四医用材料辐射工艺技术.ppt

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1、医用水凝胶医用水凝胶人工关节人工关节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生物医学材料：生物医学材料：一类具有特殊性能和功能，以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、器官诊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、理疗康复等对人或者增进其功能、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。体组织不会产生不良影响的材

2、料。学科定位：学科定位：属于属于“生命生命”和和“材料材料”的交叉学的交叉学科科 医用材料的辐射工艺：医用材料的辐射工艺：使用辐照技术合成或改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。性，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生物医学材料发展简况生物医学材料发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、基础与临床医学等很多学生

3、理学、药物学、基础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能的无生命的材料”。另有定义是：具有天。另有定义是：具有天然器官组织的功能或天然器官部分功能的材然器官组织的功能或天然器官部分功能的材料。料。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35003500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

4、缝缝合合伤伤口口；印印第第安安人人则则使使用用木木片片修补受伤的颅骨。修补受伤的颅骨。25002500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。15881588年年人人们们用用黄黄金金板板修修复复颚颚骨骨。17751775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。18511851年年发发明明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颚骨。的颚骨。目前，器官移植取得巨大进展，但

5、有目前，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。难题：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因此医学界对生物医学材料和人工器官的要求日益增加。官的要求日益增加。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。当前被详细研究过的生物材料已超过当前被详细研究过的生物材料已超过当前被详细研究过的生物材料已超过当前被详细研究过的生物材料已超过10001000种，被种，被种，被种，被广泛应用的有广泛应用的有广泛应用的有广泛应用的有9

6、090多种，多种，多种，多种，18001800多种制品。西方国家每年多种制品。西方国家每年多种制品。西方国家每年多种制品。西方国家每年耗用生物材料量以耗用生物材料量以耗用生物材料量以耗用生物材料量以1015%1015%的速度增长，的速度增长，的速度增长，的速度增长，19801980年全球年全球年全球年全球医用生物材料及制品的销售额为医用生物材料及制品的销售额为医用生物材料及制品的销售额为医用生物材料及制品的销售额为200200亿美元，亿美元，亿美元，亿美元，19901990年年年年达达达达500500亿美元，亿美元，亿美元，亿美元，19951995年近年近年近年近10001000亿美元。亿美元

7、。亿美元。亿美元。我国生物材料的研究起步较晚（五十年代），但我国生物材料的研究起步较晚（五十年代），但我国生物材料的研究起步较晚（五十年代），但我国生物材料的研究起步较晚（五十年代），但发展很快。发展很快。发展很快。发展很快。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：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按功能分类：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。生生产产要要求求：满足材料的人体功能、生物相容性和人体安全性，及特殊要求如材料的静载强度、

8、弹性模量、耐体液腐蚀性和加工成型等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滤用用膜膜材材料料、一一次次性性医医用用材材料，等等。料，等等。按应用性质来分类按应用性质来分类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、甲再生纤维、胶原、透明质酸、甲壳素等。壳素等。合成材料合成材料硅橡胶、聚氨脂及其嵌段共聚物、涤硅橡胶、聚氨脂及其嵌段共

9、聚物、涤纶、尼龙、聚丙烯腈、聚烯烃纶、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、钛镍记忆不锈钢、钛及钛合金、钛镍记忆合金等合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料的杂化，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、玻璃等或玻璃纤维增强的生物陶瓷、玻璃等生生物物材材料料是是研研制制人人工工器器官官及及一一些些重重要要医医

10、疗疗技技术术的的物物质质基基础础，综综观观人人工工器器官官及及医医疗疗装装置置的的发发展展史史，每每一一种种新新型型生生物物材材料料的的发发现现都都引引起起了了人人工工器器官官及及医医疗技术的飞跃。疗技术的飞跃。生生物物惰惰性性医医用用硅硅橡橡胶胶人人工工耳耳、人人工工鼻鼻、人人工工颌颌骨等骨等血血液液相相容容性性较较好好的的各各向向同同性性碳碳被被复复材材料料碟碟片片式式机械心脏瓣膜机械心脏瓣膜血血液液亲亲和和性性及及物物理理机机械械性性能能较较好好的的聚聚氨氨酯酯嵌嵌段段共共聚物聚物促使人工心脏向临床应用跨越一大步促使人工心脏向临床应用跨越一大步可可形形成成假假生生物物内内膜膜的的编编织织

