醫(yī)用高分子材料課件

1、第5章 醫(yī)用高分子材料生物醫(yī)用高分子材料人工器官醫(yī)用粘合劑 藥用高分子材料高分子免疫佐劑 醫(yī)用診斷高分子生物醫(yī)用高分子材料的發(fā)展概況與趨勢 目錄5.1 生物醫(yī)用高分子材料概述植入材料的種類很多，而高分子材料的使用最為廣泛，據(jù)統(tǒng)計，近10年來醫(yī)用高分子材料的使用占全部生物材料的47%。醫(yī)用高分子材料按照材料的性質(zhì)劃分包括生物惰性高分子材料和生物可降解高分子材料兩類。生物惰性材料的要求：不受體液環(huán)境中酶、酸、堿等的破壞。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。通常用于韌帶、肌腱、皮膚、血管、骨骼、牙齒等人體軟、硬組織器官的修復(fù)和替換。5.1.1 植入材料必須滿足的條

2、件（1）化學(xué)隋性，不會因與體液接觸而發(fā)生反應(yīng)；（2）對人體組織不會引起炎癥或異物反應(yīng)；（3）不會致癌,高分子材料本身并沒有比其他材料更多的致癌可能性；（4）具有良好的血液相容性(最重要)；（5）長期植入體內(nèi)后其力學(xué)性能不會受到影響；（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)的變化；（7）易于成型和加工成需要的復(fù)雜形狀。5.1.3 高分子材料的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：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）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）降解或代謝產(chǎn)物植入材料的幾何形狀1.組織相容性的要求：活體組織不發(fā)生炎癥，排斥

3、，材料不發(fā)生鈣沉著等。2.提高血液相容性的技術(shù)表面修飾：（1）使表面帶負電荷，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, 它由兩種或多種 不同性質(zhì)的單體段聚合而成. 當(dāng)單體之間不相容 時, 它們傾向于發(fā)生相分離, 但由于不同單體之間 有化學(xué)鍵相連, 不可能形成通常意義上的宏觀相 變, 而只能形成納米到微米尺度的相區(qū), 這種相分 離通常稱為微相分離, 不同相區(qū)所形成的結(jié)構(gòu)稱為 微相分離結(jié)構(gòu). 5.2 高分子材料的特性高分子材料：一類相對分

4、子質(zhì)量比一般有機化合物高得多的化合物。一般有機化合物的相對分子質(zhì)量只有幾十到幾百，高分子化合物是通過小分子單體聚合而成的相對分子質(zhì)量高達上萬甚至上百萬的聚合物。通常高分子材料可以壓延成膜；可以紡制成纖維；可以擠鑄或模壓成各種形狀的構(gòu)件；可以產(chǎn)生強大的粘結(jié)能力；可以產(chǎn)生巨大的彈性形變；并具有質(zhì)輕、絕緣、高強、耐熱、耐腐蝕、自潤滑等許多獨特的性能。高分子材料的性能是其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和分子運動的具體反映。高分子材料的高分子鏈通常由上萬到上百萬個結(jié)構(gòu)單元組成。5.2.1 近程結(jié)構(gòu) 1. 高分子鏈的組成高分子是鏈狀結(jié)構(gòu)，高分子鏈是由單體通過加聚或縮聚反應(yīng)連接而成的鏈狀分子。通常的有機高分子化合物，它是由碳-碳

5、主鏈或由碳與氧、氮或硫等元素形成主鏈的高聚物，即均鏈高聚物或雜鏈高聚物。高密度聚乙烯(HDPE)結(jié)構(gòu)為CH2CH2n，是高分子中分子結(jié)構(gòu)最為簡單的一種，它的單體是乙烯，重復(fù)單元即結(jié)構(gòu)單元為CH2CH2 ，稱為鏈節(jié)，n為鏈節(jié)數(shù)，亦為聚合度。聚合物為鏈節(jié)相同，聚合度不同的混合物，這種現(xiàn)象叫做聚合物分子量的分散性。對于結(jié)構(gòu)完全對稱的單體(如乙烯、四氟乙烯)，只有一種連接方式；對于CH2=CHX或CH2=CX2類單體，由于其結(jié)構(gòu)不對稱，形成高分子鏈時可能有三種不同鍵接方式：頭-頭連接，尾-尾連接，頭-尾連接。 2高分子鏈的形態(tài)如果在縮聚過程中有三個或三個以上的官能度的單體存在，或是在加聚過程中有自由基

6、的鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)發(fā)生，或是雙烯類單體第二鍵被活化等，則單體單元的鍵接順序通常有無規(guī)、交替、嵌段和接枝之分，能生成支化的或交聯(lián)的高分子。支化高分子又有星型、梳型和無規(guī)支化之分。1) 線型分子鏈由許多鏈節(jié)組成的長鏈，通常是卷曲為團狀，這類高聚物有較高的彈性、塑性好、硬度低，是典型的熱塑性材料的結(jié)構(gòu)，如圖5-3中所示。IIIIII圖5-3 高分子鏈結(jié)構(gòu)示意圖 (線型結(jié)構(gòu)；II支鏈型結(jié)構(gòu)；III交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu))2) 支鏈型分子鏈在主鏈上帶有支鏈，這類高聚物的性能和加工成型能力都接近線型分子鏈高聚物。線型和支鏈型高分子加熱可熔化，也可溶于有機溶劑，易于結(jié)晶，因此可反復(fù)加工成型，稱作“熱塑性樹脂”。合成纖維和大

