四医用材料辐射工艺技术8665.pptx

医用水凝胶医用水凝胶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第一页，共六十七页。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第二页，共六十七页。生物医学材料：一类具有特殊性能和功能，以诊生物医学材料：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、器官或者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、理疗康复等对人体组织增进其功能、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。不会产生不良影响的材料。学科定位：属于学科定位：属于“生命和生命和“材料的交叉学科材料的交叉学科 医用材料的辐射工艺：使用辐照技术合成或改性，医用材料的辐射工艺：使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。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第三页，共六十七页。生物医学材料开展简况生物医学材料开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、根底与临床医学等很多学生理学、药物学、根底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。另有定义是：具有天能的无生命的材料。另有定义是：具有天然器官组织的功能或天然器官局部功能的材然器官组织的功能或天然器官局部功能的材料。料。第四页，共六十七页。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开开始始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；印印第第安安人人那那么么使使用用木木片片修修补受伤的颅骨。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现现有有假假牙牙、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年年创创造造了了天天然然橡橡胶胶的的硫硫化化方方法法后后，有有人人采采用用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。第五页，共六十七页。目前，器官移植取得巨大进展，但有难目前，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。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官的要因此医学界对生物医学材料和人工器官的要求日益增加。求日益增加。期待：期待：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第六页，共六十七页。牛软骨细胞在实验室内生长，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，目前尚处于实验室阶段。第七页，共六十七页。当前被详细研究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。我国生物材料的研究起步较晚五十年代，但开展很快。第八页，共六十七页。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材化学分类：生物医学材料可以分为无机材料和有机材料两个大类料和有机材料两个大类按功能分类：药物控制释放材料、纳米生物医按功能分类：药物控制释放材料、纳米生物医学材料、生物活性材料、组织工程材料、介入学材料、生物活性材料、组织工程材料、介入诊断和治疗材料、可降解和吸收生物材料、整诊断和治疗材料、可降解和吸收生物材料、整形美容外科生物材料等。形美容外科生物材料等。生产要求：满足材料的人体功能、生物相生产要求：满足材料的人体功能、生物相容性和人体平安性，及特殊要求如材料的容性和人体平安性，及特殊要求如材料的静载强度、弹性模量、耐体液腐蚀性和加静载强度、弹性模量、耐体液腐蚀性和加工成型等工成型等 第九页，共六十七页。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用膜材料、一次性医用材料，等等。滤用膜材料、一次性医用材料，等等。按应用性质来分类按应用性质来分类第十页，共六十七页。按材料生物属性分类按材料生物属性分类天然生物材料天然生物材料再生纤维、胶原、透明质酸、甲壳再生纤维、胶原、透明质酸、甲壳素等。素等。合成材料合成材料硅橡胶、聚氨脂及其嵌段共聚物、涤纶、硅橡胶、聚氨脂及其嵌段共聚物、涤纶、尼龙、聚丙烯腈、聚烯烃尼龙、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、钛镍记忆合不锈钢、钛及钛合金、钛镍记忆合金等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天然材料与合成材料的指来自活体的天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强的塑料，用碳纤维或用碳纤维增强的塑料，用碳纤维或玻璃纤维增强的生物陶瓷、玻璃等玻璃纤维增强的生物陶瓷、玻璃等第十一页，共六十七页。