医用高分子材料11231.pptx
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1、医用高分子材料简介医用高分子材料简介 1第一页,共六十页。目录目录今天主要讲的内容:1简述医用材料的历史2高分子材料可作为医用材料的原因3医用高分子材料的七项性能要求。4医用高分子材料的分类。5医用高分子材料的开展方向6应用:a、人工组织和人工器官 b、医用缝合线 c、医用粘合剂 d、人工晶体 e、烤瓷牙材料2第二页,共六十页。医用材料的开展史医用材料的开展史公元前公元前3500年,埃及人就用棉花纤维、马鬃缝合伤口。墨西哥年,埃及人就用棉花纤维、马鬃缝合伤口。墨西哥印地安人用木片修补受伤的颅骨。印地安人用木片修补受伤的颅骨。公元前公元前500年的中国和埃及墓葬中发现假牙、假鼻、假耳。年的中国和
2、埃及墓葬中发现假牙、假鼻、假耳。1936年创造了有机玻璃后,很快就用于制作假牙和补牙,年创造了有机玻璃后,很快就用于制作假牙和补牙,至今仍在使用。至今仍在使用。1943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。1949年,美国首先发表了医用高分子的展望性论文,年,美国首先发表了医用高分子的展望性论文,第一次介绍了利用第一次介绍了利用PMMA作为人的头盖骨、关节和股骨,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应用、利用聚酰胺纤维作为手术缝合线的临床应用、3第三页,共六十页。50年代,有机硅聚合物被用于医学领域,年代,有机硅聚合物被用于医学领域,使人工器
3、官的应用范围大大扩大,包括器官使人工器官的应用范围大大扩大,包括器官替代和整容等许多方面。此后,一大批人工替代和整容等许多方面。此后,一大批人工器官在器官在50年代试用于临床。人工血管年代试用于临床。人工血管1951年、人工食道年、人工食道1951年、人工心脏瓣膜年、人工心脏瓣膜1952年、人工心肺年、人工心肺1953年、人工年、人工关节关节1954年、人工年、人工1958年等。年等。从从70年代始,高分子科学家和医学家积极开展年代始,高分子科学家和医学家积极开展合作研究,使医用高分子材料快速开展起来。合作研究,使医用高分子材料快速开展起来。至至80年代以来,兴旺国家的医用高分子材料年代以来,
4、兴旺国家的医用高分子材料产业化速度加快,根本形成了一个崭新的生产业化速度加快,根本形成了一个崭新的生物材料产业。物材料产业。4第四页,共六十页。目前用高分子材料制成的人工器官中,比目前用高分子材料制成的人工器官中,比较成功的有人工血管、人工食道、人工尿道、较成功的有人工血管、人工食道、人工尿道、人工心脏瓣膜、人工关节、人工骨、整形材人工心脏瓣膜、人工关节、人工骨、整形材料等。料等。巳取得重大研究成果,但还需不断完善的有巳取得重大研究成果,但还需不断完善的有人工肾、人工心脏、人工肺、人工胰脏、人人工肾、人工心脏、人工肺、人工胰脏、人工眼球、人造血液等。工眼球、人造血液等。另有一些功能较为复杂的器
5、官,如人工肝脏、另有一些功能较为复杂的器官,如人工肝脏、人工胃、人工子宫等。那么正处于大力研究人工胃、人工子宫等。那么正处于大力研究开发之中。开发之中。5第五页,共六十页。高分子材料作为医用材料的原因:高分子材料作为医用材料的原因:高分子化合物在生物界的普遍存在,决定了高分子化合物在生物界的普遍存在,决定了它们在医学领域中的特殊地位。在各种材料它们在医学领域中的特殊地位。在各种材料中,高分子材料的中,高分子材料的分子结构、化学组成和理分子结构、化学组成和理化性质化性质与生物体组织与生物体组织最为接近最为接近,因此最有可,因此最有可能用作医用材料。能用作医用材料。6第六页,共六十页。医用高分子材
