四医用材料辐射工艺技术优秀PPT.ppt

医用水凝胶医用水凝胶人工关节人工关节人工关节人工关节鲜花种在鲜花种在“果冻果冻”状高分子吸水状高分子吸水材料上材料上水凝胶与伤口被覆凝胶水凝胶与伤口被覆凝胶 生物功能性聚合物与药物缓释体系生物功能性聚合物与药物缓释体系 医用有机硅及聚氨酯医用有机硅及聚氨酯 医用吸水性材料医用吸水性材料 辐照技术本章内容本章内容生物医学材料：一类具有特殊性能和功能，以生物医学材料：一类具有特殊性能和功能，以诊断和治疗为目的并用于替换人体组织、器官诊断和治疗为目的并用于替换人体组织、器官或者增进其功能、外科修复、理疗康复等对人或者增进其功能、外科修复、理疗康复等对人体组织不会产生不良影响的材料。体组织不会产生不良影响的材料。学科定位：属于学科定位：属于“生命生命”和和“材料材料”的交叉学的交叉学科科 医用材料的辐射工艺：运用辐照技术合成或改医用材料的辐射工艺：运用辐照技术合成或改性，形成新的符合临床要求的生物医学材料。性，形成新的符合临床要求的生物医学材料。第一节第一节 生物医学材料概述生物医学材料概述生物医学材料发展简况生物医学材料发展简况生物医学材料是生物医学科学中的最新分支生物医学材料是生物医学科学中的最新分支交叉学科，涉及到化学、物理学、高分子化交叉学科，涉及到化学、物理学、高分子化学、高分子物理学、生物物理学、生物化学、学、高分子物理学、生物物理学、生物化学、生理学、药物学、基础与临床医学等很多学生理学、药物学、基础与临床医学等很多学科科。ISO定义，生物材料（定义，生物材料（Biomaterials）即生物）即生物医学材料（医学材料（Biomedical Materials），它是指），它是指“以医疗为目的，用于与组织接触以形成功以医疗为目的，用于与组织接触以形成功能的无生命的材料能的无生命的材料”。另有定义是：具有自。另有定义是：具有自然器官组织的功能或自然器官部分功能的材然器官组织的功能或自然器官部分功能的材料。料。生生物物材材料料的的开开发发和和利利用用可可追追溯溯到到3500年年前前，那那时时的的古古埃埃及及人人就就起起先先利利用用棉棉纤纤维维、马马鬃鬃作作缝缝合合线线缝缝合合伤伤口口；印印第第安安人人则则运运用用木木片片修补受伤的颅骨。修补受伤的颅骨。2500年年前前，中中国国和和埃埃及及的的墓墓葬葬中中就就发发觉觉有有假假牙牙、假假鼻鼻和和假假耳耳。人人类类很很早早就就用用黄黄金金来来修修复复缺缺损损的的牙牙齿齿，并并沿沿用用至至今今。1588年年人人们们用用黄黄金金板板修修复复颚颚骨骨。1775年年就就有有用用金金属属固固定定体体内内骨骨折折的的记记载载。1851年年独独创创了了自自然然橡橡胶胶的的硫硫化化方方法法后后，有有人人接接受受硬硬胶胶木木制制作作了了人人工工牙牙托托的的颚骨。颚骨。目前，器官移植取得巨大进展，但有目前，器官移植取得巨大进展，但有难题：排异、器官来源、法律、伦理等。难题：排异、器官来源、法律、伦理等。因此医学界对生物医学材料和人工器因此医学界对生物医学材料和人工器官的要求日益增加。官的要求日益增加。期盼：期盼：合成新材料合成新材料 +体外培育组织工程体外培育组织工程 牛软骨细胞在试验室内生长，作为种子种植在用合成材料预制的耳支架上，埋植于大鼠背部皮下，目前尚处于试验室阶段。当前被具体探讨过的生物材料已超过1000种，被广泛应用的有90多种，1800多种制品。西方国家每年耗用生物材料量以1015%的速度增长，1980年全球医用生物材料及制品的销售额为200亿美元，1990年达500亿美元，1995年近1000亿美元。我国生物材料的探讨起步较晚（五十年头），但发展很快。生物医学材料分类：有多种分类方法生物医学材料分类：有多种分类方法化学分类：生物医学材料可以分为无机化学分类：生物医学材料可以分为无机材料和有机材料两个大类材料和有机材料两个大类按功能分类：药物限制释放材料、纳米按功能分类：药物限制释放材料、纳米生物医学材料、生物活性材料、组织工生物医学材料、生物活性材料、组织工程材料、介入诊断和治疗材料、可降解程材料、介入诊断和治疗材料、可降解和吸取生物材料、整形美容外科生物材和吸取生物材料、整形美容外科生物材料等。料等。