功能高分子材料第七章生物医用高分子材料讲稿.ppt

功能高分子材料第七章生物医用高分子材料第一页，讲稿共九十八页哦 7.7.1 1 概述概述 一一、医用高分子的发展简史医用高分子的发展简史 生生命命科科学学是是2121世世纪纪备备受受关关注注的的新新型型学学科科。而而与与人人类类健健康康休休戚戚相相关关的的医医学学在在生生命命科科学学中中占占有有相相当当重重要要的的地地位位。医医用用材材料料是是生生物物医医学学的的分分支支之之一一，是是由由生生物物、医医学学、化化学学和和材材料料等等学学科科交交叉叉形形成成的的边边缘缘学学科科。而而医医用用高高分分子子材材料料则则是是生生物物医医用用材材料料中中的的重重要要组组成成部部分分，主主要要用用于于人人工工器器官官、外外科科修修复复、理理疗疗康康复复、诊诊断断检检查查、患患疾疾治治疗疗等等医医疗领域。疗领域。第二页，讲稿共九十八页哦 众众所所周周知知，生生物物体体是是有有机机高高分分子子存存在在的的最最基基本本形形式式，有有机机高高分分子子是是生生命命的的基基础础。动动物物体体与与植植物物体体组组成成中中最最重重要要的的物物质质蛋蛋白白质质、肌肌肉肉、纤纤维维素素、淀淀粉粉、生生物物酶酶和和果果胶胶等等都都是是高高分分子子化化合合物物。因因此此，可可以以说说，生生物物界界是是天天然然高高分分子子的的巨巨大大产产地地。高高分分子子化化合合物物在在生生物物界界的的普普遍遍存存在在，决决定定了了它它们们在在医医学学领领域域中中的的特特殊殊地地位位。在在各各种种材材料料中中，高高分分子子材材料料的的分分子子结结构构、化化学学组组成成和和理理化化性性质质与与生生物物体体组组织织最为接近，因此最有可能用作医用材料最为接近，因此最有可能用作医用材料。第三页，讲稿共九十八页哦 医医用用高高分分子子材材料料发发展展的的动动力力来来自自医医学学领领域域的的客客观观需需求求。当当人人体体器器官官或或组组织织因因疾疾病病或或外外伤伤受受到到损损坏坏时时，需需要要器器官官移移植植。然然而而，只只有有在在很很少少的的情情况况下下，人人体体自自身身的的器器官官（如如少少量量皮皮肤肤）可可以以满满足足需需要要。采采用用同同种种异异体体移移植植或或异异种种移移植植，往往往往具具有有排排异异反反应应，严严重重时时导导致致移移植植失失败败。在在此此情情况况下下，人人们们自自然然设设想想利利用用其其他他材材料料修修复复或或替替代代受损器官或组织受损器官或组织。第四页，讲稿共九十八页哦 早早在在公公元元前前35003500年年，埃埃及及人人就就用用棉棉花花纤纤维维、马马鬃鬃缝缝合合伤伤口口。墨墨西西哥哥印印地地安安人人用用木木片片修修补补受受伤伤的的颅颅骨骨。公公元元前前500500年年的的中中国国和和埃埃及及墓墓葬葬中中发发现现假假牙牙、假假鼻鼻、假耳。假耳。进进入入2020世世纪纪，高高分分子子科科学学迅迅速速发发展展，新新的的合合成成高高分分子子材材料料不不断断出出现现，为为医医学学领领域域提提供供了了更更多多的的选选择择余余地地。19361936年年发发明明了了有有机机玻玻璃璃后后，很很快快就就用用于于制制作作假假牙牙和和补补牙牙，至今仍在使用。至今仍在使用。19431943年，赛璐珞薄膜开始用于血液透析。年，赛璐珞薄膜开始用于血液透析。第五页，讲稿共九十八页哦 19491949年年，美美国国首首先先发发表表了了医医用用高高分分子子的的展展望望性性论论文文。在在文文章章中中，第第一一次次介介绍绍了了利利用用PMMAPMMA作作为为人人的的头头盖盖骨骨、关关节节和和股股骨骨，利利用用聚聚酰酰胺胺纤纤维维作作为为手手术术缝缝合合线线的的临临床床应应用用情情况况。5050年年代代，有有机机硅硅聚聚合合物物被被用用于于医医学学领领域域，使使人人工工器器官官的的应应用范围大大扩大，包括器官替代和整容等许多方面。用范围大大扩大，包括器官替代和整容等许多方面。此此后后，一一大大批批人人工工器器官官在在5050年年代代试试用用于于临临床床。如如人人工工尿尿道道（19501950年年）、人人工工血血管管（19511951年年）、人人工工食食道道（19511951年年）、人人工工心心脏脏瓣瓣膜膜（19521952年年）、人人工工心心肺肺（19531953年年）、人人工工关关节节（19541954年年）、人人工工肝肝（19581958年）等。年）等。