，稱為結(jié)晶度，如滌綸、尼龍等結(jié)晶度為龍等結(jié)晶度為1040%。 32高分子的晶體結(jié)構(gòu)（圖示高分子的晶體結(jié)構(gòu)（圖示PEPE的晶體結(jié)構(gòu)）的晶體結(jié)構(gòu)）結(jié)晶度對聚合物性能的影響：結(jié)晶度對聚合物性能的影響： 聚合物內(nèi)晶體的存在一般會提高力學(xué)性能、獨(dú)聚合物內(nèi)晶體的存在一般會提高力學(xué)性能、獨(dú)特的熱性能及抗疲勞強(qiáng)度。這些性能使半結(jié)晶特的熱性能及抗疲勞強(qiáng)度。這些性能使半結(jié)晶聚合物（常常簡單地稱為結(jié)晶聚合物）稱為用聚合物（常常簡單地稱為結(jié)晶聚合物）稱為用于生物醫(yī)學(xué)的合適材料，如聚乙烯（于生物醫(yī)學(xué)的

23、合適材料，如聚乙烯（PE）、聚）、聚丙烯（丙烯（PP）、聚四氟乙烯（）、聚四氟乙烯（PTFE）塑料和纖維希望有一定的結(jié)晶度，橡膠則不太希望結(jié)晶。塑料和纖維希望有一定的結(jié)晶度，橡膠則不太希望結(jié)晶。力學(xué)性能力學(xué)性能：非晶區(qū)處于橡膠態(tài)時，模量和硬度隨結(jié)晶度：非晶區(qū)處于橡膠態(tài)時，模量和硬度隨結(jié)晶度增加而增加；非晶區(qū)處于玻璃態(tài)時，模量和硬度無明顯變增加而增加；非晶區(qū)處于玻璃態(tài)時，模量和硬度無明顯變化但脆性明顯增加。化但脆性明顯增加。光學(xué)性能光學(xué)性能：晶區(qū)和非晶區(qū)的折光率不同，兩項并存時往：晶區(qū)和非晶區(qū)的折光率不同，兩項并存時往往不透明，減小結(jié)晶度和晶區(qū)尺寸和增加透明度。往不透明，減小結(jié)晶度和晶區(qū)尺寸和增

24、加透明度。熱性能熱性能：高度結(jié)晶使材料的使用溫度提高。：高度結(jié)晶使材料的使用溫度提高。其他性能其他性能：結(jié)晶使耐溶劑性提高；氣體滲透性降低；化：結(jié)晶使耐溶劑性提高；氣體滲透性降低；化學(xué)反應(yīng)活性降低；學(xué)反應(yīng)活性降低；3） 高聚物的取向高聚物的取向v 取向現(xiàn)象： 取向高分子鏈或鏈段沿某一特定方向作占優(yōu)勢的排列 取向態(tài)一維（單軸如纖維）或二維（雙軸如薄膜）有序 結(jié)晶態(tài)三維空間有序 無定形 取向未結(jié)晶 結(jié)晶未取向 結(jié)晶取向v 取向態(tài)結(jié)構(gòu)取向造成各向異性取向造成各向異性6.2.3 高分子材料的力學(xué)性能高分子材料的力學(xué)性能一聚合物力學(xué)性能特點(diǎn)一聚合物力學(xué)性能特點(diǎn)1. 力學(xué)性能可變范圍寬。力學(xué)性能可變范圍寬

25、。橡膠橡膠塑料塑料纖維，為不同的應(yīng)用提供了廣闊的選擇余地。纖維，為不同的應(yīng)用提供了廣闊的選擇余地。2. 強(qiáng)度低、模量低。但比強(qiáng)度高（強(qiáng)度強(qiáng)度低、模量低。但比強(qiáng)度高（強(qiáng)度/密度）。密度）。3.力學(xué)性能與各種結(jié)構(gòu)因素有關(guān)。力學(xué)性能與各種結(jié)構(gòu)因素有關(guān)。除化學(xué)結(jié)構(gòu)外，包括：分子量及其分布、支化和交聯(lián)、結(jié)晶度和除化學(xué)結(jié)構(gòu)外，包括：分子量及其分布、支化和交聯(lián)、結(jié)晶度和結(jié)晶形態(tài)、共聚方式、分子取向、增塑及填料等。結(jié)晶形態(tài)、共聚方式、分子取向、增塑及填料等。也受加工條件及使用環(huán)境的影響。也受加工條件及使用環(huán)境的影響。4.高彈性和粘彈性高彈性和粘彈性。高聚物極大的分子量以及分子鏈構(gòu)象變化所導(dǎo)致的柔性，使其具有高

26、彈性。高聚物極大的分子量以及分子鏈構(gòu)象變化所導(dǎo)致的柔性，使其具有高彈性。5.具有明顯的松弛特性具有明顯的松弛特性對于高聚物來說，存在多種運(yùn)動單元，尤其分子鏈由一種構(gòu)象過渡到對于高聚物來說，存在多種運(yùn)動單元，尤其分子鏈由一種構(gòu)象過渡到另一種構(gòu)象所需時間很長，因此其力學(xué)性能強(qiáng)烈地依賴于溫度和受力時間另一種構(gòu)象所需時間很長，因此其力學(xué)性能強(qiáng)烈地依賴于溫度和受力時間高聚物的拉伸行為高聚物的拉伸行為應(yīng)力應(yīng)變曲線 應(yīng)力應(yīng)變曲線的形狀取決于應(yīng)力應(yīng)變曲線的形狀取決于： 化學(xué)組成化學(xué)組成 , ,結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 化學(xué)結(jié)構(gòu)化學(xué)結(jié)構(gòu) 分子量及其分布分子量及其分布 支化交聯(lián)支化交聯(lián) 結(jié)局及取向結(jié)局及取向 物理結(jié)構(gòu)物理結(jié)構(gòu) 晶