生产要求：满足材料的人体功能、生物生产要求：满足材料的人体功能、生物相容性和人体平安性，及特殊要求如材相容性和人体平安性，及特殊要求如材料的静载强度、弹性模量、耐体液腐蚀料的静载强度、弹性模量、耐体液腐蚀性和加工成型等性和加工成型等 常用的两种分类方法常用的两种分类方法 抗抗凝凝血血材材料料（心心血血管管材材料料）、齿齿科科材材料料、骨骨科科材材料料、眼眼科科材材料料、吸吸附附解解毒毒材材料料（血血液液灌灌流流用用）、假假体体材材料料、缓缓释释材材料料、生生物物粘粘合合材材料料、透透析析及及超超滤滤用用膜膜材材料料、一一次次性性医医用用材材料，等等。料，等等。按应用性质来分类按应用性质来分类按材料生物属性分类按材料生物属性分类自然生物材料自然生物材料再生纤维、胶原、透亮质酸、甲再生纤维、胶原、透亮质酸、甲壳素等。壳素等。合成材料合成材料硅橡胶、聚氨脂及其嵌段共聚物、涤硅橡胶、聚氨脂及其嵌段共聚物、涤纶、尼龙、聚丙烯腈、聚烯烃纶、尼龙、聚丙烯腈、聚烯烃医用金属材料医用金属材料不锈钢、钛及钛合金、钛镍记忆不锈钢、钛及钛合金、钛镍记忆合金等合金等无机材料无机材料碳素材料、生物活性陶瓷、玻璃材料碳素材料、生物活性陶瓷、玻璃材料杂化生物材料杂化生物材料指来自活体的自然材料与合成材指来自活体的自然材料与合成材料的杂化，如胶原与聚乙烯醇的交联杂化等料的杂化，如胶原与聚乙烯醇的交联杂化等复合生物材料复合生物材料用碳纤维增加的塑料，用碳纤维用碳纤维增加的塑料，用碳纤维或玻璃纤维增加的生物陶瓷、玻璃等或玻璃纤维增加的生物陶瓷、玻璃等 生物材料是研制人工器官及一些重要医疗技术的物质基础，综观人工器官及医疗装置的发展史，每一种新型生物材料的发觉都引起了人工器官及医疗技术的飞跃。生物惰性医用硅橡胶人工耳、人工鼻、人工颌骨等血液相容性较好的各向同性碳被复材料碟片式机械心脏瓣膜血液亲和性及物理机械性能较好的聚氨酯嵌段共聚物促使人工心脏向临床应用跨越一大步可形成假生物内膜的编织涤纶管人工血管向好用化飞跃。本章重点：医用高分子材料辐射改性本章重点：医用高分子材料辐射改性高分子：分子量在几万至几百万，如蛋白高分子：分子量在几万至几百万，如蛋白质、棉、毛、木材、松香、橡胶、塑料、质、棉、毛、木材、松香、橡胶、塑料、合成纤维。合成纤维。自然高分子材料：如松香自然高分子材料：如松香 合成高分子材料：由低分子量的化合物合成高分子材料：由低分子量的化合物经过各种化学反应而制得的高分子量的树经过各种化学反应而制得的高分子量的树脂状物质，如聚氯乙烯、聚乙烯。塑料主脂状物质，如聚氯乙烯、聚乙烯。塑料主要成分就是合成树脂。要成分就是合成树脂。属于边缘学科，涉及高分子化学、物理属于边缘学科，涉及高分子化学、物理学、生物化学、合成材料工艺学、病理学、学、生物化学、合成材料工艺学、病理学、药理学、解剖学、临床医学、工程学等学药理学、解剖学、临床医学、工程学等学科，及医疗器械的设计、制造等。科，及医疗器械的设计、制造等。生生生生物物物物相相相相容容容容性性性性包包包包括括括括宿主反应：材料对活体系统的作宿主反应：材料对活体系统的作宿主反应：材料对活体系统的作宿主反应：材料对活体系统的作用。包括局部和全身反应，如炎用。包括局部和全身反应，如炎用。包括局部和全身反应，如炎用。包括局部和全身反应，如炎症、细胞毒性、溶血、刺激性、症、细胞毒性、溶血、刺激性、症、细胞毒性、溶血、刺激性、症、细胞毒性、溶血、刺激性、致敏、致癌、致诱变、致畸和免致敏、致癌、致诱变、致畸和免致敏、致癌、致诱变、致畸和免致敏、致癌、致诱变、致畸和免疫等。疫等。疫等。疫等。材料反应材料反应：活体系统对材料的活体系统对材料的腐蚀和降解，使材料发生退化腐蚀和降解，使材料发生退化或破坏，难以达到长期应用的或破坏，难以达到长期应用的目的。目的。（血液相容性血液相容性+组织相组织相容性容性）高高分分子子材材料料一些高分子与低分子材料分子量一些高分子与低分子材料分子量 高分子化合物命名：高分子化合物命名：习惯名称或商品名称来命名：如有机玻璃（聚甲基习惯名称或商品名称来命名：如有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯）、涤纶（聚对苯二甲酸乙二醇酯）丙烯酸甲酯）、涤纶（聚对苯二甲酸乙二醇酯）等。等。通俗命名法，最简洁的命名法，是依据制作高分子通俗命名法，最简洁的命名法，是依据制作高分子化合物的单体名称，前面冠以化合物的单体名称，前面冠以“聚聚”字而成。如字而成。如聚乙烯、聚丙烯。聚乙烯、聚丙烯。