第六页，讲稿共九十八页哦 进进入入6060年年代代，医医用用高高分分子子材材料料开开始始进进入入一一个个崭崭新新的的发发展展时时期期。6060年年代代以以前前，医医用用高高分分子子材材料料的的选选用用主主要要是是根根据据特特定定需需求求，从从已已有有的的材材料料中中筛筛选选出出合合适适的的加加以以应应用用。由由于于这这些些材材料料不不是是专专门门为为生生物物医医学学目目的的设设计计和和合合成成的的，在在应应用用中中发发现现了了许许多多问问题题，如如凝凝血血问问题题、炎炎症症反反应应、组组织织病病变变问问题题、补补体体激激活活与与免免疫疫反反应应问问题题等等。人人们们由由此此意意识识到到必必须须针针对对医医学学应应用用的的特特殊殊需需要要，设设计计合合成成专用的医用高分子材料。专用的医用高分子材料。第七页，讲稿共九十八页哦 目目前前用用高高分分子子材材料料制制成成的的人人工工器器官官中中，比比较较成成功功的的有有人人工工血血管管、人人工工食食道道、人人工工尿尿道道、人人工工心心脏脏瓣瓣膜膜、人人工工关关节节、人人工工骨骨、整整形形材材料料等等。已已取取得得重重大大研研究究成成果果，但但还还需需不不断断完完善善的的有有人人工工肾肾、人人工工心心脏脏、人工肺人工肺、人工胰脏人工胰脏、人工眼球人工眼球、人造血液人造血液等。等。另另有有一一些些功功能能较较为为复复杂杂的的器器官官，如如人人工工肝肝脏脏、人人工工胃胃、人工子宫人工子宫等。则正处于大力研究开发之中。等。则正处于大力研究开发之中。第八页，讲稿共九十八页哦 医医用用高高分分子子材材料料研研发发过过程程中中遇遇到到的的一一个个巨巨大大难难题题是是材材料料的的抗抗血血栓栓问问题题。当当材材料料用用于于人人工工器器官官植植入入体体内内时时，必必然然要要与与血血液液接接触触。由由于于人人体体的的自自然然保保护护性性反反应应将将产产生生排排异异现现象象，其其中中之之一一即即为为在在材材料料与与肌肌体体接接触触表表面面产产生生凝凝血血，即即血血栓栓，结结果果将将造造成成手手术术失失败败，严严重重的的还还会会引引起起生生命命危危险险。对对高高分分子子材材料料的的抗抗血血栓栓性性研研制制是是医医用用高高分分子子研研究究中中的的关关键键问问题题，至至今今尚尚未未完完全全突突破破。将是今后医用高分子材料研究中的首要问题将是今后医用高分子材料研究中的首要问题。第九页，讲稿共九十八页哦 二、二、医用高分子的分类医用高分子的分类 医医用用高高分分子子是是一一门门较较年年轻轻的的学学科科，发发展展历历史史不不长长，因因此此医医用用高高分分子子的的定定义义至至今今尚尚不不十十分分明明确确。另另外外，由由于于医医用用高高分分子子是是由由多多学学科科参参与与的的交交叉叉学学科科，根根据据不不同学科领域的习惯出现了不同的分类方式。同学科领域的习惯出现了不同的分类方式。目目前前医医用用高高分分子子材材料料随随来来源源、应应用用目目的的等等可可以以分分为为多种类型。各种医用高分子材料的名称也很不统一。多种类型。各种医用高分子材料的名称也很不统一。第十页，讲稿共九十八页哦 1 1、按材料的来源分类按材料的来源分类 （1 1）天然医用高分子材料）天然医用高分子材料 如如胶胶原原、明明胶胶、丝丝蛋蛋白白、角角质质蛋蛋白白、纤纤维维素素、多多糖糖、甲壳素及其衍生物等。甲壳素及其衍生物等。（2 2）人工合成医用高分子材料）人工合成医用高分子材料 如聚氨酯、硅橡胶、聚酯等。如聚氨酯、硅橡胶、聚酯等。第十一页，讲稿共九十八页哦（3 3）天然生物组织与器官）天然生物组织与器官 取取自自患患者者自自体体的的组组织织，例例如如采采用用自自身身隐隐静静脉脉作作为冠状动脉搭桥术的血管替代物；为冠状动脉搭桥术的血管替代物；取取自自其其他他人人的的同同种种异异体体组组织织，例例如如利利用用他他人人角角膜膜治治疗患者的角膜疾病；疗患者的角膜疾病；来来自自其其他他动动物物的的异异种种同同类类组组织织，例例如如采采用用猪猪的的心脏瓣膜代替人的心脏瓣膜，治疗心脏病等。心脏瓣膜代替人的心脏瓣膜，治疗心脏病等。第十二页，讲稿共九十八页哦 2 2、按材料与活体组织的相互作用关系分类按材料与活体组织的相互作用关系分类 （1 1）生物惰性高分子材料）生物惰性高分子材料 在在体体内内不不降降解解、不不变变性性、不不会会引引起起长长期期组组织织反反应应的的高分子材料，适合长期植入体内。高分子材料，适合长期植入体内。