27、區(qū)大小與形狀晶區(qū)大小與形狀 加工形態(tài)加工形態(tài) 試驗測試條件試驗測試條件溫度、速率等溫度、速率等 液態(tài)（粘性流體）粘流態(tài)液態(tài)（粘性流體）粘流態(tài)高分子物高分子物 固態(tài)（軟如橡膠）高彈態(tài)固態(tài)（軟如橡膠）高彈態(tài) 固態(tài)（硬如玻璃）玻璃態(tài)固態(tài)（硬如玻璃）玻璃態(tài)溫度增加溫度增加線型非晶聚合物的形變溫度關(guān)系曲線線型非晶聚合物的形變溫度關(guān)系曲線1）玻璃態(tài)玻璃態(tài)TTg，非晶態(tài)聚合物處于具有普彈性的狀態(tài)，稱為玻璃態(tài)Tg：玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（玻璃態(tài)向橡膠態(tài)轉(zhuǎn)變）。運(yùn)動單元：鍵長、鍵角的改變或小尺寸單元的運(yùn)動, 分子鏈段和整個分子鏈處凍結(jié)狀。 力學(xué)特征：形變量小(0.01 (0.01 1%)1%)， 模量高( (10101

28、2達(dá)因/厘米2) )。 呈普彈性,符合虎克定律： = E，質(zhì)硬而脆，類似玻璃。 常溫下處于玻璃態(tài)的聚合物通常用作塑料。 PS、PMMA、PVC等2）高彈態(tài)（橡膠態(tài)）高彈態(tài)（橡膠態(tài)） ：TgTf 運(yùn)動單元：運(yùn)動單元：鏈段運(yùn)動鏈段運(yùn)動，整個分子還不能運(yùn)動，分子熱，整個分子還不能運(yùn)動，分子熱運(yùn)動的能量已足以克服內(nèi)旋轉(zhuǎn)位壘，鏈段可以通過內(nèi)運(yùn)動的能量已足以克服內(nèi)旋轉(zhuǎn)位壘，鏈段可以通過內(nèi)旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)調(diào)整構(gòu)象調(diào)整構(gòu)象。 形變量大，形變量大，100-1000 力學(xué)特征：高彈態(tài)力學(xué)特征：高彈態(tài) 模量小，模量小， 1057達(dá)因達(dá)因/厘米厘米2 形變可逆，但松弛時間較長形變可逆，但松弛時間較長 常溫下力學(xué)性質(zhì)處于高彈態(tài)

29、的聚合物用作橡膠材料常溫下力學(xué)性質(zhì)處于高彈態(tài)的聚合物用作橡膠材料 3）粘流態(tài)）粘流態(tài) ：Tf TdTf：粘流溫度或稱軟化溫度（粘流轉(zhuǎn)變：橡膠態(tài)到粘流態(tài)的轉(zhuǎn)變） 。 運(yùn)動單元：整個分子鏈解凍，可以運(yùn)動， 使高分子鏈質(zhì)量中心發(fā)生位移的運(yùn)動力學(xué)特征：模量極小可流動， 形變很大，形變不可逆，是一個松弛過程 呈粘性流動狀。 整個聚合物表現(xiàn)出液體的性質(zhì)。 高分子材料的加工，必須加熱到Tf以上，使材料達(dá)到粘流態(tài)。在常溫下處于粘流態(tài)的聚合物，通常用作粘合劑、涂料等。對聚合物的加工和應(yīng)用有著重要意義： 對橡膠而言，使用溫度不能低于Tg，否則聚合物進(jìn)入玻璃態(tài)，就會因發(fā)硬、發(fā)脆而失去彈性。 當(dāng)聚合物用作塑料時，要求

30、保持一定形狀和尺寸，并能承擔(dān)一定負(fù)荷，則Tg應(yīng)作為使用溫度的上限，溫度過高將進(jìn)入高彈態(tài)而失去剛性。 聚合物的加工成型通常是利用它的粘流態(tài)進(jìn)行的，因此成型溫度應(yīng)高于粘流溫度。 人們通常見到的高分子材料只是在室溫下處于不同物理狀態(tài)的高聚物。在室溫下，處于玻璃態(tài)的有硬質(zhì)塑料和大多數(shù)纖維制品，處于高彈態(tài)的有橡膠；處于粘流態(tài)的有油漆、涂料、粘合劑等。但不論是塑料、橡膠還是纖維，在加工成型時都必須加熱熔化在粘流態(tài)下制成一定形狀的制品。6.3.1 高分子材料的組織相容性高分子材料的組織相容性1.1.組織相容性的要求組織相容性的要求：活體組織不發(fā)生炎癥，排拒，材料不發(fā)生鈣沉著等。2 2。高分子材料對組織反應(yīng)的

