第四章 醫(yī)用高分子材料

1、第四章第四章 醫(yī)用高分子材料醫(yī)用高分子材料高分子特性及合成高分子特性及合成醫(yī)用高分子材料概述醫(yī)用高分子材料概述常見的高分子材料常見的高分子材料醫(yī)用粘合劑醫(yī)用粘合劑 藥用高分子材料藥用高分子材料高分子免疫佐劑高分子免疫佐劑 醫(yī)用診斷高分子醫(yī)用診斷高分子人工器官人工器官生物醫(yī)用高分子材料的發(fā)展概況與趨勢生物醫(yī)用高分子材料的發(fā)展概況與趨勢 4.1 4.1 高分子結(jié)構(gòu)（復(fù)習(xí)）與合成高分子結(jié)構(gòu)（復(fù)習(xí)）與合成高分子結(jié)構(gòu)通常分為高分子結(jié)構(gòu)通常分為鏈結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)鏈結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)兩部分兩部分。鏈結(jié)構(gòu)鏈結(jié)構(gòu)是指單個高分子化合物是指單個高分子化合物分子的結(jié)構(gòu)和形態(tài)分子的結(jié)構(gòu)和形態(tài)，所以鏈結(jié)，所以鏈結(jié)構(gòu)又可分為

2、構(gòu)又可分為近程和遠(yuǎn)程近程和遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。近程結(jié)構(gòu)近程結(jié)構(gòu)屬于屬于化學(xué)結(jié)構(gòu)化學(xué)結(jié)構(gòu)，也稱一級結(jié)構(gòu)，包括鏈中原子的種，也稱一級結(jié)構(gòu)，包括鏈中原子的種類和排列、取代基和端基的種類、結(jié)構(gòu)單元的排列順序、支類和排列、取代基和端基的種類、結(jié)構(gòu)單元的排列順序、支鏈類型和長度等。鏈類型和長度等。遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)是指分子的是指分子的尺寸尺寸、形態(tài)形態(tài)，鏈的柔順性以及分子在環(huán)，鏈的柔順性以及分子在環(huán)境中的構(gòu)象，也稱二級結(jié)構(gòu)。境中的構(gòu)象，也稱二級結(jié)構(gòu)。聚集態(tài)結(jié)構(gòu)聚集態(tài)結(jié)構(gòu)是指高聚物材料是指高聚物材料整體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)整體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括晶體結(jié)構(gòu)、包括晶體結(jié)構(gòu)、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)、取向態(tài)結(jié)構(gòu)、液晶態(tài)結(jié)構(gòu)非晶態(tài)結(jié)構(gòu)、取向態(tài)結(jié)構(gòu)、

3、液晶態(tài)結(jié)構(gòu)等有關(guān)高聚物材料中等有關(guān)高聚物材料中分子的堆積情況，統(tǒng)稱為三級結(jié)構(gòu)。分子的堆積情況，統(tǒng)稱為三級結(jié)構(gòu)。1.1.高分子鏈的組成：高分子鏈的組成：（碳鏈、雜鏈、元素有機、元素?zé)o機高分子）（碳鏈、雜鏈、元素有機、元素?zé)o機高分子）（頭（頭- -頭連接，尾頭連接，尾- -尾連接，頭尾連接，頭- -尾連接）尾連接）2.2.高分子鏈的形態(tài)：高分子鏈的形態(tài)：線性、支化、體型、交聯(lián)線性、支化、體型、交聯(lián)3.3.高分子鏈的構(gòu)型高分子鏈的構(gòu)型（旋光異構(gòu)：全同、間同、無規(guī)）（旋光異構(gòu)：全同、間同、無規(guī)）（幾何異構(gòu)：全順（幾何異構(gòu)：全順 全反）全反）鏈結(jié)構(gòu)：近程結(jié)構(gòu)鏈結(jié)構(gòu)：近程結(jié)構(gòu)1.1.分子量分子量 聚合度聚

4、合度 分散性分散性2.2.高分子鏈的構(gòu)象及柔順性高分子鏈的構(gòu)象及柔順性鏈結(jié)構(gòu)：遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)鏈結(jié)構(gòu)：遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)包括晶體結(jié)構(gòu)、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)、取向態(tài)結(jié)構(gòu)包括晶體結(jié)構(gòu)、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)、取向態(tài)結(jié)構(gòu)等等高分子晶體結(jié)構(gòu)（單晶、串晶等）高分子晶體結(jié)構(gòu)（單晶、串晶等）高分子合成高分子合成自由基聚合方法離子和配位聚合方法逐步聚合方法例例1. PMMA1. PMMA制備制備 將將MMAMMA單體單體, ,引發(fā)劑引發(fā)劑, ,過氧過氧化苯甲?；郊柞? ,增塑劑和脫模劑置增塑劑和脫模劑置于通攪拌釜內(nèi)于通攪拌釜內(nèi),90-95,90-95下反下反應(yīng)至應(yīng)至10-20%,10-20%,成為粘稠的液體成為粘稠的液體, ,

5、停止反應(yīng)。將預(yù)聚物灌入無停止反應(yīng)。將預(yù)聚物灌入無機玻璃平板模具中，移入熱機玻璃平板模具中，移入熱空氣浴或熱水浴中，升溫至空氣浴或熱水浴中，升溫至45-5045-50，反應(yīng)數(shù)天，使轉(zhuǎn)化，反應(yīng)數(shù)天，使轉(zhuǎn)化率 達(dá) 到率 達(dá) 到 9 0 %9 0 % 左 右 。 然 后 在左 右 。 然 后 在100100120120高溫下處理一至高溫下處理一至兩天，使殘余單體充分聚合。兩天，使殘余單體充分聚合。4.2 4.2 生物醫(yī)用高分子材料概述生物醫(yī)用高分子材料概述1 1）植入）植入材料的種類很多，而高分子材料的使用最為廣泛，據(jù)材料的種類很多，而高分子材料的使用最為廣泛，據(jù)統(tǒng)計，近統(tǒng)計，近1010年來醫(yī)用高分子

6、年來醫(yī)用高分子材料占材料占全部生物材料的全部生物材料的47%47%。2 2）醫(yī)用高分子）醫(yī)用高分子材料按照材料的性質(zhì)劃分包括材料按照材料的性質(zhì)劃分包括生物惰性高分子生物惰性高分子材料和生物可降解高分子材料材料和生物可降解高分子材料兩類。兩類。3 3）生物）生物惰性材料的要求：不受體液環(huán)境中酶、酸、堿惰性材料的要求：不受體液環(huán)境中酶、酸、堿等破壞等破壞。4 4）常見）常見的有尼龍、聚硅氧烷、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、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。碳氟聚合物、橡膠等。5 5）通常）通常用于韌帶、肌腱、皮膚、血管、骨骼、牙齒等人體軟、用于韌帶、肌腱、皮膚、血管

7、、骨骼、牙齒等人體軟、硬組織器官的修復(fù)和替換硬組織器官的修復(fù)和替換。（1 1）化學(xué)隋性，不會因與體液接觸而發(fā)生反應(yīng)；）化學(xué)隋性，不會因與體液接觸而發(fā)生反應(yīng)；（2 2）對人體組織不會引起炎癥或異物反應(yīng)；）對人體組織不會引起炎癥或異物反應(yīng)；（3 3）不會致癌）不會致癌, ,高分子材料本身并沒有比其他材料更多的致高分子材料本身并沒有比其他材料更多的致癌可能性；癌可能性；（4 4）具有良好的血液相容性）具有良好的血液相容性( (最重要最重要) )；（5 5）長期植入體內(nèi)后其力學(xué)性能不會受到影響；）長期植入體內(nèi)后其力學(xué)性能不會受到影響；（6 6）能經(jīng)受必要的清潔消毒措施而不產(chǎn)生物理和化學(xué)性質(zhì)）能經(jīng)受必要