医用高分子制品，包括人工器官、医疗用医用高分子制品，包括人工器官、医疗用品（输血输液用具、注射器、心导管、主动脉气品（输血输液用具、注射器、心导管、主动脉气囊反搏器、角膜接触镜、中心静脉插管、膀胱造囊反搏器、角膜接触镜、中心静脉插管、膀胱造瘘管、医用粘合剂以及各种医用导管、医用膜、瘘管、医用粘合剂以及各种医用导管、医用膜、创伤包扎材料和各种手术、护理用品等创伤包扎材料和各种手术、护理用品等）和药）和药用高分子（作为赋形剂用高分子（作为赋形剂、合成新型药物、合成新型药物）三大）三大类。类。医用高分子材料要求：化学稳定性医用高分子材料要求：化学稳定性高、无毒副作用、耐老化、耐疲惫，高、无毒副作用、耐老化、耐疲惫，以及具有生物相容性等。以及具有生物相容性等。它是生物医学材料中发展最早、它是生物医学材料中发展最早、应用最广、用量最大的材料，也是应用最广、用量最大的材料，也是正在快速发展的一个重要领域，电正在快速发展的一个重要领域，电离辐射可以引起高分子材料分子结离辐射可以引起高分子材料分子结构和功能的变更，在生物高分子材构和功能的变更，在生物高分子材料改性和找寻材料新功能方面有重料改性和找寻材料新功能方面有重要应用前景。要应用前景。电离辐射在生物材料中的特点电离辐射在生物材料中的特点1.1.受受照照射射生生成成自自由由基基或或离离子子，引引发发生生物物材材料料自自身身发发生生辐辐射射聚聚合合、辐辐射射接接枝枝与与辐辐射射交交联或降解反应方法简洁。联或降解反应方法简洁。2.2.在在辐辐射射合合成成、加加工工过过程程中中无无需需引引入入任任何何引引发发剂剂或或添添加加剂剂，所所得得产产物物纯纯净净，是是生生物物医用高分子材料的临床应用重要特征。医用高分子材料的临床应用重要特征。3.3.一一些些热热敏敏性性生生物物材材料料不不能能在在高高温温下下处处理理，而而辐辐照照加加工工或或改改性性的的材材料料可可在在室室温温、甚甚至至低温下进行。低温下进行。4.4.电电离离辐辐射射不不仅仅起起到到加加工工的的作作用用，同同时时还还具具有有杀杀灭灭细细菌菌和和病病毒毒的的作作用用，便便利利快快“洁洁”。其次节其次节 水凝胶与伤口被覆凝胶水凝胶与伤口被覆凝胶一、医用水凝胶的基本概念一、医用水凝胶的基本概念水水凝凝胶胶（HydrogelsHydrogels）指指水水溶溶性性聚聚合合经经过过轻轻度度交交联联形形成成的的空空间间网网络络聚聚合合物物，它它随随外外部部环环境境的的不不同同可可引引起起自自身身体体积积的的变变更更，某某些些微微小小环环境境如如温温度度、pHpH、溶溶剂剂组组成成、离离子子强强度度、电电场场和和光光等等都都有有可可能能导致水凝胶体积的明显变更。导致水凝胶体积的明显变更。应应用用：抗抗菌菌性性人人造造皮皮肤肤、人人工工渗渗析析膜膜材材料料，人人造造骨骨及及其其它它功功能能高高分分子子材材料料等等，应应用用水水凝凝胶胶对对pHpH敏敏感性原理还建立了药物限制释放体系。感性原理还建立了药物限制释放体系。水凝胶水凝胶 分为自然和合成两类，自然的有琼脂分为自然和合成两类，自然的有琼脂糖、明胶等，合成的凝胶很多，如聚甲基丙烯酸糖、明胶等，合成的凝胶很多，如聚甲基丙烯酸酯、聚酯、聚N-N-乙烯基吡咯烷酮，聚乙烯基吡咯烷酮，聚N-N-异丙基丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺、聚环氧乙烷等。水凝胶是亲水性交联聚合物，是聚环氧乙烷等。水凝胶是亲水性交联聚合物，是不流淌的高分子溶液。不流淌的高分子溶液。化学凝胶化学凝胶 以化学键交联的方式相连来实现的凝胶称为化学以化学键交联的方式相连来实现的凝胶称为化学凝胶。凝胶。物理凝胶物理凝胶线性分子间的物理缠绕、静电引力或氢键维持的线性分子间的物理缠绕、静电引力或氢键维持的称为物理凝胶，物理凝胶是可逆的，在确定的环称为物理凝胶，物理凝胶是可逆的，在确定的环境下可被破坏。境下可被破坏。医用水凝胶有以下特征：医用水凝胶有以下特征：1.1.结结构构的的多多孔孔性性可可使使它它在在运运用用前前就就把把残残留留的的引引发发剂剂及及其分解其分解产产物、物、杂质杂质从水凝胶网状从水凝胶网状结结构中排出掉。构中排出掉。2.2.可可溶溶胀胀大大于于它它自自身身几几倍倍、几几十十倍倍的的水水量量，用用于于皮皮肤肤抗抗干干燥燥、医医用用调调湿湿增增稠稠、药药物物载载体体、医医学学美美容容、食食品品保保鲜鲜等等。