（2 2）生物活性高分子材料）生物活性高分子材料 指指植植入入生生物物体体内内能能与与周周围围组组织织发发生生相相互互作作用用，促促进进肌肌体组织、细胞等生长的材料。体组织、细胞等生长的材料。第十三页，讲稿共九十八页哦 （3 3）生物吸收高分子材料）生物吸收高分子材料 这这类类材材料料又又称称生生物物降降解解高高分分子子材材料料。这这类类材材料料在在体体内内逐逐渐渐降降解解，其其降降解解产产物物能能被被肌肌体体吸吸收收代代谢谢，或或通通过过排排泄泄系系统统排排出出体体外外，对对人人体体健健康康没没有有影影响响。如如用用聚聚乳乳酸制成的体内手术缝合线、体内粘合剂。酸制成的体内手术缝合线、体内粘合剂。第十四页，讲稿共九十八页哦 3 3、按生物医学用途分类按生物医学用途分类 （1 1）硬组织相容性高分子材料）硬组织相容性高分子材料 如骨科、齿科用高分子材料如骨科、齿科用高分子材料。（2 2）软组织相容性高分子材料）软组织相容性高分子材料 皮肤、食道、呼吸道等软组织替代修复。皮肤、食道、呼吸道等软组织替代修复。（3 3）血液相容性高分子材料）血液相容性高分子材料 血管、血液净化膜血管、血液净化膜 （4 4）高分子药物和药物控释高分子材料）高分子药物和药物控释高分子材料第十五页，讲稿共九十八页哦 4 4、按与肌体组织接触的关系分类按与肌体组织接触的关系分类 （1 1）长期植入材料长期植入材料 如人工血管、人工关节、人工晶状体等。如人工血管、人工关节、人工晶状体等。（2 2）短期植入（接触）材料短期植入（接触）材料 如透析器、心肺机管路和器件等。如透析器、心肺机管路和器件等。（3 3）体内体外连通使用的材料体内体外连通使用的材料 如心脏起搏器的导线、各种插管等。如心脏起搏器的导线、各种插管等。（4 4）与体表接触材料及一次性医疗用品材料与体表接触材料及一次性医疗用品材料第十六页，讲稿共九十八页哦 目目前前在在实实际际应应用用中中，更更实实用用的的是是仅仅将将医医用用高高分分子分为两大类，子分为两大类，一一类类是是直直接接用用于于治治疗疗人人体体某某一一病病变变组组织织、替替代代人人体体某某一一部部位位或或某某一一脏脏器器、修修补补人人体体某某一一缺缺陷陷的的材材料料。如如用用作作人人工工管管道道（血血管管、食食道道、肠肠道道、尿尿道道等等）、人人造造玻玻璃璃体体（眼眼球球）、人人工工脏脏器器（心心脏脏、肾肾脏脏、肺肺、胰胰脏脏等等）、人人造造皮皮肤肤、人人造造血血管管，手手术术缝缝合合用用线线、组组织织粘粘合合剂剂、整容材料（假耳、假眼、假鼻、假肢等）的材料。整容材料（假耳、假眼、假鼻、假肢等）的材料。第十七页，讲稿共九十八页哦 另另一一类类则则是是用用来来制制造造医医疗疗器器械械、用用品品的的材材料料，如如注注射射器器、手手术术钳钳、血血浆浆袋袋等等。这这类类材材料料用用来来为为医医疗疗事事业业服服务务，但但本本身身并并不不具具备备治治疗疗疾疾病病、替替代代人人体体器官的功能，因此不属功能高分子的范畴。器官的功能，因此不属功能高分子的范畴。本本章章讨讨论论直直接接用用于于治治疗疗人人体体病病变变组组织织，替替代代人人体病变器官、修补人体缺陷的高分子材料。体病变器官、修补人体缺陷的高分子材料。第十八页，讲稿共九十八页哦 三、三、对医用高分子材料的基本要求对医用高分子材料的基本要求 医医用用高高分分子子材材料料是是一一类类特特殊殊用用途途的的材材料料。它它们们在在使使用用过过程程中中，常常需需与与生生物物肌肌体体、血血液液、体体液液等等接接触触，有有些些还还须须长长期期植植入入体体内内。由由于于医医用用高高分分子子与与人人们们的的健健康康密密切切相相关关，因因此此对对进进入入临临床床使使用用阶阶段段的的医医用用高高分分子子材材料料具具有有严严格格的的要要求求，要要求求有有十十分分优优良良的的特特性性。归归纳纳起起来来，一一个个具具备备了了以以下下七七个个方方面面性性能能的的材料，可以考虑用作医用材料。材料，可以考虑用作医用材料。第十九页，讲稿共九十八页哦 （1 1）化学）化学惰惰性性，不会因与体液接触而发生反应，不会因与体液接触而发生反应 人体环境对高分子材料主要有以下一些影响：人体环境对高分子材料主要有以下一些影响：1)1)体液引起聚合物的降解、交联和相变化；体液引起聚合物的降解、交联和相变化；2)2)体内的自由基引起材料的氧化降解反应；体内的自由基引起材料的氧化降解反应；3)3)生物酶引起的聚合物分解反应；生物酶引起的聚合物分解反应；4)4)在体液作用下材料中添加剂的溶出；在体液作用下材料中添加剂的溶出；5)5)血液、体液中的类脂质、类固醇及脂肪等物血液、体液中的类脂质、类固醇及脂肪等物 质渗入高分子材料，使材料增塑，强度下降。