7、多數(shù)塑料都是線型分子。3) 體型分子鏈分子鏈之間有許多鏈節(jié)互相交聯(lián)，這類高聚物的硬度高、脆性大、彈性和塑性較低，這種形態(tài)也稱為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。體型高分子不溶于任何溶劑，也不能熔融，所以只能以單體或預(yù)聚狀態(tài)進行成型，一旦受熱固化便不能再改變形狀，稱作“熱固性樹脂”。熱固性樹脂雖然加工成型比較復(fù)雜，但具有較好的耐熱和耐蝕性能，一般硬度也比較高。3. 高分子鏈的構(gòu)型構(gòu)型是指高分子鏈中原子或基團在空間的幾何排列順序。構(gòu)型表征了分子中最近鄰原子間的相對位置，這種原子排列非常穩(wěn)定，只有使化學(xué)鍵斷裂和重組才能改變構(gòu)型。構(gòu)型分為旋光異構(gòu)和幾何異構(gòu)兩大類。旋光異構(gòu)：有機物能構(gòu)成互為鏡影的兩種異構(gòu)體，表現(xiàn)出不同的旋光性

8、。例如飽和氫化物中的碳構(gòu)成一個四面體，碳原子位于四面體中心，4個基團位于四面體的頂點，當(dāng)4個基團都不相同時，位于四面體中心的碳原子稱為不對稱原子，用C*表示，其特點是C*兩端的鏈節(jié)不完全相同。有一個C*存在，每一個鏈節(jié)就有兩個旋光異構(gòu)體。根據(jù)它們在高分子鏈中的鏈接方式，聚合物鏈的立體構(gòu)成分為三種： (a)全同立構(gòu)，全部由一種旋光異構(gòu)單元鏈接；(b)間同立構(gòu)，由兩種旋光異構(gòu)單元交替鏈接；(c)無規(guī)立構(gòu)，兩種旋光異構(gòu)單元完全無規(guī)鏈接。無規(guī)立構(gòu)通過使用特殊催化劑可以轉(zhuǎn)換成有規(guī)立構(gòu)，這種聚合方法稱為定向聚合。旋光異構(gòu)會影響高聚物材料的性能，例如，全同立構(gòu)的聚苯乙烯，其結(jié)構(gòu)比較規(guī)整，能結(jié)晶，軟化點為24

9、0；而無規(guī)立構(gòu)的聚苯乙烯結(jié)構(gòu)不規(guī)整，不能結(jié)晶，軟化點只有80。幾何異構(gòu)：由于聚合物內(nèi)雙鍵上的基團在雙鍵兩側(cè)排列的方式不同，分為順式和反式構(gòu)型。例如聚丁二烯利用不同催化系統(tǒng)，可得到順式和反式構(gòu)型，前者為聚丁橡膠，后者為聚丁二烯橡膠，結(jié)構(gòu)不同，性能就不完全相同。5.2.2 遠程結(jié)構(gòu)1. 分子量和聚合度遠程結(jié)構(gòu)包括分子的大小與形態(tài)，鏈的柔順性及分子在各種環(huán)境中的構(gòu)象。分子量是高分子大小的量度，但高分子的分子量只有統(tǒng)計意義，只能用統(tǒng)計平均值來表示，如數(shù)均分子量Mn和重均分子量Mw。聚合度是表征高分子大小的參數(shù)，它是指高分子中所含的重復(fù)單元的數(shù)目，其值與分子量成正比。聚合度也具有統(tǒng)計平均意義。分子量和分

10、子量分布是影響材料性能的重要因素。聚合物的分子量或聚合度達到某一數(shù)值后，才能顯示出有實用價值的機械強度，稱為臨界聚合度。分子量分布對高分子材料的加工和使用有明顯影響，人工器官：暫時或永久性地代替身體某些器官主要功能的人工裝置，它是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)中一門新的學(xué)科，主要研究模擬人體器官的結(jié)構(gòu)和功能，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裝置和電子裝置研究應(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。5.3.1 分類根據(jù)不同的分類方法人工器官可以分為如下幾類：1）按功能分：（1）支持運動功能的人工器官，如人工關(guān)節(jié)、人工脊椎、人工骨、人工

11、肌腱、肌電控制人工假肢等。（2）血液循環(huán)功能的人工器官，如人工心臟及其輔助循環(huán)裝置、人工心臟瓣膜、人工血管、人工血液等。（3）呼吸功能的人工器官，如人工肺（人工心肺機）、人工氣管、人工喉等。（4）血液凈化功能的人工器官，如人工腎（血液透析機）、人工肺等。（5）消化功能的人工器官，如人工食管、人工膽管、人工腸等。（6）排尿功能的人工器官，如人工膀胱、人工輸尿管、人工尿道等。（7）內(nèi)分泌功能的人工器官，如人工胰、人工胰島細胞。（8）生殖功能的人工器官，如人工子宮、人工輸卵管、人工睪丸等。（9）神經(jīng)傳導(dǎo)功能的人工器官，如心臟起搏器、膈起搏器等。（10）感覺功能的人工器官，如人工視覺、人工聽覺（人工耳

12、蝸）、人工晶體、人工角膜、人工聽骨、人工鼻等。（11）其他類，人工硬脊膜、人工皮膚等。5.3.2 具體介紹1. 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的制作；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?？茖W(xué)家們已經(jīng)成功在實驗室培植膀胱、尿道和氣管組織并在臨床實驗中移植給病患開始把目光轉(zhuǎn)向?qū)嶒炇遗嘤鼜?fù)雜組織器官的可能性，包括心臟，腎臟，肝臟，胰腺以及胸腺。這一醫(yī)學(xué)進展將有助于延長人的預(yù)期壽命，因為它將極大地