31、影響因素高分子材料對組織反應(yīng)的影響因素：材料中可滲出的化學(xué)成分降解或代謝產(chǎn)物材料本身的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)植入材料的物理形狀6.3 醫(yī)用醫(yī)用高分子材料的生物相容性高分子材料的生物相容性1）材料中滲出的化學(xué)成分對生物反應(yīng)的影響）材料中滲出的化學(xué)成分對生物反應(yīng)的影響 材料中逐漸滲出的各種化學(xué)成分（如添加劑、雜材料中逐漸滲出的各種化學(xué)成分（如添加劑、雜質(zhì)、單體、低聚物以及降解產(chǎn)物等）會導(dǎo)致不同質(zhì)、單體、低聚物以及降解產(chǎn)物等）會導(dǎo)致不同類型的組織反應(yīng)，例如炎癥反應(yīng)。組織反應(yīng)的嚴(yán)類型的組織反應(yīng)，例如炎癥反應(yīng)。組織反應(yīng)的嚴(yán)重程度與滲出物的毒性、濃度、總量、滲出速率重程度與滲出物的毒性、濃度、總量、滲出速率和持續(xù)期限

32、等密切相關(guān)。一般而言，滲出物毒性和持續(xù)期限等密切相關(guān)。一般而言，滲出物毒性越大、滲出量越多，則引起的炎癥反應(yīng)越強(qiáng)。越大、滲出量越多，則引起的炎癥反應(yīng)越強(qiáng)。 例如，例如，聚氨酯聚氨酯和和聚氯乙烯聚氯乙烯中可能存在的殘余單體中可能存在的殘余單體有較強(qiáng)的毒性，滲出后會引起人體嚴(yán)重的炎癥反有較強(qiáng)的毒性，滲出后會引起人體嚴(yán)重的炎癥反應(yīng)。而應(yīng)。而硅橡膠、聚丙烯、聚四氟乙烯硅橡膠、聚丙烯、聚四氟乙烯等高分子的等高分子的毒性滲出物通常較少，植入人體后表現(xiàn)的炎癥反毒性滲出物通常較少，植入人體后表現(xiàn)的炎癥反應(yīng)較輕。應(yīng)較輕。 如果滲出物的持續(xù)滲出時間較長，則可能發(fā)展成如果滲出物的持續(xù)滲出時間較長，則可能發(fā)展成慢性炎

33、癥反應(yīng)。如某些被人體分解吸收較慢的生慢性炎癥反應(yīng)。如某些被人體分解吸收較慢的生物吸收性高分子材料容易引起物吸收性高分子材料容易引起慢性無菌性炎癥慢性無菌性炎癥。2）高分子材料的生物降解對生物反應(yīng)的影響）高分子材料的生物降解對生物反應(yīng)的影響生物降解對人體組織反應(yīng)的影響取決于降解速度、生物降解對人體組織反應(yīng)的影響取決于降解速度、產(chǎn)物的毒性、降解的持續(xù)期限等因素。降解速度產(chǎn)物的毒性、降解的持續(xù)期限等因素。降解速度慢而降解產(chǎn)物毒性小，一般不會引起明顯的組織慢而降解產(chǎn)物毒性小，一般不會引起明顯的組織反應(yīng)。但若降解速度快而降解產(chǎn)物毒性大，可能反應(yīng)。但若降解速度快而降解產(chǎn)物毒性大，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的急性或慢性炎

34、癥反應(yīng)。如有報道采用導(dǎo)致嚴(yán)重的急性或慢性炎癥反應(yīng)。如有報道采用聚酯材料作為人工喉管修補(bǔ)材料出現(xiàn)慢性炎癥的聚酯材料作為人工喉管修補(bǔ)材料出現(xiàn)慢性炎癥的情況。情況。3） 材料本身的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)材料本身的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) （親水性、疏水性、表（親水性、疏水性、表面缺陷等）面缺陷等）高分子材料在體內(nèi)的表面鈣化高分子材料在體內(nèi)的表面鈣化 觀察發(fā)現(xiàn)，高分子材料在植入人體內(nèi)后，再經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)，高分子材料在植入人體內(nèi)后，再經(jīng)過一段時間的試用后，會出現(xiàn)鈣化合物在材料表面一段時間的試用后，會出現(xiàn)鈣化合物在材料表面沉積的現(xiàn)象，即沉積的現(xiàn)象，即鈣化現(xiàn)象鈣化現(xiàn)象。鈣化現(xiàn)象往往是導(dǎo)致。鈣化現(xiàn)象往往是導(dǎo)致高分子材料在人體內(nèi)應(yīng)用失效的

35、原因之一。試驗高分子材料在人體內(nèi)應(yīng)用失效的原因之一。試驗結(jié)果證明，鈣化現(xiàn)象不僅是結(jié)果證明，鈣化現(xiàn)象不僅是膠原生物材料膠原生物材料的特征，的特征，一些高分子水溶膠，如一些高分子水溶膠，如聚甲基丙烯酸羥乙酯聚甲基丙烯酸羥乙酯在大在大鼠、倉鼠、荷蘭豬的鼠、倉鼠、荷蘭豬的皮下皮下也發(fā)現(xiàn)有鈣化現(xiàn)象。也發(fā)現(xiàn)有鈣化現(xiàn)象。 用等離子體發(fā)射光譜法分析鈣化沉積層的元素，用等離子體發(fā)射光譜法分析鈣化沉積層的元素，發(fā)現(xiàn)鈣化層中以鈣、磷兩種元素為主，鈣磷比為發(fā)現(xiàn)鈣化層中以鈣、磷兩種元素為主，鈣磷比為1.611.69，平均值，平均值1.66，與羥基磷灰石中的幾，與羥基磷灰石中的幾乎相同，此外還含有少量的鋅和鎂。這表明，乎

