許曼－polymericbio-materialsandits-生物化學(xué)與分子生物學(xué)

1、生物醫(yī)用高分子材料及應(yīng)用Polymeric bio - materials and its applications,,生物醫(yī)用高分子材料定義,生物醫(yī)用高分子材料( Polymeric bio - 　materials) 是指在生理環(huán)境中使用的高　分子材料, 它們中有的可以全部植入體內(nèi), 有的也可以部分植入體內(nèi)而部分暴露在體外, 或置于體外而通過(guò)某種方式作用于體內(nèi)組織。,生物醫(yī)用材料分類,天然生物材料( 如豬心瓣膜、牛心包、羊膜等)

2、 金屬材料( 如鈦及其合金) 、無(wú)機(jī)非金屬材料( 如羥基磷灰石、生物玻璃等) 高分子材料雜化生物醫(yī)用材料。,生物醫(yī)用高分子的發(fā)展,材料發(fā)展的第一階段始于1937 年, 其特點(diǎn)是所用高分子材料都是已有的現(xiàn)成材料, 如用丙烯酸甲酯制造義齒的牙床。,,第二階段始于1953 年, 其標(biāo)志是醫(yī)用級(jí)有機(jī)硅橡膠的出現(xiàn), 隨后又發(fā)展了聚羥基乙酸酯縫合線以及四種聚(醚- 氨) 酯心血管材料, 從此進(jìn)入了以分子工程研究為基礎(chǔ)的發(fā)展時(shí)期。該階段的特點(diǎn)

3、是在分子水平上對(duì)合成高分子的組成、配方和工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì), 有目的地開(kāi)發(fā)所需要的高分子材料。,,目前的研究焦點(diǎn)已經(jīng)從尋找替代生物組織的合成材料轉(zhuǎn)向研究一類具有主動(dòng)誘導(dǎo)、激發(fā)人體組織器官再生修復(fù)的新材料, 這標(biāo)志著生物醫(yī)用高分子材料的發(fā)展進(jìn)入了第三個(gè)階段。其特點(diǎn)是這種材料一般由活體組織和人工材料有機(jī)結(jié)合而成, 在分子設(shè)計(jì)上以促進(jìn)周圍組織細(xì)胞生長(zhǎng)為預(yù)想功能, 其關(guān)鍵在于誘使配合基和組織細(xì)胞表面的特殊位點(diǎn)發(fā)生作用以提高組織細(xì)胞的分裂和生長(zhǎng)速度

4、,醫(yī)用高分子分類及應(yīng)用,1　與血液接觸的高分子材料　 與血液接觸的高分子材料是指用來(lái)制造人工血管、人工心臟血囊、人工心瓣膜、人工肺等的生物醫(yī)用材料, 要求這種材料要有良好的抗凝血性、抗細(xì)菌粘附性, 即在材料表面不產(chǎn)生血栓．不引起血小板變形, 不發(fā)生以生物材料為中心的感染。,,人工血管　 材料有尼龍、聚酯、聚四氟乙烯、聚丙烯及聚氨酯等。人工心臟　 材料多用聚醚氨酯和硅橡膠等。人工肺　

5、 多用聚四氟乙烯、硅橡膠等材料人工腎　 材料除要求具備良好的血液相容性外, 還要求材料具有足夠的濕態(tài)強(qiáng)度、有適宜的超濾滲透性等, 可充當(dāng)這一使命的材料有乙酸纖維素、銅氨再生纖維素、尼龍、聚砜及聚醚砜等。,,為提高人造器官的血液相容性, 現(xiàn)階段的研究重點(diǎn)是對(duì)現(xiàn)有生物材料的表面進(jìn)行改性和修飾, 其方法有: 接枝親水性長(zhǎng)側(cè)鏈引入生物活性物質(zhì)抑制血液與外源材料的相互作用 使材料具有微相分離結(jié)構(gòu)聚合物表面種植內(nèi)皮細(xì)胞等,2

6、 　組織工程用高分子材料,細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)的日臻成熟和生物相容性材料的開(kāi)發(fā)與研究, 使得創(chuàng)造由活細(xì)胞和生物相容性材料組成的人造生物組織或器官成為可能。生物相容性材料的開(kāi)發(fā)是組織工程核心技術(shù)之一。,,組織工程中的生物材料主要發(fā)揮下列作用: 提供組織再生的支架或三維結(jié)構(gòu); 調(diào)節(jié)細(xì)胞生理功能; 免疫保護(hù)，當(dāng)完成自己的使命后, 作為　　組織生長(zhǎng)骨架的生物高分子材料則降解為無(wú)毒的小分子被機(jī)體吸收。作為這種材料使用的聚合物主要有聚乳酸(

7、PLA) 等。,3 　藥用高分子材料,作為藥用高分子必須具備下列條件: 本身及其分解產(chǎn)物應(yīng)無(wú)毒, 不會(huì)引起炎癥, 無(wú)致癌性; 進(jìn)入血液系統(tǒng)的藥物不會(huì)引起血栓具有水溶性, 能在體內(nèi)水解為具有藥理活性的基團(tuán)能有效到達(dá)病灶處, 并積累一定濃度 口服藥劑的高分子殘基能通過(guò)排泄系統(tǒng)排出體外。,,藥用高分子可分為三類: （１）具有藥理活性的高分子藥物?！?它們本身具有藥理作用, 斷鏈后即失去藥性, 是真正意義上的高分子藥