生物材料是研制人工器官及一些重要医疗技术的物质根底，综观人工器官及医疗装置的开展史，每一种新型生物材料的发现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实用化飞跃。第十二页，共六十七页。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，如蛋白质、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、合成纤维。棉、毛、木材、松香、橡胶、塑料、合成纤维。天然高分子材料：如松香天然高分子材料：如松香 合成高分子材料：由低分子量的化合物经合成高分子材料：由低分子量的化合物经过各种化学反响而制得的高分子量的树脂状过各种化学反响而制得的高分子量的树脂状物质，如聚氯乙烯、聚乙烯。塑料主要成分物质，如聚氯乙烯、聚乙烯。塑料主要成分就是合成树脂。就是合成树脂。属于边缘学科，涉及高分子化学、物理学、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、药理生物化学、合成材料工艺学、病理学、药理学、解剖学、临床医学、工程学等学科，及学、解剖学、临床医学、工程学等学科，及医疗器械的设计、制造等。医疗器械的设计、制造等。第十三页，共六十七页。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响：材料对活体系统的作宿主反响：材料对活体系统的作用。包括局部和全身反响，如炎用。包括局部和全身反响，如炎症、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、致畸和免疫等。疫等。材料反响：活体系统对材料的腐蚀材料反响：活体系统对材料的腐蚀和降解，使材料发生退化或破坏，和降解，使材料发生退化或破坏，难以到达长期应用的目的。血液难以到达长期应用的目的。血液相容性相容性+组织相容性组织相容性 高高分分子子材材料料第十四页，共六十七页。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第十五页，共六十七页。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，最简单的命名法，是根据制作高分子通俗命名法，最简单的命名法，是根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“聚字而成。如聚字而成。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。第十六页，共六十七页。医用高分子材料要求：化学稳定性高、医用高分子材料要求：化学稳定性高、无毒副作用、耐老化、耐疲劳，以及无毒副作用、耐老化、耐疲劳，以及具有生物相容性等。具有生物相容性等。它是生物医学材料中开展最早、它是生物医学材料中开展最早、应用最广、用量最大的材料，也是正应用最广、用量最大的材料，也是正在迅速开展的一个重要领域，电离辐在迅速开展的一个重要领域，电离辐射可以引起高分子材料分子结构和功射可以引起高分子材料分子结构和功能的改变，在生物高分子材料改性和能的改变，在生物高分子材料改性和寻找材料新功能方面有重要应用前景。寻找材料新功能方面有重要应用前景。第十七页，共六十七页。第十八页，共六十七页。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联或降解反响方法简单。或降解反响方法简单。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洁洁，是是生生物物医医用用高分子材料的临床应用重要特征。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、甚甚至至低低温温下下进行。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灭细菌和病毒的作用，方便快杀灭细菌和病毒的作用，方便快“洁洁。第十九页，共六十七页。第二节第二节 水凝胶与伤口被覆凝胶水凝胶与伤口被覆凝胶第二十页，共六十七页。一、医用水凝胶的根本概念一、医用水凝胶的根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化化，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、离离子子强度、电场和光等都有可能导致水凝胶体积的明显变化。强度、电场和光等都有可能导致水凝胶体积的明显变化。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敏敏感感性性原理还建立了药物控制释放体系。原理还建立了药物控制释放体系。第二十一页，共六十七页。水凝胶水凝胶 分为天然和合成两类，天然的有琼脂糖、明胶分为天然和合成两类，天然的有琼脂糖、明胶等，合成的凝胶很多，如聚甲基丙烯酸酯、聚等，合成的凝胶很多，如聚甲基丙烯酸酯、聚N-乙烯基吡咯乙烯基吡咯烷烷酮，聚，聚N-异丙基丙烯酰胺、聚环氧乙烷等。异丙基丙烯酰胺、聚环氧乙烷等。水凝胶水凝胶水凝胶水凝胶是亲水是亲水性交联聚合物，是不流动的高分子溶液。性交联聚合物，是不流动的高分子溶液。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凝胶。以化学键交联的方式相连来实现的凝胶称为化学凝胶。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称为物理凝胶，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，在一定的环境下可被破坏。物理凝胶是可逆的，在一定的环境下可被破坏。