8、的清潔消毒措施而不產(chǎn)生物理和化學(xué)性質(zhì)的變化；的變化；（7 7）易于成型和加工成需要的復(fù)雜形狀）易于成型和加工成需要的復(fù)雜形狀。植入材料必須滿足的條件生物相容性：植入材料在植入生物體之后與機體之間發(fā)生一系列的生物反應(yīng)并最終被生物體所接受的性質(zhì)。對生物體來說，植入材料不管其結(jié)構(gòu)、性質(zhì)如何，都是外來異物。出于本能的自我保護(hù)，一般都會出現(xiàn)排斥現(xiàn)象。由于不同的高分子材料在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用目的不同，生物相容性可分為組織相容性和血液相容性兩種。組織相容性：材料與人體組織，如骨骼、牙齒、內(nèi)部器官、肌肉、肌腱、皮膚等的相互適應(yīng)性。血液相容性：材料與血液接觸是不是會引起凝血、溶血等不良反應(yīng)。高分子材料的生物相容性高分

9、子材料的生物相容性組織相容性組織相容性 高分子材料對組織反應(yīng)的影響因素主要包括：1. 材料本身的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)（如微相結(jié)構(gòu)、親水性、疏水性、電荷等）2. 材料中可滲出的化學(xué)成分（如殘留單體、雜質(zhì)、低聚物、添加劑等）3. 降解或代謝產(chǎn)物4. 植入材料的幾何形狀 組織相容性的要求： 活體組織不發(fā)生炎癥，排斥，材料不發(fā)生鈣沉著等。（1）使表面帶負(fù)電荷，提高對正電粒子的吸附作用；（2）提高表面親水性，降低表面自由能，將聚乙二醇(PEG)或肝素通過接枝方法固定在高分子材料表面上以提高其抗凝血性； （3）設(shè)計微相分離結(jié)構(gòu)； （4）改變表面粗糙度。以嵌段共聚高分子材料為例以嵌段共聚高分子材料為例, 它由它由兩種

10、兩種或多種或多種 不同性質(zhì)的單體不同性質(zhì)的單體段聚合而成段聚合而成. 當(dāng)當(dāng)單體之間不相容單體之間不相容 時時, 它們傾向于它們傾向于發(fā)生相發(fā)生相分離分離, 但由于但由于不同單體之間不同單體之間 有化學(xué)鍵相有化學(xué)鍵相連連, 不可能形成通常意義上的宏觀相不可能形成通常意義上的宏觀相 變變, 而只能而只能形成納米到微米尺度的相區(qū)形成納米到微米尺度的相區(qū), 這這種相分種相分 離通常稱為離通常稱為微相分離微相分離, 不同相區(qū)不同相區(qū)所形成的結(jié)構(gòu)稱為所形成的結(jié)構(gòu)稱為 微相分離結(jié)構(gòu)微相分離結(jié)構(gòu). 提高血液相容性的技術(shù)提高血液相容性的技術(shù)表面修飾：表面修飾：4.3 4.3 常見的幾種重要的醫(yī)用高分子材料常見的

11、幾種重要的醫(yī)用高分子材料4.3.1 4.3.1 尼龍尼龍尼龍尼龍（聚酰胺）（聚酰胺）是一類重要高分子聚合物，一是一類重要高分子聚合物，一般用重復(fù)單元的碳原子數(shù)目表示不同類型的尼龍。般用重復(fù)單元的碳原子數(shù)目表示不同類型的尼龍。尼龍可以通過尼龍可以通過二胺和二酸縮聚二胺和二酸縮聚縮聚反應(yīng)或縮聚反應(yīng)或者者己內(nèi)酰胺縮聚或己內(nèi)酰胺縮聚或開環(huán)聚合制得。開環(huán)聚合制得。尼龍分子鏈之間的氫鍵作用和高度的結(jié)晶性，尼龍分子鏈之間的氫鍵作用和高度的結(jié)晶性，使得尼龍便于制得性能優(yōu)良的纖維，它在長度使得尼龍便于制得性能優(yōu)良的纖維，它在長度方向有很高的強度。方向有很高的強度。尼龍有脂肪族和芳香族尼龍有脂肪族和芳香族優(yōu)勢：聚

12、酰胺合成纖維的強度是不銹鋼優(yōu)勢：聚酰胺合成纖維的強度是不銹鋼5 5倍，倍，優(yōu)點是耐磨性高于其他所有纖維。優(yōu)點是耐磨性高于其他所有纖維。缺點：植入體內(nèi)后吸水失去強度（水缺點：植入體內(nèi)后吸水失去強度（水 非晶區(qū)非晶區(qū) 水解；水解；蛋白質(zhì)水解酶蛋白質(zhì)水解酶 氨基氨基 輔助水解）輔助水解）p聚乙烯是由乙烯聚乙烯是由乙烯C2H4構(gòu)成，化學(xué)式為構(gòu)成，化學(xué)式為-(C2H4)n-，其中，其中n表示表示的是聚乙烯的的是聚乙烯的聚合度。聚合度。4.3.2 4.3.2 聚乙烯（聚乙烯（PE)PE)p乙烯根據(jù)分子量和鏈結(jié)構(gòu)可以把聚乙烯分成：乙烯根據(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

13、聚乙烯和超高分子量聚乙烯低密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯定義：平均分子量在定義：平均分子量在150萬以上的線性結(jié)構(gòu)聚乙烯，是一種新型萬以上的線性結(jié)構(gòu)聚乙烯，是一種新型熱塑性工程塑料。熱塑性工程塑料。UHMWPE是德國是德國Hoechst公司于公司于1958年作為年作為商品最早在世界上出售的。商品最早在世界上出售的。超高分子量聚乙烯（超高分子量聚乙烯（UHMWPEUHMWPE）1. UHMWPE的結(jié)構(gòu)與性能的結(jié)構(gòu)與性能1）結(jié)晶度）結(jié)晶度當(dāng)當(dāng)UMHMWPE被降到液態(tài)溫度以被降到液態(tài)溫度以下時，聚乙烯分子鏈會在下時，聚乙烯分子鏈會在C-C結(jié)合處結(jié)合處發(fā)生旋轉(zhuǎn)從而形成鏈狀

14、折疊。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)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)。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)嵌在那些不定型的無序組織中這些結(jié)晶區(qū)嵌在那些不定型的無序組織中，并通過一些連接分子相連。，并通過一些連接分子相連。 結(jié)晶區(qū)域的程度和取向由很多因素決定，包括分子量、成形過程和環(huán)境因素。 結(jié)晶區(qū)是極其微小的，肉眼不可見，這些結(jié)晶散射可見光，讓UHMWPE在室溫下有一個白色的、不透明的外表。在熔點以上（大約137），UHMWPE變得透明。結(jié)晶區(qū)域的厚度為10-50nm，長度為10-50mm，結(jié)晶區(qū)之間大約為50nm。超高分子量聚乙烯（

15、超高分子量聚乙烯（UHMWPEUHMWPE） UHWMPE的結(jié)晶組織可以使用透射電鏡放大到16,000倍來觀察。染色使無序區(qū)域在顯微圖中呈現(xiàn)灰色，而結(jié)晶區(qū)呈現(xiàn)帶黑色輪廓的白色?？梢园芽醋魇菬o序區(qū)和結(jié)晶區(qū)的互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。超高分子量聚乙烯（超高分子量聚乙烯（UHMWPEUHMWPE）2)熱轉(zhuǎn)變 聚合物有三個溫度轉(zhuǎn)變點：玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、熔點、粘流溫度。 對于UHMWPE玻璃化轉(zhuǎn)變發(fā)生在-160。當(dāng)溫度升高到熔點以上時，不定型區(qū)流動性增加。當(dāng)UHMWPE的溫度升高到60-90時，聚合物中的結(jié)晶態(tài)開始熔化。 UHMWPE的DSC表征UHMWPE的兩個關(guān)鍵特征: 差熱曲線反映的第一個特征是UHMWPE的