36、相同，此外還含有少量的鋅和鎂。這表明，鈣鈣化現(xiàn)象是高分子材料植入動物體內(nèi)后，對肌體組化現(xiàn)象是高分子材料植入動物體內(nèi)后，對肌體組織造成刺激，促使肌體的新陳代謝加速的結(jié)果織造成刺激，促使肌體的新陳代謝加速的結(jié)果。 影響高分子材料表面鈣化的因素很多，包括生物影響高分子材料表面鈣化的因素很多，包括生物因素（如物種、年齡、激素水平、血清磷酸鹽水因素（如物種、年齡、激素水平、血清磷酸鹽水平、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)吸附、局部血流動力學(xué)、凝血平、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)吸附、局部血流動力學(xué)、凝血等）和等）和材料因素（親水性、疏水性、表面缺陷）材料因素（親水性、疏水性、表面缺陷）等。一般而言，材料植入時，等。一般而言，材料植入時，被

37、植個體越年青，被植個體越年青，材料表面越可能發(fā)生鈣化材料表面越可能發(fā)生鈣化。多孔材料的鈣化情況。多孔材料的鈣化情況比無孔材料要嚴(yán)重。比無孔材料要嚴(yán)重。4）材料物理形態(tài)等因素對組織反應(yīng)的影響）材料物理形態(tài)等因素對組織反應(yīng)的影響 高分子材料的物理形態(tài)如高分子材料的物理形態(tài)如大小、形狀、孔隙度、大小、形狀、孔隙度、表面平滑度表面平滑度等因素也會影響組織反應(yīng)。等因素也會影響組織反應(yīng)。 一般來說，一般來說，植入體內(nèi)材料的體積越大、表面越平滑，造成的植入體內(nèi)材料的體積越大、表面越平滑，造成的組織反應(yīng)越嚴(yán)重。植入材料與生物組織之間的相組織反應(yīng)越嚴(yán)重。植入材料與生物組織之間的相對運(yùn)動，也會引發(fā)較嚴(yán)重的組織反應(yīng)

38、。對運(yùn)動，也會引發(fā)較嚴(yán)重的組織反應(yīng)。 曾對不同形狀的材料植入小白鼠體內(nèi)出現(xiàn)腫瘤的曾對不同形狀的材料植入小白鼠體內(nèi)出現(xiàn)腫瘤的情況進(jìn)行過統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)當(dāng)植入材料為情況進(jìn)行過統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)當(dāng)植入材料為大體積薄片大體積薄片時，出現(xiàn)腫瘤的可能性比在薄片上穿大孔時高出時，出現(xiàn)腫瘤的可能性比在薄片上穿大孔時高出一倍左右。而一倍左右。而海綿狀、纖維狀和粉末狀海綿狀、纖維狀和粉末狀材料幾乎材料幾乎不會引起腫瘤不會引起腫瘤 原因可能是由于材料的植入使周圍的細(xì)胞代謝受到障礙，原因可能是由于材料的植入使周圍的細(xì)胞代謝受到障礙，營養(yǎng)和氧的供應(yīng)不充分以及長期受到異物刺激而使細(xì)胞營養(yǎng)和氧的供應(yīng)不充分以及長期受到異物刺激而使細(xì)胞異常

39、分化、產(chǎn)生變異所致。而當(dāng)植入材料為海綿狀、纖異常分化、產(chǎn)生變異所致。而當(dāng)植入材料為海綿狀、纖維狀和粉末狀時，組織細(xì)胞可圍繞材料生長，因此不會維狀和粉末狀時，組織細(xì)胞可圍繞材料生長，因此不會由于營養(yǎng)和氧的不足而變異，因此致癌危險性較小。由于營養(yǎng)和氧的不足而變異，因此致癌危險性較小。表表92 不同形狀的材料對產(chǎn)生腫瘤的影響不同形狀的材料對產(chǎn)生腫瘤的影響* （%） 形形 狀狀材材 料料薄片薄片大孔薄片大孔薄片海綿狀海綿狀纖維狀纖維狀粉末狀粉末狀玻玻 璃璃33.318000賽賽 璐璐 珞珞2319000滌綸樹脂滌綸樹脂188000尼尼 龍龍427100聚四氟乙烯聚四氟乙烯205000聚苯乙烯聚苯乙烯2

40、810010聚聚 氨氨 酯酯3311110聚氯乙稀聚氯乙稀240200硅硅 橡橡 膠膠4116000* 試驗周期為兩年試驗周期為兩年1 )影響血小板在高分子材料表面粘附的因素影響血小板在高分子材料表面粘附的因素 血小板的粘附與材料表面能有關(guān)血小板的粘附與材料表面能有關(guān) 實(shí)驗發(fā)現(xiàn)，血小板實(shí)驗發(fā)現(xiàn)，血小板難粘附于表面能較低的有機(jī)硅聚合物難粘附于表面能較低的有機(jī)硅聚合物，而而易粘附于尼龍、玻璃等高能表面上易粘附于尼龍、玻璃等高能表面上。此外，在聚甲基丙烯酸此外，在聚甲基丙烯酸羥乙酯、接枝聚乙烯醇、主鏈羥乙酯、接枝聚乙烯醇、主鏈和側(cè)鏈中含有和側(cè)鏈中含有聚乙二醇聚乙二醇結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的親水性親水性材料表面上

