可降解生物材料的性能課堂展示

1、可降解生物材料的性能可降解生物材料的性能u生物材料生物材料u可降解材料可降解材料u 生物降解材料生物降解材料生物材料也稱為生物醫(yī)用材料,是指以醫(yī)療為目的,用于與人體組織相接觸以形成某種功能的無(wú)生命的材料1在一段時(shí)間內(nèi),在熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)意義上均可降解的材料由于真菌、細(xì)菌等自然界微生物的作用而降解,最終分解為二氧化碳和水在光、熱、水、污染化合物、微生物、昆蟲、機(jī)械力等自然環(huán)境條件作用下降解。1生物醫(yī)用材料的發(fā)展歷程生物醫(yī)用材料的發(fā)展歷程1l 公元前2500年在中國(guó)及埃及人的墓穴中己有發(fā)現(xiàn)有假手、假耳等人工假體,我國(guó)隋唐時(shí)代就有了補(bǔ)牙用的銀膏。l 1926年,不銹鋼材料用于骨科治療;20世紀(jì)50年代

2、用純欽制作的骨釘、骨板已用于臨床。l 20世紀(jì)70年代后期以Ti一Ni系為代表的形狀記憶合金成為骨科、口腔科醫(yī)用金屬材料的重要組成部分。l 20世紀(jì)60年代初,聚甲基丙烯酸開始用于骸關(guān)節(jié)的修復(fù)。l 生物陶瓷的開始研究開始于20世紀(jì)60年代,首先是用于骨校正和牙種植的多晶氧化鋁陶瓷。l 1971年,經(jīng)基磷灰石陶瓷獲得臨床應(yīng)用。l 在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國(guó)家,利用生物醫(yī)用材料制造醫(yī)療用品和人工器官己十分普遍。l 近三十年來(lái)，可降解生物材料成為了發(fā)展迅速的新興材料。 人體內(nèi)除一些功能復(fù)雜的人體內(nèi)除一些功能復(fù)雜的臟器器官發(fā)生損壞或有大面積臟器器官發(fā)生損壞或有大面積的組織發(fā)生創(chuàng)傷需要永久性替的組織發(fā)生創(chuàng)傷需要永久

3、性替換外換外, ,其它許多醫(yī)學(xué)植入裝置其它許多醫(yī)學(xué)植入裝置( (如矯形裝置和藥物控釋制劑如矯形裝置和藥物控釋制劑等等) )只需短期或暫時(shí)起作用只需短期或暫時(shí)起作用, ,因因此此, ,若其作為異物繼續(xù)留在體若其作為異物繼續(xù)留在體內(nèi)內(nèi), ,就有長(zhǎng)期釋放毒性的潛在就有長(zhǎng)期釋放毒性的潛在危險(xiǎn)危險(xiǎn), ,需要再次手術(shù)取出。需要再次手術(shù)取出。11 可降解生物材料正是適應(yīng)這類醫(yī)學(xué)應(yīng)用的需要而發(fā)展起來(lái)的。這可降解生物材料正是適應(yīng)這類醫(yī)學(xué)應(yīng)用的需要而發(fā)展起來(lái)的。這類材料在體內(nèi)生理環(huán)境下可逐步降解并被機(jī)體吸收代謝類材料在體內(nèi)生理環(huán)境下可逐步降解并被機(jī)體吸收代謝, ,因此不需要再因此不需要再次動(dòng)手術(shù)取出次動(dòng)手術(shù)取出;

4、 ;同時(shí)同時(shí), ,大部分可降解醫(yī)用材料的組成單元或降解產(chǎn)物是大部分可降解醫(yī)用材料的組成單元或降解產(chǎn)物是生物體內(nèi)自身存在的小分子生物體內(nèi)自身存在的小分子, ,比非降解材料具有更好的生物相容性和生比非降解材料具有更好的生物相容性和生物安全性物安全性。2 常見的的可降解生物材料主要包括常見的的可降解生物材料主要包括手術(shù)縫合線手術(shù)縫合線、人造皮膚人造皮膚、矯形外科、體內(nèi)藥物緩釋劑、矯形外科、體內(nèi)藥物緩釋劑、骨折固定材料骨折固定材料、人工腎和醫(yī)用抗粘、人工腎和醫(yī)用抗粘劑等。劑等。天然可吸收手術(shù)縫合線天然可吸收手術(shù)縫合線l 羊腸線l 甲殼素可吸收縫合線l 膠原纖維可吸收縫合線人工合成類生物降解纖維人工合成