质渗入高分子材料，使材料增塑，强度下降。第二十页，讲稿共九十八页哦 但但对对医医用用高高分分子子来来说说，在在某某些些情情况况下下，“老老化化”并不一定都是贬意的，有时甚至还有积极的意义。并不一定都是贬意的，有时甚至还有积极的意义。如如作作为为医医用用粘粘合合剂剂用用于于组组织织粘粘合合，或或作作为为医医用用手手术术缝缝合合线线时时，在在发发挥挥了了相相应应的的效效用用后后，反反倒倒不不希希望望它它们们有有太太好好的的化化学学稳稳定定性性，而而是是希希望望它它们们尽尽快快地地被被组组织织所所分分解解、吸吸收收或或迅迅速速排排出出体体外外。在在这这种种情情况况下下，对对材材料料的的附附加加要要求求是是：在在分分解解过过程程中中，不不应应产产生生对对人人体体有有害害的的副副产产物物。第二十一页，讲稿共九十八页哦 （2 2）对人体组织不会引起炎症或异物反应）对人体组织不会引起炎症或异物反应 有有些些高高分分子子材材料料本本身身对对人人体体有有害害，不不能能用用作作医医用用材材料料。而而有有些些高高分分子子材材料料本本身身对对人人体体组组织织并并无无不不良良影影响响，但但在在合合成成、加加工工过过程程中中不不可可避避免免地地会会残残留留一一些些单单体体，或或使使用用一一些些添添加加剂剂。当当材材料料植植入入人人体体以以后后，这这些些单单体体和和添添加加剂剂会会慢慢慢慢从从内内部部迁迁移移到到表表面面，从从而而对对周周围围组组织织发发生生作作用用，引引起起炎炎症症或或组组织织畸畸变变，严重的可引起全身性反应。严重的可引起全身性反应。第二十二页，讲稿共九十八页哦 （3 3）不会致癌）不会致癌 根据现代医学理论认为，人体致癌的原因是由于根据现代医学理论认为，人体致癌的原因是由于正常细胞发生了变异。当这些变异细胞以极其迅速的正常细胞发生了变异。当这些变异细胞以极其迅速的速度增长并扩散时，就形成了癌。而引起细胞变异的速度增长并扩散时，就形成了癌。而引起细胞变异的因素是多方面的，有化学因素、物理因素，也有病毒因素是多方面的，有化学因素、物理因素，也有病毒引起的原因。引起的原因。第二十三页，讲稿共九十八页哦 当医用高分子材料植入人体后，高分子材料本身的当医用高分子材料植入人体后，高分子材料本身的性质，如性质，如化学组成、交联度、相对分子质量及其分化学组成、交联度、相对分子质量及其分布、分子链构象、聚集态结构、高分子材料中所含布、分子链构象、聚集态结构、高分子材料中所含的杂质、残留单体、添加剂的杂质、残留单体、添加剂都可能与致癌因素有关。都可能与致癌因素有关。但研究表明，在排除了小分子渗出物的影响之外，但研究表明，在排除了小分子渗出物的影响之外，与其他材料相比，高分子材料本身并没有比其他材与其他材料相比，高分子材料本身并没有比其他材料更多的致癌可能性。料更多的致癌可能性。第二十四页，讲稿共九十八页哦 （4 4）具有良好的血液相容性）具有良好的血液相容性 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血液接触。因此，时间与体内的血液接触。因此，医用高分子对血液的相医用高分子对血液的相容性容性是所有性能中最重要的。是所有性能中最重要的。高分子材料的血液相容性问题是一个十分活跃的高分子材料的血液相容性问题是一个十分活跃的研究课题，但至今尚未制得一种能完全抗血栓的高研究课题，但至今尚未制得一种能完全抗血栓的高分子材料。这一问题的彻底解决，还有待于各国科分子材料。这一问题的彻底解决，还有待于各国科学家的共同努力。学家的共同努力。第二十五页，讲稿共九十八页哦 （5 5）长期植入体内不会减小机械强度）长期植入体内不会减小机械强度 许多人工脏器一旦植入体内，将长期存留，有些许多人工脏器一旦植入体内，将长期存留，有些甚至伴随人们的一生。因此，要求植入体内的高分甚至伴随人们的一生。因此，要求植入体内的高分子材料在极其复杂的人体环境中，不会很快失去原子材料在极其复杂的人体环境中，不会很快失去原有的机械强度。有的机械强度。事实上，在长期的使用过程中，高分子材料受事实上，在长期的使用过程中，高分子材料受到各种因素的影响，其性能不可能永远保持不变。到各种因素的影响，其性能不可能永远保持不变。