医用水凝胶有以下特征：医用水凝胶有以下特征：第二十二页，共六十七页。1.1.结结构构的的多多孔孔性性可可使使它它在在使使用用前前就就把把残残留留的的引引发发剂剂及及其其分解分解产产物、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枯枯燥燥、医用医用调调湿增稠、湿增稠、药药物物载载体、医学美容、食品保体、医学美容、食品保鲜鲜等等。等等。3.3.使使用用时时呈呈溶溶胀胀状状态态，柔柔软软具具有有弹弹性性，可可减减少少对对周周围围细细胞胞和和组织组织的机械冲撞和刺激。的机械冲撞和刺激。4.4.凝凝胶胶外外表表与与周周围围水水溶溶液液之之间间有有很很低低的的外外表表张张力力，可可减减少少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减减少少血血栓栓、炎炎症症等等有有害害物物质质的生成。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、光光学学透透明明膜膜、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水凝凝胶胶接接枝枝在在力力学学性能性能较较好的基材上。好的基材上。第二十三页，共六十七页。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，含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、又像固体，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有机高分子材料、复合材料之后的一种新型功能材料。功能材料。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 第二十四页，共六十七页。共聚凝胶共聚凝胶 由由两两种种或或两两种种以以上上单单体体通通过过化化学学反反响响共共聚聚生成的凝胶叫共聚凝胶生成的凝胶叫共聚凝胶 。共共聚聚凝凝胶胶在在结结构构上上可可以以是是无无规规那那么么共共聚聚和交替共聚，也可以制成接枝和嵌段共聚物。和交替共聚，也可以制成接枝和嵌段共聚物。交链聚合物结构图第二十五页，共六十七页。使使用用冻冻融融辐辐射射接接枝枝技技术术，制制备备的的新新型型可可缓缓释释药药物物的的共共聚聚水水凝凝胶胶伤伤口口敷敷料料，具具有有良良好好的的理理化化和和生生物物学学性性能能，生生物物相相容容性性良良好好，可可明明显显促促进进伤伤口口的的愈愈合合，凝凝胶胶膜膜含含抗抗生生素素及及主主要要细细胞胞生生长长因因子子缓缓释释功功能能，对对伤伤口口感感染染和和愈愈合合具具有有良良好好的的疗疗效效；在在凝凝胶胶膜膜中中掺掺入入硝硝酸酸甘甘油油贴贴于于胸胸前前可可迅迅速速释释放放药药物物并并维维持持有有效效药药物物浓浓度度长长达达5 57 7天天，对对冠冠心心病病心心绞绞痛痛发发作作的的预预防防和和治治疗疗具具有有重重要要临临床床应应用用价价值值，而而且且这这种种水水凝凝胶胶膜膜的的辐辐射射合合成成与与灭灭菌菌同同时时完完成成，减减少少了了消毒工序，具有较强的机械强度和抗菌作用。消毒工序，具有较强的机械强度和抗菌作用。应用应用第二十六页，共六十七页。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叫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。做聚合物的共混物或共混物凝胶。互相交联聚合物网络互相交联聚合物网络IPN：互穿网络聚合物凝胶第二十七页，共六十七页。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响特点：反响特点：反响特点：反响特点：DMAEMADMAEMA在在在在15kGy15kGy完成聚合与交联完成聚合与交联完成聚合与交联完成聚合与交联 反响，反响，反响，反响，而而而而PEOPEO要要要要50 kGy50 kGy以上条件，所以以上条件，所以以上条件，所以以上条件，所以PEOPEO仍以线性分子分仍以线性分子分仍以线性分子分仍以线性分子分散于散于散于散于DMAEMADMAEMA网络结构之中网络结构之中网络结构之中网络结构之中 。DMAEMADMAEMA：甲基丙烯酸：甲基丙烯酸：甲基丙烯酸：甲基丙烯酸-N-N、N-N-二甲胺基乙酯：二甲胺基乙酯：二甲胺基乙酯：二甲胺基乙酯：PEOPEO线性聚氧乙烯线性聚氧乙烯线性聚氧乙烯线性聚氧乙烯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-IPNsSemi-IPNs凝胶凝胶第二十八页，共六十七页。该方法制备的该方法制备的Semi-IPNsSemi-IPNs凝胶：胶溶胀凝胶：胶溶胀度可达度可达300300倍左右，还具有温度敏感性倍左右，还具有温度敏感性LCSTLCST为约为约4040、pHpH敏感性敏感性pH=3pH=3和电场和电场响应性。响应性。LCSTLCST：指低临界溶液溫度：指低临界溶液溫度 第二十九页，共六十七页。环境敏感性水凝胶环境敏感性水凝胶定义：定义：指某一临界环境条件下，如温度、指某一临界环境条件下，如温度、pHpH、电场、光、电场、光、溶剂组成条件的变化等，水凝胶随环境条件的微小变化溶剂组成条件的变化等，水凝胶随环境条件的微小变化会发生突跃性相转变的现象。会发生突跃性相转变的现象。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。感性、生化响应敏感性、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 能随环境温度而改变体积，当温度升高时，疏水相相互能随环境温度而改变体积，当温度升高时，疏水相相互作用增强，使凝胶收缩，降低温度，凝胶溶胀。