等等。3.3.运运用用时时呈呈溶溶胀胀状状态态，松松软软具具有有弹弹性性，可可削削减减对对四四周周细细胞和胞和组织组织的机械冲撞和刺激。的机械冲撞和刺激。4.4.凝凝胶胶表表面面与与四四周周水水溶溶液液之之间间有有很很低低的的表表面面张张力力，可可削削减减对对体体液液中中蛋蛋白白质质的的吸吸附附作作用用从从而而削削减减血血栓栓、炎炎症症等有害物等有害物质质的生成。的生成。5.5.可可设设计计为为多多孔孔海海绵绵状状、无无孔孔凝凝胶胶、光光学学透透亮亮膜膜、管管材材、纤纤维维状状物物、粉粉末末、微微球球或或纳纳米米粒粒子子等等，也也可可以以将将水凝胶接枝在力学性能水凝胶接枝在力学性能较较好的基材上。好的基材上。水凝胶的存在形式水凝胶的存在形式 水凝胶由高分子三维交联网络及其所包含水凝胶由高分子三维交联网络及其所包含的水共同组成的一种多元体系，既像液体，又的水共同组成的一种多元体系，既像液体，又像固体，是继金属材料、无机陶瓷材料、有机像固体，是继金属材料、无机陶瓷材料、有机高分子材料、复合材料之后的一种新型功能材高分子材料、复合材料之后的一种新型功能材料。料。（一）共聚凝胶（一）共聚凝胶（二）共混物凝胶（二）共混物凝胶（三）环境敏感性水凝胶（三）环境敏感性水凝胶 共聚凝胶共聚凝胶 由两种或两种以上单体通过化学反应共聚由两种或两种以上单体通过化学反应共聚生成的凝胶叫共聚凝胶生成的凝胶叫共聚凝胶。共聚凝胶在结构上可以是无规则共聚和交共聚凝胶在结构上可以是无规则共聚和交替共聚，也可以制成接枝和嵌段共聚物。替共聚，也可以制成接枝和嵌段共聚物。交链聚合物结构图 运用冻融辐射接枝技术，制备的新型可缓释药物的共聚水凝胶伤口敷料，具有良好的理化和生物学性能，生物相容性良好，可明显促进伤口的愈合，凝胶膜含抗生素及主要细胞生长因子缓释功能，对伤口感染和愈合具有良好的疗效；在凝胶膜中掺入硝酸甘油贴于胸前可快速释放药物并维持有效药物浓度长达57天，对冠心病心绞痛发作的预防和治疗具有重要临床应用价值，而且这种水凝胶膜的辐射合成与灭菌同时完成，削减了消毒工序，具有较强的机械强度和抗菌作用。应用应用共混物凝胶共混物凝胶两种或两种以上聚合物凝胶混合在一起两种或两种以上聚合物凝胶混合在一起叫做聚合物的共混物或共混物凝胶。叫做聚合物的共混物或共混物凝胶。相互交联聚合物网络相互交联聚合物网络IPN：互穿网络聚合物凝胶应用辐射法制备互穿网络聚合物方法应用辐射法制备互穿网络聚合物方法 反应特点：反应特点：反应特点：反应特点：DMAEMA在15kGy完成聚合与交联 反应，而PEO要50 kGy以上条件，所以PEO仍以线性分子分散于DMAEMA网络结构之中。DMAEMA：甲基丙烯酸-N、N-二甲胺基乙酯：PEO线性聚氧乙烯DMAEMA+PEO+H2O交联剂甲叉（双丙稀酰胺）驱氧后，在室温下驱氧后，在室温下辐照辐照15 kGy剂量剂量 形成半互穿网络凝胶体形成半互穿网络凝胶体形成半互穿网络凝胶体形成半互穿网络凝胶体 半互穿网络（半互穿网络（Semi-IPNs）凝胶）凝胶 该方法制备的该方法制备的Semi-IPNs凝胶凝胶：胶胶溶胀度可达溶胀度可达300倍左右，还具有温度敏倍左右，还具有温度敏感性（感性（LCST为约为约40）、）、pH敏感性敏感性（pH=3）和电场响应性。）和电场响应性。LCST：指：指低临界溶液溫度低临界溶液溫度 环境敏感性水凝胶环境敏感性水凝胶定义：指某一临界环境条件下，如温度、定义：指某一临界环境条件下，如温度、pHpH、电场、光、溶剂组成条件的变更等，、电场、光、溶剂组成条件的变更等，水凝胶随环境条件的微小变更会发生突跃水凝胶随环境条件的微小变更会发生突跃性相转变的现象。性相转变的现象。常见的有：温度敏感性、光敏感性、常见的有：温度敏感性、光敏感性、pHpH敏感性、压力敏感性、生化响应敏感性、敏感性、压力敏感性、生化响应敏感性、电场敏感性、磁场敏感性等水凝胶。电场敏感性、磁场敏感性等水凝胶。温度敏感性水凝胶温度敏感性水凝胶 能随环境温度而变更体积，当温度上能随环境温度而变更体积，当温度上升时，疏水相相互作用增加，使凝胶收缩，升时，疏水相相互作用增加，使凝胶收缩，降低温度，凝胶溶胀。降低温度，凝胶溶胀。因为温度的变更因为温度的变更可影响疏水和亲水基团，从而使凝胶结构可影响疏水和亲水基团，从而使凝胶结构变更，发生体积变更。