第九章生物医用高分子材料.ppt

第九章生物医用高分子材料第九章生物医用高分子材料（1 1）医用金属和合金医用金属和合金。主要用于承力的骨、关节和牙等硬组织的修复和。主要用于承力的骨、关节和牙等硬组织的修复和替换。不锈钢、钴基合金、钛及钛合金是目前医用合金的三大支柱。医用替换。不锈钢、钴基合金、钛及钛合金是目前医用合金的三大支柱。医用合金还有钽、铌和贵金属等。合金还有钽、铌和贵金属等。（2 2）医用无机陶瓷医用无机陶瓷。有惰性生物陶瓷和活性生物陶瓷（羟基磷灰石陶瓷、。有惰性生物陶瓷和活性生物陶瓷（羟基磷灰石陶瓷、可吸收磷酸三钙陶瓷等）可吸收磷酸三钙陶瓷等）（3 3）医用高分子生物材料医用高分子生物材料。高分子化合物是构成人体绝大部分组织和器。高分子化合物是构成人体绝大部分组织和器官的物质，医用高分子生物材料包括合成（如：聚酯、硅橡胶）和天然高官的物质，医用高分子生物材料包括合成（如：聚酯、硅橡胶）和天然高分子（如：胶原、甲壳素）。近来，生物降解高分子材料得到重视。分子（如：胶原、甲壳素）。近来，生物降解高分子材料得到重视。（4 4）医用生物复合材料医用生物复合材料。如羟基磷灰石涂复钛合金，炭纤维或生物活性。如羟基磷灰石涂复钛合金，炭纤维或生物活性玻璃纤维增强聚乳酸等高分子材料。玻璃纤维增强聚乳酸等高分子材料。生物医用材料生物医用材料隐形眼镜手术缝合线聚四氟乙烯聚四氟乙烯 人工关节人工关节例如：例如：德国产品德国产品 UHMWPE材料材料ISO5834-2ASTM F648可作为人工关节、可作为人工关节、人工骨骼植入人体人工骨骼植入人体极低的能耗极低的能耗人工心脏瓣膜人工心脏瓣膜组织工程人工骨缺损修复示意图组织工程人工骨缺损修复示意图 高分子材料虽然不是万能的，不可能指望它解高分子材料虽然不是万能的，不可能指望它解决一切医学问题，但决一切医学问题，但通过分子设计的途径通过分子设计的途径，合成出，合成出具有生物医学功能的理想医用高分子材料的前景是具有生物医学功能的理想医用高分子材料的前景是十分广阔的。有人预计，在十分广阔的。有人预计，在2121世纪，医用高分子将世纪，医用高分子将进入一个全新的时代。进入一个全新的时代。除了大脑之外，人体的所有除了大脑之外，人体的所有部位和脏器都可用高分子材料来取代。部位和脏器都可用高分子材料来取代。仿生人也将仿生人也将比想象中更快地来到世上。比想象中更快地来到世上。本章内容本章内容 医用高分子材料：医用高分子材料：指符合特殊指符合特殊医用要求医用要求，在，在医学领域应用到医学领域应用到人体人体上，以医疗为目的，具上，以医疗为目的，具有有特殊要求特殊要求的功能高分子材料。的功能高分子材料。9.1 医用高分子材料概述一、医用高分子材料的一、医用高分子材料的定义定义和分类和分类 分类分类9.1 医用高分子材料概述一、医用高分子材料的定义和一、医用高分子材料的定义和分类分类 按用途分类 按原材料分类按功能分类治疗用高分子材料治疗用高分子材料 缝合线，黏胶剂，止血剂，各种导管，引流管，一次性输血输液器材缝合线，黏胶剂，止血剂，各种导管，引流管，一次性输血输液器材高分子药用材料高分子药用材料 靶向性高分子载体（肝靶向性，肿瘤靶向性），高分子药物（干扰素，靶向性高分子载体（肝靶向性，肿瘤靶向性），高分子药物（干扰素，降胆敏），高分子控制释放载体（胶囊，水凝胶，脂质体）降胆敏），高分子控制释放载体（胶囊，水凝胶，脂质体）人造器官用材料人造器官用材料 