功能高分子材料课件-第九章-生物医用高分子材料优秀PPT.ppt

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1、第九章第九章 医用高分子材料医用高分子材料10/31/2022材料一、生物医用材料的定义一、生物医用材料的定义（Biomedical materials）对生物体进行诊断、治疗和置对生物体进行诊断、治疗和置换损坏组织、器官或增进其功换损坏组织、器官或增进其功能的材料。能的材料。9.1 概述概述10/31/2022材料按材料来源分按材料来源分（1）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替医用金属和合金。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

2、有钽、铌和贵金属等。金还有钽、铌和贵金属等。（2）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官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官的物质，医用高分子生物材料包括合成（如：聚酯、硅橡胶）和自然高分的物质，医用高分子生物材料包括合成（如：聚酯、硅橡胶）和自然高分子（如：胶原、甲壳素）。近来，生物降解高分子材料得到重视。子（如：胶原、甲壳素）。近来，生物降解高分子材料得到重视。（3）医用生物陶瓷。有惰性生物陶瓷和活性生物陶瓷（羟基磷灰石陶瓷、医用生物陶瓷。有惰性生物陶瓷和活性生物陶瓷（羟基磷灰石陶瓷、可吸取磷酸三钙陶瓷等）可吸取磷酸三钙陶瓷等）（4）医用生物复

3、合材料。如羟基磷灰石涂复钛合金，炭纤维或生物活性玻医用生物复合材料。如羟基磷灰石涂复钛合金，炭纤维或生物活性玻璃纤维增加聚乳酸等高分子材料。璃纤维增加聚乳酸等高分子材料。（5）生物衍生材料。这类材料是将活性的生物体组织，包括自体和异体组生物衍生材料。这类材料是将活性的生物体组织，包括自体和异体组织，经处理改性而获得的无活性的生物材料。织，经处理改性而获得的无活性的生物材料。二、生物医用材料的分类二、生物医用材料的分类10/31/2022材料生物衍生材料取自患者自体的组织取自患者自体的组织 例如：接受自身隐静脉作为冠状动脉搭桥例如：接受自身隐静脉作为冠状动脉搭桥术的血管替代物术的血管替代物取自其

4、他人的同种组织取自其他人的同种组织 例如：利用他人角膜治疗患者的角膜疾病例如：利用他人角膜治疗患者的角膜疾病来自其它动物的异种组织来自其它动物的异种组织 例如：接受猪的心脏瓣膜代替人的心脏瓣例如：接受猪的心脏瓣膜代替人的心脏瓣膜，治疗心脏病等。膜，治疗心脏病等。10/31/2022材料聚四氟乙烯聚四氟乙烯10/31/2022材料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可用为人工关节、可用为人工关节、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10/31/2022材料人工心脏瓣膜人工心脏瓣膜10/31/2022材料组织工程人工

5、骨缺损修复示意图组织工程人工骨缺损修复示意图10/31/2022材料10/31/2022材料三、生物医用高分子材料三、生物医用高分子材料分类分类用途用途制备制备10/31/2022材料按用途分类手术治疗用高分子材料手术治疗用高分子材料 缝合线，黏胶剂，止血剂，各种导管，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引流管，一次性输血输液器材药用及药物传递用高分子材料药用及药物传递用高分子材料靶向性高分子载体（肝靶向性，肿瘤靶向靶向性高分子载体（肝靶向性，肿瘤靶向性），高分子药物（干扰素，降胆敏），性），高分子药物（干扰素，降胆敏），高分子限制释放载体（胶囊，水凝胶，脂高分子限制释

6、放载体（胶囊，水凝胶，脂质体）质体）人造器官或组织人造器官或组织人造皮肤，血管，骨，关节，肠道，心脏，人造皮肤，血管，骨，关节，肠道，心脏，肾等肾等1.分类分类10/31/2022材料10/31/2022材料制备生物医用高分子材料？生物医用高分子材料？化学家合成原始材料并检测各项理化指标化学家合成原始材料并检测各项理化指标生物学家检测材料生物毒性及生物相容性生物学家检测材料生物毒性及生物相容性医学家做临床动物试验医学家做临床动物试验-人体试验人体试验化学工程师制造生物医用高分子材料化学工程师制造生物医用高分子材料临床应用临床应用化学家来做第一步化学家来做第一步10/31/2022材料2.生物医