变更，发生体积变更。光敏感性水凝胶光敏感性水凝胶 光光敏敏感感性性水水凝凝胶胶是是由由热热敏敏性性材材料料中中引引入入对对光敏感的基团制成的光敏感的基团制成的 。有三种类型：有三种类型：（1 1）在在热热敏敏性性材材料料中中加加入入感感光光分分子子，将将光光能能转转化化为为热热能能，使使材材料料局局部部温温度度上上升升产产生生凝凝胶胶响响应应（2 2）光光敏敏分分子子遇遇光光分分解解产产生生的的离离子子化化作作用用来来实现凝胶响应实现凝胶响应（3 3）水水凝凝胶胶材材料料中中引引入入了了发发色色基基团团，由由光光照照后后发发色色基基团团理理化化性性质质发发生生变变更更，导导致致聚聚合合物物性性能也发生变更实现凝胶响应。能也发生变更实现凝胶响应。pH值敏感性水凝胶值敏感性水凝胶 凝胶中含有弱酸和碱性基团，这些基团在凝胶中含有弱酸和碱性基团，这些基团在不同的不同的pH值及离子强度的溶液中凝胶体积随值及离子强度的溶液中凝胶体积随之变更。之变更。压力敏感性水凝胶压力敏感性水凝胶 水凝胶在低压下出现坍塌，在高压下出现水凝胶在低压下出现坍塌，在高压下出现膨胀。膨胀。伤口被覆凝胶的辐射制备伤口被覆凝胶的辐射制备 1.1.单体单体N-VPN-VP或或AAmAAm辐射制备法辐射制备法 电离辐射对单体的干脆作用：电离辐射对单体的干脆作用：另一种是通过水辐解产物的间另一种是通过水辐解产物的间接作用：接作用：式中式中M M为单体，生成的聚合物为单体，生成的聚合物是线性分子链，假如接着加大辐照剂是线性分子链，假如接着加大辐照剂量，它们就会交联起来渐渐生成三维量，它们就会交联起来渐渐生成三维网状结构的凝胶。网状结构的凝胶。2.2.聚合物（聚合物（PVPPVP）制）制备备被覆膜被覆膜第一步：将第一步：将单单体原料溶于生体原料溶于生理理盐盐水中，加水中，加热热到到6060，搅搅拌使其形成匀整溶液。拌使其形成匀整溶液。其次步其次步 ：辐辐照照 25 kGy 25 kGy 单体原料单体原料单体原料单体原料聚乙烯吡咯烷酮（PVP）聚丙烯酰胺（PAAm）聚环氧乙烷（PEO）聚乙烯醇（PVAL）聚丙烯酸（PAAc）等 形成交联聚合物被覆膜形成交联聚合物被覆膜 被覆凝胶膜的技术要求被覆凝胶膜的技术要求 1.1.透气、透水，吸取创面流出的体液，使透气、透水，吸取创面流出的体液，使创口保持相对的潮湿和清洁。创口保持相对的潮湿和清洁。2.2.有效阻挡细菌入侵，使创面不被感染。有效阻挡细菌入侵，使创面不被感染。3.3.有确定机械强度、弹性，易贴服在皮肤有确定机械强度、弹性，易贴服在皮肤和创面，也简洁取下，在更换时削减病人和创面，也简洁取下，在更换时削减病人的苦痛。的苦痛。4.4.透亮，便于医生视察创面状况，能有效透亮，便于医生视察创面状况，能有效限制药物到达创面的速度，增加治疗效果。限制药物到达创面的速度，增加治疗效果。5.5.易消毒，物理、化学性能稳定易保存，易消毒，物理、化学性能稳定易保存，价格相对便宜。价格相对便宜。辐射制备方法的改进辐射制备方法的改进 （1 1）适用热带潮湿环境应用的被覆膜）适用热带潮湿环境应用的被覆膜（2 2）改善被覆膜力学性能）改善被覆膜力学性能 以色列开发的伤口被覆膜称为临时用以色列开发的伤口被覆膜称为临时用人造皮肤，商业名称是人造皮肤，商业名称是OmidermOmiderm的产品。的产品。制备方法是将亲水单体，如制备方法是将亲水单体，如AAmAAm或甲基或甲基丙烯酸羟乙酯（丙烯酸羟乙酯（HEMAHEMA）用辐射技术接枝在）用辐射技术接枝在聚氨酯薄膜上，这种伤口被覆膜透亮性好，聚氨酯薄膜上，这种伤口被覆膜透亮性好，与伤口能很好黏结而且易于更换，阻挡细与伤口能很好黏结而且易于更换，阻挡细菌侵入并具有透气、透水的功能，避开体菌侵入并具有透气、透水的功能，避开体液积存，这种伤口被覆膜药物可以穿透，液积存，这种伤口被覆膜药物可以穿透，有很好的治疗作用。有很好的治疗作用。水凝胶的应用领域在不断扩大，目前可归纳为：合成伤口治疗被覆膜；药物缓释体系以及透皮体系；牙科材料；植入材料；可注射聚合物材料；眼科应用；杂化型器官和被囊生命组织。比如用于细胞分别与培育、物料萃取、固定化酶、药物的限制释放和靶向药物等领域。生物功能性聚合物（生物功能性聚合物（Biofunctional Biofunctional polymerspolymers）：生物活性物质与载体聚合）：生物活性物质与载体聚合物相结合的产物。