人造皮肤，血管，骨，关节，肠道，心脏，肾等人造皮肤，血管，骨，关节，肠道，心脏，肾等按用途分类9.1 医用高分子材料概述一、医用高分子材料的定义和一、医用高分子材料的定义和分类分类 按原材料分类9.1 医用高分子材料概述一、医用高分子材料的定义和一、医用高分子材料的定义和分类分类 常见医用高分子的原材料生物相容性高分子材料生物相容性高分子材料 （血液（血液+组织）组织）生物降解高分子材料生物降解高分子材料 （被降解吸收）（被降解吸收）生物功能性高分子材料生物功能性高分子材料 （模仿人体器官功能）（模仿人体器官功能）按功能分类9.1 医用高分子材料概述一、医用高分子材料的定义和一、医用高分子材料的定义和分类分类 9.1 医用高分子材料概述二、医用高分子材料的特殊要求二、医用高分子材料的特殊要求材料学要求医学要求生物学要求机械强度、稳定性、外观效果药物的控制释放、人造血液的粘度、渗透压、人造皮肤的促进愈合作用与生物活体长期和平共处9.1 医用高分子材料概述二、医用高分子材料的特殊要求二、医用高分子材料的特殊要求生物学要求生物学要求共性相容性（血液+组织）特性生物惰性或可生物降解性良好的血液相容性良好的血液相容性 9.1 医用高分子材料概述 血液相容性血液相容性：材料在体内与血液接触后不发生凝血、溶血现象，不形成血栓。当高分子材料用于人工脏器植入人体后，必然要长当高分子材料用于人工脏器植入人体后，必然要长时间与体内的时间与体内的血液接触血液接触。因此，医用高分子对血液。因此，医用高分子对血液的相容性是所有性能中最重要的。的相容性是所有性能中最重要的。内皮损伤诱发血栓形成示意图内皮损伤诱发血栓形成示意图 胶原胶原胶原胶原 组织组织组织组织因子因子因子因子凝血酶凝血酶凝血酶凝血酶IIaIIa血小板血小板血小板血小板激活激活激活激活凝血酶原凝血酶原凝血酶原凝血酶原II IIADPADPTXATXA2 2凝血凝血凝血凝血瀑布瀑布瀑布瀑布血栓血栓血栓血栓纤维蛋白原纤维蛋白原纤维蛋白原纤维蛋白原纤维蛋白纤维蛋白纤维蛋白纤维蛋白血小板血小板血小板血小板聚集聚集聚集聚集血栓：血栓：当人体的表皮受到损伤时，流出的血液会自动凝固。材料界面性质与血液相容性的关系：材料界面性质与血液相容性的关系：具有血液相容性的材料的特点具有血液相容性的材料的特点p 低界面能低界面能p 表面具有亲水或疏水性质表面具有亲水或疏水性质p 材料界面具有负电荷（血液中多组分呈负电性）材料界面具有负电荷（血液中多组分呈负电性）p 表面附着抗凝血物质（如肝素）表面附着抗凝血物质（如肝素）9.1 医用高分子材料概述 有些高分子材料本身对人体有害，不能用作医用材料；有些高分子材料本身对人体有害，不能用作医用材料；有些高分子材料本身对人体组织并无不良的影响，但在合有些高分子材料本身对人体组织并无不良的影响，但在合成、加工过程中不可避免地会残留一些单体，或使用一些成、加工过程中不可避免地会残留一些单体，或使用一些添加剂。当材料植入人体以后，这些单体和添加剂会慢慢添加剂。当材料植入人体以后，这些单体和添加剂会慢慢从内部迁移到表面，从而从内部迁移到表面，从而对周围组织发生作用对周围组织发生作用，引起炎症引起炎症或组织畸变或组织畸变，严重的可引起全身性反应。，严重的可引起全身性反应。良好的良好的组织相容性组织相容性9.1 医用高分子材料概述组织相容性是指材料在与肌体组织接触过程中不发生不利的刺激性，不发生炎症，不发生排斥反应，没有致癌作用，不发生钙沉积。