13、縮短需要器官移植的病人的等待時間。明尼蘇達大學(xué)教授多麗絲泰勒(Doris Taylor)甚至已經(jīng)成功地制成了一個跳動的人體心臟，方法是從一位自愿捐獻者的心臟上剝離死亡的細胞組織并代之以新鮮的鮮活細胞。而北卡羅來納州維克森林大學(xué)教授肖恩索克(Shay Soker)則成功獲得了“迷你版”的人類肝臟，他運用取自老鼠肝臟的蛋白質(zhì)“骨架”，并用人類肝臟干細胞在此基礎(chǔ)上培育出一個肝臟。一、人工心臟和人工心臟瓣膜 用于人工心臟泵體的高分子材料，除具備一般高分子材料的性能外，還特別要求具有柔性、彈性、耐疲勞強度和抗血栓性。若以一般成年人的心臟每分鐘平均搏動72次為例，每日搏動次數(shù)高達10萬次以上，當(dāng)從事體力勞

14、動時，還會成倍增加，一年就要搏動3650多萬次。因此，作為永久性人工心臟泵的材料要考慮到足夠的安全系數(shù)，必須具備優(yōu)異的耐撓曲性能。心臟每跳動一次，搏出的血液量約在3070mL。因而每分鐘將有45L的血液流經(jīng)心臟，多時可達1415L，為確保血液循環(huán)暢通無阻，用高分子材料制成的心臟泵體和隔膜的內(nèi)表面必須具有優(yōu)異的抗凝血性能。 用于人工心臟的主要材料有：鏈段型聚醚氨酯、聚硅氧烷與聚氨酯的嵌斷共聚物、硅橡膠、聚氯乙烯、聚四氟乙烯和聚烯烴等。用于心臟瓣膜的材料有：硅橡膠、熱解碳和生物瓣。 心臟瓣膜在心臟中所起的作用是極為重要的，如果說心臟是血液的泵體，瓣膜就是單向的閥門，它們只允許血液朝一個方向流動。當(dāng)

15、血液需要通過時就開啟，當(dāng)需要組織血液通過時就閉鎖，從而保證血液在身體中的正常循環(huán)。人體心臟中有四個瓣膜：三尖瓣、肺動脈瓣、主動脈瓣和二尖瓣。無論哪一個瓣膜發(fā)生病變，如增厚、狹窄或閉鎖不全都會引起不良后果，會出現(xiàn)心肌勞損、左心或右心衰竭，這些都屬于心臟病變的重要類型，嚴重時可導(dǎo)致心力衰竭死亡。 人工心臟瓣膜主要有：球形瓣、蝶形瓣和生物瓣等幾種類型。由于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分苛刻。它不僅要具有高強度和耐疲勞性，而且要有優(yōu)異的抗凝血性和耐磨性。人工心臟瓣膜：可植入心臟內(nèi)代替原有天然心臟瓣膜（主動脈瓣、肺動脈瓣、三尖瓣、二尖瓣），能使血液單向流動，具有天然

16、心臟瓣膜功能的人工器官。主要分為球形瓣，蝶形瓣，人體組織瓣，動物組織瓣等。人體組織瓣的應(yīng)用有兩種：同種異體移植：將一個瓣膜從一個人移植到另一個人。自身移植：從本人的一個部位移植到另一個部位。應(yīng)用最多的自身移植是將肺動脈瓣移植到主動脈瓣，稱為Ross手術(shù)。圖5-4 常見的幾種人工心臟瓣膜2. 人工腎定義：又稱人工透析機，一種透析治療設(shè)備，是用人工方法模仿人體腎小球的過濾作用，在體外循環(huán)的情況下，去除人體血液內(nèi)過剩的含氮化合物、新陳代謝產(chǎn)物或逾量藥物等，調(diào)節(jié)水和電解質(zhì)平衡，以使血液凈化的一種高技術(shù)醫(yī)療儀器。原理：應(yīng)用的膜分離技術(shù)原理，需從病人動脈將血液引流出來，在人工腎經(jīng)過透析后再從靜脈輸入病人體

17、內(nèi)。組成：血液凈化系統(tǒng)（透析器）、透析液供給系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)三部分透析器是人工腎的核心部分，現(xiàn)有用于透析器的膜材料主要有用化學(xué)方法從棉花中提取的再生纖維素和改良纖維素，以及一些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。 腎臟具有清除血液中代謝的廢物，如肌肝、尿素、尿酸和對人體有害的毒物、排除過多的水分、維持鹽分的濃度和酸堿平衡，以及重新吸收補充人體所需的部分營養(yǎng)等功能。腎功能衰竭會使代謝廢物不能及時清除而在血液中積蓄，使肌體的生理環(huán)境失去平衡而導(dǎo)致尿毒癥，甚至危及生命，采用一般藥物已無法救治。為了挽救病人，進行腎移植已獲成功，而且愈后效果較好。然而，由于供體來源受

18、到限制和移植后的排異反應(yīng)等受到限制，發(fā)明了人工腎。人工腎是利用高分子材料進行透析、過濾和吸附作用，使代謝物進入外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。 人工腎進行血液凈化有以下幾種方法：血液透析法、血液過濾法、血液透析過濾法、血漿交換法和血液毒素吸附法。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 德國貝朗全電腦控制血液透析儀人工腎是應(yīng)用的膜分離技術(shù)原理。根據(jù)GibbsDonnan膜平衡原理，用半透膜將引出 人體外的血液與專門配制的透析液隔開。由于血液和透析液所含溶質(zhì)濃度的不同，及其所形成的滲透濃度差，使包含代謝產(chǎn)物的溶質(zhì)（如尿素、肌肝、尿酸，以及廢物硫酸鹽

19、、酚和過剩離子Na+、K+、Cl），在濃度梯度的驅(qū)動下，從濃度高的血液一側(cè)，通過半透膜向濃度低的透析液一側(cè)移動（稱為彌散作用）；而水分則從滲透濃度低的一側(cè)向濃度高的一側(cè)轉(zhuǎn)移（稱為滲透作用），最終實現(xiàn)動態(tài)平衡，達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。組成： 透析型人工腎由三部分組成：血液凈化系統(tǒng)（透析器）、透析液供給系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)。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，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