我们仅希望变化尽可能少一些，或者说寿命尽我们仅希望变化尽可能少一些，或者说寿命尽可能长一些。可能长一些。第二十六页，讲稿共九十八页哦 一一般般来来说说，化化学学稳稳定定性性好好的的，不不含含易易降降解解基基团团的的高高分分子子材材料料，机机械械稳稳定定也也比比较较好好。如如聚聚酰酰胺胺的的酰酰胺胺基基团团在在酸酸性性和和碱碱性性条条件件下下都都易易降降解解，因因此此，用用作作人人体体各各部部件件时时，均均会会在在短短期期内内损损失失其其机机械械强强度度，故故一一般般不不适适宜宜选选作作植植入入材材料料。而而聚聚四四氟氟乙乙烯烯的的化化学学稳稳定定性性较较好好，其其在在生生物物体体内内的的稳稳定定性性也也较较好好。表表7-7-1 1是是一一些些高高分分子子以以纤纤维维形形式式植植入入狗狗的的动动脉脉后后其其机机械械强强度度的的损损失失情情况。况。第二十七页，讲稿共九十八页哦表表7-1 高分子材料在狗体内的机械稳定性高分子材料在狗体内的机械稳定性材料名称材料名称植入天数植入天数机械强度损失机械强度损失/尼龙尼龙6 676176174.674.61073107380.780.7涤纶树脂涤纶树脂78078011.411.4聚丙烯酸酯聚丙烯酸酯6706701.01.0聚四氟乙烯聚四氟乙烯6776775.35.3第二十八页，讲稿共九十八页哦 （6 6）能经受必要的清洁消毒措施而不产生变性）能经受必要的清洁消毒措施而不产生变性 高分子材料在植入体内之前，都要经过严格的高分子材料在植入体内之前，都要经过严格的灭菌消毒。灭菌消毒。目前灭菌处理一般有三种方法：蒸汽灭菌、化学灭目前灭菌处理一般有三种方法：蒸汽灭菌、化学灭菌、菌、射线灭菌。国内大多采用前两种方法。因此射线灭菌。国内大多采用前两种方法。因此在选择材料时，要考虑能否耐受得了。在选择材料时，要考虑能否耐受得了。第二十九页，讲稿共九十八页哦 （7 7）易于加工成需要的复杂形状）易于加工成需要的复杂形状 人工脏器往往具有很复杂的形状，因此，用于人人工脏器往往具有很复杂的形状，因此，用于人工脏器的高分子材料应具有优良的成型性能。否则，工脏器的高分子材料应具有优良的成型性能。否则，即使各项性能都满足医用高分子的要求，却无法加即使各项性能都满足医用高分子的要求，却无法加工成所需的形状，则仍然是无法应用的。工成所需的形状，则仍然是无法应用的。此外还要防止在医用高分子材料生产、加工工此外还要防止在医用高分子材料生产、加工工程中引入对人体有害的物质。应严格控制原料的纯程中引入对人体有害的物质。应严格控制原料的纯度。加工助剂必须符合医用标准。生产环境应当具度。加工助剂必须符合医用标准。生产环境应当具有适宜的洁净级别，符合国家有关标准。有适宜的洁净级别，符合国家有关标准。第三十页，讲稿共九十八页哦 与与其其他他高高分分子子材材料料相相比比，对对医医用用高高分分子子材材料料的的要要求求是是非非常常严严格格的的。对对于于不不同同用用途途的的医医用用高高分分子子材材料料，往往往往又又有有一一些些具具体体要要求求。在在医医用用高高分分子子材材料料进进入入临临床床应应用用之之前前，都都必必须须对对材材料料本本身身的的物物理理化化学学性性能能、机机械械性性能能以以及及材材料料与与生生物物体体及及人人体体的的相相互互适适应应性性进进行行全全面面评评价价，然后经国家管理部门批准才能进入临床使用。然后经国家管理部门批准才能进入临床使用。第三十一页，讲稿共九十八页哦 7.7.2 2 高分子材料的生物相容性高分子材料的生物相容性 生物相容性是指植入生物体内的材料与肌体之生物相容性是指植入生物体内的材料与肌体之间的适应性。间的适应性。对生物体来说，植入的材料不管其结构、性质如何，对生物体来说，植入的材料不管其结构、性质如何，都是都是外来异物外来异物。出于本能的自我保护，一般都会出现。出于本能的自我保护，一般都会出现排斥现象排斥现象。这种排斥反应的严重程度，决定了材料。这种排斥反应的严重程度，决定了材料的生物相容性。因此提高应用高分子材料与肌体的的生物相容性。因此提高应用高分子材料与肌体的生物相容性，是材料和医学科学家们必须面对的课生物相容性，是材料和医学科学家们必须面对的课题。题。第三十二页，讲稿共九十八页哦 由由于于不不同同的的高高分分子子材材料料在在医医学学中中的的应应用用目目的的不不同同，生物相容性又可分为生物相容性又可分为组织相容性组织相容性和和血液相容性血液相容性两种。两种。