物相结合的产物。载体：指聚合物凝胶，有均聚凝胶、共载体：指聚合物凝胶，有均聚凝胶、共聚凝胶、共混凝胶等。聚凝胶、共混凝胶等。生物活性物质：包括酶、抗体、抗原、生物活性物质：包括酶、抗体、抗原、细胞组织、抗凝血剂、抗菌剂及小分子细胞组织、抗凝血剂、抗菌剂及小分子药物，其中药物的固定化与缓慢释放探药物，其中药物的固定化与缓慢释放探讨最为深化。讨最为深化。第三节第三节 生物功能聚合物与生物功能聚合物与药物缓释体系药物缓释体系固定化概念：固定化概念：将生物活性物质与载体相结合的方将生物活性物质与载体相结合的方法称为固定化（法称为固定化（ImmobilizationImmobilization）。）。固定化后生物活性物质被贮藏于某一固定化后生物活性物质被贮藏于某一空间，可连续进行生物活性反应或可反复空间，可连续进行生物活性反应或可反复运用，这样就可以将价格比较昂贵又易流运用，这样就可以将价格比较昂贵又易流失的生物活性物有效、合理、经济地加以失的生物活性物有效、合理、经济地加以利用。利用。固定化方法：主要有物理包埋、化学键合固定化方法：主要有物理包埋、化学键合以及静电吸附等，辐射技术在物理和化学以及静电吸附等，辐射技术在物理和化学键合方法中得到很好的应用。键合方法中得到很好的应用。辐射物理法辐射物理法(固定化固定化)常温预辐射包埋方法：常温预辐射包埋方法：将单体置于一般的吸取管中，将单体置于一般的吸取管中，接通氧气然后置于辐射场室温下辐接通氧气然后置于辐射场室温下辐照，辐照期间由于氧的存在不行能照，辐照期间由于氧的存在不行能发生聚合反应，仅获得烷基过氧化发生聚合反应，仅获得烷基过氧化物（物（ROORROOR）或烷基过氧氢（）或烷基过氧氢（ROOHROOH），），它们在室温下相当稳定。当辐照确它们在室温下相当稳定。当辐照确定时间后，将氧的吸取管从辐射场定时间后，将氧的吸取管从辐射场取出，再将需固定化的活性物质加取出，再将需固定化的活性物质加入上述体系中进行固定。入上述体系中进行固定。缺点：生物活性物质辐射失活缺点：生物活性物质辐射失活低温过冷态辐射包埋法：低温过冷态辐射包埋法：通过降低辐照温度缓解生物活性通过降低辐照温度缓解生物活性物质辐射失活。物质辐射失活。辐射化学键合法辐射化学键合法(固定化固定化)将活性物质通过化学反应固将活性物质通过化学反应固定到基材上叫化学键合。运用辐照定到基材上叫化学键合。运用辐照技术使基材上的反应基团与生物活技术使基材上的反应基团与生物活性物质中的氨基或羧基发生化学反性物质中的氨基或羧基发生化学反应，将氨基或羧基固定在基材上叫应，将氨基或羧基固定在基材上叫辐射化学键合法。辐射化学键合法。应用举例应用举例1 1：将羊抗人将羊抗人IgGIgG蛋白质和放射性蛋白质和放射性125I125I标记的两种球蛋白（出血热单标记的两种球蛋白（出血热单抗抗E5E5）键合在接枝丙烯酰胺的硅橡）键合在接枝丙烯酰胺的硅橡胶膜上胶膜上 。应用举例应用举例2 2：探讨发觉白血病患者癌细胞中含探讨发觉白血病患者癌细胞中含有致病的有致病的L-L-天门冬酰胺，而天门冬酰胺，而L-L-天门冬酰天门冬酰胺酶是一种治疗血癌（白血病）和淋巴胺酶是一种治疗血癌（白血病）和淋巴细胞癌的药物。细胞癌的药物。有人将有人将L-L-天门冬酰胺酶用化学键合天门冬酰胺酶用化学键合法固定在多孔纤维状聚丙烯基材上，制法固定在多孔纤维状聚丙烯基材上，制成了抗癌药物载体，当静脉血流经该载成了抗癌药物载体，当静脉血流经该载体时血液中的体时血液中的L-L-天门冬酰胺被清除。天门冬酰胺被清除。应用举例应用举例3 3：用辐射接枝技术将苯乙烯接枝在用辐射接枝技术将苯乙烯接枝在聚四氟乙烯上，然后在苯环上硝化，还聚四氟乙烯上，然后在苯环上硝化，还原并转化为异硫氰酸盐使其与抗体原并转化为异硫氰酸盐使其与抗体HGHHGH键连接，制成了包被管人生长激素键连接，制成了包被管人生长激素（HGHHGH）检测试剂盒。）检测试剂盒。还有人用辐射接枝法将甲基丙烯酸还有人用辐射接枝法将甲基丙烯酸（MAAcMAAc）接枝在聚丙烯上，然后再连接）接枝在聚丙烯上，然后再连接上抗血吸虫抗体，用它来分析和检测血上抗血吸虫抗体，用它来分析和检测血吸虫病亦获了成功。吸虫病亦获了成功。