7、用材料市生物医用材料市场发展概况场发展概况10/31/2022材料全球生物医用材料市场全球生物医用材料市场10/31/2022材料我国生物医学材料的生物医学工程产业我国生物医学材料的生物医学工程产业的市场增长率高达的市场增长率高达 28(全球市场增长全球市场增长率率20%),居全球之首。居全球之首。我国人工关节我国人工关节 替换年增长率高达替换年增长率高达30，远高于美国的远高于美国的4。-国家科技部资料国家科技部资料中国生物医用材料市场中国生物医用材料市场10/31/2022材料775万肢残患者和每年新增的万肢残患者和每年新增的300万骨损伤患者万骨损伤患者 -须要大量骨修复材料须要大量骨修

8、复材料2000万心血管病患者万心血管病患者 -每年须要每年须要24万套人工心瓣膜万套人工心瓣膜肾衰患者肾衰患者 -每年须要每年须要12万个肾透析器万个肾透析器10/31/2022材料3.History of polymeric biomaterials1943年年 赛璐珞薄膜起先用于血液透析赛璐珞薄膜起先用于血液透析1949年年 美国首先发表了医用高分子的展望性论文。在文章美国首先发表了医用高分子的展望性论文。在文章 中，第一次介绍了利用中，第一次介绍了利用PMMA作为人的头盖骨、关作为人的头盖骨、关 节和股骨，利用聚酰胺纤维作为手术缝合线的临床节和股骨，利用聚酰胺纤维作为手术缝合线的临床 应

9、用状况。应用状况。50年头，有机硅聚合物被用于医学领年头，有机硅聚合物被用于医学领 域，使人工器官的应用范围大大扩大，包括器官替域，使人工器官的应用范围大大扩大，包括器官替 代和整容等很多方面。代和整容等很多方面。Drug controlled releaseTissue engineeringGene therapy10/31/2022材料 此后，一大批人工器官在此后，一大批人工器官在50年头试用于临床。年头试用于临床。如人工尿道（如人工尿道（1950年）、人工血管（年）、人工血管（1951年）、年）、人工食道（人工食道（1951年）、人工心脏瓣膜（年）、人工心脏瓣膜（1952）、）、人工心

10、肺（人工心肺（1953年）、人工关节（年）、人工关节（1954年）、人年）、人工肝（工肝（1958年）等。进入年）等。进入60年头，医用高分子材年头，医用高分子材料起先进入一个崭新的发展时期。料起先进入一个崭新的发展时期。10/31/2022材料1960s 可生物降解聚合物，如：可生物降解聚合物，如：Polylactide(PLA)1970-80s 隐形眼镜（隐形眼镜（Contact lens），药物），药物限制释放限制释放(drug controlled release)1990s-聚合物在生物医用材料中的占有率聚合物在生物医用材料中的占有率超过一半超过一半10/31/2022材料10/31

11、/2022材料 高分子材料虽然不是万能的，不行能希望它解决一切医学问题，但通过分子设计的途径，合成出具有生物医学功能的志向医用高分子材料的前景是特别广袤的。有人预料，在21世纪，医用高分子将进入一个全新的时代。除了大脑之外，人体的全部部位和脏器都可用高分子材料来取代。仿生人也将比想象中更快地来到世上。10/31/2022材料（Requirements for biomedical polymers）Basic requirements平安性平安性Biocompatibility/Biostability/Biodegradability灭菌性灭菌性Sterilizability4.医用高分子材

12、料的要求10/31/2022材料Requirements for biomedical polymersOther requirements according to specific applications加工成型性machine-shaping properties机械性能与稳定性Mechanical properties环境敏感性Environmental sensitivity表面性能与结构多空性Surface properties/Porosity亲疏水性Hydrophilicity/hydrophobicity 10/31/2022材料 不会致癌不会致癌 依据现代医学理论认为，人

13、体致癌的缘由是由依据现代医学理论认为，人体致癌的缘由是由于正常细胞发生了变异。当这些变异细胞以极其迅于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。而引起细胞速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，变异的因素是多方面的，有化学因素、物理因素，也有病毒引起的缘由。也有病毒引起的缘由。平安性平安性10/31/2022材料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，当高分子材料用于人工脏器植入人体后，必定要长时间与体内的血液接触。因此，应必定要长时间与体内的血液接触。因此，应用高分子对血液