作用增强，使凝胶收缩，降低温度，凝胶溶胀。因为温度因为温度的变化可影响疏水和亲水基团，从而使凝胶结构改变，发生的变化可影响疏水和亲水基团，从而使凝胶结构改变，发生体积变化。体积变化。第三十页，共六十七页。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光敏感的基团制成的敏感的基团制成的 。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参参加加感感光光分分子子，将将光光能能转转化化为为热能，使材料局部温度升高产生凝胶响应热能，使材料局部温度升高产生凝胶响应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实现现凝胶响应凝胶响应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化化，导导致致聚聚合合物物性性能能也也发发生生改改变变实现凝胶响应。实现凝胶响应。第三十一页，共六十七页。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，这些基团在不同的pH值及离子强度的溶液中凝胶体积随之变化。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，在高压下出现膨胀。第三十二页，共六十七页。伤口被覆凝胶的辐射制备伤口被覆凝胶的辐射制备1.单体单体N-VP或或AAm辐射制备法辐射制备法电离辐射对单体的直接作用直接作用：另一种是通过水辐解产物的间间接作用接作用：式中M为单为单体体，生成的聚合物是线性分子链，如果继续加大辐照剂量，它们就会交联起来逐渐生成三维网状结构的凝胶。第三十三页，共六十七页。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理体原料溶于生理盐盐水中，加水中，加热热到到6060，搅搅拌使其形拌使其形成均匀溶液。成均匀溶液。第二步第二步 ：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聚乙烯吡咯烷酮PVPPVP聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺PAAmPAAmPAAmPAAm聚环氧乙烷聚环氧乙烷聚环氧乙烷聚环氧乙烷PEOPEOPEOPEO聚乙烯醇聚乙烯醇PVALPVAL聚丙烯酸聚丙烯酸聚丙烯酸聚丙烯酸PAAcPAAcPAAcPAAc等等等等 形成交联聚合物被覆膜形成交联聚合物被覆膜第三十四页，共六十七页。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，吸收创面流出的体液，使创口透气、透水，吸收创面流出的体液，使创口保持相对的湿润和清洁。保持相对的湿润和清洁。2.2.有效阻止细菌入侵，使创面不被感染。有效阻止细菌入侵，使创面不被感染。3.3.有一定机械强度、弹性，易贴服在皮肤和有一定机械强度、弹性，易贴服在皮肤和创面，也容易取下，在更换时减少病人的痛创面，也容易取下，在更换时减少病人的痛苦。苦。4.4.透明，便于医生观察创面情况，能有效透明，便于医生观察创面情况，能有效控制药物到达创面的速度，增加治疗效果。控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，价易消毒，物理、化学性能稳定易保存，价格相对廉价。格相对廉价。第三十五页，共六十七页。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人造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或甲基丙或甲基丙烯酸羟乙酯烯酸羟乙酯HEMAHEMA用辐射技术接枝在聚氨酯用辐射技术接枝在聚氨酯薄膜上，这种伤口被覆膜透明性好，与伤口能薄膜上，这种伤口被覆膜透明性好，与伤口能很好黏结而且易于更换，阻止细菌侵入并具有很好黏结而且易于更换，阻止细菌侵入并具有透气、透水的功能，防止体液积存，这种伤口透气、透水的功能，防止体液积存，这种伤口被覆膜药物可以穿透，有很好的治疗作用。被覆膜药物可以穿透，有很好的治疗作用。第三十六页，共六十七页。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。比方用于细胞别离与培养、物料萃取、固定化酶、药物的控制释放和靶向药物等领域。第三十七页，共六十七页。生物功能性聚合物生物功能性聚合物Biofunctional polymersBiofunctional polymers：生物活性物质与载体聚合物相结合的产物。：生物活性物质与载体聚合物相结合的产物。载体：指聚合物凝胶，有均聚凝胶、共聚凝胶、载体：指聚合物凝胶，有均聚凝胶、共聚凝胶、共混凝胶等。共混凝胶等。生物活性物质：包括酶、抗体、抗原、细生物活性物质：包括酶、抗体、抗原、细胞组织、抗凝血剂、抗菌剂及小分子药物，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研究最为深其中药物的固定化与缓慢释放研究最为深入。入。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第三十八页，共六十七页。