20、環(huán)。當(dāng)代人工腎由微機控制，可自動檢測和控制滲透壓（靜脈回路壓力和透析液壓力之差）、透析液的溫度及濃度，并能進行靜脈口路氣泡檢測及報警，漏血檢測及報警，以及透析液低電導(dǎo)檢測及報警。人工腎透析回路組成示意圖 三、人工皮膚 皮膚在人體中起著保護、感覺、調(diào)節(jié)體溫、分泌和排泄、吸收和免疫等作用。當(dāng)皮膚受到損傷時，受傷皮膚表面的水分損失將會比正常時增加1020倍，體液中的蛋白、離子等有效成分也會隨之一起滲出，這樣不僅會影響人體正常的吸收和代謝的平衡，同時極容易引起創(chuàng)面感染和并發(fā)其他疾病。因此，及時并有效地保護創(chuàng)面，對創(chuàng)面進行抗?jié)B、防感染及封閉措施是皮膚修復(fù)的關(guān)鍵。由于通過植皮可以同時達到防止水分和體液的蒸

21、發(fā)和流失、預(yù)防感染、并使肉芽和上皮細胞逐漸成長以促進治愈的目的，因此植皮是皮膚修復(fù)中最為重要的措施。 根據(jù)對皮膚在人體中作用的認識沒，如今認為理想的皮膚修復(fù)材料應(yīng)該是無毒、沒有刺激性、不會引起免疫反應(yīng)；具有相容性以及類似天然皮膚的透濕性、柔軟性和潤濕性；應(yīng)既能與創(chuàng)面組織緊貼，起到防止創(chuàng)面的水分、體液損失和吸收創(chuàng)面滲出液的作用，又易于在皮膚愈合后自動脫落，并且易于消毒的材料。 目前在臨床中得到應(yīng)用的皮膚修復(fù)材料可分為兩大類：一類是天然的皮膚（包括自體皮、異體皮和異種皮）或動物組織（羊膜、胎盤、腹膜等）；另一類是人工皮膚，原料取自于天然高分子（膠原、甲殼素等）或合成高分子（尼龍、滌綸、硅橡膠等）。

22、 國內(nèi)外對于人工皮膚已有許多研究，公認較好的是呈復(fù)合結(jié)構(gòu)的人工皮膚（圖5-1）。其表層是其控制水分蒸發(fā)、防止蛋白質(zhì)和電解質(zhì)損失，可以防止細菌侵入的合成高分子膜；中間層是由合成高分子纖維制成，用于人工皮膚縫合固定在被植體上的柔軟織物；底層是由生物相容性好，能促進表皮細胞貼壁和增值的生物降解高分子制成的，可防止皮下積液的海綿狀物質(zhì)，組成人工皮膚的材料如表5-2所示。表5-2 組成人工皮膚的材料組 成材 料舉 例功 能表層合成高分子膜聚乙烯聚氨酯硅酮高分子控制水分蒸發(fā)防止蛋白質(zhì)和電解質(zhì)損失防止細菌侵入中間層合成高分子纖維尼龍篩網(wǎng)方便人工皮膚縫合固定于被植體底層海綿狀生物降解性高分子膠原海綿體殼聚糖共

23、聚（丙交酯-乙交酯）促進表皮細胞貼壁和增殖防止皮下積液圖5-10 用于創(chuàng)傷覆蓋的人工皮膚4、人工胰腺一種由微機控制的機械裝置，其原理是用人工方法取代正常胰腺的內(nèi)分泌，用以補充胰島素的分泌不足。分類：體外型人工胰、半生物型人工胰島、植入型人工胰。5. 人工肝又稱人工肝支持系統(tǒng)，就是借助人工干預(yù)暫時替代原有完整肝臟的功能，為患者自身細胞再生及功能恢復(fù)創(chuàng)造較好的內(nèi)環(huán)境及寶貴的時間。人工肝根據(jù)其組成和性質(zhì)主要可分三類：非生物型、生物型和混合型。6. 人工耳蝸又稱電子耳蝸，或人工電子耳，是模擬人體耳蝸生理功能的電子裝置。由體內(nèi)和體外兩部分組成。它能將通過外耳傳入的聲能轉(zhuǎn)換成電能，通過植人鼓階、圓窗或耳囊

24、內(nèi)的電極，直接刺激耳蝸內(nèi)殘余的聽神經(jīng)纖維，使聾人產(chǎn)生聽覺。圖5-9 一種常見的人工耳蝸7. 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。分類：靜立垂屏式人工肺、轉(zhuǎn)碟式人工肺、鼓泡式人工肺、膜肺。膜肺的設(shè)計原理不同于前三者，其主要依據(jù)仿生原理按照肺泡氣體彌散生理功能設(shè)計的；前三種人工肺中血液與氧氣直接接觸，而膜肺中血液和氧氣由薄膜隔開，一側(cè)通靜脈血，另一側(cè)通純氧。發(fā)展：第一個膜肺出現(xiàn)于1955年，膜材料用的是聚氯乙烯。真正實用的膜肺出現(xiàn)于1960年，膜材料為硅橡膠。膜肺的大發(fā)展是在1980年以后，出現(xiàn)了各種高分子聚合物材料制成的各種形式的膜肺。

25、20世紀80年代，我國的鼓泡式氧合器和聚丙烯中空纖維管型膜肺均研制成功。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8. 心臟起搏器定義：一類在心肌收縮發(fā)生障礙時，可以通過外部電脈沖刺激心臟使其正常工作的電子器械。分類：體外式和體內(nèi)埋植式兩種體外式：使用方法簡單，在緊急情況下使用，對患者進行搶救非常方便。還可根據(jù)患者的狀況變換心搏數(shù)。但是如果長期使用，在放置電極的部位容易發(fā)生感染。體內(nèi)埋植式：將起博器植入病人腹部或腋窩皮下，對長期使用者非常方便，但起搏器心搏數(shù)固定也會帶來各種問題。近