9.1 医用高分子材料概述提高高分子材料的组织相容性的解决方法:提高材料的纯度材料中的有害杂质会加速材料的老化并加剧组织与材料之间的生物化学反应。材料本身具有良好的化学稳定性在体内环境下不易老化和分解。有良好的机械强度和光滑表面使用过程中不对组织产生破坏和刺激。采用与组织相容性好的材料进行表面复合，改进组织相容性。生物惰性是指材料在生物内部环境下自身不发生生物惰性是指材料在生物内部环境下自身不发生有害的化学反应和物理破坏。有害的化学反应和物理破坏。p 化学变化化学变化酶、酸、碱等造成酶、酸、碱等造成p 物理变化物理变化渗透、溶解、吸附等造成渗透、溶解、吸附等造成良好的良好的生物惰性生物惰性9.1 医用高分子材料概述与生物惰性的要求相反，在某些场合需要与生物惰性的要求相反，在某些场合需要医用高分子材料具有可生物降解性，即材医用高分子材料具有可生物降解性，即材料仅有有限的使用寿命，使用期过后材料料仅有有限的使用寿命，使用期过后材料可以可以被生物体分解和吸收被生物体分解和吸收。如手术用的缝合线和固定骨骼的骨水泥、如手术用的缝合线和固定骨骼的骨水泥、骨丁等，采用可降解材料可以防止二次疼骨丁等，采用可降解材料可以防止二次疼痛。痛。9.1 医用高分子材料概述良好的良好的生物降解性生物降解性9.2 生物惰性医用高分子材料生物惰性医用高分子材料9.2 生物惰性高分子材料基本特点：基本特点：l 良好的生物相容性（血液+组织）l 材料在生物环境下表现出的惰性即非生物降解性：不老化、不降解、不干裂、不溶解医学应用：医学应用：人体植入材料（人工骨和骨关节材料、器官修复材料）人造组织人造器官改善材料生物相容性的途径改善材料生物相容性的途径 强亲水或强疏水表面强亲水或强疏水表面 亲水或疏水微相分离的聚合物亲水或疏水微相分离的聚合物 表面引入生物相容性物质（肝素、白蛋白）表面引入生物相容性物质（肝素、白蛋白）引入负离子（血液中多组分呈负电性）引入负离子（血液中多组分呈负电性）生成伪内膜生成伪内膜9.2 生物惰性高分子材料 改善高分子材料表面亲水性改善高分子材料表面亲水性强疏水强疏水：对血液成分吸附能力小，因此血液相容性好。如：对血液成分吸附能力小，因此血液相容性好。如：聚四氟乙烯聚四氟乙烯强亲水强亲水：吸水后与血液表面性能接近，减小对蛋白质的吸：吸水后与血液表面性能接近，减小对蛋白质的吸附。如：附。如：聚氧化乙烯（非常重要的抗凝血材料）聚氧化乙烯（非常重要的抗凝血材料）添加添加聚氧化乙烯（分子量聚氧化乙烯（分子量60006000）于凝血酶溶液中，可防止凝血）于凝血酶溶液中，可防止凝血酶对玻璃的吸附。酶对玻璃的吸附。9.2 生物惰性高分子材料 通过接枝改性调节高分子材料表面分通过接枝改性调节高分子材料表面分子结构中的子结构中的亲水基团与疏水基团的比例亲水基团与疏水基团的比例，使其达到一个最佳值，也是改善材料血液使其达到一个最佳值，也是改善材料血液相容性的有效方法。相容性的有效方法。采用亲水采用亲水-疏水微相分离的嵌段共聚的方法疏水微相分离的嵌段共聚的方法 研究发现，具有微相分离结构的高分子材料研究发现，具有微相分离结构的高分子材料对血液相容性有十分重要的作用。它们基本上是对血液相容性有十分重要的作用。它们基本上是嵌段共聚物和接枝共聚物嵌段共聚物和接枝共聚物。其中研究得较多的是。