14、的相容性是全部性能中最重用高分子对血液的相容性是全部性能中最重要的。要的。10/31/2022材料通常，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，称为血栓。自动凝固，称为血栓。血液相容性指材料在体内与血液接触后不发生凝血液相容性指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。血、溶血现象，不形成血栓。事实上，血液在受到下列因素影响时，都可能发事实上，血液在受到下列因素影响时，都可能发生血栓：生血栓：血管壁特性与状态发生变更；血管壁特性与状态发生变更；血液血液的性质发生变更；的性质发生变更；血液的流淌状态发生变更。血液的流淌状态发生变更。1

15、0/31/2022材料 具有良好的组织相容性具有良好的组织相容性 有些高分子材料本身对人体有害，不能有些高分子材料本身对人体有害，不能用作医用材料。而有些高分子材料本身对用作医用材料。而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、加人体组织并无不良的影响，但在合成、加工过程中不行避开地会残留一些单体，或工过程中不行避开地会残留一些单体，或运用一些添加剂。当材料植入人体以后，运用一些添加剂。当材料植入人体以后，这些单体和添加剂会渐渐从内部迁移到表这些单体和添加剂会渐渐从内部迁移到表面，从而对四周组织发生作用，引起炎症面，从而对四周组织发生作用，引起炎症或组织畸变，严峻的可引起全身性反应

16、。或组织畸变，严峻的可引起全身性反应。10/31/2022材料灭菌性 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。目前灭菌处理一般有三种方法：蒸汽灭灭菌消毒。目前灭菌处理一般有三种方法：蒸汽灭菌、化学灭菌、菌、化学灭菌、射线灭菌。国内大多接受前两种射线灭菌。国内大多接受前两种方法。因此在选择材料时，要考虑能否耐受得了。方法。因此在选择材料时，要考虑能否耐受得了。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10/31/2022材料机械强度10/31/2022材料表表9-1 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

17、机械稳定性材料名称材料名称植入天数植入天数机械机械强强度度损损失失/尼尼龙龙-676174.6107380.7涤纶树涤纶树脂脂78011.4聚四氟乙聚四氟乙烯烯6775.310/31/2022材料5.材料界面性质对血液相容性的关系材料界面性质对血液相容性的关系材料界面性质与血液界面性能的不同可能材料界面性质与血液界面性能的不同可能造成吸附变更蛋白质的形态以及排列，产造成吸附变更蛋白质的形态以及排列，产生溶血、凝血或者血栓生溶血、凝血或者血栓改善措施改善措施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别的聚合物亲水或疏水微相分别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

18、性物质（肝素、白蛋白等）等）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10/31/2022材料高分子材料表面亲高分子材料表面亲/疏水性的改善疏水性的改善强疏水：对血液成分吸附实力小，因此血强疏水：对血液成分吸附实力小，因此血液相容性好，如：聚四氟乙烯液相容性好，如：聚四氟乙烯强亲水：吸水后与血液表面性能接近，减强亲水：吸水后与血液表面性能接近，减小对蛋白质的吸附，如：聚氧化乙烯（特小对蛋白质的吸附，如：聚氧化乙烯（特别重要的抗凝血材料）别重要的抗凝血材料）添加聚氧化乙烯（分子量添加聚氧化乙烯（分子量6000）于凝血）于凝血酶溶液中，可防止凝血酶对玻

19、璃的吸附。酶溶液中，可防止凝血酶对玻璃的吸附。10/31/2022材料 通过接枝改性调整高分子材料表面分子通过接枝改性调整高分子材料表面分子结构中的亲水基团与疏水基团的比例，使结构中的亲水基团与疏水基团的比例，使其达到一个最佳值，也是改善材料血液相其达到一个最佳值，也是改善材料血液相容性的有效方法。容性的有效方法。10/31/2022材料制备具有微相分别结构的材料制备具有微相分别结构的材料 探讨发觉，具有微相分别结构的高探讨发觉，具有微相分别结构的高分子材料对分子材料对血液相容性有特别重要的作用。血液相容性有特别重要的作用。它们基本上是嵌段共聚物和接枝共聚物。其中探它们基本上是嵌段共聚物和接枝

20、共聚物。其中探讨得较多的是聚氨酯嵌段共聚物，即由软段和硬段组讨得较多的是聚氨酯嵌段共聚物，即由软段和硬段组成的多嵌段共聚物，其中软段一般为聚醚、聚丁二烯、成的多嵌段共聚物，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；硬段包含脲基和氨聚二甲基硅氧烷等，形成连续相；硬段包含脲基和氨基甲酸酯基，形成分散相。基甲酸酯基，形成分散相。10/31/2022材料 美国美国EthiconEthicon公司举荐的四种医用聚醚氨公司举荐的四种医用聚醚氨酯：酯：BiomerBiomer，PellethanePellethane，TecoflexTecoflex和和CardiothaneCardiot