5、類生物降解纖維l 聚乙烯醇纖維 (PVA)l 聚乙丙交酯類縫合線( PGLA)l 聚乳酸類可吸收縫合線 (PLA)l 聚對(duì)二氧環(huán)己酮縫合線( PDS)l 聚己內(nèi)酯類( PCL) 手術(shù)縫合線手術(shù)縫合線天然可降解纖維材料皆取自于生體物天然可降解纖維材料皆取自于生體物質(zhì)或天然物質(zhì)質(zhì)或天然物質(zhì), ,在體內(nèi)是通過(guò)酶催化作在體內(nèi)是通過(guò)酶催化作用而完成降解的。如膠原纖維、海藻用而完成降解的。如膠原纖維、海藻酸鈣纖維、聚羥基烷酸類纖維和甲殼酸鈣纖維、聚羥基烷酸類纖維和甲殼素類纖維等。但是它們?cè)谙汉透兴仡惱w維等。但是它們?cè)谙汉透腥经h(huán)境中抗張強(qiáng)度損耗快染環(huán)境中抗張強(qiáng)度損耗快, ,吸收時(shí)間不吸收時(shí)間不好控制

6、。好控制。33人工合成降解纖維有聚二氧雜環(huán)己酮纖維人工合成降解纖維有聚二氧雜環(huán)己酮纖維 (PDS)(PDS)、聚乙烯醇纖維、聚乙烯醇纖維 (PVA)(PVA)、聚乙交酯纖維、聚乙交酯纖維 (PGA)(PGA)和聚丙乙交酯纖維和聚丙乙交酯纖維 (PGLA)(PGLA)等。與天然可等。與天然可吸收纖維不同的是吸收纖維不同的是, ,合成可吸收纖維由于其特合成可吸收纖維由于其特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)使得它們?cè)谌梭w內(nèi)是通過(guò)酸或堿殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)使得它們?cè)谌梭w內(nèi)是通過(guò)酸或堿的作用而完成降解的。該類纖維突出的優(yōu)點(diǎn)是的作用而完成降解的。該類纖維突出的優(yōu)點(diǎn)是抗張強(qiáng)度大抗張強(qiáng)度大, ,吸收期可以調(diào)節(jié)。吸收期可以調(diào)節(jié)。33 理想

7、的縫合線應(yīng)在體內(nèi)有良好的適應(yīng)性、無(wú)毒、無(wú)刺激性，且在體內(nèi)保持一定時(shí)間的理想的縫合線應(yīng)在體內(nèi)有良好的適應(yīng)性、無(wú)毒、無(wú)刺激性，且在體內(nèi)保持一定時(shí)間的強(qiáng)度后能被組織吸收，其縫合、打結(jié)性能以及柔性等方面都應(yīng)符合操作要求。以前使用的強(qiáng)度后能被組織吸收，其縫合、打結(jié)性能以及柔性等方面都應(yīng)符合操作要求。以前使用的羊腸線易產(chǎn)生抗原體反應(yīng)，在人體內(nèi)的適應(yīng)性不太理想，且保存不便。研究表明，甲殼素羊腸線易產(chǎn)生抗原體反應(yīng)，在人體內(nèi)的適應(yīng)性不太理想，且保存不便。研究表明，甲殼素與殼聚糖制成的醫(yī)用縫合線可被體內(nèi)溶菌酶分解，生成與殼聚糖制成的醫(yī)用縫合線可被體內(nèi)溶菌酶分解，生成CO2CO2排出體外，生成糖蛋白可被組排出體外，