41、材料表面上，血小，血小板的粘附量都比較少板的粘附量都比較少，這可能是由于容易被水介質(zhì)潤濕，這可能是由于容易被水介質(zhì)潤濕而具有較小的表面能。因此，有理由認(rèn)為，而具有較小的表面能。因此，有理由認(rèn)為，低表面能低表面能材材料具有較好的料具有較好的抗血栓性抗血栓性。除聚四氟乙烯外，臨界表面張力小的材料，血小板都不易除聚四氟乙烯外，臨界表面張力小的材料，血小板都不易粘附（見表）。粘附（見表）。6.3.2. 高分子材料的血液相容性 材料表面張力與血小板粘附量的關(guān)系材料表面張力與血小板粘附量的關(guān)系材材 料料臨界表面張臨界表面張力力 /Pa血小板粘附量血小板粘附量 /*尼龍尼龍6611.65637聚四氟乙烯聚四

42、氟乙烯2.9305.4聚二甲基硅聚二甲基硅氧烷氧烷2.27.34.5聚氨酯聚氨酯2.01.80.2* 人血浸漬人血浸漬3 3分鐘；分鐘； 狗血循環(huán)狗血循環(huán)1 1分鐘。分鐘。血小板的粘附與材料的含水率有關(guān)血小板的粘附與材料的含水率有關(guān) 有些高分子材料與水接觸后能形成高含水狀態(tài)有些高分子材料與水接觸后能形成高含水狀態(tài)（2090以上）的以上）的水凝膠水凝膠。在水凝膠中，由。在水凝膠中，由于含水量增加而使高分子的實(shí)質(zhì)部分減少，因此，于含水量增加而使高分子的實(shí)質(zhì)部分減少，因此，植入人體后，與血液的接觸機(jī)會也減少，相應(yīng)的植入人體后，與血液的接觸機(jī)會也減少，相應(yīng)的血小板粘附數(shù)減少。實(shí)驗表明，丙烯酰胺、甲基血

43、小板粘附數(shù)減少。實(shí)驗表明，丙烯酰胺、甲基丙烯酸丙烯酸羥乙酯和帶有聚乙二醇側(cè)基的甲基丙羥乙酯和帶有聚乙二醇側(cè)基的甲基丙烯酸酯與其他單體共聚或接枝共聚的烯酸酯與其他單體共聚或接枝共聚的水凝膠水凝膠，都都具有較好的抗血栓性。具有較好的抗血栓性。 一般認(rèn)為，水凝膠與血液的相容性，與其一般認(rèn)為，水凝膠與血液的相容性，與其交聯(lián)密交聯(lián)密度、親水性基團(tuán)數(shù)量度、親水性基團(tuán)數(shù)量等等因素有關(guān)。含親水基團(tuán)太因素有關(guān)。含親水基團(tuán)太多的聚合物，往往抗血栓性反而不好。因為水凝多的聚合物，往往抗血栓性反而不好。因為水凝膠表面不僅對血小板粘附能力小，而且對蛋白質(zhì)膠表面不僅對血小板粘附能力小，而且對蛋白質(zhì)和其他細(xì)胞的吸附能力均較

44、弱。在流動的血液中，和其他細(xì)胞的吸附能力均較弱。在流動的血液中，聚合物的親水基團(tuán)會不斷地由于被吸附的成分被聚合物的親水基團(tuán)會不斷地由于被吸附的成分被“沖走沖走”而重新暴露出來，而重新暴露出來，形成永不惰化的活性形成永不惰化的活性表面，表面，使血液中血小板不斷受到損壞。研究認(rèn)為，使血液中血小板不斷受到損壞。研究認(rèn)為，抗血栓性較好的水凝膠，其含水率應(yīng)維持在抗血栓性較好的水凝膠，其含水率應(yīng)維持在6575。血小板的粘附與材料表面疏水親水平衡有關(guān)血小板的粘附與材料表面疏水親水平衡有關(guān)無論是疏水性聚合物還是親水性聚合物，都可在一無論是疏水性聚合物還是親水性聚合物，都可在一定程度上具有抗血栓性。進(jìn)一步的研究

45、表明，材料定程度上具有抗血栓性。進(jìn)一步的研究表明，材料的抗血栓性，并不簡單決定于其是疏水性的還是親的抗血栓性，并不簡單決定于其是疏水性的還是親水性的，而是決定于它們的平衡值。水性的，而是決定于它們的平衡值。一個親水疏一個親水疏水性調(diào)節(jié)得較合適的聚合物，往往有足夠的吸附力水性調(diào)節(jié)得較合適的聚合物，往往有足夠的吸附力吸附蛋白質(zhì)，形成一層隋性層，從而減少血小板在吸附蛋白質(zhì)，形成一層隋性層，從而減少血小板在其上層的粘附。其上層的粘附。 血小板的粘附與材料表面的電荷性質(zhì)有關(guān)血小板的粘附與材料表面的電荷性質(zhì)有關(guān) 人體中正常血管的內(nèi)壁是帶負(fù)電荷的，而血小板的表面人體中正常血管的內(nèi)壁是帶負(fù)電荷的，而血小板的表