21、hane基本上都属于这一类聚合物。基本上都属于这一类聚合物。10/31/2022材料缘由被认为是亲水和疏水的蛋白质缘由被认为是亲水和疏水的蛋白质被吸附于不同的微相区间，不会激被吸附于不同的微相区间，不会激活血小板表面的糖蛋白，血小板的活血小板表面的糖蛋白，血小板的特异识别功能表现不出来。特异识别功能表现不出来。10/31/2022材料高分子材料的肝素化高分子材料的肝素化 肝素是一种硫酸多糖类物质（见下式），含肝素是一种硫酸多糖类物质（见下式），含有有SO3-，COO-及及NHSO3-等功能基团。等功能基团。是最早被相识的自然抗凝血产物之一。是最早被相识的自然抗凝血产物之一。10/31/2022

22、材料 将肝素通过接枝方法固定在高分子材料表将肝素通过接枝方法固定在高分子材料表面上以提高其抗凝血性，是使材料的抗凝血面上以提高其抗凝血性，是使材料的抗凝血性变更的重要途径。在高分子材料结构中引性变更的重要途径。在高分子材料结构中引入肝素后，在运用过程中，肝素渐渐地释放，入肝素后，在运用过程中，肝素渐渐地释放，能明显提高抗血栓性。能明显提高抗血栓性。10/31/2022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10/31/2022材料使材料表面带上负电荷的基团使材料表面带上负电荷的基团例如：将芝加哥酸（例如：将芝加哥酸（1-氨基氨基-8-

23、萘酚萘酚-2,4-二磺酸萘）二磺酸萘）（见下式）引入聚合物表面后，可削减血小板在聚（见下式）引入聚合物表面后，可削减血小板在聚合物表面上的粘附量，抗疑血性提高。合物表面上的粘附量，抗疑血性提高。10/31/2022材料材料表面伪内膜化材料表面伪内膜化 人们发觉，大部分高分子材料的表面简洁沉人们发觉，大部分高分子材料的表面简洁沉渍渍血纤蛋白而凝血。假如有意将某些高分子的表血纤蛋白而凝血。假如有意将某些高分子的表面制面制成纤维林立状态，当血液流过这种粗糙的表面成纤维林立状态，当血液流过这种粗糙的表面时，时，快速形成稳定的凝固血栓膜，但不扩展成血栓，快速形成稳定的凝固血栓膜，但不扩展成血栓，然然后诱

24、导出血管内皮细胞。这样就相当于在材料后诱导出血管内皮细胞。这样就相当于在材料表面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。这种伪伪内膜。这种伪内膜内膜与人体心脏和血管一样，具有光滑的表面，从与人体心脏和血管一样，具有光滑的表面，从而达而达到永久性的抗血栓。到永久性的抗血栓。10/31/2022材料9.2 生物惰性医用高分子材料生物惰性医用高分子材料聚氯乙烯聚氯乙烯有机硅类涤纶有机硅类涤纶聚四氟乙烯聚四氟乙烯聚丙烯聚丙烯高密度聚乙烯高密度聚乙烯聚丙烯酸酯类聚丙烯酸酯类聚氨酯聚氨酯室温固化环氧树酯室温固化环氧树酯精制自然橡胶精制自然橡胶无机高分子聚磷腈无机高分子聚磷腈10/31/

25、2022材料表表9-2 用于人工用于人工脏脏器的部分高分子材料器的部分高分子材料人工人工脏脏器器高分子材料高分子材料心心 脏脏嵌段聚嵌段聚醚醚氨氨酯弹酯弹性体、硅橡胶性体、硅橡胶肾肾 脏脏铜铜氨法再生氨法再生纤维纤维素，醋酸素，醋酸纤维纤维素，聚甲基丙素，聚甲基丙烯烯酸甲酸甲酯酯，聚丙聚丙烯腈烯腈，聚，聚砜砜，乙，乙烯烯-乙乙烯烯醇共聚物（醇共聚物（EVA），聚），聚丙丙烯烯，聚碳酸，聚碳酸酯酯，聚甲基丙，聚甲基丙烯烯酸酸-羟羟乙乙酯酯肝肝 脏脏赛赛璐玢（璐玢（cellophane），聚甲基丙），聚甲基丙烯烯酸酸-羟羟乙乙酯酯胰胰 脏脏共聚丙共聚丙烯烯酸酸酯酯中空中空纤维纤维肺肺硅橡胶，聚丙硅