组组织织相相容容性性是是指指材材料料与与人人体体组组织织，如如骨骨骼骼、牙牙齿、内部器官、肌肉、肌腱、皮肤齿、内部器官、肌肉、肌腱、皮肤等的相互适应性。等的相互适应性。血血液液相相容容性性则则是是指指材材料料与与血血液液接接触触是是不不是是会会引引起起凝凝血、溶血血、溶血等不良反应。等不良反应。第三十三页，讲稿共九十八页哦 一一、高分子材料的组织相容性高分子材料的组织相容性 1 1、高分子材料植入对组织反应的影响高分子材料植入对组织反应的影响 高高分分子子材材料料植植入入人人体体后后，对对组组织织反反应应的的影影响响因因素素包包括括材材料料本本身身的的结结构构和和性性质质（如如微微相相结结构构、亲亲水水性性、疏疏水水性性、电电荷荷等等）、材材料料中中可可渗渗出出的的化化学学成成分分（如如残残留留单单体体、杂杂质质、低低聚聚物物、添添加加剂剂等等）、降降解解或或代代谢谢产产物物等等。此此外外，植植入入材材料料的的几几何何形形状状也也可可能能引引起起组组织织反应。反应。第三十四页，讲稿共九十八页哦 （1 1）材料中渗出的化学成分对生物反应的影响）材料中渗出的化学成分对生物反应的影响 材材料料中中逐逐渐渐渗渗出出的的各各种种化化学学成成分分（如如添添加加剂剂、杂杂质质、单单体体、低低聚聚物物以以及及降降解解产产物物等等）会会导导致致不不同同类类型型的的组组织织反反应应，例例如如炎炎症症反反应应。组组织织反反应应的的严严重重程程度度与与渗渗出出物物的的毒毒性性、浓浓度度、总总量量、渗渗出出速速率率和和持持续续期期限限等等密密切切相相关关。一一般般而而言言，渗渗出出物物毒毒性性越越大大、渗渗出出量量越越多多，则则引引起起的炎症反应越强的炎症反应越强。第三十五页，讲稿共九十八页哦 例例如如，聚聚氨氨酯酯和和聚聚氯氯乙乙烯烯中中可可能能存存在在的的残残余余单单体体有有较较强强的的毒毒性性，渗渗出出后后会会引引起起人人体体严严重重的的炎炎症症反反应应。而而硅硅橡橡胶胶、聚聚丙丙烯烯、聚聚四四氟氟乙乙烯烯等等高高分分子子的的毒毒性性渗渗出出物物通常较少，植入人体后表现的炎症反应较轻。通常较少，植入人体后表现的炎症反应较轻。如如果果渗渗出出物物的的持持续续渗渗出出时时间间较较长长，则则可可能能发发展展成成慢慢性性炎炎症症反反应应。如如某某些些被被人人体体分分解解吸吸收收较较慢慢的的生生物物吸吸收性高分子材料收性高分子材料容易引起慢性无菌性炎症。容易引起慢性无菌性炎症。第三十六页，讲稿共九十八页哦 （2 2）高分子材料的生物降解对生物反应的影响）高分子材料的生物降解对生物反应的影响 高高分分子子材材料料生生物物降降解解对对人人体体组组织织反反应应的的影影响响取取决决于于降降解解速速度度、产产物物的的毒毒性性、降降解解的的持持续续期期限限等等因因素素。降降解解速速度度慢慢而而降降解解产产物物毒毒性性小小，一一般般不不会会引引起起明明显显的的组组织织反反应应。但但若若降降解解速速度度快快而而降降解解产产物物毒毒性性大大，可可能能导导致致严严重重的的急急性性或或慢慢性性炎炎症症反反应应。如如有有报报道道采采用用聚聚酯酯材材料作为人工喉管修补材料出现慢性炎症的情况。料作为人工喉管修补材料出现慢性炎症的情况。第三十七页，讲稿共九十八页哦 （3 3）材料物理形态等因素对组织反应的影响）材料物理形态等因素对组织反应的影响 高高分分子子材材料料的的物物理理形形态态如如大大小小、形形状状、孔孔度度、表表面面平平滑滑度度等等因因素素也也会会影影响响组组织织反反应应。另另外外，试试验验动动物物的的种种属属差差异异、材材料料植植入入生生物物体体的的位位置置等等生生物物学学因因素素以以及植入技术等人为因素也是不容忽视的。及植入技术等人为因素也是不容忽视的。一一般般来来说说，植植入入体体内内材材料料的的体体积积越越大大、表表面面越越平平滑滑，造造成成的的组组织织反反应应越越严严重重。植植入入材材料料与与生生物物组组织之间的相对运动，也会引发较严重的组织反应。织之间的相对运动，也会引发较严重的组织反应。第三十八页，讲稿共九十八页哦 曾曾对对不不同同形形状状的的材材料料植植入入小小白白鼠鼠体体内内出出现现肿肿瘤瘤的的情情况况进进行行过过统统计计，发发现现当当植植入入材材料料为为大大体体积积薄薄片片时时，出出现现肿肿瘤瘤的的可可能能性性比比在在薄薄片片上上穿穿大大孔孔时时高高出出一一倍倍左左右右。而而海海绵绵状状、纤纤维维状状和和粉粉末末状状材材料料几几乎乎不不会会引起肿瘤（见表引起肿瘤（见表7-7-2 2）。）