46、面也是帶負(fù)電荷的，由于同性相斥的原因，血液在血管中也是帶負(fù)電荷的，由于同性相斥的原因，血液在血管中不會凝固。因此，對帶適當(dāng)負(fù)電荷的材料表面，血小板不會凝固。因此，對帶適當(dāng)負(fù)電荷的材料表面，血小板難于粘附，有利于材料的抗血栓性。但也有實(shí)驗事實(shí)表難于粘附，有利于材料的抗血栓性。但也有實(shí)驗事實(shí)表明，血小板中的凝血因子在負(fù)電荷表面容易活化。因此，明，血小板中的凝血因子在負(fù)電荷表面容易活化。因此，若若電荷密度太大，容易損傷血小板，反而造成血栓電荷密度太大，容易損傷血小板，反而造成血栓。血小板的粘附與材料表面的光滑程度有關(guān)血小板的粘附與材料表面的光滑程度有關(guān) 由于凝血效應(yīng)與血液的流動狀態(tài)有關(guān)，血液流經(jīng)由于

47、凝血效應(yīng)與血液的流動狀態(tài)有關(guān)，血液流經(jīng)的表面上有任何障礙都會改變其流動狀態(tài)，因此的表面上有任何障礙都會改變其流動狀態(tài)，因此材料表面的平整度將嚴(yán)重影響材料的抗血栓性。材料表面的平整度將嚴(yán)重影響材料的抗血栓性。據(jù)研究知，據(jù)研究知，材料表面若有材料表面若有3m以上凹凸不變的區(qū)以上凹凸不變的區(qū)域，就會在該區(qū)域形成血栓域，就會在該區(qū)域形成血栓。由此可見，將材料由此可見，將材料表面盡可能處理得光滑表面盡可能處理得光滑，以減少血小板、細(xì)胞成，以減少血小板、細(xì)胞成分在表面上的粘附和聚集，是減少血栓形成可能分在表面上的粘附和聚集，是減少血栓形成可能性的有效措施之一。性的有效措施之一。6 6. .4 4. .1

48、1 超高分子量聚乙超高分子量聚乙烯烯（UHMWPEUHMWPE）p聚乙聚乙烯烯： 是由乙是由乙烯烯（C2H4C2H4）構(gòu)構(gòu)成，聚乙成，聚乙烯烯的化的化學(xué)學(xué)式式為為-(C2H4)n-(C2H4)n-，其中，其中n n標(biāo)標(biāo)示的是聚乙示的是聚乙烯烯的聚合度的聚合度圖圖5-125-12 乙烯與聚乙烯化學(xué)結(jié)構(gòu)圖乙烯與聚乙烯化學(xué)結(jié)構(gòu)圖6.4 幾種重要的醫(yī)用高分子材料幾種重要的醫(yī)用高分子材料根據(jù)分子量和鏈結(jié)構(gòu)可以把聚乙烯分成：根據(jù)分子量和鏈結(jié)構(gòu)可以把聚乙烯分成： 低密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和超高低密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯分子量聚乙烯。低密度聚乙烯低密度聚

49、乙烯由于由于不能經(jīng)受滅菌不能經(jīng)受滅菌的溫度而的溫度而不能用于生物醫(yī)用材料。不能用于生物醫(yī)用材料。性質(zhì)性質(zhì)低密度低密度高密度高密度超高密度超高密度比重比重/(g/cm/(g/cm3 3) )0.912-0.9250.912-0.9250.926-0.9400.926-0.9400.941-0.9650.941-0.965抗張強(qiáng)度抗張強(qiáng)度/MPa/MPa7.59-11.047.59-11.0411.73-12.4611.73-12.4623.46-25.53023.46-25.530邵氏硬度邵氏硬度D41-D46D41-D46D50-D60D50-D60D60-D70D60-D70彈性模量彈性模量

50、/MPa/MPa96.60-262.2096.60-262.20172.50-379.50172.50-379.50414.00-1242.00414.00-1242.00表表5-2 5-2 低、高、超高密度聚乙烯的性質(zhì)低、高、超高密度聚乙烯的性質(zhì) 支化結(jié)構(gòu)： 右右圖圖：（：（a a）高密度）高密度PEPE分子分子鏈鏈（b b）低密度）低密度PEPE分子分子鏈鏈（c c）線線性低密性低密 度度PEPE分子分子鏈鏈聚乙烯工業(yè)應(yīng)用： 聚乙烯是塑料中產(chǎn)量最大的一類品種，屬于結(jié)晶性塑料，外觀乳白，半透明。 低密度聚乙烯(LDPE) ：日用制品、薄膜、軟質(zhì)包裝材料、層壓板、電線電纜包覆等。高密度聚乙烯(

51、HDPE) ：小負(fù)荷齒輪和軸承、化工管道、閥門、高頻電纜絕緣層、硬質(zhì)包裝材料等。聚乙烯波紋管超高分子量聚乙烯（超高分子量聚乙烯（UHMWPEUHMWPE） 定義：平均分子量在150150萬以上的線性結(jié)構(gòu)聚乙烯萬以上的線性結(jié)構(gòu)聚乙烯，是一種新型的熱塑性工程塑料。UHMWPE是德國Hoechst公司于1958年作為商品最早在世界上出售的。1. UHMWPE1. UHMWPE的結(jié)構(gòu)與性能的結(jié)構(gòu)與性能1 1）結(jié)晶度）結(jié)晶度 當(dāng)UMHMWPE被降到液態(tài)溫度以下時，聚乙烯分子鏈會在C-C結(jié)合處發(fā)生旋轉(zhuǎn)從而形成鏈狀折疊。鏈狀的折疊使分子形成局部有序結(jié)構(gòu)，這種片狀的區(qū)域被稱為結(jié)晶區(qū)。這些結(jié)晶區(qū)嵌在那些不定型的