26、橡胶，聚丙烯烯中空中空纤维纤维，聚，聚烷砜烷砜关关节节、骨、骨超高分子量聚乙烯超高分子量聚乙烯，高密度聚乙，高密度聚乙烯烯，聚甲基丙，聚甲基丙烯烯酸甲酸甲酯酯，尼，尼龙龙，聚，聚酯酯10/31/2022材料皮皮 肤肤硝基硝基纤维纤维素，聚硅素，聚硅酮酮-尼尼龙龙复合物，聚复合物，聚酯酯，甲壳素，甲壳素角角 膜膜聚甲基丙聚甲基丙烯烯酸甲酸甲酯酯，聚甲基丙，聚甲基丙烯烯酸酸-羟羟乙乙酯酯，硅橡，硅橡胶胶玻璃体玻璃体硅油，聚甲基丙硅油，聚甲基丙烯烯酸酸-羟羟乙乙酯酯鼻、耳鼻、耳硅橡胶，聚乙硅橡胶，聚乙烯烯血血 管管聚聚酯纤维酯纤维，聚四氟乙，聚四氟乙烯烯，嵌段聚，嵌段聚醚醚氨氨酯酯人工人工红红血球血

27、球 全氟全氟烃烃人工血人工血浆浆羟羟乙基淀粉，聚乙乙基淀粉，聚乙烯烯基吡咯基吡咯烷酮烷酮胆胆 管管硅橡胶硅橡胶表表9-2 用于人工用于人工脏脏器的部分高分子材料器的部分高分子材料10/31/2022材料Biodegradable polymersPoly(anhydride)sPoly(lactide-co-glycolide)PLGAPolylactidePLAPolyglycolidePGAPoly(-caprolactone)PCLPoly(1,3-trimethylene carbonate)PTMCAliphatic polyestersAliphatic polycarbonate

28、sPolyphosphates聚乳酸聚2-羟基乙酸10/31/2022材料9.3 可降解生物高分子材料可降解生物高分子材料（biodegradable polymers）结构与性能结构与性能合成合成应用应用10/31/2022材料10/31/2022材料10/31/2022材料10/31/2022材料合成可降解高分子材料合成可降解高分子材料（synthetic biodegradable polymers）u 聚酯聚酯u 聚碳酸酯聚碳酸酯u 聚磷酸酯聚磷酸酯u 聚酸酐聚酸酐10/31/2022材料聚乳酸聚乳酸聚聚2-羟基乙酸羟基乙酸10/31/2022材料-羟基丙酸羟基丙酸10/31/2022

29、材料（乳酸二聚体）（乳酸二聚体）10/31/2022材料10/31/2022材料用途手术缝合线手术缝合线骨固定材料骨固定材料组织修补材料组织修补材料药物限制释放材料药物限制释放材料10/31/2022材料聚2-羟基乙酸（聚乙交酯）商品名：商品名：Dexon，体内降解速度快，用于手术，体内降解速度快，用于手术缝合线，适合缝合线，适合2-4周愈合的伤口周愈合的伤口10/31/2022材料聚（丙交酯-乙交酯）10/31/2022材料10/31/2022材料自然可降解高分子材料胶原蛋白，纤维蛋白胶原蛋白，纤维蛋白甲壳素、壳聚糖、淀粉、纤维素海藻酸钠甲壳素、壳聚糖、淀粉、纤维素海藻酸钠衍生物衍生物可吸取

30、缝线可吸取缝线药物控释载体药物控释载体人工皮肤人工皮肤10/31/2022材料甲壳质甲壳质10/31/2022材料甲壳素与壳聚糖甲壳素与壳聚糖 甲壳素是一种的线性多糖。昆虫壳皮、虾蟹壳甲壳素是一种的线性多糖。昆虫壳皮、虾蟹壳中均含有丰富的甲壳素。壳聚糖为甲壳素的脱乙酰中均含有丰富的甲壳素。壳聚糖为甲壳素的脱乙酰衍生物，由甲壳素在衍生物，由甲壳素在4050浓度的氢氧化钠水浓度的氢氧化钠水溶液中溶液中110120下水解下水解24h得到。得到。10/31/2022材料 甲壳素能为肌体组织中的溶菌酶所分解，已用于制甲壳素能为肌体组织中的溶菌酶所分解，已用于制造吸取型手术缝合线。其抗拉强度优于其他类型的

