临床医学之医用高分子材料.ppt

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1、1医用高分子材料王平山，博士教授，博士生导师医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）2021/9/1012医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）高长有，马列 编著赵长生 主编2021/9/102（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 有些高分子材料本身对人体有害，不能用作医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人体组织并无不用材料。而有些高分子材料本身对人体组织并无不良影响，但在合成、加工过程中不可避免地会残留良影响，但在合成、加工过程中不可避免地会残留一些一些单体单体，或使用一些，或使用一些添

2、加剂添加剂。当材料植入人体以。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，后，这些单体和添加剂会慢慢从内部迁移到表面，从而对周围组织发生作用，引起炎症或组织畸变，从而对周围组织发生作用，引起炎症或组织畸变，严重的可引起全身性反应。严重的可引起全身性反应。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）2021/9/103（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根据现代医学理论认为，人体致癌的原因是由于于正常细胞发生了变异。当这些变异细胞以极其迅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，就形成了癌速的速度增长并扩散时，就形

3、成了癌。而引起细胞。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，也有病毒引起的原因。也有病毒引起的原因。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）2021/9/104医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）Brian CancerBrian Cancer Cell2021/9/105医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）Cancer Cell Under Attack by the Immune System2021/9/106医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）受体酪氨酸激酶（R

4、TK）通路利用蛋白质Sos和Ras之间的相互作用，并会导致一些癌症和其他疾病的分子变化。纽约大学化学系和纽约大学隆根医学中心的科学家研发出了一种新高分子化合物，能阻止与很多癌症有关的蛋白质的信号传导，这对抑制癌细胞的生长至关重要。人造Sos有高分子或大分子的结构，能阻止Sos和Ras之间相互作用。2021/9/107医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）化学致癌物质：其种类最多，分布极广。无机化合物如：石棉砷化物铬化物等放射性元素钴、镭、氡等有机化合物如：联安苯，烯环烃有机亚硝酸，黄曲毒素等都是化学致癌因子2021/9/108医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学

5、）多环或杂环芳烃如苯并(a)芘、苯并(a)蒽等；单环芳香胺（如邻甲苯胺、邻茴香胺）；双环或多环芳香胺（如2-萘胺、联苯胺等）；喹啉（如苯并（g）喹啉等）；硝基呋喃；偶氮化合物(如二甲氨基偶氮苯等)；链状或环状亚硝胺类几乎都致癌。2021/9/109医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）具有广谱及较强抗菌活性，对革兰阳性及阴性菌均有抑制作用 长期大剂量服用可出现粒细胞减少、血小板减少 磺胺嘧啶 2021/9/1010 当医用高分子材料植入人体后，高分子材料本当医用高分子材料植入人体后，高分子材料本身的性质，如身的性质，如化学组成、交联度、相对分子质量及化学组成、交联度、相对分子质

6、量及其分布、分子链构象、聚集态结构、高分子材料中其分布、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、添加剂所含的杂质、残留单体、添加剂都可能与致癌因素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有关。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之外，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。其他材料更多的致癌可能性。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）2021/9/1011（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，必然当高分子材料用于人工脏

7、器植入人体后，必然要长时间与体内的血液接触。因此，要长时间与体内的血液接触。因此，医用高分子对医用高分子对血液的相容性血液的相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的研究课题，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，还有待于各国高分子材料。这一问题的彻底解决，还有待于各国科学家的共同努力。科学家的共同努力。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）2021/9/1012医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）LD

8、PEPPPTFEPMMAPoly(2-hydroxyethyl methacrylate)2021/9/1013（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，要求植入体内的高些甚至伴随人们的一生。因此，要求植入体内的高分子材料分子材料在极其复杂的人体环境中，不会很快失去在极其复杂的人体环境中，不会很快失去原有的机械强度原有的机械强度。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

9、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，或者说寿命尽可能我们仅希望变化尽可能少一些，或者说寿命尽可能长一些。长一些。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）2021/9/1014 一般来说，化学稳定性好的，不含易降解基团一般来说，化学稳定性好的，不含易降解基团的高分子材料，机械稳定也比较好。如的高分子材料，机械稳定也比较好。如聚酰胺聚酰胺的酰的酰胺基团在酸性和碱性条件下都易降解，因此，用作胺基团在酸性和碱性条件下都易降解，因此，用作人体各部件时，均会在短期内损失其机械强度，故人体各部件时，均会在短期内损失其机械强度，故一般不适宜选作植入材料。而一般不适宜选

