张国杰材料学习.pptx

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1、1.前言2.医用高分子的分类3.对高分子材料的基本要求4.医用高分子的应用5.前景展望第1页/共31页1.前言世界各国已成功地研制出了用高分子材料制造的人工心脏瓣膜、人工肺、人工肾、人工血管、人造血液、人工皮肤、人工骨骼、人工关节等，专家认为在不久的将来，除人脑之外，人体所有器官都可以用人工器官代替。第2页/共31页PVC/PVDC第3页/共31页吸水高分子多孔降解支架第4页/共31页目前医用高分子材料随来源、应用目的等可以分为多种类型。各种医用高分子材料的名称也很不统一。这里介绍几种常见的分类方式。日本医用高分子专家樱井靖久将医用高分子分成如下的五大类：1）与生物体组织不直接接触的材料2）与

2、皮肤、粘膜接触的材料3）与人体组织短期接触的材料4）长期植入体内的材料5）药用高分子2.医用高分子的分类第5页/共31页按材料的来源分类1）天然医用高分子材料如胶原、明胶、丝蛋白、角质蛋白、纤维素、多糖、甲壳素及其衍生物等。2）人工合成医用高分子材料如聚氨酯、硅橡胶、聚酯等。3）天然生物组织与器官取自患者自体的组织，例如采用自身隐静脉作为冠状动脉搭桥术的血管替代物；取自其他人的同种异体组织，例如利用他人角膜治疗患者的角膜疾病；来自其他动物的异种同类组织，例如采用猪的心脏瓣膜代替人的心脏瓣膜，治疗心脏病等。第6页/共31页按材料与活体组织的相互作用关系分类1）生物惰性高分子材料在体内不降解、不变

3、性、不会引起长期组织反应的高分子材料，适合长期植入体内。2）生物活性高分子材料指植入生物体内能与周围组织发生相互作用，促进肌体组织、细胞等生长的材料。3）生物吸收高分子材料这类材料又称生物降解高分子材料。这类材料在体内逐渐降解，其降解产物能被肌体吸收代谢，获通过排泄系统排出体外，对人体健康没有影响。如用聚乳酸制成的体内手术缝合线、体内粘合剂等。第7页/共31页3.对高分子材料的基本要求医用高分子材料是一类特殊用途的材料。它们在使用过程中，常需与生物肌体、血液、体液等接触，有些还须长期植入体内。由于医用高分子与人们的健康密切相关，因此对进入临床使用阶段的医用高分子材料具有严格的要求，要求有十分优

4、良的特性。归纳起来，一个具备了以下七个方面性能的材料，可以考虑用作医用材料。第8页/共31页（1）化学隋性，不会因与体液接触而发生反应人体环境对高分子材料主要有以下一些影响：1)体液引起聚合物的降解、交联和相变化；2)体内的自由基引起材料的氧化降解反应；3)生物酶引起的聚合物分解反应；4)在体液作用下材料中添加剂的溶出；5)血液、体液中的类脂质、类固醇及脂肪等物质渗入高分子材料，使材料增塑，强度下降。第9页/共31页（2）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一些单体，或使

5、用一些添加剂。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，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。第10页/共31页炎症概述：炎症，就是平时人们所说的“发炎”，是机体对于刺激的一种防御反应，表现为红、肿、热、痛和功能障碍。炎症，可以是感染引起的感染性炎症，也可以不是由于感染引起的非感染性炎症。通常情况下，炎症是有益的，是人体的自动的防御反应，但是有的时候，炎症也是有害的，例如对人体自身组织的攻击、发生在透明组织的炎症等等。第11页/共31页（3）不会致癌根据现代医学理论认为，人体致癌的原因是由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

6、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，也有病毒引起的原因。第12页/共31页（4）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，必然要长时间与体内的血液接触。因此，医用高分子对血液的相容性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，还有待于各国科学家的共同努力。第13页/共31页（5）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，有些甚至伴随人们的一生。因此，要求植入体内的高分子材料在极其复杂的人体环境中，不会很快失去原有的机械强度。事

7、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。我们仅希望变化尽可能少一些，或者说寿命尽可能长一些。第14页/共31页（6）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、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。第15页/共31页（7）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