31、手术造吸取型手术缝合线。其抗拉强度优于其他类型的手术缝合线。在兔体内试验视察，甲壳素手术缝合线缝合线。在兔体内试验视察，甲壳素手术缝合线4个月个月可以完全吸取。可以完全吸取。甲壳素还具有促进伤口愈合的功能，可用作伤口包甲壳素还具有促进伤口愈合的功能，可用作伤口包扎材料。扎材料。甲壳素膜用于覆盖外伤或簇新烧伤的皮肤创伤面时，甲壳素膜用于覆盖外伤或簇新烧伤的皮肤创伤面时，具有减轻难过和促进表皮形成的作用，因此是一种良好具有减轻难过和促进表皮形成的作用，因此是一种良好的人造皮肤材料。的人造皮肤材料。10/31/2022材料10/31/2022材料10/31/2022材料10/31/2022材料胶原胶

32、原 胶原是人体组织中最基本的蛋白质类物质，至胶原是人体组织中最基本的蛋白质类物质，至今已经鉴别出今已经鉴别出13种胶原，其中种胶原，其中 IIII、V和和 XI 型胶型胶原为成纤维胶原。原为成纤维胶原。I 型胶原在动物体内含量最多，型胶原在动物体内含量最多，已被广泛应用于生物医用材料和生化试剂。已被广泛应用于生物医用材料和生化试剂。牛和猪牛和猪的肌腱、生皮、骨骼是生产胶原的主要原料。的肌腱、生皮、骨骼是生产胶原的主要原料。10/31/2022材料10/31/2022材料 由各种物种和肌体组织制备的胶原差异很小。最基本的胶原结构为由三条分子量大约为1105的肽链组成的三股螺旋绳状结构，直径为11

33、.5nm，长约300nm，每条肽链都具有左手螺旋二级结构。胶原分子的两端存在两个小的短链肽，称为端肽，不参与三股螺旋绳状结构。探讨证明，端肽是免疫原性识别点，可通过酶解将其除去。除去端肽的胶原称为不全胶原，可用作生物医学材料。10/31/2022材料 胶原可以用于制造止血海绵、创伤辅料、人工皮肤、手术缝合线、组织工程基质等。胶原在应用时必需交联，以限制其物理性质和生物可吸取性。10/31/2022材料 纤维蛋白纤维蛋白 纤维蛋白是纤维蛋白原的聚合产物。纤维蛋纤维蛋白是纤维蛋白原的聚合产物。纤维蛋白原是一种血浆蛋白质，存在于动物体的血白原是一种血浆蛋白质，存在于动物体的血液中。纤维蛋白原在人体内

34、的主要功能是参液中。纤维蛋白原在人体内的主要功能是参与凝血过程。与凝血过程。10/31/2022材料10/31/2022材料 纤维蛋白具有良好的生物相容性，具有止血、纤维蛋白具有良好的生物相容性，具有止血、促进组织愈合等功能，在医学领域有着重要用途。促进组织愈合等功能，在医学领域有着重要用途。纤维蛋白的降解包括酶降解和细胞吞噬两种过纤维蛋白的降解包括酶降解和细胞吞噬两种过程，降解产物可以被肌体完全吸取。降解速度随产程，降解产物可以被肌体完全吸取。降解速度随产品不同从几天到几个月不等。通过交联和变更其聚品不同从几天到几个月不等。通过交联和变更其聚集状态是限制其降解速度的重要手段。集状态是限制其降

35、解速度的重要手段。10/31/2022材料自然可降解高分子材料的优点 原料来源丰富，便宜易得原料来源丰富，便宜易得 可用常规方法加工成型可用常规方法加工成型 具有良好的生物相容性具有良好的生物相容性 不引起异体反应不引起异体反应10/31/2022材料药用高分子高分子药物高分子药物高分子药物载体高分子药物载体靶向药物高分子导向材料靶向药物高分子导向材料10/31/2022材料高分子药物1.高分子骨架本身具有药理活性 p331聚乙烯N-氧吡啶是一种具有药理活性 的高分子，能溶于水中。注射其水溶液或吸入其烟雾剂，对于治疗因大量吸入含游离二氧化硅粉尘所引起的急性和慢性矽肺病有较好效果并有较好的预防效