16、熔點。 反映了樣本的結(jié)晶區(qū)域發(fā)生熔化所需要的焓的變化。圖圖5-15 UHMWPE5-15 UHMWPE的差熱分析結(jié)果的差熱分析結(jié)果超高分子量聚乙烯（超高分子量聚乙烯（UHMWPEUHMWPE）p 耐磨損性能非常卓越，砂漿磨損試驗表明，比一般碳鋼和銅等金屬要耐磨數(shù)倍、比尼龍耐磨4倍；p 沖擊強度極高，比尼龍6和聚丙烯大10倍；p 能吸收震動沖擊和防噪聲；p 摩擦系數(shù)很低，遠(yuǎn)較尼龍及其他塑料小，具有自潤滑作用；p 不易粘附異物，滑動時有極優(yōu)良的抗粘著特性；p 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度，不致脆裂；p 無毒性、無污染、可

17、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。超高分子量聚乙烯（超高分子量聚乙烯（UHMWPEUHMWPE）3)優(yōu)點2.UHMWPE2.UHMWPE的應(yīng)用的應(yīng)用超高分子量聚乙烯生產(chǎn)的各類零件超高分子量聚乙烯生產(chǎn)的各類零件工程材料和醫(yī)用材料使用。工程材料和醫(yī)用材料使用。A.A.作為工程材料使用時，其在作為工程材料使用時，其在物料運輸、設(shè)備襯里、各種機物料運輸、設(shè)備襯里、各種機械零件等方面的應(yīng)用具有獨特械零件等方面的應(yīng)用具有獨特的優(yōu)勢，適于制作農(nóng)業(yè)和建筑的優(yōu)勢，適于制作農(nóng)業(yè)和建筑機械的零部件。機械的零部件。B.B.優(yōu)異的生理惰性和生理適應(yīng)優(yōu)異的生理惰

18、性和生理適應(yīng)性，理想的醫(yī)用高分子材料性，理想的醫(yī)用高分子材料 1）超高分子量聚乙烯應(yīng)用于關(guān)節(jié)替換材料 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）超高分子量聚乙烯應(yīng)用于支架材料 UHMWPE 微粒已經(jīng)被研究作為IL21 基因生長的支架材料。 3）UHMWPE 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超高分子量聚乙烯人工關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)3. UHMWPE改性與摩擦磨損性能 對UHMWPE的改性主要有化學(xué)方法(如共聚、接枝、交聯(lián)等)及物理方法(如填充、共混、增強等)。 聚合物接枝是由兩種不同的高分子以化學(xué)鍵連接而成。表面接枝，包

19、括化學(xué)法表面接枝、表面光接枝、輻射表面接枝和等離子體表面接枝等。聚合物通過表面接枝，表面生長出一層新的有特殊性能的接枝聚合物層，從而達(dá)到顯著的表面改性效果，聚合物的本體性能不受影響。 交聯(lián)是為了改善形態(tài)穩(wěn)定性、耐蠕變性及環(huán)境應(yīng)力開裂性。通過交聯(lián)，UHMWPE的結(jié)晶度下降，交聯(lián)度提高，耐磨性得以增強。交聯(lián)可分為化學(xué)交聯(lián)和輻射交聯(lián)?；瘜W(xué)交聯(lián)包括過氧化物交聯(lián)、偶聯(lián)劑交聯(lián)。UHMWPE改性主要使用硅烷偶聯(lián)劑。 輻射交聯(lián)：在一定劑量電子射線或射線作用下，超高分子量聚乙烯分子結(jié)構(gòu)中的一部分主鏈或側(cè)鏈可能被射線切斷，產(chǎn)生一定數(shù)量的游離基，這些游離基彼此結(jié)合形成交聯(lián)鏈，使超高分子量聚乙烯的線型分子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)

20、狀大分子結(jié)構(gòu)。 經(jīng)一定劑量輻照后，超高分子量聚乙烯的蠕變性、浸潤性和硬度等物理性能得到一定程度的改善。圖圖5-19 UHMWPE5-19 UHMWPE輻照交聯(lián)機理示意圖輻照交聯(lián)機理示意圖UHMWPE結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) (CH2) n 其他處理方法：其他處理方法：1 1、填料填充：通過添加無機填料，使聚合物的剛性、耐熱性、尺寸穩(wěn)定性等得到改善。常用的填料有無機粉狀顆粒（石墨、MoS2、高嶺土、Al2O3、SiO2等），纖維（玻璃纖維、炭纖維及碳化硅纖）。2、共混法：平均分子量超過150萬，分子鏈很長，易發(fā)生纏結(jié)。在不影響UHMWPE主要性能的基礎(chǔ)上對其進(jìn)行共混法流動改性，降低UHMWPE的熔體黏度，提高其

21、熔體流動性。常用的與UHMWPE共混的物質(zhì)有高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯、尼龍、聚酯等聚合物。射線輻照超高分子量聚乙烯/納米陶瓷復(fù)合材料pPMMA骨水泥已經(jīng)應(yīng)用在臨骨水泥已經(jīng)應(yīng)用在臨床上，并成功修復(fù)了髖關(guān)節(jié)和床上，并成功修復(fù)了髖關(guān)節(jié)和膝 關(guān) 節(jié) 。 骨 水 泥 主 要 是 由膝 關(guān) 節(jié) 。 骨 水 泥 主 要 是 由PMMA粉末和甲基丙烯酸酯粉末和甲基丙烯酸酯（單體）液體組成。粉末和液（單體）液體組成。粉末和液體在室溫下混合后很快發(fā)生聚體在室溫下混合后很快發(fā)生聚合反應(yīng)并釋放出熱量。合反應(yīng)并釋放出熱量。p牙科牙科PMMA + PS 共聚物共聚物4.3.3 4.3.3 聚甲基丙烯酸甲酯（聚甲

22、基丙烯酸甲酯（PMMA)PMMA)優(yōu)勢：優(yōu)勢：很高的彎曲疲勞壽命很高的彎曲疲勞壽命 抗環(huán)境應(yīng)力腐蝕特性抗環(huán)境應(yīng)力腐蝕特性擴(kuò)散特性：擴(kuò)散特性：介于高低密度聚乙烯之間介于高低密度聚乙烯之間應(yīng)用：手指等活動關(guān)節(jié)的假體應(yīng)用：手指等活動關(guān)節(jié)的假體4.3.4 4.3.4 聚丙烯（聚丙烯（PP)PP)種類：聚丙烯酸甲酯（種類：聚丙烯酸甲酯（PMA) 聚甲基丙烯酸甲酯（聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA) 側(cè)團(tuán)大側(cè)團(tuán)大 軟化溫度高軟化溫度高 聚甲基丙烯酸羥乙酯聚甲基丙烯酸羥乙酯PMMA：透光性能：透光性能92%，折射率，折射率1.49，抗老化性能；，抗老化性能； 純度高純度高 良好的生物相容性和抗化學(xué)破壞良好的生物相