其中研究得较多的是聚氨酯嵌段共聚物聚氨酯嵌段共聚物，即由，即由软段和硬段软段和硬段组成的多嵌组成的多嵌段共聚物，其中软段一般为聚醚、聚丁二烯、聚段共聚物，其中软段一般为聚醚、聚丁二烯、聚二甲基硅氧烷等，形成连续相；硬段包含脲基和二甲基硅氧烷等，形成连续相；硬段包含脲基和氨基甲酸酯基，形成分散相。氨基甲酸酯基，形成分散相。9.2 生物惰性高分子材料 美国美国Ethicon n公司推公司推荐的四种荐的四种医用聚醚氨酯医用聚醚氨酯：Biomer，Pellethane，Tecoflex和和Cardiothane基本上都属于这一类聚合基本上都属于这一类聚合物。物。原因被认为是亲水和疏水的蛋原因被认为是亲水和疏水的蛋白质被白质被吸附吸附于不同的微相区间，于不同的微相区间，不会激活血小板表面不会激活血小板表面的糖蛋白，的糖蛋白，血小板的特异识别功能表现不血小板的特异识别功能表现不出来。出来。在材料表面引入生物相容性物质在材料表面引入生物相容性物质9.2 生物惰性高分子材料肝素是一种硫酸多糖类物质肝素是一种硫酸多糖类物质，含有-SO3-，-COO-及-NHSO3-等功能基团。最早被认识的天然抗凝血产物之一。将将肝素肝素通过接枝方法固定在高分子材料表面上通过接枝方法固定在高分子材料表面上以提高其以提高其抗凝血性抗凝血性，是使材料的抗凝血性改变的重，是使材料的抗凝血性改变的重要途径。在高分子材料结构中引入肝素后，在使用要途径。在高分子材料结构中引入肝素后，在使用过程中，肝素慢慢地释放，能明显提高抗血栓性。过程中，肝素慢慢地释放，能明显提高抗血栓性。9.2 生物惰性高分子材料人工合成的仿肝素共聚物，同样具有较好的抗凝血功能人工合成的仿肝素共聚物，同样具有较好的抗凝血功能9.2 生物惰性高分子材料 在材料表面引入负离子在材料表面引入负离子例如：将芝加哥酸（例如：将芝加哥酸（1-1-氨基氨基-8-8-萘酚萘酚-2,4-2,4-二磺酸萘）二磺酸萘）（见下式）引入聚合物表面后，可（见下式）引入聚合物表面后，可减少减少血小板在聚血小板在聚合物表面上的合物表面上的粘附量粘附量，抗疑血性提高。，抗疑血性提高。9.2 生物惰性高分子材料人们发现，大部分高分子材料的表面容易沉渍人们发现，大部分高分子材料的表面容易沉渍血纤蛋白而凝血。如果有意将某些高分子的表面制血纤蛋白而凝血。如果有意将某些高分子的表面制成纤维林立状态，当血液流过这种粗糙的表面时，成纤维林立状态，当血液流过这种粗糙的表面时，迅速形成稳定的迅速形成稳定的凝固血栓膜凝固血栓膜，但，但不扩展成血栓不扩展成血栓，然，然后诱导出血管内皮细胞。这样就相当于在材料表面后诱导出血管内皮细胞。这样就相当于在材料表面上覆盖了一层光滑的生物层上覆盖了一层光滑的生物层伪内膜伪内膜。这种伪内膜。这种伪内膜与人体心脏和血管一样，具有光滑的表面，从而达与人体心脏和血管一样，具有光滑的表面，从而达到永久性的抗血栓到永久性的抗血栓。9.2 生物惰性高分子材料 材料表面伪内膜化材料表面伪内膜化生物惰性高分子材料生物惰性高分子材料有机硅类有机硅类聚丙烯酸酯类聚丙烯酸酯类聚氨酯聚氨酯聚四氟乙烯聚四氟乙烯9.2 生物惰性高分子材料用于人工脏器的部分高分子材料用于人工脏器的部分高分子材料人工脏器人工脏器高分子材料高分子材料心心 脏脏嵌段聚醚氨酯弹性体、硅橡胶嵌段聚醚氨酯弹性体、硅橡胶肾肾 脏脏铜氨法再生纤维素，醋酸纤维素，聚甲基丙烯酸甲酯，铜氨法再生纤维素，醋酸纤维素，聚甲基丙烯酸甲酯，聚丙烯腈，聚砜，乙烯聚丙烯腈，聚砜，乙烯-乙烯醇共聚物（乙烯醇共聚物（EVAEVA），聚丙），聚丙烯，聚碳酸酯，聚甲基丙烯酸烯，聚碳酸酯，聚甲基丙烯酸-羟乙酯羟乙酯肝肝 