26、年來已經(jīng)研制出可以變動心搏數(shù)的誘導(dǎo)型起搏器。電極和接收器植于體內(nèi)，用發(fā)送器在體外控制，這樣便可以根據(jù)情況變更心搏數(shù)。圖5-11 常見的心臟起搏器示意圖5.4 醫(yī)用粘合劑作用：在外科手術(shù)中，醫(yī)用膠粘劑用于某些器官和組織的局部粘合和修補；手術(shù)后縫合處微血管滲血的制止骨科手術(shù)中骨骼、關(guān)節(jié)的結(jié)合與定位；齒科手術(shù)中用于牙齒的修補等。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）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行膠接；（2）常溫常壓下能與組織快速膠接； (3）在固化的同時

27、，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。 2) 醫(yī)用粘合劑的分類從醫(yī)用膠粘劑的使用對象和性能要求：齒科用膠粘劑和外科用(或體內(nèi)用)膠粘劑按照用途：軟組織用膠粘劑,牙科用膠粘劑,骨水泥和皮膚用膠粘劑等(1) 軟組織用膠粘劑 -氰基丙烯酸酯粘合劑 由于-碳原子上CN、COOR等極性基團的誘導(dǎo)效應(yīng)，-位的碳原子有很強的吸電性，在微量陰離子存在下就能產(chǎn)生瞬間聚

28、合反應(yīng)，同時使聚合體形成多極性中心，為與粘接對象產(chǎn)生界面粘接力提供條件。特點：在生物體組織上聚合速度最快，單組分、液態(tài)、無溶劑、室溫固化、固化速度快、粘接強度高等特點。目前，國外該膠粘劑品種有Adhere、Cyanobond、Eastman910、等。國內(nèi)比較有名的有504止血膠(主膠為-氰基丙烯酸正丁酯)、508醫(yī)用膠粘劑(主膠為-氰基丙烯酸正辛酯)等 血纖維蛋白粘合劑 主要成分：濃縮的血纖維蛋白原、凝備酶、血液凝固第VIII因子、抑肽酶等。特點：利用二次止血原理的生理功能性粘合劑，粘合不受血小板減少等血液凝固障礙的影響，不需加熱加壓，固化比較迅速。粘合不受水分的影響，同組織的親和性好，并可

29、適度吸收。主要用于軟組織手術(shù)創(chuàng)傷部位的止血，神經(jīng)、胰血管的粘合等。發(fā)展：早在1909年就有人研究嘗試從血液中提取凝血物質(zhì)用于止血。1972年奧地利開發(fā)成功粘合劑“FS”用于神經(jīng)修復(fù)，英國Kumanote大學(xué)醫(yī)院為了提高胰管和空腸的吻合效果，在手述中使用了該粘合劑。 (2) 硬組織用粘合劑 牙科粘合劑 牙科治療和修復(fù)應(yīng)用的粘接材料：粘固劑、合成粘合劑和復(fù)合樹脂。 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。近代發(fā)展了含有機化物的改性材料，如丁香油、聚羧酸、玻璃離子體等。20世紀30年代德國曾推出以甲基丙烯酸甲酯（

30、MMA）為主體的粘接材料，用作正畸治療和松動牙固定。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-p，已被廣泛用作配制粘合劑。 骨組織用粘合劑 通常人工骨和人工關(guān)節(jié)與骨組織的接合，采用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）骨水泥，由于其單體易引起細胞毒性反應(yīng)，骨水泥與骨組織界面有纖維組織生長，形成厚的結(jié)合組織膜，同時伴有血壓下降、聚合物的熱效應(yīng)對骨水泥四周產(chǎn)生損傷，以及結(jié)合力不充分等問題。近年來磷酸鈣系骨水泥

31、越來越引起重視。作用是使埋入骨內(nèi)的材料表面活化，使在材料表面上形成的骨組織與骨直接結(jié)合。在生物體內(nèi)，材料表面剛一溶出就從四周組織吸收鈣、磷構(gòu)成磷灰石層，同時，接近材料表面的骨組織有產(chǎn)生新生骨的功能，該新生骨與材料新生的磷灰石層直接結(jié)合，稱之為結(jié)合性形成骨。羥基磷灰石或定向性玻璃陶瓷等，反應(yīng)層薄、界面結(jié)合力或機械強度好，有利于臨床應(yīng)用。 皮膚用壓敏膠 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、SIS、SBS、丙烯酸共聚物、有機硅共聚物、聚氨酯等發(fā)展：早期在該領(lǐng)域中使用最多的是橡膠型壓敏膠帶。由于天然橡膠易老化,往往需要添加多種輔助劑。以SIS、SBS等彈性體為主的熱熔型壓敏膠粘帶,

32、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。最近,國內(nèi)外報道了采用輻射交聯(lián)和金屬陽離子交聯(lián)研制的丙烯酸酯熱熔壓敏膠,該膠具有眾多優(yōu)點。它與可見光引發(fā)劑共混而獲得光敏性，遇光后通過乙烯基交聯(lián)而降低剝離強度（最大降幅達90%）。5.5 藥用高分子材料5.5.1 概述定義：一類人工合成的用于一定治療目的的功能高分子。根據(jù)藥用高分子材料的結(jié)構(gòu)特點及用途分為：有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等。其中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

33、低副作用。5.5.2 藥用高分子材料與低分子藥物制劑相比，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。通常具備如下條件：1) 高分子藥物制劑本身及其分解產(chǎn)物應(yīng)當(dāng)無毒，不會引起炎癥和組織變異反應(yīng)，無致癌性；2) 在進入血液循環(huán)系統(tǒng)時不會引起血栓；3) 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；4) 能夠有效到達病灶處，并積累一定濃度；5) 口服藥劑的高分子殘基能通過排泄系統(tǒng)排出體外；通過導(dǎo)入方式進入循環(huán)系統(tǒng)的藥物，則要求聚合物主鏈易于降解，使之有可能排出體外或被人體吸收。1. 有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，通常在斷鏈后即失去藥性，是