23、容性和抗化學(xué)破壞應(yīng)用：水凝膠用作隱形眼鏡應(yīng)用：水凝膠用作隱形眼鏡4.3.5 4.3.5 聚丙烯酸酯聚丙烯酸酯聚丙烯酰胺類著名：著名：PTFE 氟綸氟綸特點：結(jié)晶度很高特點：結(jié)晶度很高 94% 摩擦系數(shù)小摩擦系數(shù)小 密度高密度高 彈性模量低彈性模量低 符合生物材料標(biāo)準(zhǔn)符合生物材料標(biāo)準(zhǔn) 特殊：微孔特殊：微孔 4.3.6 4.3.6 碳氟聚合物碳氟聚合物導(dǎo)熱性能很差液體時，粘度高液體時，粘度高成型：不能注射或者拉拔成型：不能注射或者拉拔 327 燒結(jié)成型定義：在室溫下，至少能被拉長為原來長的定義：在室溫下，至少能被拉長為原來長的2倍，釋放后，倍，釋放后，能立即恢復(fù)到原長。能立即恢復(fù)到原長。4.3.7

24、 4.3.7 橡膠橡膠原因：鏈之間的交聯(lián)作用天然橡膠彈性天然橡膠彈性 制：制： 控制交聯(lián)度控制交聯(lián)度 （硫化）（硫化）問題：老化（抗老化劑;C Si 粉末）著名：硅橡膠著名：硅橡膠 DOW人工橡膠人工橡膠4.3.7 4.3.7 橡膠橡膠聚氨酯通常是熱固性聚合物，被廣泛用作植入件的外表涂層優(yōu)勢：強度高，而且能抵抗油和化學(xué)物質(zhì)的腐蝕組成： 由帶一個芳香族的二異氰酸鹽的預(yù)聚物合成得到，最終得到的長鏈帶有一個活潑的異氰酸鹽基團(tuán)，使得鏈與鏈之間發(fā)生交聯(lián)作用。種類：聚酯型和聚醚型聚醚型，彈性體，醫(yī)用生物材料醫(yī)用聚氨酯大多是嵌段聚醚型聚氨酯。嵌段共聚的聚氨酯具有很好的生物相容性和良好的抗凝血功能，可被應(yīng)用于

25、人造心臟血泵或其他修復(fù)心血管系統(tǒng)的材料隱形眼鏡隱形眼鏡Which ？特性：特性：4.3.84.3.8水凝膠水凝膠定義：具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的水溶性高分子中引入一部分親水基團(tuán)而形成能遇水膨脹的交聯(lián)聚合物。水凝膠都是長鏈高分子；在生理環(huán)境中,水凝膠不溶于水；在生理條件下,含水量在10%-98%。含水量高的水凝膠能抑制細(xì)胞附著，就有良好的氧透性和組織相容性。4.3.8 4.3.8 水凝膠水凝膠種類：聚甲基丙烯酸-2-羥乙基酯（PHEMA）、聚丙烯酰胺（PMA）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和聚乙烯醇（PVA）等。PHMEMA：燒傷敷料，使燒傷移植的硅橡膠更好的與創(chuàng)面黏合。PMA：良好的生物相容性，通透性和抗凝血

26、性，可作為人工腎和人工肝和酶的包膜材料。PVP：良好生物相容性，對皮膚和眼球都沒有刺激作用，可以和HEMA、非親水性甲基丙烯酸酯共聚，制備適合角膜接觸制備適合角膜接觸的水凝膠，如人工玻璃體的水凝膠，如人工玻璃體。PVA：很強的親水性，人工軟骨、人工喉及人工玻璃體。水凝膠有良好的組織相容性和通透性，還可以應(yīng)用于藥物釋放。4.3.9 4.3.9 天然可降解高分子材料天然可降解高分子材料膠原：生物相容性非常好； 不易引起免疫反應(yīng)，促進(jìn)細(xì)胞增殖； 可降解 交聯(lián)可控制強度 可作縫合線 人工皮膚 角膜纖維蛋白：生物相容性好 無毒 生理功能：止血 促進(jìn)組織愈合 止血劑，骨填充劑4.3.9 4.3.9 天然可

27、降解高分子材料天然可降解高分子材料多糖：透明質(zhì)酸、肝素 抗凝血制劑和涂層甲殼素與殼聚糖：無毒、無刺激性、無抗原性、生物相容性好 人工皮、手術(shù)縫合、抗凝血材料等4.4 4.4 應(yīng)用：應(yīng)用： 一、醫(yī)用粘合劑高分子一、醫(yī)用粘合劑高分子用途：1）外科手術(shù)中，器官和組織的局部黏合2）骨科中，比如骨骼關(guān)節(jié)的定位于結(jié)合3）牙齒修補黏合4）在計劃生育領(lǐng)域中,醫(yī)用膠粘劑更有其它方法無可比擬的優(yōu)越性：用膠粘劑粘堵輸精管或輸卵管，既簡便、無痛苦，無副作用，必要時還可以很方便地重新疏通。1 1）理想的醫(yī)用粘合劑應(yīng)該具備以下條件：）理想的醫(yī)用粘合劑應(yīng)該具備以下條件：（1）在有水的組織液的條件下也能進(jìn)行膠接；（2）常溫常

28、壓下能與組織快速膠接； （3）在固化的同時，能與組織產(chǎn)生較大膠接強度； （4）不顯示毒性，不致突變，不致畸，不致癌； （5）不妨礙生物體組織的自身愈合； （6）本身無菌且能抑菌； （7）固化后膠體具彈性或韌性； （8）呈單組分液態(tài)或糊狀，不含非水溶劑（9）在組織內(nèi)可逐漸降解吸收、排泄； (10）常溫下易于儲存，用前不需要調(diào)配。 4.4 4.4 應(yīng)用：應(yīng)用： 一、醫(yī)用粘合劑高分子一、醫(yī)用粘合劑高分子分類：軟組織用膠粘劑、牙科用膠粘劑、骨水泥和皮膚用膠粘劑軟組織用膠粘劑 -氰基丙烯酸酯粘合劑 原理： -碳原子-CN、-COOR 強極性-誘導(dǎo)效應(yīng)，導(dǎo)致-位的碳原子有很強的吸電性，在微量陰離子存在下就

29、能產(chǎn)生瞬間聚合反應(yīng)，同時使聚合體形成多活性點，便于與粘結(jié)物形成粘結(jié)特點：生物體組織上聚合速度最快，液態(tài)、無溶劑、室溫固化、固化速度快、粘接強度高國外：國外：AdhereAdhere、CyanobondCyanobond、Eastman910Eastman910國內(nèi)：國內(nèi)：504504止血膠止血膠( (主膠為主膠為-氰基氰基丙烯酸正丁酯丙烯酸正丁酯) )、508508醫(yī)用醫(yī)用膠粘劑膠粘劑( (主膠為主膠為-氰基丙氰基丙烯酸正辛酯烯酸正辛酯) )等等4.4 4.4 應(yīng)用：應(yīng)用： 一、醫(yī)用粘合劑高分子一、醫(yī)用粘合劑高分子分類：軟組織用膠粘劑、牙科用膠粘劑、骨水泥和皮膚用膠粘劑軟組織用膠粘劑 血纖維蛋

30、白粘合劑 成分：濃縮的血纖維蛋白原、凝備酶、血液凝固第VIII因子、抑肽酶用途：軟組織手術(shù)創(chuàng)用途：軟組織手術(shù)創(chuàng)傷部位的止血，神經(jīng)、傷部位的止血，神經(jīng)、胰血管的粘合等胰血管的粘合等特點：生理功能性粘合劑不需加熱加壓；固化比較迅速；粘合不受水分的影響；組織親和性好，并可適度吸收。4.4 4.4 應(yīng)用：應(yīng)用： 一、醫(yī)用粘合劑高分子一、醫(yī)用粘合劑高分子軟組織用粘合劑軟組織用粘合劑 皮膚用壓敏膠 醫(yī)用壓敏膠是由彈性體和增粘樹脂組成。醫(yī)用壓敏膠是由彈性體和增粘樹脂組成。所用原料：天然橡膠、所用原料：天然橡膠、SBSSBS、丙烯酸共聚物、有機硅共聚物、聚氨酯等、丙烯酸共聚物、有機硅共聚物、聚氨酯等發(fā)展：發(fā)展