脏脏赛璐玢（赛璐玢（cellophane），聚甲基丙烯酸），聚甲基丙烯酸-羟乙酯羟乙酯胰胰 脏脏共聚丙烯酸酯中空纤维共聚丙烯酸酯中空纤维肺肺硅橡胶，聚丙烯中空纤维，聚烷砜硅橡胶，聚丙烯中空纤维，聚烷砜关节、骨关节、骨超高分子量聚乙烯，高密度聚乙烯，聚甲基丙烯酸甲超高分子量聚乙烯，高密度聚乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，尼龙，聚酯酯，尼龙，聚酯皮皮 肤肤硝基纤维素，聚硅酮硝基纤维素，聚硅酮-尼龙复合物，聚酯，甲壳素尼龙复合物，聚酯，甲壳素角角 膜膜聚甲基丙烯酸甲酯，聚甲基丙烯酸聚甲基丙烯酸甲酯，聚甲基丙烯酸-羟乙酯，硅羟乙酯，硅橡胶橡胶玻璃体玻璃体硅油，聚甲基丙烯酸硅油，聚甲基丙烯酸-羟乙酯羟乙酯鼻、耳鼻、耳硅橡胶，聚乙烯硅橡胶，聚乙烯血血 管管聚酯纤维，聚四氟乙烯，嵌段聚醚氨酯聚酯纤维，聚四氟乙烯，嵌段聚醚氨酯人工红血球人工红血球 全氟烃全氟烃人工血浆人工血浆羟乙基淀粉，聚乙烯基吡咯烷酮羟乙基淀粉，聚乙烯基吡咯烷酮胆胆 管管硅橡胶硅橡胶用于人工脏器的部分高分子材料用于人工脏器的部分高分子材料9.3 生物降解性高分子材料生物降解性高分子材料9.3 生物降解性高分子材料n 生活便利生活便利n 能源消耗能源消耗高分子材料使用废弃后如何处理？高分子材料使用废弃后如何处理？u 回收再利用回收再利用 u 焚烧焚烧 u 填埋填埋既保证生活品质又减少环境污染，必须从源头既保证生活品质又减少环境污染，必须从源头做起，大力开发和推广做起，大力开发和推广生物降解高分子材料生物降解高分子材料，这是治标治本的好方法，符合当今高分子材料这是治标治本的好方法，符合当今高分子材料绿色化的绿色化的潮流潮流。n 环境污染环境污染 塑料制品的使用生物降解材料生物降解材料（美国ASTM材料和实验协会定义）：在自然界微生物(细菌、真菌、藻类等)作用下能发生物理、化学、生物作用而降解或酶解的材料。9.3 生物降解性高分子材料一、高分子材料的生物降解机理一、高分子材料的生物降解机理光化学降解热化学降解生物化学降解高分子降解高分子降解（3 3）微生物吸收或消耗碎片，经代谢最终形成）微生物吸收或消耗碎片，经代谢最终形成二氧化碳二氧化碳 和水和水等。等。（1 1）高分子材料的表面被微生物）高分子材料的表面被微生物粘附粘附。（2)2)在微生物分泌的在微生物分泌的酶酶的作用下，高分子断裂成相对小的作用下，高分子断裂成相对小 的分子的分子碎片碎片。9.3 生物降解性高分子材料一、高分子材料的生物降解机理一、高分子材料的生物降解机理生物降解过程生物降解过程生物降解过程的影响因素生物降解过程的影响因素1 1 化学结构与生物降解能力的关系化学结构与生物降解能力的关系（含可水解基团）（含可水解基团）水解强度：酸酐水解强度：酸酐 碳酸酯碳酸酯 酰胺酰胺9.3 生物降解性高分子材料2 2 材料性质和结构对水解过程的影响材料性质和结构对水解过程的影响3 3 影响水解的外界条件影响水解的外界条件(温度、水分、酸碱度温度、水分、酸碱度)一、高分子材料的生物降解机理一、高分子材料的生物降解机理易降解高分子结构难降解高分子结构直链侧链、支链、交联脂肪族芳香族非晶体晶态低相对分子量高相对分子量亲水性疏水性表面粗糙表面光滑9.3 生物降解性高分子材料生物降解过程的影响因素生物降解过程的影响因素分子结构分子结构一、高分子材料的生物降解机理一、高分子材料的生物降解机理u 由人工合成的结构内具有可水解结构的缩合型高分子。