10、作植入材料。而聚四氟乙烯聚四氟乙烯的化学稳的化学稳定性较好，其在生物体内的稳定性也较好。表定性较好，其在生物体内的稳定性也较好。表9191是一些高分子以纤维形式植入狗的动脉后其机械强是一些高分子以纤维形式植入狗的动脉后其机械强度的损失情况。度的损失情况。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）2021/9/1015医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）表表91 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聚丙聚丙烯烯酸酸酯

11、酯6701.0聚四氟乙聚四氟乙烯烯6775.32021/9/1016（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。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。国内大多采用前两种射线灭菌。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。方法。因此在选择材料时，要考虑能否耐受得了。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）2021/9/1017（7 7）易于加工成需要的复杂

12、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。否人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，却无则，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。法加工成所需的形状，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

13、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。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）2021/9/1018 与其他高分子材料相比，对医用高分子材料的与其他高分子材料相比，对医用高分子材料的要求是非常严格的。对于不同用途的医用高分子材要求是非常严格的。对于不同用途的医用高分子材料，往往又有一些具体要求。在医用高分子材料进料，往往又有一些具体要求。在医用高分子材料进入临床应用之前，都必须对材料本身的入临床应用之前，都必须对材料本身的物理化学性物理化学性能、机械性能以及材料与生物体及人体的相互适应能、机械性能以及材料与生物体及人体的相

14、互适应性性进行全面评价，然后经国家管理部门批准才能进进行全面评价，然后经国家管理部门批准才能进入临床使用。入临床使用。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）2021/9/10192.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。对生物体来说，植入的材料不管其结间的适应性。对生物体来说，植入的材料不管其结构、性质如何，都是构、性质如何，都是外来异物外来异物。出于本能的自我保。出于本能的自我保护，一般都会出现护，一般都会出现排斥现象排斥现象。这种排斥反应的严重。这种排斥反应的严重程度，决定了

15、材料的生物相容性。因此提高应用高程度，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生物相容性，是材料和医学科学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题。家们必须面对的课题。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）2021/9/1020 由于不同的高分子材料在医学中的应用目的不由于不同的高分子材料在医学中的应用目的不同，生物相容性又可分为同，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。组织相容性是指材料与人体组织，如两种。组织相容性是指材料与人体组织，如骨骼、骨骼、牙齿、内部器官、肌肉、肌腱、皮肤牙齿、内部器官、肌肉、肌腱、皮

16、肤等的相互适应等的相互适应性，而血液相容性则是指材料与血液接触是不是会性，而血液相容性则是指材料与血液接触是不是会引起引起凝血、溶血凝血、溶血等不良反应。等不良反应。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）2021/9/10212.1 高分子材料的组织相容性高分子材料的组织相容性2.1.1 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 高分子材料植入人体后，对组织反应的影响因高分子材料植入人体后，对组织反应的影响因素包括材料本身的素包括材料本身的结构和性质结构和性质（如微相结构、亲水如微相结构、亲水性、疏水性、电荷等性、疏水性、电荷等）、材料中可渗出的）、材料中可

17、渗出的化学成分化学成分（如残留单体、杂质、低聚物、添加剂等如残留单体、杂质、低聚物、添加剂等）、）、降解降解或代谢产物或代谢产物等。此外，植入材料的等。此外，植入材料的几何形状几何形状也可能也可能引起组织反应。引起组织反应。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）2021/9/1022（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 材料中逐渐渗出的各种化学成分（材料中逐渐渗出的各种化学成分（如添加剂、如添加剂、杂质、单体、低聚物以及降解产物等杂质、单体、低聚物以及降解产物等）会导致不同）会导致不同类型的组织反应，例如炎症反应。组织反应的严重类