34、真正意義上的高分子藥物。2. 藥物載體用高分子材料之所以有藥物載體用高分子材料是因為低分子藥物在體內(nèi)的新陳代謝一般速度很快，半衰期很短，在體內(nèi)的濃度降低快，很難維持治療所需要的濃度水平，大大影響了療效，故需大劑量頻繁進藥，而暫時性過高的藥劑濃度又會加重副作用，此外低分子藥物也缺乏進人人體部位的選擇性。3. 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：(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. 常規(guī)醫(yī)藥包裝用高分子材料常規(guī)醫(yī)藥包裝用

35、高分子材料大體可按照軟、硬進行分類，也可按照適用藥劑類型分類。5.6 高分子免疫佐劑5.6.1 免疫1. 免疫定義 ：機體免疫系統(tǒng)識別自身與異己物質(zhì)，并通過免疫應(yīng)答排除抗原性異物，以維持機體生理平衡的功能。免疫是人體的一種生理功能，人體依靠這種功能識別“自己”和“非己”成分，從而破壞和排斥進入人體的抗原物質(zhì)，或人體本身所產(chǎn)生的損傷細胞和腫瘤細胞等，以維持人體的健康。2.佐劑(adjuvant)定義：非特異性免疫增強劑，當(dāng)與抗原一起注射或預(yù)先注入機體時，可增強機體對抗原的免疫應(yīng)答或改變免疫應(yīng)答類型。種類:氫氧化鋁佐劑、短小棒狀桿菌、脂多糖、細胞因子、明礬等佐劑增強免疫應(yīng)答的機制：通過改變抗原的物

36、理形狀，延長抗原在機體內(nèi)保留時間；刺激單核吞噬細胞對抗原的提成能力；刺激淋巴細胞分化，增加擴大免疫應(yīng)答能力。由于佐劑能增強抗原表面面積，并能延長抗原在體內(nèi)保留時間，使抗原與淋巴系統(tǒng)細胞有充分接觸時間，所以它有多種作用：(1)把無抗原性的物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)橛行У目乖?2)增強循環(huán)抗體的水平或產(chǎn)生更有效的保護性免疫；(3)改變所產(chǎn)生的循環(huán)抗體的類型；(4)增強細胞介導(dǎo)的超敏反應(yīng)的能力；(5)產(chǎn)生實驗性自身免疫或其他類型的變態(tài)性疾??；(6)保護抗原(特別是DNA，RNA)不受體內(nèi)酶的分解。5.6.2 免疫佐劑又稱非特異性免疫增生劑。本身不具抗原性，但同抗原一起或預(yù)先注射到機體內(nèi)能增強免疫原性（見抗原）或改

37、變免疫反應(yīng)類型。常用的佐劑可分為4類：無機佐劑，如氫氧化鋁，明礬等；有機佐劑，微生物及其產(chǎn)物如分枝桿菌、短小桿菌、百日咳桿菌、內(nèi)毒素、細菌提取物等；合成佐劑，如人工合成的雙鏈多聚核苷酸、左旋咪唑、異丙肌苷等；油劑，如費氏佐劑、花生油乳化佐劑、礦物油、植物油等。弗氏佐劑目前在實驗動物中最常用，又可分為弗氏不完全佐劑和完全佐劑兩種。不完全佐劑：油劑與乳化劑相混合而成，當(dāng)其再與抗原混合，即成油包水乳劑，可用于免疫注射。弗氏完全佐劑：在不完全佐劑中加入死的分枝桿菌。完全佐劑的免疫強度大于不完全佐劑。該佐劑主要用于動物實驗，不適宜于人類使用。而且動物多次注射后也常會發(fā)生佐劑病。1. 免疫佐劑的生物作用包

38、括（1）抗原物質(zhì)混合佐劑注入機體后，改變了抗原的物理性狀，可使抗原物質(zhì)緩慢地釋放，延長了抗原的作用時間；（2）佐劑吸附了抗原后，增加了抗原的表面積，使抗原易于被巨噬細胞吞噬；（3）佐劑能刺激吞噬細胞對抗原的處理；（4）佐劑可促進淋巴細胞之間的接觸，增強輔助T細胞的作用；（5）可刺激致敏淋巴細胞的分裂和漿細胞產(chǎn)生抗體。故免疫佐劑的作用可使無免疫原性物質(zhì)變成有效的免疫原；（6）可提高機體初次和再次免疫應(yīng)答的抗體滴變；（7）改變抗體的產(chǎn)生類型以及產(chǎn)生遲發(fā)型變態(tài)反應(yīng)，并使其增強。2具備條件佐劑的條件作為一種良好的佐劑，必須具備下列條件：（1）增加抗原的表面積，并改變抗原的活性基團構(gòu)型，從而增強抗原的免

39、疫原性；（2）佐劑與抗原混合能延長抗原在局部組織的存留時間，減低抗原的分解速度，使抗原緩慢釋放至淋巴系統(tǒng)中，持續(xù)刺激機體產(chǎn)生高滴度的抗體；（3）佐劑可以直接或間接激活免疫活性細胞并使之增生，從而增強了體液免疫、細胞免疫和非特異性免疫功能；（4）良好的佐劑應(yīng)具有無毒性或副作用低的特點。 3.常用佐劑的種類和制備佐劑主要可分為兩種：一種本身具有免疫原性，如百日咳桿菌、抗酸桿菌（結(jié)核分枝桿菌）以及革蘭陰性桿菌等；另一種本身無免疫原性，如氫氧化鋁、磷酸鈣、礦物油乳劑、表面活性劑等。目前應(yīng)用最多的是弗氏佐劑(Freund adjuvant)。 1） 弗氏佐劑 弗氏佐劑是目前動物實驗中最常用的佐劑，分為不