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空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响或可反复使用，间，可连续进行生物活性反响或可反复使用，这样就可以将价格比较昂贵又易流失的生物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、经济地加以利用。活性物有效、合理、经济地加以利用。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。第三十九页，共六十七页。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：将单体置于普通的吸收管中，接将单体置于普通的吸收管中，接通氧气然后置于辐射场室温下辐照，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可能发生聚辐照期间由于氧的存在不可能发生聚合反响，仅获得烷基过氧化物合反响，仅获得烷基过氧化物ROORROOR或烷基过氧氢或烷基过氧氢ROOHROOH，它们在室，它们在室温下相当稳定。当辐照一定时间后，温下相当稳定。当辐照一定时间后，将氧的吸收管从辐射场取出，再将需将氧的吸收管从辐射场取出，再将需固定化的活性物质参加上述体系中进固定化的活性物质参加上述体系中进行固定。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。第四十页，共六十七页。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响固定到将活性物质通过化学反响固定到基材上叫化学键合。使用辐照技术使基材上叫化学键合。使用辐照技术使基材上的反响基团与生物活性物质中基材上的反响基团与生物活性物质中的氨基或羧基发生化学反响，将氨基的氨基或羧基发生化学反响，将氨基或羧基固定在基材上叫辐射化学键合或羧基固定在基材上叫辐射化学键合法。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抗标记的两种球蛋白出血热单抗E5E5键合在接枝丙烯酰胺的硅橡胶膜键合在接枝丙烯酰胺的硅橡胶膜上上 。第四十一页，共六十七页。应用举例应用举例2 2：研究发现白血病患者癌细胞中含有研究发现白血病患者癌细胞中含有致病的致病的L-L-天门冬酰胺，而天门冬酰胺，而L-L-天门冬酰胺天门冬酰胺酶是一种治疗血癌白血病和淋巴细酶是一种治疗血癌白血病和淋巴细胞癌的药物。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-天门冬酰胺被去除。天门冬酰胺被去除。第四十二页，共六十七页。应用举例应用举例3 3：用辐射接枝技术将苯乙烯接枝在聚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，复原四氟乙烯上，然后在苯环上硝化，复原并转化为异硫氰酸盐使其与抗体并转化为异硫氰酸盐使其与抗体HGHHGH键连键连接，制成了包被管人生长激素接，制成了包被管人生长激素HGHHGH检检测试剂盒。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，然后再连接上抗血接枝在聚丙烯上，然后再连接上抗血吸虫抗体，用它来分析和检测血吸虫病亦获吸虫抗体，用它来分析和检测血吸虫病亦获了成功。了成功。第四十三页，共六十七页。药物控制释放体系药物控制释放体系 药物控制释放体系药物控制释放体系Drug Contral and Drug Contral and Delivery Systems,DCDSDelivery Systems,DCDS就是将药物制成一定就是将药物制成一定的剂型，控制药物在人体内的释放度，使药物按的剂型，控制药物在人体内的释放度，使药物按照设计的剂量、在要求的时间范围内以一定的速照设计的剂量、在要求的时间范围内以一定的速度在体内缓慢释放，以到达治疗某种疾病的目的。度在体内缓慢释放，以到达治疗某种疾病的目的。智能药物控制释放体系智能药物控制释放体系 能对外界的某种刺激信号，如光、热、磁场、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，根据刺电流、超声波或某种化学物质作出响应，根据刺激信号的性质、强弱调整药物的释放。激信号的性质、强弱调整药物的释放。第四十四页，共六十七页。0 6 12 18(h)药药物物浓浓度度缓释缓释治治疗疗剂剂量量范围范围 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 第四十五页，共六十七页。药物缓释方式：口服、皮肤吸收、皮下植入和药物缓释方式：口服、皮肤吸收、皮下植入和外部植入。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-A-proOMeproOMe，然后与甲基丙烯酸乙酯单体，然后与甲基丙烯酸乙酯单体HEMAHEMA和憎水苯乙烯单体和憎水苯乙烯单体StSt在有交联在有交联剂的作用下，用剂的作用下，用60Co60Co射线真空辐照射线真空辐照30 30 kGykGy产生辐射共聚物，该枯燥凝胶具有明产生辐射共聚物，该枯燥凝胶具有明显的温度敏感性，体积溶胀度高，将共聚显的温度敏感性，体积溶胀度高，将共聚凝胶在凝胶在00下与药物浸泡吸附饱和，制下与药物浸泡吸附饱和，制备出不同的温敏药物控释体系调整给药。备出不同的温敏药物控释体系调整给药。第四十六页，共六十七页。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透明质酸的聚电解质凝胶透明质酸的聚电解质凝胶 该凝胶具有电场响应，再设计生物传感装置该凝胶具有电场响应，再设计生物传感装置感感受受器器：接接受受环环境境刺刺激激光光、声声、味味、电电场场、磁场及化学物质磁场及化学物质传传送送器器：将将反反响响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 停止释放，这就是智能化缓释体系。