18、型的组织反应，例如炎症反应。组织反应的严重程度与渗出物的毒性、浓度、总量、渗出速率和持程度与渗出物的毒性、浓度、总量、渗出速率和持续期限等密切相关。一般而言，续期限等密切相关。一般而言，渗出物毒性越大、渗出物毒性越大、渗出量越多，则引起的炎症反应越强渗出量越多，则引起的炎症反应越强。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）2021/9/1023 例如，例如，聚氨酯和聚氯乙烯聚氨酯和聚氯乙烯中可能存在的残余单中可能存在的残余单体有较强的毒性，渗出后会引起人体严重的炎症反体有较强的毒性，渗出后会引起人体严重的炎症反应。而应。而硅橡胶、聚丙烯、聚四氟乙烯硅橡胶、聚丙烯、聚四氟乙烯等高分

19、子的毒等高分子的毒性渗出物通常较少，植入人体后表现的炎症反应较性渗出物通常较少，植入人体后表现的炎症反应较轻。轻。如果渗出物的持续渗出时间较长，则可能发展如果渗出物的持续渗出时间较长，则可能发展成慢性炎症反应。如某些被人体分解吸收较慢的成慢性炎症反应。如某些被人体分解吸收较慢的生生物吸收性高分子材料物吸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。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）2021/9/1024（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 高分子材料生物降解对人体组织反应的影响取高分子材料生物降解对人体组织反应

20、的影响取决于决于降解速度、产物的毒性、降解的持续期限降解速度、产物的毒性、降解的持续期限等因等因素。降解速度慢而降解产物毒性小，一般不会引起素。降解速度慢而降解产物毒性小，一般不会引起明显的组织反应。但若降解速度快而降解产物毒性明显的组织反应。但若降解速度快而降解产物毒性大，可能导致严重的急性或慢性炎症反应。如有报大，可能导致严重的急性或慢性炎症反应。如有报道采用道采用聚酯聚酯材料作为人工喉管修补材料出现慢性炎材料作为人工喉管修补材料出现慢性炎症的情况。症的情况。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）2021/9/1025（3 3）材料物理形态等因素对组织反应的影响）材料物理形

21、态等因素对组织反应的影响 高分子材料的物理形态如高分子材料的物理形态如大小、形状、孔度、大小、形状、孔度、表面平滑度表面平滑度等因素也会影响组织反应。另外，等因素也会影响组织反应。另外，试验试验动物的种属差异、材料植入生物体的位置动物的种属差异、材料植入生物体的位置等生物学等生物学因素以及因素以及植入技术植入技术等人为因素也是不容忽视的。等人为因素也是不容忽视的。一般来说，植入体内材料的体积越大、表面越一般来说，植入体内材料的体积越大、表面越平滑，造成的组织反应越严重。植入材料与生物组平滑，造成的组织反应越严重。植入材料与生物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

22、引发较严重的组织反应。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）2021/9/1026 曾对不同形状的材料植入小白鼠体内出现肿瘤曾对不同形状的材料植入小白鼠体内出现肿瘤的情况进行过统计，发现当的情况进行过统计，发现当植入材料为大体积薄片植入材料为大体积薄片时，出现肿瘤的可能性比在薄片上穿大孔时高出一时，出现肿瘤的可能性比在薄片上穿大孔时高出一倍左右。而海绵状、纤维状和粉末状材料几乎不会倍左右。而海绵状、纤维状和粉末状材料几乎不会引起肿瘤引起肿瘤（见表（见表9292）。）。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）2021/9/1027医用高分子材料医用高分子材料 （临床

23、医学）（临床医学）表表92 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海绵绵状状纤维纤维状状粉末状粉末状玻玻 璃璃33.318000赛赛 璐璐 珞珞2319000涤纶树涤纶树脂脂188000尼尼 龙龙427100聚四氟乙聚四氟乙烯烯205000聚苯乙聚苯乙烯烯2810010聚聚 氨氨 酯酯3311110聚聚氯氯乙稀乙稀240200硅硅 橡橡 胶胶4116000*试验周期为两年试验周期为两年2021/9/1028 原因可能是由于材料的植入使周围的原因可能是由于材料的植入使周围的细胞代谢细胞代谢受到障碍，营养和氧的供应不充分以