11、涤涤纶纶管管人人工工血血管管向向实实用化飞跃。用化飞跃。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高分子：分子量在几万至几百万，如蛋白质、棉、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。毛、木材、松香、橡胶、塑料、合成纤维。天然天然高分子材料高分子材料：如松香：如松香 合成合成高分子材料高分子材料：由低分子量的化合物经过各种化：由低分子量的化合物经过各种化学反应而制得的高分子量的树脂状物质，如聚氯乙烯、学反应而制得的高分子量的树脂状物质，如聚氯乙烯、聚乙烯。塑料主要成分就是合成树脂。聚乙烯。塑料主要成分就是合成树脂。属于边缘学科，涉及高

12、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、药理学、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，及医疗器解剖学、临床医学、工程学等学科，及医疗器械的设计、制造等。械的设计、制造等。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应：材料对活体系统的作宿主反应：材料对活体系统的作宿主反应：材料对活体系统的作宿主反应：材料对活体系统的作用。包括局部和全身反应，如炎用。包括局部和全身反应，如炎用。包括局部和全身反应，如炎用。包括局部和全身反应，如炎症、细胞毒性、溶血、刺激性、症、细胞毒性、溶血、刺激性、症、细胞

13、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。疫等。疫等。材料反应材料反应：活体系统对材料的活体系统对材料的腐蚀和降解，使材料发生退化腐蚀和降解，使材料发生退化或破坏，难以达到长期应用的或破坏，难以达到长期应用的目的。目的。（血液相容性血液相容性+组织相组织相容性容性）高高分分子子材材料料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（聚甲基丙习惯名称或商品名称来命名：如有机玻璃（聚甲基丙

14、烯酸甲酯）、涤纶（聚对苯二甲酸乙二醇酯）等。烯酸甲酯）、涤纶（聚对苯二甲酸乙二醇酯）等。通俗命名法，最简单的命名法，是根据制作高分子化通俗命名法，最简单的命名法，是根据制作高分子化合物的单体名称，前面冠以合物的单体名称，前面冠以“聚聚”字而成。如聚乙烯、字而成。如聚乙烯、聚丙烯。聚丙烯。医用高分子制品医用高分子制品，包括，包括人工器官、医疗用人工器官、医疗用品（品（输血输液用具、注射器、心导管、主动脉气输血输液用具、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

15、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 ）和和药药用高分子用高分子（作为赋形剂（作为赋形剂 、合成新型药物、合成新型药物 ）三大）三大类。类。医用高分子材料要求：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，以及具有生物相容性等。它是生物医学材料中发展最早、应用最它是生物医学材料中发展最早、应用最广、用量最大的材料，也是正在迅速发展的广、用量最大的材料，也是正在迅速发展的一个重要领域，电离辐射可以引起高分子材一个重要领域，电离辐射可以引起高分子材料分子结构和功能的改变，在生物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寻找材料

16、新功能方面有重要应用前料改性和寻找材料新功能方面有重要应用前景。景。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射聚合、辐射接枝与辐射交联或降解反应方法简单。辐射聚合、辐射接枝与辐射交联或降解反应方法简单。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净净，是是生生物物医医用用高高分分子子材材料料的的临临床床应用重要特征。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