8、生成糖蛋白可被組織吸收，免除了手術(shù)后拆線的麻煩，減輕了病人的痛苦。在尿、膽汁、胰液中能保持良好織吸收，免除了手術(shù)后拆線的麻煩，減輕了病人的痛苦。在尿、膽汁、胰液中能保持良好的強(qiáng)度，使用后自行吸收，不引起過(guò)敏，還能加速傷口愈合。的強(qiáng)度，使用后自行吸收，不引起過(guò)敏，還能加速傷口愈合。33手術(shù)縫合線手術(shù)縫合線 皮膚因燒傷或外傷而缺損時(shí)皮膚因燒傷或外傷而缺損時(shí), ,會(huì)發(fā)生體液滲出而使體會(huì)發(fā)生體液滲出而使體內(nèi)電解質(zhì)平衡量被破壞、感染或引起敗血癥內(nèi)電解質(zhì)平衡量被破壞、感染或引起敗血癥, ,嚴(yán)重者將危嚴(yán)重者將危及生命及生命, ,故應(yīng)盡快覆蓋創(chuàng)面。通?？刹捎米泽w皮、同種異故應(yīng)盡快覆蓋創(chuàng)面。通?？刹捎米泽w皮、同

9、種異體皮、異種皮及人造皮膚等皮膚代用品覆蓋。自體皮與同體皮、異種皮及人造皮膚等皮膚代用品覆蓋。自體皮與同種異體皮雖好但來(lái)源有限種異體皮雖好但來(lái)源有限, ,且因采皮又產(chǎn)生新的創(chuàng)面且因采皮又產(chǎn)生新的創(chuàng)面; ;異種異種皮皮, ,如豬皮如豬皮, ,存活時(shí)間短存活時(shí)間短, ,一般僅一般僅7 01 7 01 天天, ,且保存不便且保存不便, ,有有時(shí)還因抗原性而發(fā)生異性蛋白反應(yīng)時(shí)還因抗原性而發(fā)生異性蛋白反應(yīng), ,人造皮因儲(chǔ)存、運(yùn)輸人造皮因儲(chǔ)存、運(yùn)輸方便方便, ,不必冷藏不必冷藏, ,不受時(shí)限不受時(shí)限, ,來(lái)源廣而被廣泛研制。來(lái)源廣而被廣泛研制。44人造皮膚人造皮膚人造皮膚人造皮膚 人工皮膚提供傷口暫時(shí)的生

10、理性覆蓋，就像正常皮膚一人工皮膚提供傷口暫時(shí)的生理性覆蓋，就像正常皮膚一樣，具有避免機(jī)械損傷、防止細(xì)菌入侵、阻止水分蒸發(fā)和丟樣，具有避免機(jī)械損傷、防止細(xì)菌入侵、阻止水分蒸發(fā)和丟失的作用失的作用. .44人造皮膚人造皮膚5 人類從很早就開始了骨折內(nèi)固定材料的探索歷程。我國(guó)古代即人類從很早就開始了骨折內(nèi)固定材料的探索歷程。我國(guó)古代即已有金針拔骨法整復(fù)骨折復(fù)位。已有金針拔骨法整復(fù)骨折復(fù)位。2020世紀(jì)世紀(jì)4040年代年代, ,醫(yī)用金屬材料應(yīng)用醫(yī)用金屬材料應(yīng)用己經(jīng)非常普遍己經(jīng)非常普遍, ,主要用于骨和牙等硬組織的修復(fù)和替換主要用于骨和牙等硬組織的修復(fù)和替換, ,如人工關(guān)節(jié)如人工關(guān)節(jié), ,人工骨及各種內(nèi)

11、外固定器械。人工骨及各種內(nèi)外固定器械。, ,鉆基合金和欽基合金的出現(xiàn)鉆基合金和欽基合金的出現(xiàn), ,尤其是尤其是鎳一欽形狀記憶合金的合成鎳一欽形狀記憶合金的合成, ,開創(chuàng)了骨科應(yīng)用金屬植入材料的新紀(jì)開創(chuàng)了骨科應(yīng)用金屬植入材料的新紀(jì)元元, ,促進(jìn)了內(nèi)固定材料的發(fā)展。促進(jìn)了內(nèi)固定材料的發(fā)展。66骨折固定材料骨折固定材料金屬材料存在著顯著的缺陷。金屬材料存在著顯著的缺陷。金屬材料與骨組織的機(jī)械相金屬材料與骨組織的機(jī)械相容性不好容性不好, ,這種機(jī)械性能的不這種機(jī)械性能的不匹配將導(dǎo)致應(yīng)力分布的不均匹配將導(dǎo)致應(yīng)力分布的不均勻勻, ,使受載時(shí)植入體與骨產(chǎn)生使受載時(shí)植入體與骨產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)相對(duì)運(yùn)動(dòng), ,從而可直

