生物医用高分子材料的应用和发展.ppt

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1、关于生物医用高分关于生物医用高分子材料的应用和发子材料的应用和发展展现在学习的是第1页，共45页一一、生生物物医医用用高高分分子子材材料料 （Biomedical materials）定义：指对生物体进行诊断、治疗和置换损坏组织、器官或增进其功能的材料。现在学习的是第2页，共45页分类：分类：按材料来源分：按材料来源分：（1 1）医用金属和合金医用金属和合金。主要用于承力的骨、关节和牙等硬组织的修复和替换。主要用于承力的骨、关节和牙等硬组织的修复和替换。（2 2）医医用用高高分分子子生生物物材材料料。高高分分子子化化合合物物是是构构成成人人体体绝绝大大部部分分组组织织和和器器官官的的物物质质，

2、医医用用高高分分子子生生物物材材料料包包括括合合成成（如如：聚聚酯酯、硅硅橡橡胶胶）和和天天然然高高分分子子（如如：胶胶原原、甲甲壳壳素素）。（3 3）医医用用生生物物陶陶瓷瓷。有有惰惰性性生生物物陶陶瓷瓷和和活活性性生生物物陶陶瓷（羟基磷灰石陶瓷、可吸收磷酸三钙陶瓷等）瓷（羟基磷灰石陶瓷、可吸收磷酸三钙陶瓷等）（4 4）医医用用生生物物复复合合材材料料。如如羟羟基基磷磷灰灰石石涂涂复复钛钛合合金金，炭炭纤纤维维或或生生物物活活性性玻玻璃纤维增强聚乳酸等高分子材料。璃纤维增强聚乳酸等高分子材料。（5 5）生生物物衍衍生生材材料料。这这类类材材料料是是将将活活性性的的生生物物体体组组织织，包包括

3、括自自体体和和异异体体组组织织，经处理改性而获得的无活性的生物材料。经处理改性而获得的无活性的生物材料。现在学习的是第3页，共45页按用途分：按用途分：（1）手术治疗用高分子材料）手术治疗用高分子材料 缝缝合合线线，黏黏胶胶剂剂，止止血血剂剂，各各种种导导管管，引引流流管管，一一次次性性输输血输液器材血输液器材（2）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靶向向性性高高分分子子载载体体（肝肝靶靶向向性性，肿肿瘤瘤靶靶向向性性），高高分分子子药药物物（干干扰扰素素，降降胆胆敏敏），高高分分子子控控制制释释放放载载体体（胶囊，水凝胶，脂质体）（胶囊，水凝胶，脂质体）（3）人造器官或

4、组织）人造器官或组织人造皮肤，血管，骨，关节，肠道，心脏，肾等。人造皮肤，血管，骨，关节，肠道，心脏，肾等。现在学习的是第4页，共45页按降解性能分：按降解性能分：可可生生物物降降解解材材料料-指指聚聚合合物物在在生生物物体体内内酶酶、酸酸碱碱性性环环境境下下或或微微生生物物存存在在的的情情况况下下可可以以发发生生分分子子量量下下降降、生生成成水水和和二二氧氧化化碳碳等等对对生生物物体体或或环环境境无无毒毒害害的的小小分分子子化化合合物物的的性能。性能。不不可可生生物物降降解解材材料料（生生物物惰惰性性材材料料）-一一种种生生物物材材料料在在特特殊殊应应用用中中和和宿宿主主反反应应起起作作用用

5、的的能能力力，要要求求植植入入材材料料和和机机体体间间的的相相互互作作用用能能够够永永久久地地被被协协调调。在在生生物物环环境境下下自自身身不不发发生生有有害害的的物物理理（渗渗透透、溶溶解解或或吸吸附）或者化学反应（对酸碱酶稳定）。附）或者化学反应（对酸碱酶稳定）。现在学习的是第5页，共45页二二、天天然然可可降降解解高高分分子子材材料料胶原蛋白、纤维蛋白甲壳素、壳聚糖、淀粉、纤维素海藻酸钠衍生物可吸收缝线药物控释载体人工皮肤现在学习的是第6页，共45页（1）胶原）胶原 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13种胶原，其中 IIII、V和 XI 型胶原为成纤维胶原。I 型胶原

6、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。现在学习的是第7页，共45页结结构构：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11.5nm，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。研究证明，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。现在学习的是第8页，共45页现在学习的是第9页，共45页制备来源：制备来源：牛和猪的肌腱、生皮、骨骼是生产胶原的主要原料。现在学习的是第10页，共45页生