31、：1.橡膠型壓敏膠帶。由于天然橡膠易老化，往往需要添加多種輔助劑2）SBS等彈性體為主的熱熔型壓敏膠粘帶，具有無色透明、無毒無味、粘接性好、耐老化等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于婦女衛(wèi)生制品及嬰幼兒尿不濕等方面。3）近期，丙烯酸酯熱熔壓敏膠4.4 4.4 應(yīng)用：應(yīng)用： 一、醫(yī)用粘合劑高分子一、醫(yī)用粘合劑高分子硬組織用粘合劑硬組織用粘合劑 牙科粘合劑 ：樹脂 作用：固定修復(fù)，或正畸矯治器及附件等的粘固，窩洞的基襯和暫時充填。發(fā)展：傳統(tǒng)的粘固劑屬于無機類材料，俗稱水門汀，例如磷酸鋅等含有機化物的改性材料，如聚羧酸、玻璃離子體等20世紀(jì)30年代德國曾推出以甲基丙烯酸甲酯（MMA）為主體的粘接材料，用作正畸治療和松

32、動牙固定50年代美國開發(fā)-氰基丙烯酸酯類快速粘合劑，用于牙齦切除、拔牙等手術(shù)傷口的止血和粘接，以代替縫合，作牙周敷料治療口腔潰瘍以及正畸領(lǐng)間牽引松動牙固定等方面70年代以后，開發(fā)了能與牙齒形成某種化學(xué)性聯(lián)結(jié)的粘合劑，其中4-META和phenyl-p4.4 4.4 應(yīng)用：應(yīng)用： 一、醫(yī)用粘合劑高分子一、醫(yī)用粘合劑高分子 骨組織用粘合劑 1 1、PMMAPMMA骨水泥骨水泥原料：PMMA MMA BPO 單體聚合 自粘結(jié)單體 細(xì)胞毒性反應(yīng)；聚合熱 損傷周圍組織； 結(jié)合力差2 2、磷酸鈣系骨水泥、磷酸鈣系骨水泥原理：植入體材料表面活化，形成磷灰石層 周圍骨組織產(chǎn)生新骨 結(jié)合性形成骨特點：界面結(jié)合力

33、或機械強度好，有利于臨床應(yīng)用。硬組織用粘合劑硬組織用粘合劑4.4 4.4 應(yīng)用：應(yīng)用： 一、醫(yī)用粘合劑高分子一、醫(yī)用粘合劑高分子1.藥理活性的高分子藥物有藥理活性的高分子藥物本身具有藥理作用，通常在斷有藥理活性的高分子藥物本身具有藥理作用，通常在斷鏈后即失去藥性，是真正意義上的高分子藥物。鏈后即失去藥性，是真正意義上的高分子藥物。4.4 4.4 應(yīng)用：應(yīng)用： 二、藥用高分子材料二、藥用高分子材料2. 藥物載體用高分子材料 原因：原因：1 1）需大劑量頻繁進(jìn)藥）需大劑量頻繁進(jìn)藥 低分子藥物在體內(nèi)的新陳代謝速度很快，半衰期很短，在體內(nèi)的低分子藥物在體內(nèi)的新陳代謝速度很快，半衰期很短，在體內(nèi)的濃度降

34、低快，很難維持治療所需要的濃度水平，大大影響了療效，濃度降低快，很難維持治療所需要的濃度水平，大大影響了療效，而暫時性過高的藥劑濃度又會加重副作用而暫時性過高的藥劑濃度又會加重副作用 2 2）低分子藥物也缺乏進(jìn)人人體部位的選擇性。）低分子藥物也缺乏進(jìn)人人體部位的選擇性。3. 3. 高分子薄膜包衣及控釋膜材料高分子薄膜包衣及控釋膜材料 在藥物制劑中主要以纖維素、動物蛋白、水溶性高分子等用作高分子薄膜包衣及控釋膜材料，如用作膠囊材料、微球、脂質(zhì)體載體。高分子薄膜包衣及控釋膜材料又可以分為：高分子薄膜包衣及控釋膜材料又可以分為：(1)片劑的薄膜衣材料；(2)膠囊劑的空膠囊材料；(3)膜控釋材料。4.

35、4 4.4 應(yīng)用：應(yīng)用： 二、藥用高分子材料二、藥用高分子材料4. 4. 常規(guī)醫(yī)藥包裝用高分子材料常規(guī)醫(yī)藥包裝用高分子材料(a)NanotubesDrugs(b)Magnetite nanoparticles(c)PLGAcoatings(d)分類：藥理活性的高分子藥物、藥物載體用高分子材料高分子薄膜包衣及控釋膜材料常規(guī)醫(yī)藥包裝用高分子材料具有治療目的具有治療目的4.4 4.4 應(yīng)用：應(yīng)用： 二、藥用高分子材料二、藥用高分子材料前三種材料均參與構(gòu)成藥劑，即形成高分子藥物制劑，由此在充分合理地發(fā)揮藥效的同時，盡可能避免或減低副作用。高分子藥物制劑具備條件：4.4 4.4 應(yīng)用：應(yīng)用： 二、藥用高

36、分子材料二、藥用高分子材料與小分子藥物制劑相比，高分子藥物制劑一般具有低毒、高效、緩釋、長效、可定點釋放等優(yōu)點。1 1）高分子藥物制劑本身及其高分子藥物制劑本身及其降降解產(chǎn)物無毒；無組織變異反解產(chǎn)物無毒；無組織變異反應(yīng)，無應(yīng)，無致癌性；致癌性；2 2）良好的血液相容性）良好的血液相容性3 3）具有一定的水溶性，能夠在體）具有一定的水溶性，能夠在體內(nèi)水解出具有藥理活性的基團(tuán)內(nèi)水解出具有藥理活性的基團(tuán) ；5 5）口服藥劑的高分子殘基）口服藥劑的高分子殘基能通過排泄系統(tǒng)排出體外；能通過排泄系統(tǒng)排出體外；通過導(dǎo)入方式進(jìn)入循環(huán)系通過導(dǎo)入方式進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)的藥物，則要求聚合物統(tǒng)的藥物，則要求聚合物主鏈易于降

37、解，使之有可主鏈易于降解，使之有可能排出體外或被人體吸收。能排出體外或被人體吸收。4) 4) 能夠有效到達(dá)病灶處，并積累一定濃度；能夠有效到達(dá)病灶處，并積累一定濃度；4.4 4.4 應(yīng)用：應(yīng)用： 三、診斷用高分子材料三、診斷用高分子材料高分子材料含有的成分高分子材料含有的成分形態(tài)形態(tài)用途用途用于生物傳感器活性功能特性用于生物傳感器活性功能特性纖維素纖維素實驗紙實驗紙簡易檢查試藥簡易檢查試藥親水、空隙多、包埋保存酶較容易、利用微膠囊可同時含浸其他親水、空隙多、包埋保存酶較容易、利用微膠囊可同時含浸其他試藥試藥醋酸纖維素聚碳酸酯醋酸纖維素聚碳酸酯膜膜酶電極酶電極利用分子選擇透過性（利用分子選擇透過