合成可降解高分子材料合成可降解高分子材料 合成可降解性高分子的结构高分子类型主链键合形式降解产物聚聚 酯酯-C-COO-C-COOH +HO-C-聚聚 醚醚-C-O-C-C-OH +HO-C-聚氨酯聚氨酯-C-O-CO-NH-C-C-OH +CO2 +H2N-C-聚酰胺聚酰胺-C-CO-NH-C-C-C-CO-OH+H2N-C-天然可降解高分子材料天然可降解高分子材料 u 由生物体内提取或自然环境中直接得到的一类大分子；u 具有良好的生物相容性和可降解性，但机械性能较差。具有具有商业应用价值商业应用价值的天然高分子的天然高分子生物可降解材料主要有生物可降解材料主要有淀粉淀粉、植植物纤维物纤维、壳聚糖壳聚糖、胶原蛋白胶原蛋白等，等，其中尤其以其中尤其以改性后的淀粉塑料改性后的淀粉塑料最最为重要。为重要。生物降解材料的种类与性能生物降解材料的种类与性能9.3 生物降解性高分子材料9.3 生物降解性高分子材料二、人工合成可生物降解高分子材料二、人工合成可生物降解高分子材料u 聚乳酸类聚乳酸类u 聚原酸酯类聚原酸酯类u 聚碳酸酯类聚碳酸酯类u 聚酸酐类聚酸酐类u 聚磷嗪类聚磷嗪类9.3 生物降解性高分子材料二、人工合成可生物降解高分子材料二、人工合成可生物降解高分子材料u 聚乳酸类聚乳酸类u 聚原酸酯类聚原酸酯类u 聚碳酸酯类聚碳酸酯类u 聚酸酐类聚酸酐类u 聚磷嗪类聚磷嗪类9.3 生物降解性高分子材料二、人工合成可生物降解高分子材料二、人工合成可生物降解高分子材料u 聚乳酸类聚乳酸类u 聚原酸酯类聚原酸酯类u 聚碳酸酯类聚碳酸酯类u 聚酸酐类聚酸酐类u 聚磷嗪类聚磷嗪类聚乳酸聚乳酸典型生物降解高分子材料聚乳酸是聚乳酸是无毒无毒的高分子化合物，与石油化学合成树脂相比，具的高分子化合物，与石油化学合成树脂相比，具有良好的有良好的生物相容性、可降解性、机械物理性能生物相容性、可降解性、机械物理性能。研究表明，聚乳酸使用后埋在土壤中研究表明，聚乳酸使用后埋在土壤中612个月个月即能被自然界中即能被自然界中微生物微生物完全降解完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境。，最终生成二氧化碳和水，不污染环境。聚乳酸聚乳酸51典型生物降解高分子材料聚乳酸是聚乳酸是无毒无毒的高分子化合物，与石油化学合成树脂相比，具的高分子化合物，与石油化学合成树脂相比，具有良好的有良好的生物相容性、可降解性、机械物理性能生物相容性、可降解性、机械物理性能。研究表明，聚乳酸使用后埋在土壤中研究表明，聚乳酸使用后埋在土壤中6-12个月个月即能被自然界中即能被自然界中微生物微生物完全降解完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境。，最终生成二氧化碳和水，不污染环境。聚乳酸的制备直接缩聚法直接缩聚法：u 通过乳酸分子间脱水、酯化、逐步缩合聚合成聚乳酸。要通过乳酸分子间脱水、酯化、逐步缩合聚合成聚乳酸。要想获得高分想获得高分 子量的聚乳酸，水分的脱出及抑制聚合物的降子量的聚乳酸，水分的脱出及抑制聚合物的降解是直接法的关键。解是直接法的关键。