药物限制释放体系药物限制释放体系 药物限制释放体系（药物限制释放体系（Drug Contral and Drug Contral and Delivery Systems,DCDSDelivery Systems,DCDS）就是将药物制成确）就是将药物制成确定的剂型，限制药物在人体内的释放度，使药定的剂型，限制药物在人体内的释放度，使药物依据设计的剂量、在要求的时间范围内以确物依据设计的剂量、在要求的时间范围内以确定的速度在体内缓慢释放，以达到治疗某种疾定的速度在体内缓慢释放，以达到治疗某种疾病的目的。病的目的。智能药物限制释放体系智能药物限制释放体系 能对外界的某种刺激信号，如光、热、磁能对外界的某种刺激信号，如光、热、磁场、电流、超声波或某种化学物质作出响应，场、电流、超声波或某种化学物质作出响应，依据刺激信号的性质、强弱调整药物的释放。依据刺激信号的性质、强弱调整药物的释放。0 6 12 18(h)药药物物浓浓度度缓释缓释治治 疗疗 剂剂量范围量范围 注射注射注射注射注射注射 药物缓释与注射的比较药物缓释与注射的比较 药物缓释方式：口服、皮肤吸取、皮下植药物缓释方式：口服、皮肤吸取、皮下植入和外部植入。入和外部植入。辐射制备药物缓释举例辐射制备药物缓释举例1 1：丙烯酸丙烯酸+L-+L-脯氨酸甲酯制备缩聚物脯氨酸甲酯制备缩聚物（A-proOMeA-proOMe），然后与甲基丙烯酸乙酯），然后与甲基丙烯酸乙酯单体（单体（HEMAHEMA）和憎水苯乙烯单体（）和憎水苯乙烯单体（StSt）在有交联剂的作用下，用在有交联剂的作用下，用60Co60Co射线真射线真空辐照（空辐照（30 kGy30 kGy）产生辐射共聚物，该）产生辐射共聚物，该干燥凝胶具有明显的温度敏感性，体积干燥凝胶具有明显的温度敏感性，体积溶胀度高，将共聚凝胶在溶胀度高，将共聚凝胶在00下与药物下与药物浸泡（吸附饱和），制备出不同的温敏浸泡（吸附饱和），制备出不同的温敏药物控释体系调整给药。药物控释体系调整给药。辐射制备药物缓释举例辐射制备药物缓释举例2：HEMA+HA+驱氧驱氧+交联剂交联剂射线照射射线照射50kGy透亮质酸的聚电解质凝胶透亮质酸的聚电解质凝胶 该该凝凝胶胶具具有有电电场场响响应应，再再设设计计生生物物传传感感装装置置感感受受器器：接接受受环环境境刺刺激激（光光、声声、味味、电电场、磁场及化学物质）场、磁场及化学物质）传传送送器器：将将反反应应转转化化为为信信号号（如如温温度度、pH、电场等），这电场等），这 个个信信号号可可使使环环境境敏敏感感性性凝凝胶胶溶溶胀胀（药药物释放）或收缩物释放）或收缩 （停停止止释释放放），这这就就是是智智能能化化缓缓释释体体系。系。感受器感受器传送器传送器一、医用有机硅材料一、医用有机硅材料 包括聚硅氧烷和聚硅烷两类，常用聚硅氧烷树脂包括聚硅氧烷和聚硅烷两类，常用聚硅氧烷树脂（Silicone resin）和聚硅氧烷橡胶（）和聚硅氧烷橡胶（Silicone rubber）。直链聚硅氧烷 支链聚硅氧烷 第四节第四节 医用有机硅及聚氨酯医用有机硅及聚氨酯 将将聚硅氧烷树脂聚硅氧烷树脂加入加入SiOSiO2 2，二氧化钛（，二氧化钛（TiOTiO2 2）等，）等，再经过硫化（交联）并加入其他辅料和助剂进行混再经过硫化（交联）并加入其他辅料和助剂进行混炼成型、热处理、熟化后就得到高性能的炼成型、热处理、熟化后就得到高性能的硅橡胶硅橡胶。医用硅橡胶用途：医用硅橡胶用途：长期植入：心脏起搏器、人长期植入：心脏起搏器、人造喉头、人工皮肤、人工指关节等；造喉头、人工皮肤、人工指关节等；短期植入：短期植入：腹膜透析管、动静脉外瘘管、导尿管、胃插管等；腹膜透析管、动静脉外瘘管、导尿管、胃插管等；体外循环：人工心肺器薄膜、人工肾导管、胎儿体外循环：人工心肺器薄膜、人工肾导管、胎儿吸引管吸头等。吸引管吸头等。用硅橡胶制备用硅橡胶制备人工鼻梁、人工下巴、下颌骨、人人工鼻梁、人工下巴、下颌骨、人工耳、人工喉、鼻孔支架、止鼾器、阴茎假体、人工耳、人工喉、鼻孔支架、止鼾器、阴茎假体、人工睾丸、人工乳房、人工关节、婴儿奶嘴等已广泛工睾丸、人工乳房、人工关节、婴儿奶嘴等已广泛应用于临床实践。应用于临床实践。医用硅橡胶有副作用，辐射接枝技术已做了很多的探讨和改进。比如：在醋酸纤维膜上用60Co 射接枝HEMA时，随接枝率的增加血小板吸附量也相应地削减；将聚四氟乙烯、聚丙烯、聚氨酯和硅橡胶等做为基材，辐射接枝N-乙烯吡咯烷酮（N-VP）、HEMA等亲水性单体，然后将接枝共聚物做成血管替代品植入动物体内视察它们抗凝血性能，9次试验中只有一例出现凝血，削减了血栓的形成。