38、性（HOHO基質(zhì)，用兩種膜使酶保持三明治狀，防基質(zhì)，用兩種膜使酶保持三明治狀，防止流出）止流出）骨膠原骨膠原膜膜酶電極酶電極通過電化學(xué)吸附法，通過電化學(xué)吸附法，可在含酶介質(zhì)中吸附骨膠原可在含酶介質(zhì)中吸附骨膠原尼龍尼龍管狀管狀固定酶反應(yīng)堆固定酶反應(yīng)堆利用素材分子中的胺結(jié)合，使各種酶固定化，成管狀，應(yīng)用于流利用素材分子中的胺結(jié)合，使各種酶固定化，成管狀，應(yīng)用于流程系統(tǒng)分析儀程系統(tǒng)分析儀聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺凝膠凝膠固定酶試藥固定酶試藥可以使用共價鍵鏈接可以使用共價鍵鏈接TiOTiO2 2- -圍膠纖維素聚醋圍膠纖維素聚醋薄膜薄膜滑板型固相分析元件滑板型固相分析元件利用形成均等膜原的積層涂膜特性使酶試

39、藥成三明治利用形成均等膜原的積層涂膜特性使酶試藥成三明治多孔性二氧化硅多孔性二氧化硅珠狀珠狀固定酶蛋白固定酶蛋白多孔性相當(dāng)于單位容積的面積很大，通過硅烷偶合法易固定各種多孔性相當(dāng)于單位容積的面積很大，通過硅烷偶合法易固定各種結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)單元醋酸纖維素醋酸纖維素膜膜免疫電極免疫電極利用多孔性及容易形成薄膜的性質(zhì)，包含并固定特定的抗原、抗利用多孔性及容易形成薄膜的性質(zhì)，包含并固定特定的抗原、抗體等體等聚丙烯酰胺葡酸聚丙烯酰胺葡酸珠狀珠狀FIAFIA試藥試藥蛋白質(zhì)吸著能高，容易制成微粒子，其密度接近于水蛋白質(zhì)吸著能高，容易制成微粒子，其密度接近于水聚苯乙烯聚苯乙烯珠狀珠狀RIARIA試藥試藥蛋白質(zhì)吸

40、著能高，容易制成，而且為控制非特異吸著種種表面處蛋白質(zhì)吸著能高，容易制成，而且為控制非特異吸著種種表面處理成為可能理成為可能聚苯乙烯聚苯乙烯試驗管試驗管RIARIA試藥試藥蛋白質(zhì)吸著能高，容易制成，而且為控制非特異吸著種種表面處蛋白質(zhì)吸著能高，容易制成，而且為控制非特異吸著種種表面處理成為可能（載子成為反應(yīng)容器，故操作簡單）理成為可能（載子成為反應(yīng)容器，故操作簡單）聚苯乙烯聚苯乙烯膠乳膠乳凝聚反應(yīng)試藥凝聚反應(yīng)試藥蛋白質(zhì)吸著能高，容易制成，而且為控制非特異吸著種種表面處蛋白質(zhì)吸著能高，容易制成，而且為控制非特異吸著種種表面處理成為可能理成為可能高分子材料含有的成分高分子材料含有的成分形態(tài)形態(tài)用途

41、用途用于生物傳感器活性功能特性用于生物傳感器活性功能特性聚苯乙烯聚苯乙烯珠狀珠狀EIAEIA試藥試藥蛋白質(zhì)吸著能高，容易制成，而且為控制非特異吸著種種表面處蛋白質(zhì)吸著能高，容易制成，而且為控制非特異吸著種種表面處理成為可能理成為可能聚苯乙烯聚苯乙烯試管脂酸凍點試管脂酸凍點EIAEIA試藥試藥蛋白質(zhì)吸著能高，容易制成，而且為控制非特異吸著種種表面處蛋白質(zhì)吸著能高，容易制成，而且為控制非特異吸著種種表面處理成為可能（載子成為反應(yīng)容器，故操作簡單）理成為可能（載子成為反應(yīng)容器，故操作簡單）玻璃玻璃蒸餾球狀蒸餾球狀EIAEIA試藥試藥分離后洗凈容易，可結(jié)合抗體抗原等，可利用硅烷偶聯(lián)反應(yīng)法分離后洗凈容易

42、，可結(jié)合抗體抗原等，可利用硅烷偶聯(lián)反應(yīng)法4.4 4.4 應(yīng)用：應(yīng)用： 三、診斷用高分子材料三、診斷用高分子材料疾病診斷機理：生物體的自我保護(hù)功能：當(dāng)外界的細(xì)菌、病毒等異物(抗原)侵入人體時，會自動地產(chǎn)生與異物抗原相對應(yīng)的抗體蛋白。該抗體與人侵的抗原發(fā)生特異結(jié)合，使入侵抗原失活。生病時：通過檢測抗原或抗體的有無及濃度的高低，便可診斷疾病感染、病變或在治療過程中疾病的康復(fù)程度。這類檢查是利用相對應(yīng)的抗原和抗體特異而且定量地生成抗原一抗體復(fù)合物的基本原理實現(xiàn)的。把抗原或抗體通過物理吸附或化學(xué)鍵合的方法，固載于功能高分子材料表面，這樣的功能高分子材料便可應(yīng)用于疾病的檢測、診斷4.4 4.4 應(yīng)用：應(yīng)用

43、： 三、診斷用高分子材料三、診斷用高分子材料1.溫度致變化高分子材料聚苯烯酸酰胺共聚的水凝膠，有氫鍵結(jié)合的互穿交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（IPN）結(jié)構(gòu)。高于特定溫度時，體積溶脹，反之則收縮。聚N-異丙基丙烯酰胺（PNI-PA）凝膠與這種熱刺激應(yīng)答功能相反，在較低溫度（32）時，則急劇膨脹。在較高溫度時，則收縮4.4 4.4 應(yīng)用：應(yīng)用： 三、診斷用高分子材料三、診斷用高分子材料2.pH刺激引起變化的高分子材料聚乙基惡唑啉（PROX）與聚甲基丙烯酸（PMMA）在水中呈配合狀態(tài)，且在不同的pH值時發(fā)生相變化。聚丙烯酸鈉在水溶液中也隨pH值不同，顯示無規(guī)則伸展?fàn)顟B(tài)或棒狀。聚苯胺在不同pH值時，引起不同的顏色變化4.4

44、 4.4 應(yīng)用：應(yīng)用： 三、診斷用高分子材料三、診斷用高分子材料3. 光功能高分子材料1)紫外線刺激 光敏分子，如無色氰化物無色氫氧化物的分子，進(jìn)入PNIPA的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所形成的光敏凝膠共聚物，在UV光照或停止照射時，體積會發(fā)生變化（溶脹或收縮）。2)可見光刺激 PNIPA加入發(fā)色劑葉綠酸銅三鈉鹽而形成光敏凝膠，光照射時收縮，停止光照射時溶脹。4.4 4.4 應(yīng)用：應(yīng)用： 三、診斷用高分子材料三、診斷用高分子材料4.電刺激功能高分子材料 在硫酸鈉水溶液中每隔2s間隙地加入20V直流電場，直鏈烷基表面活性劑作用下，聚（2-丙烯酰胺-2-甲基）丙烷磺酸（PAMPS）凝膠，在溶液中會一屈一伸地向陰

45、極移動，速度可達(dá)25cm/min。聚苯胺聚吡咯在不同電場下會顯現(xiàn)不同的顏色。4.4 4.4 應(yīng)用：應(yīng)用： 三、診斷用高分子材料三、診斷用高分子材料5.生化刺激功能PG 利用刺激應(yīng)答性高分子水凝膠的微膠囊或脂肪小體的生理膜作為醫(yī)用滲透膜，藥物釋放系統(tǒng)等材料的適用性研究，已經(jīng)取得成效。4.4 4.4 應(yīng)用：應(yīng)用： 三、診斷用高分子材料三、診斷用高分子材料1.固定色氨酸的瓊脂糖和交聯(lián)的聚乙烯醇膠對于風(fēng)濕性因子和免疫復(fù)合體都是優(yōu)秀的吸附體，可應(yīng)用于自免疫疾病的診斷。2.慢性風(fēng)濕病的診斷，是以乳膠吸附人免疫球蛋白的被動凝聚反應(yīng)，以相位顯微鏡觀察，當(dāng)風(fēng)濕性因子存在時，1min-2min內(nèi)發(fā)生劇烈的凝聚反應(yīng)