17、而辐辐照照加加工或改性的材料可在室温、甚至低温下进行。工或改性的材料可在室温、甚至低温下进行。4.电离辐射不仅起到加工的作用，同时还具有杀灭细电离辐射不仅起到加工的作用，同时还具有杀灭细菌和病毒的作用，方便快菌和病毒的作用，方便快“洁洁”。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一、医用水凝胶的基本概念一、医用水凝胶的基本概念水凝胶（Hydrogels）指水溶性聚合经过轻度交联指水溶性聚合经过轻度交联形成的空间网络聚合物，它随外部环境的不同可形成的空间网络聚合物，它随外部环境的不同可引起自身体积的变化，某些微小环境如温度、引起自身体积的变化，某些微小环境如温度、pH、溶剂组成、离

18、子强度、电场和光等都有可溶剂组成、离子强度、电场和光等都有可能导致水凝胶体积的明显变化。能导致水凝胶体积的明显变化。应用：抗菌性人造皮肤、人工渗析膜材料，人造抗菌性人造皮肤、人工渗析膜材料，人造骨及其它功能高分子材料等，应用水凝胶对骨及其它功能高分子材料等，应用水凝胶对pHpH敏敏感性原理还建立了药物控制释放体系。感性原理还建立了药物控制释放体系。水凝胶水凝胶 分为天然和合成两类，天然的有琼脂糖、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、聚明胶等，合成的凝胶很多，如聚甲基丙烯酸酯、聚N-乙乙烯基吡咯烷烯基吡咯烷酮，聚，聚N-异丙基丙烯酰胺、聚环氧乙烷等。异丙

19、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性交联聚合物，是不流动的高分子溶液。是亲水性交联聚合物，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。理凝胶，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：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

20、其分解产物、杂质从水凝胶网状结构中排出掉。其分解产物、杂质从水凝胶网状结构中排出掉。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干干燥燥、医医用用调调湿湿增增稠稠、药药物物载载体体、医医学学美美容容、食食品品保鲜等等。保鲜等等。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胞和组织的机械冲撞和刺激。细胞和组织的机械冲撞和刺激。4 4.凝凝胶胶表表面面与与周周围围水水溶溶液液之之间间有有很很低低的的表表面面张张力力，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

21、栓、炎炎症症等有害物质的生成。等有害物质的生成。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凝胶接枝在力学性能较好的基材上。水凝胶接枝在力学性能较好的基材上。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含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，又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、有机像固体，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功能材高分

22、子材料、复合材料之后的一种新型功能材料。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 共聚凝胶共聚凝胶 由两种或两种以上单体通过化学反应共聚由两种或两种以上单体通过化学反应共聚生成的凝胶叫共聚凝胶生成的凝胶叫共聚凝胶。共聚凝胶在结构上可以是无规则共聚和交共聚凝胶在结构上可以是无规则共聚和交替共聚，也可以制成接枝和嵌段共聚物。替共聚，也可以制成接枝和嵌段共聚物。交链聚合物结构图 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

23、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，减减少少了了消消毒毒工工序序

24、，具具有有较较强强的的机械强度和抗菌作用。机械强度和抗菌作用。应用应用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。叫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应特点：反应特点：反应特点：反应特点：DMAEMA在15kGy完成聚合与交联反应，而PEO要50kGy以上条件，所以PEO仍以线性分子分散于DMAEMA网络结构之中。DMAEMA：甲基丙烯酸-N、N-二甲胺基乙酯：PEO线性聚氧乙烯DMAEMA+PE

25、O+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-IPNs）凝胶凝胶 该方法制备的该方法制备的Semi-IPNs凝胶凝胶：胶胶溶胀度可达溶胀度可达300倍左右，还具有温度敏倍左右，还具有温度敏感性（感性（LCST为约为约40）、）、pH敏感性敏感性（pH=3）和电场响应性。和电场响应性。LCST：指：指低临界溶液溫度低临界溶液溫度 环境敏感性水凝胶环境敏感性水凝胶定义：定义：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

26、，如温度、pHpH、电场、电场、光、溶剂组成条件的变化等，水凝胶随环境条件的微光、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。小变化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、敏感性、压力敏感性、生化响应敏感性、电场敏感性、磁场敏压力敏感性、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。相相互作用增强，使凝胶收缩，降低温度，