40、完全弗氏佐劑和完全弗氏佐劑。不完全弗氏佐劑：液體石蠟與羊毛脂混合而成，組分比為15：1，可根據(jù)需要而定，通常為2：1。完全弗氏佐劑：不完全佐劑中加卡介苗(最終濃度為220mg/ml)或死的結(jié)核分枝桿菌。 一般首次注射時用12體積FCA加上12體積的抗原進行乳化，第二次或第三次注射時用不完全佐劑或不用佐劑。如不加佐劑，則抗原量增大10-20倍。配制方法：按比例將羊毛脂與石蠟油置容器內(nèi)，用超聲波使之混勻，高壓滅菌，置4下保存?zhèn)溆?。在免疫動物前，先將弗氏佐劑與抗原按一定比例混合，佐劑和抗原體積比一般為1：1，制備成 油包水乳狀液?？乖昧恳暱乖肿恿坎煌懊庖咴约懊庖邉游锊煌幸欢ú町悾瑹o統(tǒng)一標(biāo)

41、準和固定模式。一般是每兔（約2kg重）或每羊（約20kg重）第1次注射抗原1mg，以后逐次增加抗原量，最多每次不超過3mg。佐劑與抗原乳化可按如下方法進行： （1） 研磨法（2） 注射器混合法（3） 超聲2） 氫氧化鋁佐劑 取5%硫酸鋁溶液250ml，在強烈攪拌下加入5%氫氧化鈉溶液100ml，用生理鹽水離心洗滌沉淀2次，在懸濁液中滴入生理鹽水中使體積達到250ml。免疫接種時，取適量氫氧化鋁佐劑加等體積抗原即可免疫。 3） 明礬佐劑 鉀鋁礬(硫酸鋁鉀)在一定pH條件下產(chǎn)生氫氧化鋁膠體吸附抗原而產(chǎn)生佐劑效應(yīng)。制備方法是用生理鹽水溶解蛋白質(zhì)抗原，在攪拌下緩慢滴入一定量10%硫酸鋁鉀溶液，用NaO

42、H調(diào)pH到65，此時溶液變成乳狀懸液，離心后去掉上清液，沉淀用生理鹽水洗滌二次，加入硫柳汞防腐，4保存?zhèn)溆谩Ｃ鞯\佐劑一般用于肌肉注射，皮下注射容易引起肉芽腫和膿腫。 4） 脂質(zhì)體 脂質(zhì)體包封抗原后，可使抗原延緩釋放，并且脂質(zhì)體顆粒有刺激機體免疫反應(yīng)的作用。因此，用脂質(zhì)體包封的抗原免疫動物可提高免疫效果。4. 高分子免疫佐劑50年代開始，尤其是80年代以來，人們發(fā)現(xiàn)許多高分子化合物用于增強機體對抗原的免疫應(yīng)答十分有效，我們稱之為高分子免疫佐劑(polymer immunoadjuvant)。按不同的作用機理可以分為3類:(1)高分子本身能刺激、活化免疫細胞。(2)利用高分子物質(zhì)改變抗原的物理狀態(tài)

43、和遞呈方式 (3)利用高分子對抗原控制釋放。利用高分子控制釋放系統(tǒng)，設(shè)計具有向免疫器官(如脾臟、淋巴結(jié)等)和免疫細胞(如巨噬細胞等)靶向輸送性能的高分子佐劑也將是十分有意義的研究課題。高分子免疫佐劑的優(yōu)點還在于：這種長效佐劑可望將初免和加強免疫合并為一次接種，大大簡化接種程序，降低疫苗成本。5.7 醫(yī)用診斷高分子高分子材料含有的成分形態(tài)用途用于生物傳感器活性功能特性纖維素實驗紙簡易檢查試藥親水、空隙多、包埋保存酶較容易、利用微膠囊可同時含浸其他試藥醋酸纖維素聚碳酸酯膜酶電極利用分子選擇透過性（HO基質(zhì)，用兩種膜使酶保持三明治狀，防止流出）骨膠原膜酶電極通過電化學(xué)吸附法，可在含酶介質(zhì)中吸附骨膠原

44、尼龍管狀固定酶反應(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)用于流程系統(tǒng)分析儀聚丙烯酰胺凝膠固定酶試藥可以使用共價鍵鏈接TiO2-圍膠纖維素聚醋薄膜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藥成三明治多孔性二氧化硅珠狀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結(jié)構(gòu)單元醋酸纖維素膜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、抗體等聚丙烯酰胺葡酸珠狀FIA試藥蛋白質(zhì)吸著能高，容易制成微粒子，其密度接近于水聚苯乙烯珠狀RIA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理成為可能聚苯乙烯試驗管RIA試藥蛋白質(zhì)吸著能高，容易

45、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）聚苯乙烯膠乳凝聚反應(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理成為可能高分子材料含有的成分形態(tài)用途用于生物傳感器活性功能特性聚苯乙烯珠狀EIA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理成為可能聚苯乙烯試管脂酸凍點EIA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理成為可能（載子成為反應(yīng)容器，故操作簡單）玻璃蒸餾球狀EIA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5.7.1 疾病診斷的機理生物體的自我保護功能：當(dāng)外界的細菌、病毒等異物(抗原)侵入人

46、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。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。當(dāng)人體發(fā)生變態(tài)時，在體內(nèi)必然生成異種蛋白(抗原)，測定該蛋白抗原，便可診斷疾病(或變態(tài))。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。5.7.2 應(yīng)用的高分子材料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)。這種共聚

47、聚苯烯酸酰胺（PG）在純水中高于特定溫度時，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。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。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