24、及长期受到异受到障碍，营养和氧的供应不充分以及长期受到异物刺激而使细胞异常分化、产生变异物刺激而使细胞异常分化、产生变异所致。而当植所致。而当植入材料为海绵状、纤维状和粉末状时，组织细胞可入材料为海绵状、纤维状和粉末状时，组织细胞可围绕材料生长，因此不会由于营养和氧的不足而变围绕材料生长，因此不会由于营养和氧的不足而变异，因此致癌危险性较小。异，因此致癌危险性较小。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）2021/9/10292.1.2 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 观察发现，高分子材料在植入人体内后，再经观察发现，高分子材料在植入人体内后，再经过一段时间

25、的试用后，会出现钙化合物在材料表面过一段时间的试用后，会出现钙化合物在材料表面沉积的现象，即沉积的现象，即钙化现象钙化现象。钙化现象往往是导致高。钙化现象往往是导致高分子材料在人体内应用失效的原因之一。试验结果分子材料在人体内应用失效的原因之一。试验结果证明，钙化现象不仅是胶原生物材料的特征，一些证明，钙化现象不仅是胶原生物材料的特征，一些高分子水溶胶，如聚甲基丙烯酸羟乙酯在大鼠、仓高分子水溶胶，如聚甲基丙烯酸羟乙酯在大鼠、仓鼠、荷兰猪的皮下也发现有钙化现象。鼠、荷兰猪的皮下也发现有钙化现象。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）2021/9/1030 用等离子体发射光谱法分析

26、钙化沉积层的元素用等离子体发射光谱法分析钙化沉积层的元素组成，发现钙化层中以组成，发现钙化层中以钙、磷钙、磷两种元素为主，两种元素为主，钙磷钙磷比为比为1.611.611.691.69，平均值，平均值1.661.66，与羟基磷灰石中的，与羟基磷灰石中的钙磷比钙磷比1.671.67几乎相同几乎相同，此外还含有少量的锌和镁。，此外还含有少量的锌和镁。这表明，这表明，钙化现象是高分子材料植入动物体内后，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对肌体组织造成刺激，促使肌体的新陈代谢加速的结果结果。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）2021/9

27、/1031 影响高分子材料表面钙化的因素很多，包括影响高分子材料表面钙化的因素很多，包括生生物因素（如物种、年龄、激素水平、血清磷酸盐水物因素（如物种、年龄、激素水平、血清磷酸盐水平、脂质、蛋白质吸附、局部血流动力学、凝血平、脂质、蛋白质吸附、局部血流动力学、凝血等等）和）和材料因素（亲水性、疏水性、表面缺陷材料因素（亲水性、疏水性、表面缺陷）等。一般而言，材料植入时，等。一般而言，材料植入时，被植个体越年青，材被植个体越年青，材料表面越可能发生钙化料表面越可能发生钙化。多孔材料的钙化情况比无。多孔材料的钙化情况比无孔材料要严重。孔材料要严重。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医

28、学）2021/9/10322.1.3 高分子材料的致癌性高分子材料的致癌性 虽然目前尚无足够的证据说明高分子材料的植虽然目前尚无足够的证据说明高分子材料的植入会引起人体内的癌症。但是，许多试验动物研究入会引起人体内的癌症。但是，许多试验动物研究表明，当高分子材料植入鼠体内时，只要植入的材表明，当高分子材料植入鼠体内时，只要植入的材料是固体材料而且面积大于料是固体材料而且面积大于1cm1cm2 2，无论材料的种类，无论材料的种类（高分子、金属或陶瓷高分子、金属或陶瓷）、形状（）、形状（膜、片状或板膜、片状或板状状）以及材料本身是否具有化学致癌性，均有可能）以及材料本身是否具有化学致癌性，均有可能

29、导致癌症的发生。这种现象称为导致癌症的发生。这种现象称为固体致癌性固体致癌性或或异物异物致癌性致癌性。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）2021/9/1033 根据癌症的发生率和潜伏期，高分子材料对大根据癌症的发生率和潜伏期，高分子材料对大鼠的致癌性可分为三类。鼠的致癌性可分为三类。能释放出小分子致癌物的高分子材料，具有能释放出小分子致癌物的高分子材料，具有高发生率，潜伏期短的特征。高发生率，潜伏期短的特征。本身具有癌症原性的高分子材料，发生率较本身具有癌症原性的高分子材料，发生率较高，潜伏期不定；高，潜伏期不定；只是作为简单异物的高分子材料，发生率较只是作为简单异物的高分