46、。3.肝癌的檢測，使用甲種脂蛋白，以同位素為標(biāo)志物進(jìn)行檢查。4.4 4.4 應(yīng)用：應(yīng)用： 三、診斷用高分子材料三、診斷用高分子材料高分子酶試劑是臨床診斷試劑中發(fā)展極快的后起之秀，已達(dá)180多種。診斷用酶試劑如下六種：氧化-還原酶：如抗壞血酸氧化酶、膽堿氧化酶等；轉(zhuǎn)移酶：如醋酸激酶、腺甘酸激酶；加水分解酶：如堿性磷酸酶甾醇酯酶、肌酸脒基水化酶；脫氫酶：如草酰乙脫氫酶；異性化酶變旋酯；合成酶：如?；o酶合成酶等。4.4 4.4 應(yīng)用：應(yīng)用： 三、診斷用高分子材料三、診斷用高分子材料高分子酶試劑是臨床診斷試劑中發(fā)展極快的后起之秀，已達(dá)180多種。診斷用酶試劑如下六種：氧化-還原酶：如抗壞血酸氧化酶、

47、膽堿氧化酶等；轉(zhuǎn)移酶：如醋酸激酶、腺甘酸激酶；加水分解酶：如堿性磷酸酶甾醇酯酶、肌酸脒基水化酶；脫氫酶：如草酰乙脫氫酶；異性化酶變旋酯；合成酶：如?；o酶合成酶等。4.5 4.5 人工器官與醫(yī)用高分子材料人工器官與醫(yī)用高分子材料人工器官：人工器官：暫時或永久性代替身體某些器官主要功能的人工裝置，用人工材料和電子技術(shù)制成部分或全部替代人體自然器官功能的機械和電子裝置。 研究應(yīng)用比較成功的有人工血管、人工食道、人工尿道、人工心臟瓣膜、人工關(guān)節(jié)、人工骨等整形材料。4.5 4.5 人工器官與醫(yī)用高分子材料人工器官與醫(yī)用高分子材料v根據(jù)不同的分類方法人工器官可以分為如下幾類：根據(jù)不同的分類方法人工器官可

48、以分為如下幾類：v1 1）按功能：按功能：（1 1）支持運動功能）支持運動功能：人工關(guān)節(jié)、人工脊椎、人工骨、人工肌腱、肌電控人工關(guān)節(jié)、人工脊椎、人工骨、人工肌腱、肌電控制人工假肢等。制人工假肢等。（2 2）血液循環(huán)功能）血液循環(huán)功能：人工心臟及其輔助循環(huán)裝置、人工心臟瓣膜、人工人工心臟及其輔助循環(huán)裝置、人工心臟瓣膜、人工血管、人工血液血管、人工血液（3 3）呼吸功能）呼吸功能：人工肺（人工心肺機）、人工氣管、人工喉等。人工肺（人工心肺機）、人工氣管、人工喉等。（4 4）血液凈化功）血液凈化功能：能：人工腎（血液透析機）、人工肺等。人工腎（血液透析機）、人工肺等。（5 5）消化功能）消化功能：人

49、工食管、人工膽管、人工腸等。人工食管、人工膽管、人工腸等。（6 6）排尿功能）排尿功能：人工膀胱、人工輸尿管、人工尿道等。人工膀胱、人工輸尿管、人工尿道等。（7 7）內(nèi)分泌功能）內(nèi)分泌功能：人工胰、人工胰島細(xì)胞。人工胰、人工胰島細(xì)胞。（8 8）生殖功能）生殖功能：人工子宮、人工輸卵管、人工睪丸等。人工子宮、人工輸卵管、人工睪丸等。（9 9）神經(jīng)傳導(dǎo)功能）神經(jīng)傳導(dǎo)功能：心臟起搏器、膈起搏器等。心臟起搏器、膈起搏器等。（1010）感覺功能）感覺功能：人工視覺、人工聽覺（人工耳蝸）、人工晶體、人工角人工視覺、人工聽覺（人工耳蝸）、人工晶體、人工角膜、人工聽骨、人工鼻等。膜、人工聽骨、人工鼻等。（11

50、11）其他類）其他類：人工硬脊膜、人工皮膚等。人工硬脊膜、人工皮膚等。4.5 4.5 人工器官與醫(yī)用高分子材料人工器官與醫(yī)用高分子材料 2 2）按原理分：）按原理分：（1 1）機械式裝置）機械式裝置（如人工心臟瓣膜、人工氣管、人工晶體（如人工心臟瓣膜、人工氣管、人工晶體等）等）（2 2）電子式裝置）電子式裝置（如人工耳蝸、人工胰、人工腎、心臟起（如人工耳蝸、人工胰、人工腎、心臟起搏器等）搏器等） 3 3）按使用方式分：）按使用方式分：（1 1）植入式，如人工關(guān)節(jié)、人工心臟瓣膜、心臟起搏器。）植入式，如人工關(guān)節(jié)、人工心臟瓣膜、心臟起搏器。（2 2）體外式，如人工腎、人工肺、人工胰。這些體外式人）

51、體外式，如人工腎、人工肺、人工胰。這些體外式人工器官實際上都是由電子控制的精密機械裝置。工器官實際上都是由電子控制的精密機械裝置。人工器官人工器官4.5 4.5 人工器官與醫(yī)用高分子材料人工器官與醫(yī)用高分子材料1. 1. 人工心臟和人工心臟瓣膜人工心臟和人工心臟瓣膜 人工心臟：利用外在機械動力的作用把血液輸送到全身各器官以代替原有心臟功能的裝置。 人工心臟制作所選用的材料主要為高分子材料和金屬材料。 高分子材料用作人工心臟主體 金屬材料，如鎳鈦合金主要作為人工心臟瓣膜、心室，其堅固性、輕質(zhì)、表面光滑性非常適于人工心臟。4.5 4.5 人工器官與醫(yī)用高分子材料人工器官與醫(yī)用高分子材料1. 1.

52、人工心臟和人工心臟瓣膜人工心臟和人工心臟瓣膜 a)柔性、彈性、耐疲勞強度柔性、彈性、耐疲勞強度 搏動次數(shù)：搏動次數(shù)：70次次/分鐘分鐘 10萬次萬次/每日每日 3650多萬次多萬次/每年每年 b) 優(yōu)異的優(yōu)異的抗凝血性能抗凝血性能心臟跳動，搏出血液量約在心臟跳動，搏出血液量約在3070mL45L/min 1415L/min為確保血液循環(huán)暢通無阻為確保血液循環(huán)暢通無阻4.5 4.5 人工器官與醫(yī)用高分子材料人工器官與醫(yī)用高分子材料用于人工用于人工心臟的主要材料有心臟的主要材料有：鏈鏈段型聚醚氨酯、聚硅氧烷與聚氨酯的嵌斷段型聚醚氨酯、聚硅氧烷與聚氨酯的嵌斷共聚物共聚物、硅橡膠、聚氯乙烯、聚四氟乙烯

