第七章醫(yī)用高分子

1、思考題：1.舉例說(shuō)明醫(yī)用高分子的應(yīng)用情況。2.藥用高分子的類型及其作用。 3.藥用高分子的性能要求。4.說(shuō)明人工臟器用高分子材料的性能要求。 一、前言： 醫(yī)用高分子材料制品種類繁多。從天靈蓋到腳趾骨，從內(nèi)臟到皮膚，從血液到五官都已有人工的高分子代用品。同時(shí)，高分子藥物及固定化酶、人工細(xì)胞、標(biāo)記細(xì)胞、免疫吸附劑等也在迅速發(fā)展。醫(yī)用高分子可分三類：（一）高分子藥物（二）醫(yī)療器械、用具：輸液輸血袋、縫合線、醫(yī)用膠粘劑、高吸水樹(shù)脂、塑料注射器等，用量最大。（三）人工臟器：心、肺、腎、肝、胰、氣管、眼、耳、喉等。 人工組織：人工骨、關(guān)節(jié)、血管、心臟瓣膜、皮膚、血液、神經(jīng)、肌腱、晶狀體等。 二 、 醫(yī)用高

2、分子藥物： 1.分類及其作用 兩類： 一類：具有藥理作用，可以治病。 如：（1）天然高分子：明膠，山東的“阿膠”，胰島素等。 （2）合成高分子： 可治硅肺聚乙烯吡咯烷酮可增補(bǔ)血液具有較好的抗凝血性第二類：把小分子藥物結(jié)合到高分子載體上 1 把小分子藥物以化學(xué)鍵形式接到高分子鏈上。 2 把小分子藥物包封于高分子基質(zhì)中，微膠束化。把小分子藥物接到高分子上的目的：（1）緩釋：使藥物有控制地釋放，減少毒性和副作用。載帶青霉素的高分子藥物（2）靶向：在高分子載體上接上一定的基團(tuán)，這些特殊基團(tuán)對(duì)病變部位有特殊親合作用，高分子載體可載著小分子藥物，準(zhǔn)確地運(yùn)送到發(fā)病部位，集中殺傷，被稱為“導(dǎo)彈藥物” 。磁性微

3、球2藥用高分子的要求：（1）本身有藥理作用的：有藥效，副作用小。（2）高分子載體： a. 無(wú)毒，不致癌。 b.完成藥物輸送后能發(fā)生降解，及時(shí)排出體外。 c. 達(dá)到醫(yī)用標(biāo)準(zhǔn)，避免單體、引發(fā)劑等有毒殘留物。 3.常用作藥物載體的高分子有：水凝膠、聚乙烯醇、聚乙烯吡啶、聚乙二醇如：羥乙酸和乳酸的聚合物及其共聚物是生物降解高分子，用作傷口縫合線可隨著傷口的愈合而被吸收，不必拆線，該材料也可用作高分子載體。三、醫(yī)用器械和普通醫(yī)用品用量大如：各種膠管、瓶子、注射器、采血瓶等，應(yīng)注意材料的無(wú)毒性。四、人工臟器1.重要性： 由于高分子科學(xué)和醫(yī)學(xué)的發(fā)展，人類已達(dá)到能修補(bǔ)人體缺損。這一實(shí)踐雖不普及，但已有較大的規(guī)

4、模和較高的水平，有著深遠(yuǎn)的意義。 實(shí)施這一活動(dòng)有三個(gè)環(huán)節(jié)：（1）合成特殊功能材料；（2）做成人工臟器；（3）通過(guò)高超的手術(shù)技術(shù)將人工臟器至于人體。缺一不可。 部分人工臟器的臨床應(yīng)用歷史人工骨： 1940年人工腎： 1943年人工氣管； 1948年人工血管： 1951年人工食管： 1951年心臟起搏器：1952年人工關(guān)節(jié)： 1954年B.Walldius 人工瓣膜： 1957年人工肺： 1958年全人工心肺：1982年 世界 1980年1990年 醫(yī)用高分子需要數(shù)（萬(wàn)） 價(jià)值 （ 億元）需要數(shù)（萬(wàn)） 價(jià)值 （億元）人工骨、關(guān)節(jié)750022.5130人工血管75150240480人工心臟瓣膜451