30、子材料，发生率较低，潜伏期长。显然只有第三类高分子材料才有可低，潜伏期长。显然只有第三类高分子材料才有可能进行临床应用。能进行临床应用。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）2021/9/1034 研究发现，异物致癌性与慢性炎症反应、纤维研究发现，异物致癌性与慢性炎症反应、纤维化特别是纤维包膜厚度密切相关。例如当在大鼠体化特别是纤维包膜厚度密切相关。例如当在大鼠体内植入高分子材料后，如果前内植入高分子材料后，如果前3 312 12 个月内形成的个月内形成的纤维包膜厚度大于纤维包膜厚度大于0.2 mm0.2 mm，经过一定的潜伏期后通，经过一定的潜伏期后通常会出现癌症。而低于此值

31、，癌症很少发生。因此常会出现癌症。而低于此值，癌症很少发生。因此0.2 mm0.2 mm可能是诱发鼠体癌症的临界纤维包膜厚度。可能是诱发鼠体癌症的临界纤维包膜厚度。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）2021/9/10352.2 高分子材料的血液相容性高分子材料的血液相容性2.2.1 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，称为会自动凝固，称为血栓血栓。实际上，血液在受到下列。实际上，血液在受到下列因素影响时，都可能发生血栓：因素影响时，都可能发生血栓

32、：血管壁特性与血管壁特性与状态发生变化；状态发生变化；血液的性质发生变化；血液的性质发生变化；血液血液的流动状态发生变化的流动状态发生变化。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）2021/9/1036 根据现代医学的观点，对血液的循环，人体内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存在两个对立系统，即促使血小板生成和血液凝固的的凝血系统凝血系统和由肝素、抗凝血酶以及促使纤维蛋白和由肝素、抗凝血酶以及促使纤维蛋白凝胶降解的溶纤酶等组成的凝胶降解的溶纤酶等组成的抗凝血系统抗凝血系统。当材料植。当材料植入体内与血液接触时，血液的流动状态和血

33、管壁状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，凝血系统开始发挥作用，从而发态都将发生变化，凝血系统开始发挥作用，从而发生血栓。生血栓。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）2021/9/1037 血栓的形成机理是十分复杂的。一般认为，异血栓的形成机理是十分复杂的。一般认为，异物与血液接触时，首先将吸附血浆内蛋白质，然后物与血液接触时，首先将吸附血浆内蛋白质，然后粘附血小板，继而血小板崩坏，放出血小板因子，粘附血小板，继而血小板崩坏，放出血小板因子，在异物表面凝血，产生血栓。此外，红血球粘附引在异物表面凝血，产生血栓。此外，红血球粘附引起溶血；凝血致活酶的活化

34、，也都是形成血栓的原起溶血；凝血致活酶的活化，也都是形成血栓的原因。（见图因。（见图91)91)医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）2021/9/1038图图91 91 血栓形成过程示意图血栓形成过程示意图 医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）2021/9/1039（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实验发现，血小板难粘附于表面能较低的有机有机硅聚合物硅聚合物，而易粘附于，而易粘附于尼龙、玻璃尼龙、玻璃等高能表面上。等高

35、能表面上。此外，在此外，在聚甲基丙烯酸聚甲基丙烯酸羟乙酯、接枝聚乙烯羟乙酯、接枝聚乙烯醇、主链和侧链中含有聚乙二醇结构的亲水性材料醇、主链和侧链中含有聚乙二醇结构的亲水性材料表面上，血小板的粘附量都比较少。这可能是由于表面上，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，有容易被水介质润湿而具有较小的表面能。因此，有理由认为，理由认为，低表面能材料具有较好的抗血栓性低表面能材料具有较好的抗血栓性。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）2021/9/1040 也有观点认为，血小板的粘附与两相界面自由也有观点认为，血小板的粘附与两相界面自由能有更为直