。第三十九页，讲稿共九十八页哦表表7-2 不同形状的材料对产生肿瘤的影响不同形状的材料对产生肿瘤的影响*（%）形形 状状材材 料料薄片薄片大孔薄片大孔薄片海绵状海绵状纤维状纤维状粉末状粉末状玻玻 璃璃33.333.318180 00 00 0赛赛 璐璐 珞珞232319190 00 00 0涤纶树脂涤纶树脂18188 80 00 00 0尼尼 龙龙42427 71 10 00 0聚四氟乙烯聚四氟乙烯20205 50 00 00 0聚苯乙烯聚苯乙烯282810100 01 10 0聚聚 氨氨 酯酯333311111 11 10 0聚氯乙稀聚氯乙稀24240 02 20 00 0硅硅 橡橡 胶胶414116160 00 00 0*试验周期为两年试验周期为两年第四十页，讲稿共九十八页哦 原原因因可可能能是是由由于于材材料料的的植植入入使使周周围围的的细细胞胞代代谢谢受受到到障障碍碍，营营养养和和氧氧的的供供应应不不充充分分以以及及长长期期受受到到异异物物刺刺激激而而使使细细胞胞异异常常分分化化、产产生生变变异异所所致致。而而当当植植入入材材料料为为海海绵绵状状、纤纤维维状状和和粉粉末末状状时时，组组织织细细胞胞可可围围绕绕材材料料生生长长，因因此此不不会会由由于于营营养养和和氧氧的的不不足足而而变变异异，因此致癌危险性较小。因此致癌危险性较小。第四十一页，讲稿共九十八页哦 2 2、高分子材料的致癌性高分子材料的致癌性 虽虽然然目目前前尚尚无无足足够够的的证证据据说说明明高高分分子子材材料料的的植植入入会会引引起起人人体体内内的的癌癌症症。但但是是，许许多多试试验验动动物物研研究究表表明明，当当高高分分子子材材料料植植入入鼠鼠体体内内时时，只只要要植植入入的的材材料料是是固固体体材材料料而而且且面面积积大大于于1cm1cm2 2，无无论论材材料料的的种种类类（高高分分子子、金金属属或或陶陶瓷瓷）、形形状状（膜膜、片片状状或或板板状状）以以及及材材料料本本身身是是否否具具有有化化学学致致癌癌性性，均均有有可可能能导导致致癌癌症的发生。这种现象称为症的发生。这种现象称为固体致癌性固体致癌性或或异物致癌性异物致癌性。第四十二页，讲稿共九十八页哦 3 3、高分子材料在体内的表面钙化高分子材料在体内的表面钙化 观观察察发发现现，高高分分子子材材料料在在植植入入人人体体内内后后，再再经经过过一一段段时时间间的的试试用用后后，会会出出现现钙钙化化合合物物在在材材料料表表面面沉沉积积的的现现象象，即即钙钙化化现现象象。钙钙化化现现象象往往往往是是导导致致高高分分子子材材料料在在人人体体内内应应用用失失效效的的原原因因之之一一。试试验验结结果果证证明明，钙钙化化现现象象不不仅仅是是胶胶原原生生物物材材料料的的特特征征，一一些些高高分分子子水水溶溶胶胶，如如聚聚甲甲基基丙丙烯烯酸酸羟羟乙乙酯酯在在大大鼠鼠、仓仓鼠鼠、荷荷兰猪的皮下也发现有钙化现象。兰猪的皮下也发现有钙化现象。第四十三页，讲稿共九十八页哦 用等离子体发射光谱法分析钙化沉积层的元素组用等离子体发射光谱法分析钙化沉积层的元素组成，发现钙化层中以成，发现钙化层中以钙钙、磷磷两种元素为主，钙磷比为两种元素为主，钙磷比为1.611.611.691.69，平均值，平均值1.661.66，与羟基磷灰石中的钙磷，与羟基磷灰石中的钙磷比比1.671.67几乎相同，此外还含有少量的锌和镁。几乎相同，此外还含有少量的锌和镁。这表明，钙化现象是高分子材料植入动物体内后，这表明，钙化现象是高分子材料植入动物体内后，对肌体组织造成刺激，促使肌体的新陈代谢加速的结果。对肌体组织造成刺激，促使肌体的新陈代谢加速的结果。第四十四页，讲稿共九十八页哦 影影响响高高分分子子材材料料表表面面钙钙化化的的因因素素很很多多，包包括括生生物物因因素素（如如物物种种、年年龄龄、激激素素水水平平、血血清清磷磷酸酸盐盐水水平平、脂脂质质、蛋蛋白白质质吸吸附附、局局部部血血流流动动力力学学、凝凝血血等等）和和材材料料因因素素（亲亲水水性性、疏疏水水性性、表表面面缺缺陷陷）等等。一一般般而而言言，材材料料植植入入时时，被被植植个个体体越越年年青青，材材料料表表面面越越可可能能发生钙化发生钙化。多孔材料的钙化情况比无孔材料要严重。多孔材料的钙化情况比无孔材料要严重。