12、接導(dǎo)致植從而可直接導(dǎo)致植入體的松動(dòng)和脫位入體的松動(dòng)和脫位; ;更為重要更為重要的是，由于應(yīng)力遮擋效應(yīng)的是，由于應(yīng)力遮擋效應(yīng), ,導(dǎo)導(dǎo)致骨質(zhì)疏松致骨質(zhì)疏松, ,骨吸收或骨萎縮骨吸收或骨萎縮, ,從而又容易出現(xiàn)二次骨折。從而又容易出現(xiàn)二次骨折。其次其次, ,金屬材料的組織相容性金屬材料的組織相容性不好不好, ,組織相容性不佳來(lái)源于組織相容性不佳來(lái)源于金屬植入體的腐蝕。金屬植入體的腐蝕。66可降解吸收骨折內(nèi)固定材料可降解吸收骨折內(nèi)固定材料骨折固定材料骨折固定材料 可降解吸收性骨折內(nèi)固定材料由于具有生物可降解吸收性和力學(xué)性能的可降解吸收性骨折內(nèi)固定材料由于具有生物可降解吸收性和力學(xué)性能的衰減性衰減性,

13、 ,在理論上最符合骨折生物學(xué)固定的要求在理論上最符合骨折生物學(xué)固定的要求, ,即使用高強(qiáng)度、高模量的可即使用高強(qiáng)度、高模量的可吸收性材料作骨折內(nèi)固定材料吸收性材料作骨折內(nèi)固定材料, ,在骨折早期能實(shí)現(xiàn)堅(jiān)強(qiáng)固定在骨折早期能實(shí)現(xiàn)堅(jiān)強(qiáng)固定, ,隨著自身骨的愈隨著自身骨的愈合合, ,可降解材料的強(qiáng)度、剛度不斷衰減可降解材料的強(qiáng)度、剛度不斷衰減, ,其載荷可逐步轉(zhuǎn)到新生骨上其載荷可逐步轉(zhuǎn)到新生骨上, ,滿足骨折滿足骨折愈合動(dòng)力學(xué)的要求?？朔藨?yīng)力遮擋愈合動(dòng)力學(xué)的要求?？朔藨?yīng)力遮擋, ,提高了自身骨的修復(fù)效果提高了自身骨的修復(fù)效果, ,以及無(wú)需再以及無(wú)需再次手術(shù)取出、不千擾次手術(shù)取出、不千擾CTCT或核

14、磁成像或核磁成像(MRI)(MRI)等等77優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn), ,生物降解型磷酸鈣骨水泥生物降解型磷酸鈣骨水泥骨折固定材料骨折固定材料結(jié)語(yǔ)生物降解性能是生物醫(yī)用材料的重要性質(zhì)之一,它對(duì)生物醫(yī)用材料在體內(nèi)的應(yīng)用具有重要的意義。隨著生物醫(yī)用材料的迅速發(fā)展，對(duì)于生物材料可降解性能方面的要求也越來(lái)越關(guān)鍵，更好地了解可降解性生物材料的性能將有助于生物材料科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展。1朱長(zhǎng)麗. MHA/PCL生物可降解材料的研制D.東華大學(xué),2005.2尹艷,何小維,黃強(qiáng),于淑娟. 殼聚糖在可吸收手術(shù)縫合線中的應(yīng)用J. 中國(guó)甜菜糖業(yè),2006,04:28-30+523何理平,吳端生,陳新,曹紅峰. 可吸收手術(shù)縫合線的研究進(jìn)展