7、生产产：医用胶原制备的主要目的是除去组织中的非胶原成分和抗原物质，获得高纯度的胶原肽、胶原纤维或胶原组织。胶原在应用时必须交联，以控制其物理性质和生物可吸收性。同时也必须考虑所用交联方法的强度、稳定性、毒性、趋钙化以及抗酶降解性能等。现在学习的是第11页，共45页特特点点：优点：胶原材料具有生物力学性能好,免疫原性低等优点,被制造成为各种生物医学材料,在医疗器械产品制造领域有着不可替代的优势和相当广泛的应用。缺点：要通过对实际生产过程的严格控制才能达到动物源性胶原的人用标准。现在学习的是第12页，共45页应应用用：胶原可以用于制造心脏瓣膜、支架、血管修复材料、止血海绵、创伤辅料、明胶、化妆品、

8、人工皮肤、手术缝合线、组织工程基质等。现在学习的是第13页，共45页现在学习的是第14页，共45页人工心脏瓣膜现在学习的是第15页，共45页前前景景展展望望：胶原材料应用范围极其广泛,优势明显。我国在对胶原类医疗器械产品的检验评价方面也日趋完善，如不久前又增添了对免疫原性检测的要求。但当前国内对胶原类生物医用材料免疫原性的研究很少，并且对于此类产品的免疫原性尚无标准评价方法。这一点仍需要我们继续不断地摸索与探究。现在学习的是第16页，共45页（2）甲甲壳壳质质甲壳质是1811年由法国学者布拉克诺(Braconno)发现，1823年由欧吉尔(Dier)从甲壳动物外壳中提取,并命名为CHITIN，

9、译名为几丁质。现在学习的是第17页，共45页结结构构：1分子量甲壳质的化学结构和植物纤维素非常相似。都是六碳糖的多聚体，分子量都在100万以上。分子量越高吸附能力越强，适合工业、环保领域应用。低分子量容易被人体吸收。分子量为7000左右的几丁聚糖，大约含30个左右的葡萄糖胺残基。现在学习的是第18页，共45页现在学习的是第19页，共45页纳米甲壳质纳米甲壳质现在学习的是第20页，共45页2脱乙酰基纯度脱乙酰基纯度 几几丁丁质质经经过过脱脱乙乙酰酰基基成成为为几几丁丁聚聚糖糖，而而几丁聚糖的基本单位是葡萄糖胺。几丁聚糖的基本单位是葡萄糖胺。几几丁丁质质因因为为不不溶溶于于酸酸碱碱也也不不溶溶于于

10、水水而而不不能能被被身身体体利利用用。脱脱乙乙酰酰基基后后可可增增加加其其溶溶解解性性因因此此可可被被身身体体吸吸收收。几几丁丁质质脱脱乙乙酰酰基基纯纯度度越高其品质越好。越高其品质越好。现在学习的是第21页，共45页制制备备来来源源：自然界中,甲壳质存在于低等植物菌类、藻类的细胞,甲壳动物虾、蟹、昆虫的外壳，高等植物的细胞壁等，其量不低于丰富的纤维素，是除纤维素以外的又一大类重要多糖。据估计自然界中，甲壳质每年生物合成的量多达1000亿吨。现在学习的是第22页，共45页生生产产：首先用稀的氢氧化钠液除去蛋白质，然后，用盐酸除去钙盐，剩下的就是几丁质。为了从这些几丁质中除去乙酰基，用长时间的高

11、温，使之在浓的氢氧化钠中发生反应，就可制成含有氨基的甲壳质(几丁聚糖或壳糖胺)。因为几丁质不溶于酸碱，也不溶于水，很难被人体利用。经脱乙酰基成几丁聚糖后它能溶于稀酸和体液中，可被人体所利用。现在学习的是第23页，共45页（3）壳壳聚聚糖糖壳聚糖为甲壳素的脱乙酰衍生物，由甲壳素在4050浓度的氢氧化钠水溶液中110120下水解24h得到。现在学习的是第24页，共45页壳壳聚聚糖糖在在碱碱性性条条件件下下存存在在大大量量氢氢键键，体体系系收收缩缩，药药物物通通透透率率低低，表表现现为为“关关”；酸酸性性条条件件下下成成盐盐，由由于于同同种种电电荷荷的的相相互互排排斥斥，聚聚合合物物网网络络扩扩张张

12、，药药物物通通透透率率高高，表表现现为为“开开”，因因此具有此具有pH刺激响应性，可作为刺激响应性，可作为智能型药物控制释放材料使用智能型药物控制释放材料使用。现在学习的是第25页，共45页壳壳聚聚糖糖接接枝枝丙丙烯烯酸酸在在酸酸性性条条件件下下存存在在大大量量氢氢键键，体体系系收收缩缩，药药物物通通透透率率低低，表表现现为为“关关”；在在碱碱性性条条件件下下成成盐盐，离离子子性性基基团团解解离离，由由于于同同种种电电荷荷的的相相互互排排斥斥，聚聚合合物物网网络络扩扩张张，药药物物通通透透率率高高，表表现现为为“开开”，因因此此具具有有pH刺刺激激响响应应性性，可可作作为为智智能能型型药物控制