53、和、硅橡膠、聚氯乙烯、聚四氟乙烯和聚烯烴等聚烯烴等。4.5 4.5 人工器官與醫(yī)用高分子材料人工器官與醫(yī)用高分子材料人工人工心臟瓣膜主要有：心臟瓣膜主要有：球形瓣、蝶形瓣和球形瓣、蝶形瓣和生物瓣生物瓣。要求：要求：1 1）抗凝血性能：）抗凝血性能：由于由于心臟瓣膜植入心腔后，始終心臟瓣膜植入心腔后，始終都全部浸沒在血液之中，因此對于材料的要求十都全部浸沒在血液之中，因此對于材料的要求十分苛刻分苛刻。2 2）具有高強度、耐）具有高強度、耐疲勞疲勞性和和耐磨性性和和耐磨性心臟瓣膜的材料：心臟瓣膜的材料：硅橡膠硅橡膠人工心臟瓣膜人工心臟瓣膜4.5 4.5 人工器官與醫(yī)用高分子材料人工器官與醫(yī)用高分子

54、材料人工心臟瓣膜人工心臟瓣膜圖圖5-4 5-4 常見的幾種人工心臟瓣膜常見的幾種人工心臟瓣膜4.5 4.5 人工器官與醫(yī)用高分子材料人工器官與醫(yī)用高分子材料2 2、人工腎、人工腎 人工腎人工腎是利用是利用高分子材料高分子材料進(jìn)行透析、進(jìn)行透析、過濾和吸附作用過濾和吸附作用，使代謝物進(jìn)入外，使代謝物進(jìn)入外界配置好的透析液中，經(jīng)透析、過界配置好的透析液中，經(jīng)透析、過濾處理后完成腎臟的功能。濾處理后完成腎臟的功能。原理：GibbsDonnan膜平衡原理人體血液人體血液 高分子半透膜高分子半透膜 透析液透析液動力：溶質(zhì)濃度不同動力：溶質(zhì)濃度不同 ，滲透濃度差，滲透濃度差 血液中：代謝產(chǎn)物的溶質(zhì)（如尿素

55、、肌肝、尿酸，以及廢物硫酸鹽、酚和過剩離子Na+、K+、Cl），通過半透膜向濃度低的透析液一側(cè)移動（稱為彌散作用）；透析液中：水分滲透作用，終實現(xiàn)動態(tài)平衡，達(dá)到清除人體代謝廢物和糾正水、電解質(zhì)和酸堿平衡的治療目的。核心部分：高分子膜材料制成的透析器。膜：膜：半通透特性，可代替腎小球以實現(xiàn)其毛細(xì)血管壁的濾過功能，達(dá)到血液凈化的目的。膜材料：再生纖維素和改良纖維素 高分子聚合物如聚丙烯睛、聚酰胺、乙烯乙烯醇共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯等。當(dāng)今世界上有300多種產(chǎn)品的人工腎，所用透析膜材料有30多種。 常用的透析器是空心纖維型結(jié)構(gòu)，由內(nèi)徑200m，壁厚30m左右的透析膜材料制成的1萬1.5萬根空心纖維，

56、組裝在直徑510cm、長約2025cm的圓柱狀玻璃容器內(nèi)。血液在空心纖維管內(nèi)流動，透析液則環(huán)繞空心纖維管外四周流動，分別用泵驅(qū)動使血液和透析液循環(huán)。1946年在倫敦，哈默.史密斯醫(yī)院使用的由科爾夫發(fā)明的早期人工腎 發(fā)展德國貝朗全電腦控制血液透析儀理想的皮膚修復(fù)材料：理想的皮膚修復(fù)材料：3 3、人工皮膚、人工皮膚1.1.無毒、無刺激性、不會引起免疫反應(yīng)；無毒、無刺激性、不會引起免疫反應(yīng)；2.2.具有類似天然皮膚的透濕性、柔軟性和潤濕性；具有類似天然皮膚的透濕性、柔軟性和潤濕性；3.3.能與創(chuàng)面組織緊貼，防止創(chuàng)面水分、體液損失和吸收創(chuàng)能與創(chuàng)面組織緊貼，防止創(chuàng)面水分、體液損失和吸收創(chuàng)面滲出液的作用；

57、面滲出液的作用；4.4.易于在皮膚愈合后自動脫落、易于消毒。易于在皮膚愈合后自動脫落、易于消毒。皮膚修復(fù)材料可分為兩大類：皮膚修復(fù)材料可分為兩大類：1 1）天然的皮膚（包括自體皮、異體皮和異種皮）天然的皮膚（包括自體皮、異體皮和異種皮）或動物組織（羊膜、胎盤、腹膜等）；或動物組織（羊膜、胎盤、腹膜等）；2 2）人工皮膚：天然高分子（膠原、甲殼素等）或）人工皮膚：天然高分子（膠原、甲殼素等）或合成高分子（尼龍、滌綸、硅橡膠等）。合成高分子（尼龍、滌綸、硅橡膠等）。3 3、人工皮膚、人工皮膚3 3、人工皮膚、人工皮膚合成高分子膜：合成高分子膜：防止細(xì)菌、水分流失等防止細(xì)菌、水分流失等合成高分子纖維

58、：合成高分子纖維：用用于人工皮膚縫合于人工皮膚縫合可降解高分子：促進(jìn)表皮細(xì)可降解高分子：促進(jìn)表皮細(xì)胞貼壁和增值胞貼壁和增值3 3、人工皮膚、人工皮膚表表5-2 組成人工皮膚的材料組成人工皮膚的材料組組 成成材材 料料舉舉 例例功功 能能表層表層合成高分子膜合成高分子膜聚乙烯聚乙烯聚氨酯聚氨酯硅酮高分硅酮高分子子控制水分蒸發(fā)控制水分蒸發(fā)防止蛋白質(zhì)和電解質(zhì)損防止蛋白質(zhì)和電解質(zhì)損失失防止細(xì)菌侵入防止細(xì)菌侵入中間層中間層合成高分子纖維合成高分子纖維尼龍篩網(wǎng)尼龍篩網(wǎng)方便人工皮膚縫合固定方便人工皮膚縫合固定于被植體于被植體底層底層海綿狀生物降解海綿狀生物降解性高分子性高分子膠原海綿膠原海綿體體殼聚糖殼聚糖

59、共聚（丙共聚（丙交酯交酯-乙交乙交酯）酯）促進(jìn)表皮細(xì)胞貼壁和增促進(jìn)表皮細(xì)胞貼壁和增殖殖防止皮下積液防止皮下積液又稱電子耳蝸，是模擬人體又稱電子耳蝸，是模擬人體耳蝸生理功能的電子裝置耳蝸生理功能的電子裝置。體內(nèi)體內(nèi)和體外和體外兩部分組成兩部分組成。將外耳將外耳傳入的聲能轉(zhuǎn)換成電傳入的聲能轉(zhuǎn)換成電能能，植入電極，植入電極，直接刺激耳，直接刺激耳蝸內(nèi)殘余的聽神經(jīng)纖維蝸內(nèi)殘余的聽神經(jīng)纖維，產(chǎn)，產(chǎn)生生聽覺。聽覺。圖圖5-9 5-9 一種常見的人工耳蝸一種常見的人工耳蝸4 4、人工電子耳、人工電子耳5 5、人工肺、人工肺定義：又稱氧合器，是指用來取代人體肺功能，用于血氣交換，調(diào)節(jié)血內(nèi)氧氣和二氧化碳含量的裝置。肺膜發(fā)展：聚氯乙烯 硅橡膠 1980年以后，各種高分子材料制成的各種形式的膜肺20世紀(jì)80年代，我國聚丙烯中空纖維管型膜肺研制成功聚合物材料：聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、醋酸纖維素、乙基纖維素、硅橡膠等膜肺的結(jié)構(gòu)形式：平板型、中空纖維管型、液膜型（用氟碳化合物）和透析型4.6 4.6 發(fā)展概況發(fā)展概況1.生物醫(yī)用高分子材料：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。2.研