27、凝胶溶胀。因为温度的变化可影响疏水和亲水基团，从而使凝胶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，发生体积变化。结构改变，发生体积变化。光敏感性水凝胶光敏感性水凝胶 光敏感性水凝胶是由热敏性材料中引入对光敏感的基团制成的。有三种类型有三种类型：（1）在热敏性材料中加入感感光光分分子子，将光能转化为热能，使材料局部温度升高产生凝胶响应（2）光敏分子遇光分解产生的离离子子化化作用来实现凝胶响应（3）水凝胶材料中引入了发发色色基基团团，由光照后发色基团理化性质发生变化，导致聚合物性能也发生改变实现凝胶响应。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

28、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。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。2 2.聚合物（聚合物（PVPPVP）制备被覆膜制备被覆膜第一步：将单体原料溶于生理盐第一步：将单体原料溶于生理盐水中，加热到水中，加热到6060，搅拌使其形，搅拌使其形成均匀溶液。成均匀溶液。第二步第二

29、步 ：辐照：辐照 25 25 kGykGy 单体原料单体原料单体原料单体原料聚乙烯吡咯烷酮（PVP）聚丙烯酰胺（PAAm）聚环氧乙烷（PEO）聚乙烯醇（PVAL）聚丙烯酸（PAAc）等 形成交联聚合物被覆膜形成交联聚合物被覆膜被覆凝胶膜的技术要求被覆凝胶膜的技术要求1 1.透透气气、透透水水，吸吸收收创创面面流流出出的的体体液液，使使创创口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.有有一一定定机机械械强强度度、弹弹性性，易易贴贴服服在在皮皮肤肤和和创创面，也容易取下，在更换时减少病人的痛苦。面，也容易取下，

30、在更换时减少病人的痛苦。4 4.透透明明，便便于于医医生生观观察察创创面面情情况况，能能有有效效控控制制药物到达创面的速度，增加治疗效果。药物到达创面的速度，增加治疗效果。5.易消毒，物理、化学性能稳定易保存，价格易消毒，物理、化学性能稳定易保存，价格相对便宜。相对便宜。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皮肤以色列开发的伤口被覆膜称为临时用人造皮肤，商业名称是商业名称是Omiderm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

31、体，如AAm或甲基丙烯酸羟或甲基丙烯酸羟乙酯（乙酯（HEMA）用辐射技术接枝在聚氨酯薄膜上，这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，与伤口能很好黏结而且易于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透气、透水的功能，避免更换，阻止细菌侵入并具有透气、透水的功能，避免体液积存，这种伤口被覆膜药物可以穿透，有很好的体液积存，这种伤口被覆膜药物可以穿透，有很好的治疗作用。治疗作用。水凝胶的应用领域在不断扩大，目前可水凝胶的应用领域在不断扩大，目前可归纳为：归纳为：合成伤口治疗被覆膜；合成伤口治疗被覆膜；药物缓药物缓释体系以及透皮体系；释体系以及透皮体系；牙

32、科材料；牙科材料；植入植入材料；材料；可注射聚合物材料；可注射聚合物材料；眼科应用；眼科应用；杂化型器官和被囊生命组织。杂化型器官和被囊生命组织。比如用于比如用于细胞分离与培养、物料萃取、细胞分离与培养、物料萃取、固定化酶、药物的控制释放和靶向药物等领固定化酶、药物的控制释放和靶向药物等领域。域。生物功能性聚合物生物功能性聚合物（Biofunctionalpolymers）：生物生物活性物质与载体聚合物相结合的产物。活性物质与载体聚合物相结合的产物。载体：载体：指聚合物凝胶，有均聚凝胶、共聚凝胶、共指聚合物凝胶，有均聚凝胶、共聚凝胶、共混凝胶等。混凝胶等。生物活性物质：生物活性物质：包括酶、抗