停止释放，这就是智能化缓释体系。感受器感受器传送器传送器第四十七页，共六十七页。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，常用聚硅氧包括聚硅氧烷和聚硅烷两类，常用聚硅氧烷树脂烷树脂Silicone resinSilicone resin和聚硅氧烷橡胶和聚硅氧烷橡胶Silicone rubberSilicone 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第四十八页，共六十七页。将聚硅氧烷树脂参加将聚硅氧烷树脂参加SiO2SiO2，二氧化钛，二氧化钛TiO2TiO2等，等，再经过硫化交联并参加其他辅料和助剂进行混炼成再经过硫化交联并参加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硅橡胶。型、热处理、熟化后就得到高性能的硅橡胶。医用硅橡胶用途：医用硅橡胶用途：长期植入：心脏起搏器、人造喉长期植入：心脏起搏器、人造喉头、人工皮肤、人工指关节等；头、人工皮肤、人工指关节等；短期植入：腹膜透析短期植入：腹膜透析管、动静脉外瘘管、导尿管、胃插管等；管、动静脉外瘘管、导尿管、胃插管等；体外循环：体外循环：人工心肺器薄膜、人工肾导管、胎儿吸引管吸头等。人工心肺器薄膜、人工肾导管、胎儿吸引管吸头等。用硅橡胶制备用硅橡胶制备人工鼻梁、人工下巴、下颌骨、人工耳、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、人工睾丸、人工乳人工喉、鼻孔支架、止鼾器、阴茎假体、人工睾丸、人工乳房、人工关节、婴儿奶嘴等已广泛应用于临床实践。房、人工关节、婴儿奶嘴等已广泛应用于临床实践。第四十九页，共六十七页。医用硅橡胶有副作用，辐射接枝技术已做了许多的研究和改进。比方：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减少；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观察它们抗凝血性能，9次实验中只有一例出现凝血，减少了血栓的形成。改进改进第五十页，共六十七页。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PNIPAAmPNIPAAmN-N-异异丙丙基基丙丙烯烯酰酰胺胺，发发现现随随着着剂剂量量的的增增大大，接接枝枝率率迅迅速速增增加加，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，但但接接枝枝了了一一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一一定定的的亲亲水性辐射接枝产品并具有温敏效应。水性辐射接枝产品并具有温敏效应。改进改进第五十一页，共六十七页。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是一类物理是一类物理性质变化范围较广且分子内含有氨基甲酸乙酯键性质变化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。的高分子材料的总称。第五十二页，共六十七页。聚氨酯的缺点：韧性较差，抗冲击力能力差，聚氨酯的缺点：韧性较差，抗冲击力能力差，较易老化寿命较短较易老化寿命较短,，易变色，易变色,憎水和耐酸碱憎水和耐酸碱性差。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-乙烯基吡啶乙烯基吡啶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，膜外表亲水后，膜外表亲水性明显增加，而吸水性随接枝率增加而上升。性明显增加，而吸水性随接枝率增加而上升。第五十三页，共六十七页。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，它的吸水量吸水性能的聚合物，它的吸水量可达自身的几十倍甚至上千倍，在受可达自身的几十倍甚至上千倍，在受挤压时挤压时水也水也不会被不会被挤挤出，材料易加工，使用方便。出，材料易加工，使用方便。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、建材以保、建材以及生活用品等各个及生活用品等各个领领域，生理域，生理卫卫生用品，如生用品，如婴婴儿尿儿尿布、超薄布、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第五十四页，共六十七页。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物与海绵、沙布、脱脂棉等吸水材料的物理吸水性不同，它一旦吸水即成为膨胀理吸水性不同，它一旦吸水即成为膨胀的凝胶体，即使在外力作用下也很难脱的凝胶体，即使在外力作用下也很难脱水。水。第五十五页，共六十七页。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淀粉与蒸馏水混合+85+85呈糊状呈糊状加丙烯酰胺加丙烯酰胺AMAM和丙烯酸和丙烯酸AAAA通通N2 N2 驱氧封口，辐照驱氧封口，辐照6.0 kGy6.0 kGy形成接枝共聚物形成接枝共聚物丙酮沉淀，丙酮沉淀，5656真空枯燥真空枯燥24h24h获高吸水淀粉材料获高吸水淀粉材料 第五十六页，共六十七页。二、辐射制备高吸水共聚