改进改进 将将硅硅橡橡胶胶膜膜射射线线辐辐射射接接枝枝接接上上温温敏敏PNIPAAmPNIPAAm（N-N-异异丙丙基基丙丙烯烯酰酰胺胺），发发觉觉随随着着剂剂量量的的增增大大，接接枝枝率率快快速速增增加加，然然后后趋趋缓缓，并并在在30 30 kGykGy以以后后趋趋于于饱饱和和，硅硅橡橡胶胶膜膜是是憎憎水水性性的的，但但接接枝枝了了确确定定量量亲亲水水性性聚聚PNIPAAmPNIPAAm后后，硅硅橡橡胶胶膜膜表表现现出出确确定定的的亲亲水水性性辐辐射射接接枝产品并具有温敏效应。枝产品并具有温敏效应。改进改进二、医用聚氨酯材料二、医用聚氨酯材料 定义：聚氨酯（定义：聚氨酯（PolyurethanePolyurethane，PUPU）是一类物）是一类物理性质变更范围较广且分子内含有氨基甲酸乙理性质变更范围较广且分子内含有氨基甲酸乙酯键的高分子材料的总称。酯键的高分子材料的总称。聚氨酯的缺点：韧性较差，抗冲击力实力聚氨酯的缺点：韧性较差，抗冲击力实力差，较易老化寿命较短差，较易老化寿命较短,，易变色，易变色,憎水和憎水和耐酸碱性差。耐酸碱性差。应用辐射接枝改性技术在聚醚氨酯膜应用辐射接枝改性技术在聚醚氨酯膜（SPEUSPEU）上进行辐射接枝）上进行辐射接枝N-N-乙烯基吡啶乙烯基吡啶（N-VPN-VP）、丙烯酰胺（）、丙烯酰胺（AAmAAm）、）、4-4-乙烯基吡乙烯基吡啶（啶（4-VP4-VP）和丙烯酸（）和丙烯酸（AAcAAc）等。）等。SPEU SPEU膜辐射接枝亲水性膜辐射接枝亲水性N-VPN-VP后，膜表面后，膜表面亲水性明显增加，而吸水性随接枝率增加亲水性明显增加，而吸水性随接枝率增加而上升。而上升。医用吸水性材料（医用吸水性材料（Super absorbent polymerSuper absorbent polymer，SAPSAP）是具有超）是具有超级级吸水性能的聚合物，它的吸水吸水性能的聚合物，它的吸水量可达自身的几十倍甚至上千倍，在受量可达自身的几十倍甚至上千倍，在受挤压时挤压时水也不会被水也不会被挤挤出，材料易加工，运用便利。出，材料易加工，运用便利。应应用：在用：在农业农业、林、林业业、石油、化工、石油、化工、环环保、建保、建材以及生活用品等各个材以及生活用品等各个领领域，生理域，生理卫卫生用品，生用品，如如婴婴儿尿布、超薄儿尿布、超薄妇妇女女卫卫生用品。生用品。第五节第五节 医用吸水性材料医用吸水性材料分类：分类：淀粉类、纤维类和合成聚合物淀粉类、纤维类和合成聚合物特点：特点：无毒无味，通过化学作用吸水，无毒无味，通过化学作用吸水，与海绵、沙布、脱脂棉等吸水材料的与海绵、沙布、脱脂棉等吸水材料的物理吸水性不同，它一旦吸水即成为物理吸水性不同，它一旦吸水即成为膨胀的凝胶体，即使在外力作用下也膨胀的凝胶体，即使在外力作用下也很难脱水。很难脱水。一、辐射制备淀粉类吸水材料一、辐射制备淀粉类吸水材料淀粉与蒸馏水混合+85呈糊状加丙烯酰胺（AM）和丙烯酸（AA）通N2 驱氧封口，辐照6.0 kGy形成接枝共聚物丙酮沉淀，56真空干燥24h获高吸水淀粉材料 二、辐射制备高吸水共聚物二、辐射制备高吸水共聚物丙烯酰胺（AAm）+N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）10 kGy剂量率（12 kGy/h）共聚反应高吸水共聚物高吸水共聚物8 9 10 11 12(kGy)1000900800700吸水率（%）吸水倍数与照射剂量的关系 辐射技术在医用高分子材料的制备和辐射技术在医用高分子材料的制备和改性应用已进入商业开发阶段，在医学、改性应用已进入商业开发阶段，在医学、环保、农业等领域有着广泛的前景，目前环保、农业等领域有着广泛的前景，目前的问题是找寻价廉的单体制备吸水材料，的问题是找寻价廉的单体制备吸水材料，使其具有巨大的吸水性及释水性。使其具有巨大的吸水性及释水性。甲壳素缝线的电镜照片甲壳素缝线的电镜照片 甲壳素人工皮的电镜照片甲壳素人工皮的电镜照片 硅橡胶硅橡胶医用医用导管管类 聚氯乙烯树脂聚氯乙烯树脂爱尔康一片式爱尔康一片式PMMA人工晶体人工晶体 Acrysof 丙烯酸酯折叠人工晶体丙烯酸酯折叠人工晶体 Al2O3-金属组合全髋关节 纳米聚酯纳米聚酯