5、1251353375人工心肺2.2511255.252625人工腎臟36144008132400人工心臟152250050750002、人工臟器用的高分子材料的性能要求1.組織相容性-無(wú)排異、過(guò)敏、致畸、致癌生物體對(duì)生物材料的響應(yīng)宿主反應(yīng) A: 血液反應(yīng) 1、血小板血栓； 2、凝血系統(tǒng)激活； 3、纖溶系統(tǒng)激活； 4、溶血反應(yīng)； 5、白細(xì)胞反應(yīng)； 6、細(xì)胞因子反應(yīng)； 7、蛋白粘附； B: 免疫反應(yīng) 1、補(bǔ)體激活； 2、體液免疫反應(yīng)（抗原抗體反應(yīng)）； 3、細(xì)胞免疫反應(yīng)。 C: 組織反應(yīng) 1、炎癥反應(yīng)； 2、細(xì)胞粘附 3、細(xì)胞增殖（異常分化） 4、形成蘘膜 5、細(xì)胞質(zhì)的轉(zhuǎn)變（1）生物學(xué)反應(yīng)（2）生物

6、體對(duì)生物反應(yīng)的變化 1.急性全身反應(yīng) 過(guò)敏、毒性、溶血、發(fā)熱、神經(jīng)麻痹等2. 慢性全身反應(yīng) 毒性、致畸、免疫、功能障礙等3. 急性局部反應(yīng) 炎癥、血栓、壞死、排異等4. 慢性局部反應(yīng) 致癌、鈣化、炎癥、潰瘍等高分子材料表面化學(xué)改性提高生物相容性1.表面化學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)細(xì)胞依附和生長(zhǎng)的影響2.表面親水性3.表面粗糙結(jié)構(gòu)4.表面電荷分布細(xì)胞表面帶負(fù)電荷 實(shí)例： 肝素化聚乙烯醇性能研究1. 縮醛化聚乙烯醇膜的合成 在500 mL 三口瓶中，加入6 g 聚乙烯醇和180mL水，加熱至90使其溶解。再加入3g甘油，繼續(xù)加熱0.5 h，降溫至30左右，加入4g甲醛和12g戊二醛，攪拌均勻，將混合液鋪成薄層，放于

7、烘箱60處理2 h，70處理2h，冷卻后取出，即為縮醛化聚乙烯醇膜。2. 肝素化聚乙烯醇膜的合成 將縮醛化聚乙烯醇膜浸泡在w (肝素鈉)=1%的水溶液中得到肝素化聚乙烯醇復(fù)合膜。3. 結(jié)論 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，肝素化聚乙烯醇具有較理想的機(jī)械性能和生物相容性，是一種極具潛力的生物醫(yī)用材料。等離子體引發(fā)聚乙烯表面肝素化及其生物相容性利用等離子體引發(fā)在LDPE 膜表面接枝聚乙二醇(PEG) 和肝素，用體外凝血時(shí)間及細(xì)胞生長(zhǎng)試驗(yàn)考察改性LDPE 表面的生物相容性。結(jié)果表明PEG和肝素接枝到等離子體引發(fā)的LDPE 表面，肝素化LDPE 表面水接觸角降低，親水性增強(qiáng)，表面自由能增大，PEG和肝素接枝的LDPE 表面

8、可以延長(zhǎng)凝血時(shí)間，對(duì)血管壁平滑肌細(xì)胞的粘附與生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用。LDPE薄膜置于下電極中央，抽真空至2Pa，通入Ar氣，氣壓穩(wěn)定后啟動(dòng)電源，進(jìn)行等離子體處理。處理后，采用液相法(真空條件)，使薄膜與的PEG 水溶液進(jìn)行接枝反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，再用Ar氣等離子體引發(fā)與肝素鈉水溶液進(jìn)行接枝反應(yīng)，反應(yīng)溫度為37，反應(yīng)結(jié)束后，用蒸餾水反復(fù)沖洗薄膜，洗去未反應(yīng)物及附著物，于干燥器中烘干至恒重。3、常用的醫(yī)用高分子材料 有機(jī)硅： 生物相容性好，是應(yīng)用廣泛的醫(yī)用高分子。 如：人造骨、人工喉、人工心臟尖瓣、心臟殼體、肌腱、角膜、眼中玻璃體、肺中膜、膽道、膀胱等。 聚四氟乙烯： 化學(xué)穩(wěn)定性，不粘性，表面能低，耐腐蝕