36、果10/31/2022材料聚乙烯磺酸钠是一种具有抗凝血作用的聚合物 聚乙烯磺酸钠的聚合单体是乙烯基磺酸钠。由于磺酸钠基团的猛烈电斥作用，单体不易靠拢，因此，通过自由基聚合很难得到聚合物。有效的方法是接受等离子引发聚合。10/31/2022材料 血浆增量剂，用于治疗外伤性急性出血及其他缘由引起的血浆增量剂，用于治疗外伤性急性出血及其他缘由引起的血容量削减血容量削减10/31/2022材料 将青霉素与乙烯醇-乙烯胺共聚物以酰胺键相结合，得到水溶性的药物高分子。这种高分子青霉素在人体内停留时间比低分子青霉素长30-40倍。高分子载体药物高分子载体药物10/31/2022材料10/31/2022材料高

37、分子药物缓释材料高分子药物缓释材料药物限制释放目的：药物限制释放目的：使药物以最小的剂量在特定部位产生疗效；使药物以最小的剂量在特定部位产生疗效；优化药物释放速率以提高疗效，降低毒副作用；优化药物释放速率以提高疗效，降低毒副作用；10/31/2022材料控释药物的剂型与技术控释药物的剂型与技术口服口服口服口服注射制剂注射制剂注射制剂注射制剂植入制剂植入制剂植入制剂植入制剂喷雾剂喷雾剂喷雾剂喷雾剂经皮给药经皮给药经皮给药经皮给药粘膜贴剂粘膜贴剂粘膜贴剂粘膜贴剂l l缓释技术时间缓释技术时间限制体系限制体系l l靶向技术部位靶向技术部位限制体系限制体系l l智能限制释放智能限制释放反馈限制体系反馈

38、限制体系l l10/31/2022材料缓释机理缓释机理扩散限制扩散限制化学反应限制化学反应限制溶剂活化限制体系溶剂活化限制体系磁限制体系磁限制体系10/31/2022材料口服缓释制剂：新康泰克10/31/2022材料10/31/2022材料纳纳米米树树形高分子形高分子（纳纳米在米在药药物物输输运中的运中的应应用）用）作作为药为药物物载载体的体的树树状高分子状高分子把把树树形高分子形高分子设计设计得只在得只在适当的触适当的触发发分子存在的状分子存在的状况下自况下自动动地膨地膨胀胀并并释释放出放出药药物物使定制的使定制的树树形高分子恰好形高分子恰好在在须须要治要治疗疗的的组织组织或器官或器官内内释

39、释放出其运放出其运载载的的药药物。物。10/31/2022材料代表性药物控释系统及公司代表性药物控释系统及公司产产 品品 领领 域域公公 司司POLYOX WSR控制药物释放载体控制药物释放载体Dow Chem.Co,USA抗癌药物增效系统抗癌药物增效系统Johnson&Johnson，USA(原原Alza)吸收增效剂吸收增效剂Eastman Chem.Co,USA蛋白质药物释放蛋白质药物释放Altus Biologies Inc.USA靶向释放端粒治疗靶向释放端粒治疗Targesome Inc.USA注射制剂注射制剂Pharmaceutical Profiles,UK治疗细胞治疗细胞,生长因

40、子释放生长因子释放Regen Tec Ltd.UK吸入药物释放吸入药物释放Acrux Ltd.Australia基因转染的新脂质体释放系统基因转染的新脂质体释放系统Novosom AG,German10/31/2022材料 壁虎胶带壁虎胶带仿生干型高分子粘合材料仿生干型高分子粘合材料 聚酰亚胺薄膜聚酰亚胺薄膜 利用全范德华力作用原理微制造而成利用全范德华力作用原理微制造而成 具有紧密排列的规整微突起结构具有紧密排列的规整微突起结构 1cm2:3N(300g)蜘蛛人玩具蜘蛛人玩具:高高15cm15cm重重40g40g覆盖覆盖0.5cm0.5cm2 2壁虎胶带壁虎胶带Autumn K.,et al