8、物。天然藥理活性高分子有激素、肝素、葡萄糖、酶制劑等。合成藥理活性高分子如聚4 - 乙烯吡啶- N - 氧撐是較早研究的代用血漿。,,（２）低分子藥物的高分子化。 低分子藥物在體內(nèi)新陳代謝速度快, 半衰期短, 體內(nèi)濃度降低快, 從而影響療效, 故需大劑量頻繁進(jìn)藥, 而過(guò)高的藥劑濃度又會(huì)加重副作用, 此外, 低分子藥物也缺乏進(jìn)入人體部位的選擇性。將低分子藥物與高分子結(jié)合的方法有吸附、共聚、嵌段和接枝等。第一個(gè)實(shí)現(xiàn)高分

9、子化的藥物是青霉素,,（３）藥用高分子微膠囊。 將細(xì)微的藥粒用高分子膜包覆起來(lái)形成微小的膠囊是近年來(lái)生物醫(yī)藥工程的一場(chǎng)革命。藥物經(jīng)微膠囊化處理后可以達(dá)到下列目的: 延緩、控制釋放藥物, 提高療效; 掩蔽藥物的毒性、刺激性和苦味等不良性質(zhì), 減小對(duì)人體的刺激; 使藥物與空氣隔離, 防止藥物在存放過(guò)程中的氧化、吸潮等不良反應(yīng), 增加貯存的穩(wěn)定性,4 　醫(yī)藥包裝用高分子材料,包裝藥物的高分子材料大體上可分為軟、硬兩種類型

10、。硬型材料如聚酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯等, 由于其強(qiáng)度高、透明性好、尺寸穩(wěn)定、氣密性好,常用來(lái)代替玻璃容器和金屬容器, 制造飲片和膠囊等固體制劑的包裝。軟型材料如聚乙烯、聚丙烯、聚偏氯乙烯及乙烯- 醋酸乙烯共聚物等, 常加工成復(fù)合薄膜, 主要用來(lái)包裝固體沖劑、片劑等藥物。,5 　眼科用高分子材料,隱形眼鏡是最常見(jiàn)的眼科用高分子材料制品，它對(duì)材料有如下要求：具有優(yōu)良的光學(xué)性質(zhì), 折光率與角膜相接近良好的潤(rùn)濕性和透氧性;生物惰性,

11、即耐降解且不與接觸面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)有一定的力學(xué)強(qiáng)度, 易于精加工及抗污漬沉淀等?！　?常用的隱形眼鏡材料有聚甲基丙烯酸β-羥乙酯等，發(fā)生病變的角膜和晶狀體也可用人工角膜和人工晶狀體替代。,6 　醫(yī)用粘合劑與縫合線,生物醫(yī)用粘合劑是指將組織粘合起來(lái)的組織粘合劑, 醫(yī)用粘合劑可粘合各種組織, 例如可進(jìn)行牙齒粘合, 血管、組織、肌肉粘合, 腦動(dòng)脈瘤表面補(bǔ)強(qiáng)、防止破裂粘合, 及骨粘合等。常用的粘合劑有α- 氰基丙烯酸烷基酯類, 甲基丙烯酸甲

12、酯- 苯乙烯共聚物等。,,手術(shù)用縫合線可分為非吸收型和可吸收型兩大類。非吸收類包括天然纖維(如蠶絲、、馬毛等) 和合成纖維。可吸收類包括天然高分子材料(如、骨膠原、纖維蛋白等) 和合成高分子材料(如聚乙烯醇、聚乳酸等) 。其中, 由聚乳酸制成的縫合線因性能優(yōu)越而倍受關(guān)注。這種縫合線強(qiáng)度可靠, 對(duì)創(chuàng)口縫合能力強(qiáng), 又可生物降解而被肌體吸收, 是一種理想的醫(yī)用縫合線。,7 　醫(yī)療器件用高分子材料,高分子材料制的醫(yī)療器件有一次性醫(yī)療用品(

13、注射器、輸液器、檢查器具、麻醉及手術(shù)室用具、血袋、尿袋等)。血袋一般由軟PVC 或LDPE 制成。聚氨酯 制的繃帶固化速度快, 質(zhì)輕層薄, 不易使　皮膚發(fā)炎, 可取代傳統(tǒng)的固定材料—石膏硅橡膠、聚四氟乙烯及聚乙烯醇等都是性能良好的矯形材料, 已廣泛用于假肢制造及整形外科等領(lǐng)域。,總結(jié),生物技術(shù)將是21 世紀(jì)最有前途的技術(shù), 生物　醫(yī)用高分子材料將在其中扮演重要角色, 其性能將　不斷提高, 應(yīng)用領(lǐng)域也將進(jìn)一步拓寬。今后的發(fā)展趨

14、勢(shì)將主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:（１）醫(yī)用可生物降解高分子材料因其具有良好　 的生物降解性和生物相容性而受到高度重視, 　　　　 論是作為緩釋藥物還是作為促進(jìn)組織生長(zhǎng)的骨架材料, 都將得到巨大的發(fā)展。,,（２）復(fù)制具有人體各部天然組織的物理力學(xué)性質(zhì)和生物學(xué)性質(zhì)的生物醫(yī)用材料, 達(dá)到高分子的生物功能化和生物智能化, 是醫(yī)用高分子材料發(fā)展的重要方向。此外, 用生物技術(shù)合成高分子的反應(yīng)條件更溫和、產(chǎn)物的生物降解性能更好, 因而具有誘人的