13、释放材料使用药物控制释放材料使用。现在学习的是第26页，共45页现在学习的是第27页，共45页（4）甲壳素、壳聚糖及其衍生物在医药敷料中的应用 现在学习的是第28页，共45页研研究究意意义义：医用生物材料的基本要求是安全、有效，研究甲壳素、壳聚糖及其衍生物的使用安全性对该产品在临床的推广和应用具有重要意义。现在学习的是第29页，共45页1、治治疗疗外外伤伤、创创伤伤 甲壳素、壳聚糖等产品生物相容性好，且具有止血、止痛、抑菌、促进肉芽组织和上皮组织的形成等作用，是外伤、创伤治疗的理想产品。现在学习的是第30页，共45页甲壳质缝线现在学习的是第31页，共45页2、治治疗疗烧烧伤伤、烫烫伤伤 壳聚糖

14、的线型分子链结构使其具有优良的成纤性，其纤维可作为可吸收医用手术缝合线、人造皮肤、止血材料、手术包扎材料等。壳聚糖与胶原、明胶、抗菌药物等复合，改善物理性能和功能特性，可应用于烧伤、烫伤病人的治疗。现在学习的是第32页，共45页3、治疗溃疡、治疗溃疡 慢性皮肤溃疡，包括血管性溃疡、放射性溃疡及感染性溃疡等，临床治疗困难，是一种临床常见的疾病。中药选择选用紫草、当归、白芷、甘草等活血止痛、祛腐生肌类药物，并提取有效成分；珍珠经超微粉碎后制成分子离子态溶液；壳聚糖经化学修饰后制成水溶液。采用微乳化技术与微胶囊技术，将以上成分配制成具有定量缓释功能的微胶囊药膜。该复合膜中药有效成分与壳聚糖结合在一起

15、，既保持了壳聚糖本身生物活性，又使中药缓释吸收，而且具有喷涂方便、自然成膜、渗透性强、易于吸收、加快溃疡愈合等特点。现在学习的是第33页，共45页4、治治疗疗褥褥疮疮 褥疮又名压迫性溃疡，是老龄人群的多发病和常见病，可分为外源性、原发性、内源性、继发性等类型。壳聚糖应用于褥疮的临床治疗取得了良好的效果。现在学习的是第34页，共45页应应用用：甲壳素能为肌体组织中的溶菌酶所分解，已用于制造吸收型手术缝合线。其抗拉强度优于其他类型的手术缝合线。在兔体内试验观察，甲壳素手术缝合线4个月可以完全吸收。甲壳素还具有促进伤口愈合的功能，可用作伤口包扎材料。甲壳素膜用于覆盖外伤或新鲜烧伤的皮肤创伤面时，具有

16、减轻疼痛和促进表皮形成的作用，因此是一种良好的人造皮肤材料。现在学习的是第35页，共45页甲甲壳壳质质手手术术缝缝合合线线现在学习的是第36页，共45页伤口包扎材料护创膜现在学习的是第37页，共45页优优势势：几丁聚糖具有很强的抗菌力，促进肉芽生长和皮肤再生的效能，可用于制造人工皮肤，或治疗烧伤、烫伤，加速外伤愈合。用几丁聚糖制成人工皮肤不会发生人体排斥反应带来的一系列问题。这种人工皮肤和身体亲和力强，可被人体吸收，可使皮肤愈合良好。它还有促使细胞活化的作用，可大量产生胶原纤维，不会留下伤疤。现在学习的是第38页，共45页实例：实例：具有消炎、抑菌、止血、止痛、促进组织生长等功能。无刺激，无毒

17、性，无过敏。具有优良的生物相容性和可降解性能，易被人体吸收。现在学习的是第39页，共45页三、生物医用高分子材料市场发展概况现在学习的是第40页，共45页目目前前用用高高分分子子材材料料制制成成的的人人工工器器官官中中，比比较较成成功功的的有有人人工工血血管管、人人工工食食道道、人人工工尿尿道道、人人工工心心脏脏瓣瓣膜膜、人人工工关关节节、人人工工骨骨、整整形形材材料料等等，已已取取得重大研究成果。得重大研究成果。还还需需不不断断完完善善的的有有人人工工肾肾、人人工工心心脏脏、人人工工肺肺、人工胰脏、人工眼球、人造血液人工胰脏、人工眼球、人造血液等。等。还还有有一一些些功功能能较较为为复复杂杂的的器器官官，如如人人工工肝肝脏脏、人人工工胃胃、人人工工子子宫宫等等，则则正正处处于于大大力力研研究究开开发发之中。之中。现在学习的是第41页，共45页如：如：德国德国UHMWPEUHMWPE材料材料ISO5834-2ISO5834-2ASTM F648ASTM F648可用为人工关节、人可用为人工关节、人工骨骼植入人体工骨骼植入人体能耗极低能耗极低人工关节人工关节现在学习的是第42页，共45页人工骨现在学习的是第43页，共45页小结小结现在学习的是第44页，共45页2023/4/3感感谢谢大大家家观观看看现在学习的是第45页，共45页