33、体、抗原、细胞组织、包括酶、抗体、抗原、细胞组织、抗凝血剂、抗菌剂及小分子药物，其中药物的固定化抗凝血剂、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入。与缓慢释放研究最为深入。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固定化概念：固定化概念：将将生生物物活活性性物物质质与与载载体体相相结结合合的的方方法法称称为为固定化（固定化（Immobilization）。）。固固定定化化后后生生物物活活性性物物质质被被贮贮藏藏于于某某一一空空间间，可可连连续续进进行行生生物物活活性性反反应应或或可可反反复复使使用用，这这样样就就可可以以将将价价格格比比较较昂昂贵贵

34、又又易易流流失失的的生生物物活活性性物物有效、合理、经济地加以利用。有效、合理、经济地加以利用。固固定定化化方方法法：主主要要有有物物理理包包埋埋、化化学学键键合合以以及及静静电电吸吸附附等等，辐辐射射技技术术在在物物理理和和化化学学键键合合方方法中得到很好的应用。法中得到很好的应用。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：将将单单体体置置于于普普通通的的吸吸收收管管中中，接接通通氧氧气气然然后后置置于于辐辐射射场场室室温温下下辐辐照照，辐辐照照期期间间由由于于氧氧的的存存在在不不可可能能发发生生聚聚合合反反应应，仅仅获获得得烷烷基基过过氧氧化化物物（ROO

35、RROOR）或或烷烷基基过过氧氧氢氢（ROOHROOH），它它们们在在室室温温下下相相当当稳稳定定。当当辐辐照照一一定定时时间间后后，将将氧氧的的吸吸收收管管从从辐辐射射场场取取出出，再再将将需需固固定定化化的的活活性性物物质质加加入入上上述述体系中进行固定。体系中进行固定。缺点：缺点：生物活性物质辐射失活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物质辐射失通过降低辐照温度缓解生物活性物质辐射失活。活。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应固定到基材上将活性物质通过化学反应固定到基材上叫叫化学键合化学键合。使用辐照技

36、术使基材上的反应基团。使用辐照技术使基材上的反应基团与生物活性物质中的氨基或羧基发生化学反应，与生物活性物质中的氨基或羧基发生化学反应，将氨基或羧基固定在基材上叫将氨基或羧基固定在基材上叫辐射化学键合法辐射化学键合法。应用举例应用举例1 1：将羊抗人将羊抗人IgG蛋白质和放射性蛋白质和放射性125I标记的两标记的两种球蛋白（出血热单抗种球蛋白（出血热单抗E5）键合在接枝丙烯酰键合在接枝丙烯酰胺的硅橡胶膜上胺的硅橡胶膜上。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致病研究发现白血病患者癌细胞中含有致病的的L-天门冬酰胺，而天门冬酰胺，而L-天门冬酰胺酶是一种天门冬酰胺酶是一种治疗血癌

37、（白血病）和淋巴细胞癌的药物。治疗血癌（白血病）和淋巴细胞癌的药物。有人将有人将L-天门冬酰胺酶用化学键合法固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，制成了抗癌定在多孔纤维状聚丙烯基材上，制成了抗癌药物载体，当静脉血流经该载体时血液中的药物载体，当静脉血流经该载体时血液中的L-L-天门冬酰胺被清除。天门冬酰胺被清除。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四氟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，还原并转化为乙烯上，然后在苯环上硝化，还原并转化为异硫氰酸盐使其与抗体异硫氰酸盐使其与抗体HGH键连接，制成了键连接，制成了包被管人生长激素（包被管人

38、生长激素（HGH）检测试剂盒。检测试剂盒。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（MAAc）接枝在聚丙烯上，然后再连接上接枝在聚丙烯上，然后再连接上抗血吸虫抗体，用它来分析和检测血吸虫病抗血吸虫抗体，用它来分析和检测血吸虫病亦获了成功。亦获了成功。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 Delivery 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按照设计的剂量、在要求的时