36、接的关系。界面自由能越小，材料表面能有更为直接的关系。界面自由能越小，材料表面越不活泼，则与血液接触时，与血液中各成分的相越不活泼，则与血液接触时，与血液中各成分的相互作用力也越小，故造成血栓的可能性就较小。大互作用力也越小，故造成血栓的可能性就较小。大量实验事实表明，除聚四氟乙烯外，临界表面张力量实验事实表明，除聚四氟乙烯外，临界表面张力小的材料，血小板都不易粘附（见表小的材料，血小板都不易粘附（见表9393）。）。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）2021/9/1041医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）表表93 材料表面材料表面张张力与血小板粘附量的

37、关系力与血小板粘附量的关系材材 料料临界表面张临界表面张力力/Pa血小板粘附量血小板粘附量/*尼龙尼龙6611.65637聚四氟乙烯聚四氟乙烯2.9305.4聚二甲基硅聚二甲基硅氧烷氧烷2.27.34.5聚氨酯聚氨酯2.01.80.2*人血浸人血浸渍渍3 3分分钟钟；狗血循狗血循环环1 1分分钟钟。2021/9/10422)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 有些高分子材料与水接触后能形成高含水状态有些高分子材料与水接触后能形成高含水状态（20209090以上）的水凝胶。在水凝胶中，由于以上）的水凝胶。在水凝胶中，由于含水量增加而使高分子的实质部分减少，因此，植含

38、水量增加而使高分子的实质部分减少，因此，植入人体后，与血液的接触机会也减少，相应的血小入人体后，与血液的接触机会也减少，相应的血小板粘附数减少。实验表明，板粘附数减少。实验表明，丙烯酰胺、甲基丙烯酸丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯和带有聚乙二醇侧基的甲基丙烯酸酯羟乙酯和带有聚乙二醇侧基的甲基丙烯酸酯与其他单体共聚或接枝共聚的水凝胶与其他单体共聚或接枝共聚的水凝胶，都具有较好，都具有较好的抗血栓性。的抗血栓性。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）2021/9/1043 一般认为，水凝胶与血液的相容性，与其一般认为，水凝胶与血液的相容性，与其交联交联密度、亲水性基团数量等密度、亲水性基

39、团数量等因素有关。含亲水基团太因素有关。含亲水基团太多的聚合物，往往抗血栓性反而不好。因为水凝胶多的聚合物，往往抗血栓性反而不好。因为水凝胶表面不仅对血小板粘附能力小，而且对蛋白质和其表面不仅对血小板粘附能力小，而且对蛋白质和其他细胞的吸附能力均较弱。在流动的血液中，聚合他细胞的吸附能力均较弱。在流动的血液中，聚合物的亲水基团会不断地由于被吸附的成分被物的亲水基团会不断地由于被吸附的成分被“冲走冲走”而重新暴露出来，形成永不惰化的活性表面，使血而重新暴露出来，形成永不惰化的活性表面，使血液中血小板不断受到损坏。研究认为，液中血小板不断受到损坏。研究认为，抗血栓性较抗血栓性较好的水凝胶，其含水率

40、应维持在好的水凝胶，其含水率应维持在65657575。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）2021/9/10443)3)血小板的粘附与材料表面疏水亲水平衡有关血小板的粘附与材料表面疏水亲水平衡有关 综合上述讨沦不难看出，无论是疏水性聚合物综合上述讨沦不难看出，无论是疏水性聚合物还是亲水性聚合物，都可在一定程度上具有抗血栓还是亲水性聚合物，都可在一定程度上具有抗血栓性。进一步的研究表明，材料的抗血栓性，并不简性。进一步的研究表明，材料的抗血栓性，并不简单决定于其是疏水性的还是亲水性的，而是决定于单决定于其是疏水性的还是亲水性的，而是决定于它们的平衡值。它们的平衡值。一个亲水疏水