52、無序組織中，并通過一些連接分子相連。聚乙烯微觀結(jié)構(gòu)示意圖聚乙烯微觀結(jié)構(gòu)示意圖 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：p耐磨損性能非常卓越耐磨損性能非常卓越，砂漿磨損試驗表明，比一般碳鋼比一般碳鋼和銅等金屬要耐磨數(shù)倍和銅等金屬要耐磨數(shù)倍、比尼龍耐磨4倍；p沖擊強(qiáng)度極高沖擊強(qiáng)度極高，比尼龍6和聚丙烯大10倍；p能吸收震動沖擊和防噪聲能吸收震動沖擊和防噪聲；p摩擦系數(shù)很低摩擦系數(shù)很低，遠(yuǎn)較尼龍及其他塑料小，具有自潤滑作具有自潤滑作用；用；p不易粘附異物不易粘附異物，滑動時有極優(yōu)良的抗粘著特性抗粘著特性；p耐化學(xué)腐蝕耐化學(xué)腐蝕，并可屏蔽原子輻射；p工作溫度范圍可自265到100，低溫到195時，仍能保持很好的韌性和強(qiáng)度，不致脆裂

53、；p無毒性、無污染無毒性、無污染、可再循環(huán)回收利用，和其他塑料相比有良好的熱穩(wěn)定性和不吸水性，能保持尺寸精度不變形；p成本低廉成本低廉。2.UHMWPE2.UHMWPE的應(yīng)用的應(yīng)用 主要是作為工程材料工程材料和醫(yī)用醫(yī)用材料使用材料使用。 作為工程材料使用時，其在物料運(yùn)輸、設(shè)備襯里、各種機(jī)械零件等方面的應(yīng)用具有獨(dú)特的優(yōu)勢，適于制作農(nóng)業(yè)和建筑機(jī)械的零部件。 由于UHMWPE具有優(yōu)異的生理惰性和生理適應(yīng)性，故令其成為理想的醫(yī)用高分子材料。5-17 5-17 由超高分子量聚乙烯生產(chǎn)的各類由超高分子量聚乙烯生產(chǎn)的各類零件零件1 1）超高分子量聚乙烯應(yīng)用于關(guān)）超高分子量聚乙烯應(yīng)用于關(guān)節(jié)替換材料節(jié)替換材料

54、UHMWPE可制成人工心臟瓣膜、矯形外科零件、人工關(guān)節(jié)髖臼等2 2）超高分子量聚乙烯應(yīng)用于支）超高分子量聚乙烯應(yīng)用于支架材料架材料 UHMWPE 微粒已經(jīng)被研究作為IL21 基因生長的支架材料。3 3）UHMWPE UHMWPE 用于其它醫(yī)療領(lǐng)域用于其它醫(yī)療領(lǐng)域血液泵的材料、牙醫(yī)用材料的填充材料圖圖5-18 5-18 超高分子量聚乙烯人工關(guān)節(jié)超高分子量聚乙烯人工關(guān)節(jié)6.4.2 6.4.2 聚氯乙烯聚氯乙烯(PVC)(PVC)作用：可以制成貯血袋、輸液(血)器具、導(dǎo)液管、呼吸面具、腸道和腸道外營養(yǎng)管、腹膜透析袋、體外循環(huán)管路、膜式氧合器和血液透析管路、各種醫(yī)用導(dǎo)管等一次性醫(yī)療用品。弊端：如藥物吸

55、附、增塑劑毒性，由PVC塑料制成的輸液管、包裝袋、血袋、呼吸面具、食品袋等產(chǎn)品對人類發(fā)育和繁殖有害。6.4.3 聚甲基丙烯酸甲酯（聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）分子分子結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：以丙以丙烯烯酸及其酸及其酯類酯類聚合所得到的聚合物聚合所得到的聚合物統(tǒng)稱統(tǒng)稱丙丙烯烯酸酸類樹類樹酯酯，相，相應(yīng)應(yīng)的塑料的塑料統(tǒng)稱統(tǒng)稱聚丙聚丙烯烯酸酸類類塑料，其中以聚甲基丙塑料，其中以聚甲基丙烯酯烯酯甲甲酯應(yīng)酯應(yīng)用最廣泛。聚甲基丙用最廣泛。聚甲基丙烯烯酸甲酸甲酯縮酯縮俗俗稱稱有機(jī)玻有機(jī)玻璃。璃。醫(yī)學(xué)應(yīng)用醫(yī)學(xué)應(yīng)用：l骨水泥骨水泥骨水泥主要是由骨水泥主要是由PMMAPMMA粉末和甲基丙烯酸酯粉末和甲基丙烯酸酯（單體）液體組成