39、间范围内以一定的速度在体内缓慢释放，以达到治疗某种疾病的速度在体内缓慢释放，以达到治疗某种疾病的目的。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，场、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。根据刺激信号的性质、强弱调整药物的释放。0 6 12 18(h)药药物物浓浓度度缓释缓释治治 疗疗 剂剂量范围量范围 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 药物缓释方式：药物缓释方式：口服、皮肤吸收、皮下植入口服、皮肤吸收、皮

40、下植入和外部植入和外部植入。辐射制备药物辐射制备药物缓释举例缓释举例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），），然后与然后与甲基丙甲基丙烯酸乙酸乙酯单体单体（HEMAHEMA）和憎水和憎水苯乙苯乙烯单体（单体（StSt）在有交联在有交联剂的作用下，用剂的作用下，用6060CoCo射线真空辐照（射线真空辐照（30 30 kGykGy）产生辐射共聚物，该干燥凝胶具有明显产生辐射共聚物，该干燥凝胶具有明显的温度敏感性，体积溶胀度高，将共聚凝胶的温度敏感性，体积溶胀度高，将共聚凝胶在在0 0下与药物浸泡（吸附饱和），制备出不下与药物

41、浸泡（吸附饱和），制备出不同的温敏药物控释体系调整给药。同的温敏药物控释体系调整给药。辐射制备药物辐射制备药物缓释举例缓释举例2 2：HEMA+HA+HEMA+HA+驱氧驱氧+交联剂交联剂射线照射射线照射50kGy50kGy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受器感受器：接受环境刺激（光、声、味、电场、磁场及化学物质）接受环境刺激（光、声、味、电场、磁场及化学物质）传送器传送器：将反应转化为信号（如温度、：将反应转化为信号（如温度、pHpH、电场等），这电场等），这 个信号可使环境敏感性凝胶溶胀（药物释放）

42、或收缩个信号可使环境敏感性凝胶溶胀（药物释放）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，常用聚硅氧烷树脂包括聚硅氧烷和聚硅烷两类，常用聚硅氧烷树脂（Silicone resin）和聚硅氧烷橡胶（和聚硅氧烷橡胶（Silicone 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 将将聚硅氧烷树脂聚硅氧烷树脂加入加入SiOSiO2 2，二氧化钛（二氧化钛（TiOTiO2 2）等，等，再经过硫化（交联）并加入其他辅料和助剂进行混再经过

43、硫化（交联）并加入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炼成型、热处理、熟化后就得到高性能的硅橡胶硅橡胶。医用硅橡胶用途：医用硅橡胶用途：长期植入：心脏起搏器、人长期植入：心脏起搏器、人造喉头、人工皮肤、人工指关节等；造喉头、人工皮肤、人工指关节等；短期植入：短期植入：腹膜透析管、动静脉外瘘管、导尿管、胃插管等；腹膜透析管、动静脉外瘘管、导尿管、胃插管等；体外循环：人工心肺器薄膜、人工肾导管、胎儿体外循环：人工心肺器薄膜、人工肾导管、胎儿吸引管吸头等。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、人人工鼻梁、人工下巴、下颌骨、人工耳、人工喉、鼻孔支架、止鼾

44、器、阴茎假体、人工耳、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。应用于临床实践。医用医用硅橡胶有副作用硅橡胶有副作用，辐射接枝辐射接枝技术已做技术已做了许多的研究和了许多的研究和改进改进。比如：在醋酸纤维膜上用比如：在醋酸纤维膜上用6060Co Co 射接枝射接枝HEMAHEMA时，时，随接枝率的增加血小板吸附量也相应地减少；将聚四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，辐射氟乙烯、聚丙烯、聚氨酯和硅橡胶等做为基材，辐射接枝接枝N-N-乙烯吡咯烷酮