41、性调节得较合适的一个亲水疏水性调节得较合适的聚合物，往往有足够的吸附力吸附蛋白质，形成一聚合物，往往有足够的吸附力吸附蛋白质，形成一层隋性层，从而减少血小板在其上层的粘附层隋性层，从而减少血小板在其上层的粘附。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）2021/9/1045 例如，例如，甲基丙烯酸甲基丙烯酸羟乙酯羟乙酯/甲基丙烯酸乙甲基丙烯酸乙酯共聚物酯共聚物比单纯的比单纯的聚甲基丙烯酸聚甲基丙烯酸羟乙酯羟乙酯对血对血液的破坏性要小；液的破坏性要小；甲基丙烯酸乙酯甲基丙烯酸乙酯/甲基丙烯酸共聚甲基丙烯酸共聚物物也比单纯的也比单纯的聚聚甲基丙烯酸对血液的破坏性要小。甲基丙烯酸对血液的

42、破坏性要小。用作人工心脏材料的聚醚型聚氨酯，具有微相用作人工心脏材料的聚醚型聚氨酯，具有微相分离的结构，也是为达到这一目的而设计的。分离的结构，也是为达到这一目的而设计的。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）2021/9/10464)4)血小板的粘附与材料表面的电荷性质有关血小板的粘附与材料表面的电荷性质有关 人体中正常血管的内壁是带负电荷的，而血小人体中正常血管的内壁是带负电荷的，而血小板、血球等的表面也是带负电荷的，由于同性相斥板、血球等的表面也是带负电荷的，由于同性相斥的原因，血液在血管中不会凝固。因此，对带适当的原因，血液在血管中不会凝固。因此，对带适当负电荷的材料表

43、面，血小板难于粘附，有利于材料负电荷的材料表面，血小板难于粘附，有利于材料的抗血栓性。但也有实验事实表明，血小板中的凝的抗血栓性。但也有实验事实表明，血小板中的凝血因子在负电荷表面容易活化。因此，若血因子在负电荷表面容易活化。因此，若电荷密度电荷密度太大，容易损伤血小板，反而造成血栓太大，容易损伤血小板，反而造成血栓。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）2021/9/10475)5)血小板的粘附与材料表面的光滑程度有关血小板的粘附与材料表面的光滑程度有关 由于凝血效应与血液的流动状态有关，血液流由于凝血效应与血液的流动状态有关，血液流经的表面上有任何障碍都会改变其流动状态，因

44、此经的表面上有任何障碍都会改变其流动状态，因此材料表面的平整度将严重影响材料的抗血栓性。据材料表面的平整度将严重影响材料的抗血栓性。据研究知，研究知，材料表面若有材料表面若有3m3m以上凹凸不变的区域，以上凹凸不变的区域，就会在该区域形成血栓就会在该区域形成血栓。由此可见，将材料表面尽。由此可见，将材料表面尽可能处理得光滑，以减少血小板、细胞成分在表面可能处理得光滑，以减少血小板、细胞成分在表面上的粘附和聚集，是减少血栓形成可能性的有效措上的粘附和聚集，是减少血栓形成可能性的有效措施之一。施之一。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）2021/9/10482.2.2 血液相容性

45、高分于材料的制取血液相容性高分于材料的制取（1 1）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 例如将例如将芝加哥酸（芝加哥酸（1 1氨基氨基8 8萘酚萘酚2,42,4二磺酸萘）二磺酸萘）（见下式）引入聚合物表面后，可减少（见下式）引入聚合物表面后，可减少血小板在聚合物表面上的粘附量，抗疑血性提高。血小板在聚合物表面上的粘附量，抗疑血性提高。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）2021/9/1049（2 2）高分子材料的表面接枝改性）高分子材料的表面接枝改性 采用化学法（如偶联法、臭氧化法等）和物理采用化学法（如偶联法、臭氧化法等）和物理法（等离子体法、高能辐射法、紫外光法等）将具法（等离子体法、高能辐射法、紫外光法等）将具有抗凝血性的天然和化学合成的化合物，如有抗凝血性的天然和化学合成的化合物，如肝素、肝素、聚氧化乙烯聚氧化乙烯接枝到高分子材料表面上。研究表明，接枝到高分子材料表面上。研究表明，血小板不能粘附于用聚氧化乙烯处理过的玻璃上。血小板不能粘附于用聚氧化乙烯处理过的玻璃上。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）2021/9/1050