9、，耐老化，表面光滑。 聚四氟乙烯人工血管能抑制血栓的形成，而且還能與人體周圍組織結(jié)合起來(lái)，形成薄而均勻的新生內(nèi)膜。 可做：人工關(guān)節(jié)、心臟瓣膜、心臟殼體、喉、膽道、氣管、食道、腦膜、肌腱、肺中膜。 聚氨脂： 抗凝血性能好、心臟殼體、心臟瓣膜、喉、關(guān)節(jié)、手術(shù)縫合線。 PE ：人工關(guān)節(jié)、氣管、食道、肺中膜。 PP：人工指關(guān)節(jié)。PVC：關(guān)節(jié)、心臟殼體、肌腱、肺中膜。PMMA：齒科材料、接觸眼鏡、頭骨、關(guān)節(jié)、心臟殼體 PVA：人工玻璃體、半透膜其它：碳纖維、kevler、聚砜、聚脂、滌綸、醋酸纖維素膜、環(huán)氧樹(shù)脂 高分子材料的人工臟器1. 人工心臟 聚氨酯橡膠隔膜美國(guó)開(kāi)發(fā)了“左心室同軸對(duì)稱輔助泵”此設(shè)備是

10、氣動(dòng)的，壓縮空氣使聚氨酯橡膠球式泵腔張合，幫助輸送血液。2 條壓縮空氣管從腹部引出到體外與心臟驅(qū)動(dòng)裝置相連，全套設(shè)備均由電子計(jì)算機(jī)控制，整個(gè)系統(tǒng)如同2 個(gè)聯(lián)立的雙缸內(nèi)燃機(jī)，交替往復(fù)運(yùn)動(dòng)不止。1982年上述雙心室人工心臟為一位61歲患者進(jìn)行了移植。手術(shù)后患者很正常，但僅活了112天。2 .人工腎是一種血液凈化裝置，是用高分子材料制成的具有透析過(guò)濾作用的膜，完成過(guò)濾和排泄功能。透析膜是透析型人工腎的關(guān)鍵。必須有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和對(duì)血液的穩(wěn)定性。能制成極薄片或極細(xì)的絲，以增加與血液接觸，能隨制造工藝不同，控制膜孔大小以滿足血液透析或過(guò)濾的需要。用做透析膜的高分子材料主要有再生纖維素、醋酸纖維素、聚丙烯腈、

11、聚甲基丙烯酸甲酯、EVA、聚砜、聚碳酸酯等。3.人工肝臟肝臟是人體代謝功能最強(qiáng)的一個(gè)臟器，是人體內(nèi)的一個(gè)加工廠和倉(cāng)庫(kù)。其結(jié)構(gòu)中有幾萬(wàn)種酶，具有貯存肝糖、解毒等功能。模擬肝臟功能的人工肝臟的研制是從1950 年代開(kāi)始的，1958 年人工肝臟在臨床上應(yīng)用，將肝代謝功能障礙患者的血液進(jìn)行透析，除去異常代謝物，達(dá)到解毒目的。1970 年代國(guó)外開(kāi)發(fā)了綜合型人工肝，它是由血液透析器、血漿分離器、毒物吸收塔等構(gòu)成，能起到暫時(shí)替代肝臟功能的作用。人工肝臟所用的透析膜是以聚丙烯腈等高分子材料制成。所用的活性炭以蛋白質(zhì)涂覆，還有的以多孔型的聚苯乙烯離子交換樹(shù)脂來(lái)取代活性炭。人工肝臟目前只是采用涂有高分子合成材料的

12、活性炭或高分子材料制成的透析膜，用血液的直接灌流法和透析法，對(duì)肝昏迷患者進(jìn)行急救解毒，只是一個(gè)具有解毒功能的輔助性急救裝置,只能在體外解決一時(shí)的代用問(wèn)題，植入人體的人工肝還是一個(gè)更長(zhǎng)遠(yuǎn)的目標(biāo)。人工血液聚酰胺266/ 羥基磷灰石復(fù)合材料的制備羥基磷灰石陶瓷具有良好的生物活性，能夠和骨體形成較強(qiáng)的鍵合，但脆性。為了提高其韌性，采用聚合物/ 羥基磷灰石復(fù)合。質(zhì)量比1 %羥基磷灰石漿液,在140 ,013MPa熱處理2h ,通過(guò)離心沉淀,得到大約24 %的羥基磷灰石納米晶體( n2HA) 漿液。將1400g 羥基磷灰石納米晶體漿液,加入3000ml 帶有分水裝置、攪拌裝置和冷凝裝置的三頸瓶?jī)?nèi), 加入1500ml DMAC ( N , N2d