8、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度。加工助剂必须符合医用标准。生产环境应当具有适宜的洁净级别，符合国家有关标准。第16页/共31页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性进行全面评价，然后经国家管理部门批准才能进入临床使用。第17页/共31页4.医用高分子材料的应用1)血液相容性材料与人工心脏许多医用高分子在应用中需长期与肌体接触，必须有良好的生物相容性，其中血液相容性是最重要的性能。人

9、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。第18页/共31页部分人工脏器的临床应用历史人工骨：1940年H.R.Bohlman人工肾：1943年W.J.Kolff人工气管；1948年O.Tclaqett人工血管：1951年J.H.Grinndlay人工食管：1951年Z.D.Baronofaky心脏起搏器：1952年P.M.Iou人工关节：1954年B.Walldius人工瓣膜：1957年J.H.Stuckey人工肺：1958年D.C.Shechter全人工心肺：1982年W.C.Derries第19页/共31页近年来，在对高分子材料

10、抗血栓性研究中，发现具有微相分离结构的聚合物往往具有优良的血液相容性，因而引起人们极大的兴趣。例如在聚苯乙烯、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，当接枝共聚物的微区尺寸在2030nm范围内时，就有优良的抗血栓性。第20页/共31页聚离子络合物（PolyionComplex）是另一类具有抗血栓性的高分子材料。它们是由带有相反电荷的两种水溶性聚电解质制成的。例如美国Amicon公司研制的离子型水凝胶Ioplexl01是由聚乙烯基苄基三甲基铵氯化物与聚苯乙烯磺酸钠通过离子键结合得到的。第21页/共31页据报道，日本市场上近年出现一种高效人造皮肤，对严重烧伤的患者十分有效。这种人造

11、皮肤的原料是甲壳质材料，从螃蟹壳、虾壳等物质中萃取出来，经过抽制成丝，再进行编织。这种人造皮肤具有生理活性，可代替正常皮肤进行移植，因此可减少患者再次取皮的痛苦。临床试验表明，这种皮肤的移植成活率达90以上。第22页/共31页2)人造皮肤材料治疗大面积皮肤创伤的病人，需要将病人的正常皮肤移植在创伤部位上。但在移植之前，创伤面需要清洗，被移植皮肤需要养护，因此需要一定时间。在这段时间内，许多病人由于体液的大量损耗以及蛋白质与盐分的丢失而丧失生命。因此，人们用高亲水性的高分子材料作为人造皮肤，暂时覆盖在深度创伤的创面上，以减少体液的损耗和盐分的丢失，从而达到保护创面的目的。第23页/共31页3)医

12、用粘合剂粘合剂作为高分子材料中的一大类别，近年来已扩展到医疗卫生部门，并且其适用范围正随着粘合剂性能的提高、使用趋于简便而不断扩大。医用粘合剂在医学临床中有十分重要的作用。在外科手术中，医用粘合剂用于某些器官和组织的局部粘合和修补；手术后缝合处微血管渗血的制止；骨科手术中骨骼、关节的结合与定位；齿科手术中用于牙齿的修补等。最早用于齿科软组织粘合的粘合剂是氰基丙烯酸烷基酯。但这种粘合剂在有大量水分存在的口腔中粘结比较团难，所以现在已不再使用。取而代之的是称为EDH的组织粘合剂。EDH组织粘合剂的组成是氰基丙烯酸甲酯、丁腈橡胶和聚异氰酸酯按100:100:1020（重量比）的比例配制而成，再制成6

13、7的硝基甲烷溶液。第24页/共31页5.医用高分子的发展方向医用高分子的发展巳有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几个方面进行深入的研究。第25页/共31页（1）人工脏器的生物功能化、小型化、体植化目前使用的人工脏器，大多数只有“效应器”的功能，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本身具有生物功能。第26页/共31页（2）高抗

14、血栓性材料的研制前面曾介绍过，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就是因为无法解决凝血问题而归于失败。因此，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发展的一个关键性问题，受到各国科学家的重视。第27页/共31页（3）发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部分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器官的功能。因此发展适合医学领域特殊要求的新型、专用高分子材料，已成为广大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。第28页/共31页（4）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，以拯救更多患者的生命，需要高分子材料界与医学界的通力协作。第29页/共31页第30页/共31页感谢您的观看。第31页/共31页