6、料需要满足的医用高分子材料需要满足的七项性能七项性能化学惰性,不会与体液沾染而发生变化对人体组织不会引起炎症或异物反响。不会致癌。具有良好的血液相容性。长期植入体内不会减小机械强度。能经受必要的清洁消毒措施而不产生变性易于加工成需要的复杂形状。7第七页,共六十页。医用高分子材料的分类医用高分子材料的分类1按照生物医学用途分类按照生物医学用途分类硬组织相容性高分子材料硬组织相容性高分子材料软组织相容性高分子材料软组织相容性高分子材料血液相容性高分子材料血液相容性高分子材料高分子药物高分子药物8第八页,共六十页。2按照性能分类按照性能分类 生物可降解型高分子材料生物可降解型高分子材料生物可降解型高
7、分子材料生物可降解型高分子材料生物非降解型高分子材料生物非降解型高分子材料 3 3按照使用性能分类按照使用性能分类按照使用性能分类按照使用性能分类 植入性高分子材料植入性高分子材料植入性高分子材料植入性高分子材料 非植入性高分子材料非植入性高分子材料非植入性高分子材料非植入性高分子材料9第九页,共六十页。目前在实际应用中,更实用的是仅将医用高分子分目前在实际应用中,更实用的是仅将医用高分子分为两大类,一类是直接用于治疗人体某一病变组织、为两大类,一类是直接用于治疗人体某一病变组织、替代人体某一部位或某一脏器、修补人体某一缺陷的替代人体某一部位或某一脏器、修补人体某一缺陷的材料。如用作人工管道血
8、管、食道、肠道、尿道等材料。如用作人工管道血管、食道、肠道、尿道等、人造玻璃体眼球、人工脏器心脏、肾脏、人造玻璃体眼球、人工脏器心脏、肾脏、肺、胰脏等、人造皮肤、人造血管,手术缝合用线、肺、胰脏等、人造皮肤、人造血管,手术缝合用线、组织粘合剂、整容材料假耳、假眼、假鼻、假肢等组织粘合剂、整容材料假耳、假眼、假鼻、假肢等的材料。另一类那么是用来制造医疗器械、用品的的材料。另一类那么是用来制造医疗器械、用品的材料,如注射器、手术钳、血浆袋等。这类材料用来材料,如注射器、手术钳、血浆袋等。这类材料用来为医疗事业效劳,但本身并不具备治疗疾病、替代人为医疗事业效劳,但本身并不具备治疗疾病、替代人体器官的
9、功能,因此不属功能高分子的范畴。体器官的功能,因此不属功能高分子的范畴。10第十页,共六十页。医用高分子的开展巳有50多年的历史,其应用领域巳渗透到整个医学领域,取得的成果是十分显赫的。但距离随心所欲地使用高分子材料及其人工脏器来植换人体的病变脏器尚很远很远,因此尚需作深入的研究探索。就目前来说,医用高分子将在以下4个方面进行深入的研究。5.医用高分子的开展方向医用高分子的开展方向11第十一页,共六十页。1人工脏器的生物功能化、小型化、体植人工脏器的生物功能化、小型化、体植化化 目前使用的人工脏器,大多数只有目前使用的人工脏器,大多数只有“效应效应器的功能,即人工脏器必须与有功能缺陷器的功能,
10、即人工脏器必须与有功能缺陷的生物体共同协作,才能保持体内平衡。研的生物体共同协作,才能保持体内平衡。研究的方向是使人工脏器永久性地植入体内,究的方向是使人工脏器永久性地植入体内,完全取代病变的脏器。这就要求高分子材料完全取代病变的脏器。这就要求高分子材料本身具有生物功能。本身具有生物功能。12第十二页,共六十页。2高抗血栓性材料的研制高抗血栓性材料的研制 至今为止,尚无一种医用高分子材料具有完至今为止,尚无一种医用高分子材料具有完全抗血栓的性能。许多人工脏器的植换手术全抗血栓的性能。许多人工脏器的植换手术就是因为无法解决凝血问题而归于失败。因就是因为无法解决凝血问题而归于失败。因 此,尽快解决