41、,Nature,2000,405:681-685Autumn K.,et al,Proc.Natl.Acad.Sci.,USA,2002,99:12252-1225610/31/2022材料壁虎的脚上壁虎的脚上覆盖了一层特别细小的绒毛覆盖了一层特别细小的绒毛 壁虎及其脚趾的壁虎及其脚趾的“英姿英姿”壁虎飞檐走壁的奇异完全的范德华力壁虎飞檐走壁的奇异完全的范德华力10/31/2022材料聚酰亚胺聚酰亚胺(PI)微突起的电镜照片微突起的电镜照片（单个微突起：直径（单个微突起：直径0.5m，高，高2m，间隔，间隔1.6m）单个微突起单个微突起:200nN PI胶带胶带:1cm2 3N(300g)，2

42、00cm2 600N(60Kg)干型粘合，反复运用干型粘合，反复运用10/31/2022材料干型高分子粘合剂的干型高分子粘合剂的仿生探究设计：仿生探究设计：可能获得类似于刚毛的粘合力可能获得类似于刚毛的粘合力壁虎的刚毛结构壁虎的刚毛结构大量的规整微突起结构大量的规整微突起结构a b a.壁虎脚单根刚毛壁虎脚单根刚毛 b.每根刚毛末端的细分叉每根刚毛末端的细分叉10/31/2022材料蜘蛛丝蜘蛛丝人造蜘蛛丝人造蜘蛛丝生物钢丝生物钢丝10/31/2022材料蜘蛛丝的弹性与韧性为什么都好？蜘蛛丝的弹性与韧性为什么都好？蜘蛛丝虽细，但承受的张力可达蜘蛛丝虽细，但承受的张力可达3克重克重即使拉伸即使拉伸

43、10倍以上也不会断掉倍以上也不会断掉它的强度是同样粗细的钢丝的它的强度是同样粗细的钢丝的5倍倍是强度最大的自然高分子化合物是强度最大的自然高分子化合物主要成份是氨基酸组成的蛋白质类高分子化合物主要成份是氨基酸组成的蛋白质类高分子化合物由于它呈酸性而且含有杀菌物质，故不易发霉由于它呈酸性而且含有杀菌物质，故不易发霉蜘蛛丝含有吸湿的吡咯烷酮，尽管在自然界免不了遭蜘蛛丝含有吸湿的吡咯烷酮，尽管在自然界免不了遭遇风吹、雨打和日晒，却仍旧保持确定的粘着力遇风吹、雨打和日晒，却仍旧保持确定的粘着力蜘蛛网还具有美丽的对称性，怎么看都是生物建筑学蜘蛛网还具有美丽的对称性，怎么看都是生物建筑学上的重要成果上的重

44、要成果10/31/2022材料在纳米尺度上蜘蛛丝结构形同一根极细的螺旋在纳米尺度上蜘蛛丝结构形同一根极细的螺旋线线看上去像长长的浸泡过某种液体的看上去像长长的浸泡过某种液体的“弹簧弹簧”当它被拉伸时，像当它被拉伸时，像“弹簧弹簧”一样会竭力返回原一样会竭力返回原来的长度来的长度而当它缩短时，本身又会吸取振动能量并转变而当它缩短时，本身又会吸取振动能量并转变为热能为热能奥妙被揭开：奥妙被揭开：10/31/2022材料蜘蛛和蚕不同，很难进行大规模的人蜘蛛和蚕不同，很难进行大规模的人工饲养工饲养要在化工厂中造出有蛛丝特性的人造要在化工厂中造出有蛛丝特性的人造纤维，人类目前的技术与工艺均无可能纤维，人

45、类目前的技术与工艺均无可能接受基因工程的方法，将蜘蛛的基因接受基因工程的方法，将蜘蛛的基因植进入山羊细胞的植进入山羊细胞的DNA中，培育出了能中，培育出了能在乳汁中分泌蜘蛛丝蛋白的新品种山羊在乳汁中分泌蜘蛛丝蛋白的新品种山羊使使“生物钢材生物钢材”的大规模生产成为可的大规模生产成为可能能用其组合成坚固的复合材料用于宇航用其组合成坚固的复合材料用于宇航和汽车工业和汽车工业制造外科手术缝合线和防弹背心的志制造外科手术缝合线和防弹背心的志向材料向材料基因工程让我们基因工程让我们“种豆得瓜种豆得瓜”了了种豆得瓜种豆得瓜能在乳汁中分泌丝蛋白的新品种山羊能在乳汁中分泌丝蛋白的新品种山羊10/31/2022材料思索、查资料自然界中有哪些物体具有超疏水的表面？10/31/2022材料