45、乙烯吡咯烷酮 （N-VPN-VP）、）、HEMAHEMA等亲水性单体，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，它们抗凝血性能，9 9次实验中只有一例出现凝血，减少次实验中只有一例出现凝血，减少了血栓的形成。了血栓的形成。改进改进 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PNIPAAmPNIPAAm（N-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

46、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水性性辐辐射射接接枝产品并具有温敏效应。枝产品并具有温敏效应。改进改进二、医用聚氨酯材料二、医用聚氨酯材料定义：定义：聚氨酯（聚氨酯（PolyurethanePolyurethane，PUPU）是一类物理性质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的高分子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。材料的总称。聚氨酯的缺点：聚氨酯的缺点：韧性较差韧性较差，抗冲击力能力差抗冲击力能力差，较易老化寿命较短较易老化寿命较短,，易

47、变色，易变色,憎水和耐酸碱性差。憎水和耐酸碱性差。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（SPEU）上进行辐射接枝上进行辐射接枝N-乙烯基吡啶（乙烯基吡啶（N-VP）、）、丙烯酰胺（丙烯酰胺（AAm）、）、4-乙烯基吡啶（乙烯基吡啶（4-VP）和丙烯酸（和丙烯酸（AAc）等。等。SPEU膜辐射接枝亲水性膜辐射接枝亲水性N-VP后，膜表面亲后，膜表面亲水性明显增加，而吸水性随接枝率增加而上升。水性明显增加，而吸水性随接枝率增加而上升。医用吸水性材料医用吸水性材料（Super absorbent polymer，SAP）是具有超级吸水性能的聚是具有超级吸水性能的聚合物，它

48、的吸水量可达自身的几十倍甚至合物，它的吸水量可达自身的几十倍甚至上千倍，在受挤压时水也不会被挤出，材上千倍，在受挤压时水也不会被挤出，材料易加工，使用方便。料易加工，使用方便。应用：应用：在在农业、林业、石油、化工、环保、农业、林业、石油、化工、环保、建材以及生活用品等各个领域，生理卫生建材以及生活用品等各个领域，生理卫生用品，如婴儿尿布、超薄妇女卫生用品。用品，如婴儿尿布、超薄妇女卫生用品。第五节第五节 医用吸水性材料医用吸水性材料分类：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

49、的与海绵、沙布、脱脂棉等吸水材料的物理吸水性不同，它一旦吸水即成为物理吸水性不同，它一旦吸水即成为膨胀的凝胶体，即使在外力作用下也膨胀的凝胶体，即使在外力作用下也很难脱水。很难脱水。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+85呈糊状加丙烯酰胺（AM）和丙烯酸（AA）通N2驱氧封口，辐照6.0kGy形成接枝共聚物丙酮沉淀，56真空干燥24h获高吸水淀粉材料二、辐射制备高吸水共聚物二、辐射制备高吸水共聚物丙烯酰胺（AAm）+N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）10kGy剂量率（12 kGy/h）共聚反应高吸水共聚物高吸水共聚物89101112(kGy)100090080070

50、0吸水率（%）吸水倍数与照射剂量的关系 辐射技术在医用高分子材料的制辐射技术在医用高分子材料的制备和改性应用已进入商业开发阶段，备和改性应用已进入商业开发阶段，在医学、环保、农业等领域有着广泛在医学、环保、农业等领域有着广泛的前景，目前的问题是寻找价廉的单的前景，目前的问题是寻找价廉的单体制备吸水材料，使其具有巨大的吸体制备吸水材料，使其具有巨大的吸水性及释水性。水性及释水性。甲壳素缝线的电镜照片甲壳素缝线的电镜照片甲壳素人工皮的电镜照片甲壳素人工皮的电镜照片 硅橡胶硅橡胶医用医用导管管类聚氯乙烯树脂聚氯乙烯树脂爱尔康一片式爱尔康一片式PMMA人工晶体人工晶体Acrysof 丙烯酸酯折叠人工晶