第四十五页，讲稿共九十八页哦 二、二、高分子材料的血液相容性高分子材料的血液相容性 1 1、高分子材料的凝血作用高分子材料的凝血作用 （1 1）血栓的形成）血栓的形成 通常，当人体的表皮受到损伤时，流出的血液会通常，当人体的表皮受到损伤时，流出的血液会自动凝固，称为自动凝固，称为血栓血栓。实际上，血液在受到下列因。实际上，血液在受到下列因素影响时，都可能发生血栓：素影响时，都可能发生血栓：血管壁特性与状态发生变化；血管壁特性与状态发生变化；血液的性质发生变化；血液的性质发生变化；血液的流动状态发生变化。血液的流动状态发生变化。第四十六页，讲稿共九十八页哦 根据现代医学的观点，对血液的循环，人体内存根据现代医学的观点，对血液的循环，人体内存在两个对立系统，即促使血小板生成和血液凝固的在两个对立系统，即促使血小板生成和血液凝固的凝凝血系统血系统和由肝素、抗凝血酶以及促使纤维蛋白凝胶降解和由肝素、抗凝血酶以及促使纤维蛋白凝胶降解的溶纤酶等组成的的溶纤酶等组成的抗凝血系统抗凝血系统。当材料植入体内与血液。当材料植入体内与血液接触时，血液的流动状态和血管壁状态都将发生变化，接触时，血液的流动状态和血管壁状态都将发生变化，凝血系统开始发挥作用，从而发生血栓。凝血系统开始发挥作用，从而发生血栓。第四十七页，讲稿共九十八页哦 血血栓栓的的形形成成机机理理是是十十分分复复杂杂的的。一一般般认认为为，异异物物与与血血液液接接触触时时，首首先先将将吸吸附附血血浆浆内内蛋蛋白白质质，然然后后粘粘附附血血小小板板，继继而而血血小小板板崩崩坏坏，放放出出血血小小板板因因子子，在在异异物物表表面面凝凝血血，产产生生血血栓栓。此此外外，红红血血球球粘粘附附引引起起溶溶血血；凝凝血血致致活活酶酶的的活活化化，也也都都是是形形成成血血栓栓的的原原因。（见图因。（见图7-17-1)第四十八页，讲稿共九十八页哦图图7-17-1 血栓形成过程示意图血栓形成过程示意图 第四十九页，讲稿共九十八页哦 （2 2）影响血小板在材料表面粘附的因素）影响血小板在材料表面粘附的因素 1)1)血小板的粘附与材料表面能有关血小板的粘附与材料表面能有关 实验发现，血小板难粘附于表面能较低的有机硅聚实验发现，血小板难粘附于表面能较低的有机硅聚合物，而易粘附于尼龙、玻璃等高能表面上。合物，而易粘附于尼龙、玻璃等高能表面上。此外，在聚甲基丙烯酸此外，在聚甲基丙烯酸-羟乙酯、接枝聚乙羟乙酯、接枝聚乙烯醇、主链和侧链中含有聚乙二醇结构的烯醇、主链和侧链中含有聚乙二醇结构的亲水性亲水性材材料表面上，血小板的粘附量都比较少。这可能是由于容料表面上，血小板的粘附量都比较少。这可能是由于容易被水介质润湿而具有较小的表面能。因此，有理由认易被水介质润湿而具有较小的表面能。因此，有理由认为，为，低表面能低表面能材料具有较好的抗血栓性。材料具有较好的抗血栓性。第五十页，讲稿共九十八页哦 2)2)血小板的粘附与材料的含水率有关血小板的粘附与材料的含水率有关 有有些些高高分分子子材材料料与与水水接接触触后后能能形形成成高高含含水水状状态态（20209090以以上上）的的水水凝凝胶胶。在在水水凝凝胶胶中中，由由于于含含水水量量增增加加而而使使高高分分子子的的实实质质部部分分减减少少，因因此此，植植入入人人体体后后，与与血血液液的的接接触触机机会会也也减减少少，相相应应的的血血小小板板粘粘附附数数减减少少。实实验验表表明明，丙丙烯烯酰酰胺胺、甲甲基基丙丙烯烯酸酸-羟羟乙乙酯酯和和带带有有聚聚乙乙二二醇醇侧侧基基的的甲甲基基丙丙烯烯酸酸酯酯与与其其他他单单体体共共聚聚或或接接枝枝共共聚聚的的水水凝凝胶胶，都都具具有有较好的抗血栓性。较好的抗血栓性。第五十一页，讲稿共九十八页哦 一一般般认认为为，水水凝凝胶胶与与血血液液的的相相容容性性，与与其其交交联联密密度度、亲亲水水性性基基团团数数量量等等因因素素有有关关。含含亲亲水水基基团团太太多多的的聚聚合合物物，往往往往抗抗血血栓栓性性反反而而不不好好。因因为为水水凝凝胶胶表表面面不不仅仅对对血血小小板板粘粘附附能能力力小小，而而且且对对蛋蛋白白质质和和其其他他细细胞胞的的吸吸附附能能力力均均较较弱弱。在在流流动动的的血血液液中中，聚聚合合物物的的亲亲水水基基团团会会不不断断地地由由于于被被吸吸附附的的成成分分被被“冲冲走走”而而重重新新暴暴露露出出来来，形形成成永永不不惰惰化化的的活活性性表表面面，使使血血液液中中血血小小板板不不断断受受到到损损坏坏。研研究究认认为为，抗抗血血栓栓性性较较好好的的水水凝凝胶胶，其其含水率应维持在含水率应维持在6