11、医用高分子材料的抗血栓性问此,尽快解决医用高分子材料的抗血栓性问题,巳成为医用高分子材料开展的一个关键题,巳成为医用高分子材料开展的一个关键性问题,受到各国科学家的重视。性问题,受到各国科学家的重视。13第十三页,共六十页。3开展新型医用高分子材料开展新型医用高分子材料 至今为止,医用高分子所涉及到的材料大局部限于已工业至今为止,医用高分子所涉及到的材料大局部限于已工业化的高分子材料,这显然不能适应和满足十分复杂的人体各化的高分子材料,这显然不能适应和满足十分复杂的人体各器官的功能。因此开展适合医学领域特殊要求的新型、专用器官的功能。因此开展适合医学领域特殊要求的新型、专用高分子材料,已成为广
12、阔化学家和医学专家的共识。目前研高分子材料,已成为广阔化学家和医学专家的共识。目前研究开发混合型人工脏器,即将生物酶和生物细胞固定在合成究开发混合型人工脏器,即将生物酶和生物细胞固定在合成高分子材料上,制取有生物活性的人工脏器的工作,高分子材料上,制取有生物活性的人工脏器的工作,已经取得了相当大的成就。已经取得了相当大的成就。4推广医用高分子的临床应用推广医用高分子的临床应用 高分子材料在医学领域的应用虽已取得了很大的成就,但高分子材料在医学领域的应用虽已取得了很大的成就,但很多尚处于试验阶段。如何将已取得的成果迅速推广到临床很多尚处于试验阶段。如何将已取得的成果迅速推广到临床医学应用,以拯救
13、更多患者的生命,需要高分子材料界与医医学应用,以拯救更多患者的生命,需要高分子材料界与医学界的通力协作。学界的通力协作。14第十四页,共六十页。应用:应用:一、人工组织和人工器官一、人工组织和人工器官人们口中常说的高分子人工器官材料高分子人工器官材料或高分子内植材料高分子内植材料,实事上也是高分子生物高分子生物材料。材料。人造器官在生物材料医学上是指能植入人体或能与生物组织或生物流体相接触的材料。15第十五页,共六十页。从应用情况看,人工器官的功能开始从局从应用情况看,人工器官的功能开始从局部取代向完全取代开展,从短时间应用部取代向完全取代开展,从短时间应用向长时期应用开展,从大型向小型化开向
14、长时期应用开展,从大型向小型化开展,从体外应用向体内植入开展、人工展,从体外应用向体内植入开展、人工器官的种类从与生命密切相关的部位向器官的种类从与生命密切相关的部位向人工感觉器官、人工肢体开展,从单一人工感觉器官、人工肢体开展,从单一功能向综合功能型开展。功能向综合功能型开展。16第十六页,共六十页。用于人工脏器的局部高分子材料一览人工脏器高分子材料心 脏嵌段聚醚氨酯弹性体、硅橡胶肾 脏铜氨法再生纤维素,醋酸纤维素,聚甲基丙烯酸甲酯,聚丙烯腈,聚砜,乙烯乙烯醇共聚物(EVA),聚氨酯豪,聚丙烯,聚碳酸酯,聚甲基丙烯酸羟乙酯肝 脏赛璐玢(cellophane),聚甲基丙烯酸羟乙酯胰 脏共聚丙烯
15、酸酯中空纤维肺硅橡胶,聚丙烯中空纤维,聚烷砜关节、骨超高分子量聚乙烯,高密度聚乙烯,聚甲基丙烯酸甲酯,尼龙,聚酯17第十七页,共六十页。分类分类一、根据人工脏器和部件的作用及目前研究进展,可将它们分成五大类。第一类:能永久性地植入人体,完全替代原来脏器或部位的功能,成为人体组织的一局部。第二类:在体外使用的较为大型的人工脏器装置、主要作用是在手术过程中暂时替代原有器官的功能。第三类:功能比较单一,只能局部替代人体脏器的功能,例如人工肝脏等。第四类:正在进行探索的人工脏器。第五类:整容性修复材料,这些部件一般不具备特殊生理功能,但能修复人体的残缺局部,使患者重新获得端正的仪表。18第十八页,共六