u 聚乳酸直接缩聚合成方法聚乳酸直接缩聚合成方法 主要可分为溶液聚合和熔融聚合。主要可分为溶液聚合和熔融聚合。332Mw=2,000-10,000 乳酸原料转化成乳酸原料转化成丙交酯丙交酯 PLA 聚乳酸的制备丙交酯开环聚合法：丙交酯开环聚合法：丙交酯开环聚合得到预期的较高分子量(Mw100,000)PLA产品。连续熔融聚合连续熔融聚合和间歇熔融聚合和间歇熔融聚合9.3 生物降解性高分子材料聚乳酸手术缝合线聚乳酸手术缝合线聚乳酸应用缓释药物载体缓释药物载体组织工程耳朵组织工程耳朵聚乳酸应用聚乳酸包装袋聚乳酸一次性餐具人工合成生物降解材料存在的主要问题价格昂贵，不易推广应用价格昂贵，不易推广应用加工困难，尚未完全达到实用阶段加工困难，尚未完全达到实用阶段降解可控、回收利用等技术不足降解可控、回收利用等技术不足尚无统一评价方法和标准尚无统一评价方法和标准人工合成，工艺复杂、性能不稳定人工合成，工艺复杂、性能不稳定主要问题主要问题主要问题主要问题具有具有商业应用价值商业应用价值的天然高分子生物可降解材料主要有的天然高分子生物可降解材料主要有淀淀粉粉、植物纤维植物纤维、甲壳质衍生物甲壳质衍生物、胶原蛋白胶原蛋白等，其中尤其以等，其中尤其以改性后的淀粉塑料改性后的淀粉塑料最为重要。最为重要。三、天然可生物降解高分子材料三、天然可生物降解高分子材料9.3 生物降解性高分子材料典型生物降解高分子材料淀粉颗粒的扫描电子显微镜照片l优点优点：来源丰富、价格低廉、生物降解性好。：来源丰富、价格低廉、生物降解性好。l缺点缺点：强极性、强结晶性、热塑性差、加工困难：强极性、强结晶性、热塑性差、加工困难 、极强的亲水性极强的亲水性 、耐候性差。、耐候性差。淀粉淀粉(a)玉米淀粉玉米淀粉(b)(b)小麦淀粉小麦淀粉淀粉应用环保玉米淀粉牙签淀粉基一次性餐具淀粉基容器包装材料淀粉应用淀粉基环保袋u 目前，淀粉塑料产量在众多品种的生物降解塑料中目前，淀粉塑料产量在众多品种的生物降解塑料中居首位居首位，占总量的占总量的2/32/3以上以上，我国建成的降解塑料生产，我国建成的降解塑料生产线绝大多数是生产线绝大多数是生产填充型淀粉塑料填充型淀粉塑料和和双降解淀粉塑料双降解淀粉塑料。淀粉类生物降解性产品的潜在优势在于淀粉类生物降解性产品的潜在优势在于:淀粉在各种环境中都具备淀粉在各种环境中都具备完全生物降解完全生物降解能力能力;塑料中的淀粉分子降解或灰化后，形成二氧化碳气体，塑料中的淀粉分子降解或灰化后，形成二氧化碳气体，不对土壤或空气产生毒害不对土壤或空气产生毒害;采取适当的工艺使淀粉热塑化后可达到用于制造塑料采取适当的工艺使淀粉热塑化后可达到用于制造塑料 材料的材料的机械性能机械性能;淀粉是淀粉是可再生可再生资源。资源。l 壳聚糖（chitosan）甲壳素脱乙酰基得到的产物，是已知的唯一的含氮碱性多糖。9.3 生物降解性高分子材料l 甲壳质（chitin）是重要的海洋生物资源，自然界每年生产的甲壳素有100亿吨，主要来源于虾壳，蟹壳，昆虫壳和 微生物等。脱乙酰基甲壳质衍生物在生物医药方面的应用(1)医用纤维和膜材料医用纤维和膜材料(2)药物载体药物载体(3)凝血材料人造皮肤凝血材料人造皮肤(4)高分子药物高分子药物(5)人造器官人造器官9.3 生物降解性高分子材料(1)医用纤维和膜材料医用纤维和膜材料(2)药物载体药物载体(3)凝血材料人造皮肤凝血材料人造皮肤(4)高分子药物高分子药物(5)人造器官人造器官p 甲壳素和壳聚糖及其衍生物溶液具有良好的可纺性，可以采用湿法或干法方式制成纤维。