48、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.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極移動，速度可達25cm/min。聚苯胺聚吡咯在不同電場下會顯現(xiàn)不同的顏色。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。5.7.3 高分子診斷試劑應(yīng)用實例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)

49、秀的吸附體，可應(yīng)用于自免疫疾病的診斷。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)。肝癌的檢測，使用甲種脂蛋白，以同位素為標(biāo)志物進行檢查。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。5.8 幾種重要的醫(yī)用高分子材料5.8.1 尼龍尼龍是一類重要的高分子聚合物，一般用重復(fù)單

50、元的碳原子數(shù)目表示不同類型的尼龍。尼龍可以通過縮聚反應(yīng)或開環(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，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。5.8.2 聚乙烯聚乙烯是由乙烯（C2H4）構(gòu)成，聚乙烯的化學(xué)式為-(C2H4)n-，其中n標(biāo)示的是聚乙烯的聚合度。圖5-12 乙烯與聚乙烯化學(xué)結(jié)構(gòu)圖乙烯根據(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、高密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯性質(zhì)低密度高密度超高密度比重/(g/cm3)0.912-0.9250.926-0.9400.941-0.965抗張強度/MPa7.59-11.0411.73-12.4623.46-

51、25.530邵氏硬度D41-D46D50-D60D60-D70彈性模量/MPa96.60-262.20172.50-379.50414.00-1242.00表5-2 低、高、超高密度聚乙烯的性質(zhì)5.8.3 超高分子量聚乙烯（UHMWPE）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. UHMWPE的結(jié)構(gòu)與性能1）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

52、那些不定型的無序組織中，并通過一些連接分子相連。圖5-13 聚乙烯微觀結(jié)構(gòu)示意圖結(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。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)。圖5-14 超高分子量聚乙烯透射電鏡照片2)熱轉(zhuǎn)變

53、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的差熱分析線表征了UHMWPE的兩個關(guān)鍵特征:差熱曲線反映的第一個特征是UHMWPE的熔點。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5-15 UHMWPE的差熱分析結(jié)果優(yōu)點：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；沖擊強度極高，比尼龍6和聚丙烯大10倍；能吸收震動沖擊和防噪聲；摩擦系數(shù)很低，遠較尼龍及其他塑料小，具有自潤滑作

54、用；不易粘附異物，滑動時有極優(yōu)良的抗粘著特性；耐化學(xué)腐蝕，并可屏蔽原子輻射；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；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；成本低廉。分子量2.5106密度/gcm-30.953熱變形溫度/85脆化溫度/-70拉伸強度/MPa34斷裂伸長率/%350沖擊強度/KJm-2130熱導(dǎo)率/w/(mk)8.5表5-3 UHMWPE的物理力學(xué)性能2.UHMWPE的應(yīng)用主要是作為工程材料和醫(yī)用材料使用。作為工程材料使用時，其在物料運輸、設(shè)備襯里、各種機械零件等方面的應(yīng)用具有

55、獨特的優(yōu)勢，適于制作農(nóng)業(yè)和建筑機械的零部件。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 由超高分子量聚乙烯生產(chǎn)的各類零件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5-18 超高分子量聚乙烯人工關(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

56、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

57、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)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5-19 UHMWPE輻照交聯(lián)機理示意圖UHMWPE結(jié)構(gòu) (CH2) n 2. 輻照交聯(lián)UHMWPEFreeRadicalsCross-linking射線輻照超高分子量聚乙烯/納米陶瓷復(fù)合材料根據(jù)離子注入的電子能量阻止損失規(guī)律和高分子交聯(lián)機理，聚合物的表面硬度和生物摩擦學(xué)特性的可通過高能離子注入獲得較好效果。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、Si

58、O2等），纖維（玻璃纖維、炭纖維及碳化硅纖維等）。UHMWPE的平均分子量超過150萬，其分子鏈很長，易發(fā)生纏結(jié)。在不影響UHMWPE主要性能的基礎(chǔ)上對其進行共混法流動改性，降低UHMWPE的熔體黏度，提高其熔體流動性。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。5.8.4 聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）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)。骨水泥主要是由PMMA粉末和甲基丙烯酸酯（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。加入的對苯二酚能避免當(dāng)材料暴露在光、高溫等環(huán)境下時過早的聚合。N,N二甲基P甲苯胺用來提

59、高和加速材料的粘合過程。表5-4 影響成型的內(nèi)在因素和外在因素內(nèi)在因素外部因素單體和粉末的成分混合環(huán)境:溫度,濕度,容器類型粉末的粒度,形狀和聚合的程度及分布混合技術(shù):攪拌片的數(shù)目和轉(zhuǎn)速液體粉末治療環(huán)境:濕度,溫度,壓力,接觸表面(組織,空氣,水等)5.8.5 橡膠在室溫下，至少能被拉長為原來長的2倍，釋放后，能立即恢復(fù)到原長。天然橡膠的交聯(lián)度能控制它的彈性；如果硫的加入量達到30%，橡膠就會變得很硬。在橡膠中加入防老化劑，能夠防止橡膠被氧化，從而提高橡膠的壽命。填充物，如焦黑或者硅粉也能改善橡膠的物理性能。橡膠乳液和血液能夠相容。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。聚氨酯類

60、橡膠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，使得鏈與鏈之間發(fā)生交聯(lián)作用。聚氨酯類橡膠不但強度高，而且能抵抗油和化學(xué)物質(zhì)的腐蝕。根據(jù)所有羥基化合物不同聚氨酯可分為聚酯型和聚醚型，其中聚醚型是彈性體，作為醫(yī)用生物材料的主要是聚醚型。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)用于人造心臟血泵或其他修復(fù)心血管系統(tǒng)的材料。5.8.6 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而形成能遇水膨脹的交聯(lián)聚合物。水凝膠具有以下特性: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,