16、十页。按高分子主链结构可分为:按高分子主链结构可分为:碳链高分子。它们在生物体内降解速率都较慢,如聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯及聚四氟乙烯等,为半永久性材料。杂链高分子。在生物体内的稳定性视主链的水解稳定性、聚合物结晶度、亲水性和交联度而定,如有机硅橡胶和聚对苯二甲酸乙二酯等可作为半永久性生物材料。19第十九页,共六十页。生物相容性要求:生物相容性要求:例如,人工心脏、人工肾脏、人工肝脏、人工血管等脏器和部件长期与血液接触,因此要求材料必须具有优良的抗血栓性能。近年来的研究发现具有微相别离结构的聚合物往往具有优良的血液相容性,如在聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯的结构中接枝上亲水性的甲基丙烯酸羟乙酯,当
17、接枝共聚物的微区尺寸在2030 nm范围内时,就有优良的抗血栓性。以高分子材料作为镁合金支架的涂层可改善支架的降解性能及生物相容性。目前镁合金常用的涂覆高分子材料有胶原蛋白、壳聚糖、聚乳酸及其共聚物、有机化合物转化膜、聚氨酯。这些高分子材料均具有好的生物性能,作为镁合金的涂层可以改善镁合金的生物相容性,延缓镁合金的降解时间。但有机物与镁合金之间的结合强度主要依靠物理机械力和化学键合,物理机械力不能够满足要求,必须要对镁合金外表和有机物进行处理,应用适宜的外表活性剂使镁合金与有机物之间产生化学键合,从而到达要求。20第二十页,共六十页。事例事例1、人工心脏21第二十一页,共六十页。高分子材料一直
18、是人工循环的主要应用材料。针对人工心脏的特点聚脂类有较好的应用前途,例如研究较多的聚乌拉坦就具有耐用、弹性好、抗老化、顺应性好、组织相溶性好的特点。除此之外还有人将其分子辅基改变、合成进硅和维生素E等进一步改善其特性以更有利于人工器官的应用,将人工材料做成人体可降解材料,使其在一定时期后功能完成后自然降解,以免除二次手术。22第二十二页,共六十页。2、人工肌肉:、人工肌肉:美国的科学家日前称,他们最近成功地研制出一种新型的人造肌肉,这种人造肌肉不仅可以自我修复,还可以在运动收缩过程中产生电力,这些电力未来甚至可以为你的联系手机 或者MP3播放器充电。研究人员们使用了普遍存在的、柔韧灵活的碳纳米
19、管作为电极,以取代其它含金属的膜,能够做成更像人类的机器人、更轻便灵巧的人造假肢。新研制的靠燃料驱动的人造肌肉很容易进行微型化甚至纳米级设备的生产。23第二十三页,共六十页。二、医用缝合线二、医用缝合线 医用缝合线是常见的线型材料,广泛应用于各类外科手术中,用以缝合伤口、联结组织。随着科学技术的不断进步,缝合材料目前经历了四代开展历程;第一代为丝线,第二代为羊肠线,第三代为化学合成可吸收缝合线PGA、PGLA、PLA,第四代为胶原蛋白可吸收缝合线。24第二十四页,共六十页。第一代:丝线第一代:丝线 非吸收性;早在公元前3500年,古埃及人就用绵纤维、马鬃来缝合伤口;中国古代史书中也早有用亚麻、
20、头发、猪棕、草纤维等用于缝合的记录;古印第安人还有用大蚂蚁头咬合伤口来进行缝合的记录;是在当时条件下对各种缝合材料的原始应用。1930年,临床开始用现代丝线,丝线是用蚕丝制作而成的,里面有蚕丝蛋白,病人肌体组织对其有排异反响;现代医学多用在血管结扎及皮肤间断缝合。1938年开始出现化学尼龙线、聚酯线等非吸收性化学合成线;同时开始使用微创伤缝合针;25第二十五页,共六十页。第二代:羊肠线第二代:羊肠线 可吸收性;出现在公元1800年左右,用于了网球拍的网线。1860年,英国医生Joseph Lister 用灭菌的羊肠线开始现代缝合;从此开始有了最原始的可吸收缝合线,是用羊的肠系膜制作而成的。优点
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