56、（單體）液體組成。粉末和液體在室溫下混合后很快發(fā)生聚合反應(yīng)并釋放出熱量。骨水泥已經(jīng)應(yīng)用在臨床上，并成功修復(fù)了髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)。PMMA光透過率為光透過率為92%，可以作為可以作為隱型眼鏡和隱型眼鏡和人工晶體人工晶體材料材料l隱型眼鏡和隱型眼鏡和人工晶體人工晶體材料材料6.4.4 橡膠橡膠 在室溫下，至少能被拉長為原來長的在室溫下，至少能被拉長為原來長的2 2倍，釋放后，能倍，釋放后，能立即恢復(fù)到原長。立即恢復(fù)到原長。 橡膠乳液和血液能夠相容。橡膠乳液和血液能夠相容。 橡膠是以高分子化合物為基礎(chǔ)的、具有良好高彈性的材料。以生膠為原料加入適量配合劑而形成的高分子彈性體。按原料來源有天然橡膠和合成橡膠

57、。種類： 1 1）硅橡膠）硅橡膠由二甲基硅氧烷與其它有機(jī)硅單體共聚而成 特性：疏水性、耐氧化、抗老化性，優(yōu)異的耐熱性，對人體有良對人體有良好的生物相容性。好的生物相容性。 應(yīng)用： 硅膠在整容和修復(fù)方面的應(yīng)用硅膠在整容和修復(fù)方面的應(yīng)用：人工顱骨的修復(fù)，修補(bǔ)面容的缺陷等。 醫(yī)療器械方面醫(yī)療器械方面：作為導(dǎo)管短期植入人體的某個部位，作為搶救和治療各種病例的重要輔助材料和手段。如：為肝功能不全、腸瘺、燒傷等病人進(jìn)行補(bǔ)液用的靜插管。 硅膠材料用于膜式人工肺、胎兒吸引器吸頭、醫(yī)用電極板基質(zhì)硅膠材料用于膜式人工肺、胎兒吸引器吸頭、醫(yī)用電極板基質(zhì)及生物傳感器包裝材料等。及生物傳感器包裝材料等。 硅橡膠模擬制品

58、：硅橡膠模擬制品：腦積水引流裝置、人工肺、視網(wǎng)膜植入物、腦積水引流裝置、人工肺、視網(wǎng)膜植入物、人工腦膜、喉頭、人工手指、手掌關(guān)節(jié)、人造鼓膜、牙齒印膜人工腦膜、喉頭、人工手指、手掌關(guān)節(jié)、人造鼓膜、牙齒印膜及托牙組織面軟襯墊、人工心臟瓣膜附件、人工肌腱以及用于及托牙組織面軟襯墊、人工心臟瓣膜附件、人工肌腱以及用于消化系統(tǒng)和外科制品的各種導(dǎo)管等。消化系統(tǒng)和外科制品的各種導(dǎo)管等。2 2）聚）聚氨酯氨酯橡橡膠膠通常是熱固性聚合物，被廣泛用作植入件的外表涂層。聚聚氨酯氨酯橡橡膠膠由由帶帶一一個個芳香族的二芳香族的二異氰異氰酸酸鹽鹽的的預(yù)預(yù)聚物合聚物合成得到，最成得到，最終終得到的得到的長鏈帶長鏈帶有一有一

59、個個活活潑潑的的異氰異氰酸酸鹽鹽基基團(tuán)團(tuán)，使得，使得鏈與鏈鏈與鏈之之間發(fā)間發(fā)生交生交聯(lián)聯(lián)作用。聚作用。聚氨酯類氨酯類橡橡膠膠不不但強(qiáng)度高，而且能抵抗油和化但強(qiáng)度高，而且能抵抗油和化學(xué)學(xué)物物質(zhì)質(zhì)的腐的腐蝕蝕。聚氨酯橡膠能廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)，與它所具有的優(yōu)異性能是分不開的。其主要性能為： (1)具有優(yōu)良的具有優(yōu)良的抗凝血抗凝血性能；性能； (2)(2)毒性試驗符合醫(yī)用要求；毒性試驗符合醫(yī)用要求； (3)(3)臨床應(yīng)用中臨床應(yīng)用中生物相容性好，生物相容性好，無致畸變作用，無過敏反應(yīng)，可無致畸變作用，無過敏反應(yīng)，可解決天然膠乳醫(yī)用制品存在的解決天然膠乳醫(yī)用制品存在的“蛋白質(zhì)過敏蛋白質(zhì)過敏”和和“致癌物

60、亞硝致癌物亞硝胺析出胺析出”兩個問題，從而成為許多天然膠乳醫(yī)用制品的更新?lián)Q兩個問題，從而成為許多天然膠乳醫(yī)用制品的更新?lián)Q代產(chǎn)品；代產(chǎn)品； (4)(4)具有優(yōu)良的具有優(yōu)良的韌性和彈性韌性和彈性，加工性能好，加工方式多樣，是制，加工性能好，加工方式多樣，是制作各類醫(yī)用彈性體制品的首選材料；作各類醫(yī)用彈性體制品的首選材料； (5)(5)具有優(yōu)異的耐磨性能、軟觸感、耐濕氣性、耐多種化學(xué)品性具有優(yōu)異的耐磨性能、軟觸感、耐濕氣性、耐多種化學(xué)品性能；能； (6)(6)能采用通常的方法滅菌，暴露在能采用通常的方法滅菌，暴露在射線下而性能不變，可適射線下而性能不變，可適合于所需的醫(yī)療環(huán)境。合于所需的醫(yī)療環(huán)境。聚