p 壳聚糖纤维制成的手术缝合线在伤口愈合后可不必拆线。甲壳质衍生物在生物医药方面的应用(1)医用纤维和膜材料医用纤维和膜材料(2)药物载体药物载体(3)凝血材料凝血材料(4)高分子药物高分子药物(5)人造器官人造器官p 壳聚糖广泛作为药物载体材料使用，可以制成颗粒、片剂、膜剂、微胶囊等剂型。p 可以达到控制药物恒定释放和靶向给药的目的，且药物释放后甲壳质基体材料能够被人体降解吸收，不会对人体组织造成损害。甲壳质衍生物在生物医药方面的应用(1)医用纤维和膜材料医用纤维和膜材料(2)药物载体药物载体(3)凝血材料凝血材料(4)高分子药物高分子药物(5)人造器官人造器官p作为凝血材料使用，如包扎用纱布经甲壳质或壳聚糖溶液处理后包扎伤口，立即止血，并有消炎作，伤口愈合速度提高22-55。p伤口长好后纱布不粘连，甚至不留痕迹。甲壳质衍生物在生物医药方面的应用(1)医用纤维和膜材料医用纤维和膜材料(2)药物载体药物载体(3)凝血材料凝血材料(4)高分子药物高分子药物(5)人造器官人造器官p 抗肿瘤作用p 增强免疫力p 降低脂肪和胆固醇甲壳质衍生物在生物医药方面的应用(1)医用纤维和膜材料医用纤维和膜材料(2)药物载体药物载体(3)凝血材料凝血材料(4)高分子药物高分子药物(5)人造器官人造器官p 用各种甲壳质为主要材料制备的透析过滤膜、中空纤维、医用吸附剂、集束纤维等可用于各种人工器官，如人工肝脏、人工肾、人造骨、人造血管等的制造过程。p 将肝素固定在壳聚糖上制作的吸附剂，可以选择性吸附血液中的胆固醇。因此，甲壳质型人造肾脏的功能已经非常接近天然肾脏。甲壳质衍生物在生物医药方面的应用p 医用高分子材料医用高分子材料 应用于临床的生物功能高分子材料，根据材料的性质划分，包括生物惰性高分子材料、可生物降解高分子材料、药用高分子材料。根据用途来划分，有治疗用高分子材料、人造器官用高分子材料和药用高分子材料。p 医用高分子材料要求医用高分子材料要求 血液相容性主要是不发生凝血或溶血现象；组织相容性主要是不发生排异反应和产生刺激作用；生物惰性主要指在生物环境下不发生化学反应，可生物降解主要是材料在生物环境下可以降解成小分子并被排泄或代谢。本章小结本章小结p 生物惰性高分子材料的要求生物惰性高分子材料的要求 一方面在生物环境下材料自身是安全稳定的，即在酸、碱和酶存在下不发生降解、老化、干裂、溶解等过程而失去使用性能；另一方面是材料本身不对生物环境产生不利影响，包括生物相容性、过敏、致癌和刺激等问题。目前常用的生物惰性高分子材料主要有有机硅树脂、聚氨酯、聚烯烃、聚乙烯醇等以及它们的衍生物。生物惰性高分子材料主要作为软组织和硬组织替代材料，治疗辅助材料使用。本章小结本章小结p 生物可降解高分子材料是指那些在生物环境下可以发生水解或酶解，生成的小分子无毒并可以通过生物的代谢循环被肌体吸收或排泄的高分子材料。天然来源的可生物降解材料主要有纤维素、甲壳素、胶原蛋白、海藻酸等衍生物为原料制备的医用和药用材料；主要依靠生物体内的酶解反应降解，降解产物多数都是人体内的常见可代谢物质，具有良好的生物相容性。人工合成的可降解高分子材料主要有聚酯类、聚酸酐类和聚磷嗪类，最常见的是聚乳酸衍生物，在体内主要发生水解反应，其降解小分子产物可以通过代谢排除体外或者被人体吸收。通过分子设计可以得到预期寿命的医用和药用材料。本章小结本章小结谢谢！