醫(yī)用高分子材料-22.ppt

第九章功能高分子 醫(yī)用高分子材料 一 簡(jiǎn)介醫(yī)用材料 生物醫(yī)學(xué)的分支 是由生物 醫(yī)學(xué) 化學(xué)和材料等學(xué)科交叉形成的邊緣學(xué)科 醫(yī)用高分子材料 是生物醫(yī)用材料中的重要組成部分 主要用于人工器官 外科修復(fù) 理療康復(fù) 診斷檢查 患疾治療等醫(yī)療領(lǐng)域 2 1 概述 醫(yī)用高分子材料 是一門較年輕的學(xué)科 發(fā)展歷史不長(zhǎng) 因此醫(yī)用高分子的定義至今尚不十分明確 另外 由于醫(yī)用高分子是由多學(xué)科參與的交叉學(xué)科 根據(jù)不同學(xué)科領(lǐng)域的習(xí)慣出現(xiàn)了不同的分類方式 3 1 概述 二 分類 日本醫(yī)用高分子專家櫻井靖久將醫(yī)用高分子分成如下的五大類 1 與生物體組織不直接接觸的材料這類材料用于制造雖在醫(yī)療衛(wèi)生部門使用 但不直接與生物體組織接觸的醫(yī)療器械和用品 如藥劑容器 血漿袋 輸血輸液用具 注射器 化驗(yàn)室用品 手術(shù)室用品等 4 二 分類 2 與皮膚 粘膜接觸的材料用這類材料制造的醫(yī)療器械和用品 需與人體肌膚與粘膜接觸 但不與人體內(nèi)部組織 血液 體液接觸 因此只要求無(wú)毒 無(wú)刺激 有一定的機(jī)械強(qiáng)度 5 1 概述 二 分類 2 與皮膚 粘膜接觸的材料用這類材料制造的物品如手術(shù)用手套 麻醉用品 吸氧管 口罩 氣管插管等 診療用品 洗眼用具 耳鏡 壓舌片 灌腸用具 腸 胃 食道窺鏡導(dǎo)管和探頭等 繃帶 橡皮膏等 人體整容修復(fù)材料 例如假肢 假耳 假眼 假鼻等 6 二 分類 3 與人體組織短期接觸的材料這類材料大多用來(lái)制造在手術(shù)中暫時(shí)使用或暫時(shí)替代病變器官的人工臟器 如手術(shù)縫合線 組織粘合劑 人造皮膚等 這類材料在使用中需與肌體組織或血液接觸 故一般要求有較好的生物體適應(yīng)性和抗血栓性 7 1 概述 二 分類 4 長(zhǎng)期植入體內(nèi)的材料用這類材料制造的人工臟器或醫(yī)療器具 一經(jīng)植入人體內(nèi) 將伴隨人的終生 不再取出 因此不僅要求有非常優(yōu)異的生物體適應(yīng)性和抗血栓性 并有較高的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定的化學(xué) 物理性質(zhì) 8 1 概述 二 分類 4 長(zhǎng)期植入體內(nèi)的材料用這類材料制備的人工臟器包括 腦積水癥髓液引流管 人造血管 人工瓣膜 人工氣管 人工尿道 人工骨骼 人工關(guān)節(jié)等 9 1 概述 二 分類 5 藥用高分子這類高分子包括大分子藥物和藥物高分子 前者是指將傳統(tǒng)的小分子藥物大分子化 如聚青霉素 后者則指本身就有藥理功能的高分子 如陰離子聚合物型的干擾素誘發(fā)劑 10 1 概述 二 分類 目前在實(shí)際應(yīng)用中 更實(shí)用的是僅將醫(yī)用高分子分為兩大類 一類是直接用于治療人體某一病變組織 替代人體某一部位或某一臟器 修補(bǔ)人體某一缺陷的材料 11 1 概述 二 分類 如用作人工管道 血管 食道 腸道等 人造玻璃體 眼球 人工臟器 心臟 腎臟 肺 胰臟等 人造皮膚 人造血管 手術(shù)縫合用線 組織粘合劑 整容材料 假耳 假眼 假鼻 假肢等 的材料 12 1 概述 二 分類 另一類則是用來(lái)制造醫(yī)療器械 用品的材料 如注射器 手術(shù)鉗 血漿袋等 這類材料用來(lái)為醫(yī)療事業(yè)服務(wù) 但本身并不具備治療疾病 替代人體器官的功能 因此不屬功能高分子的范疇 本章討論直接用于治療人體病變組織 替代人體病變器官 修補(bǔ)人體缺陷的高分子材料 13 二 分類 一 概述許多高分子材料植入人體內(nèi)后只是起到暫時(shí)替代作用 例如高分子手術(shù)縫合線用于縫合體內(nèi)組織時(shí) 當(dāng)肌體組織痊愈后 縫合線的作用即告結(jié)束 這時(shí)希望用作縫合線的高分子材料能盡快地分解并被人體吸收 以最大限度地減少高分子材料對(duì)肌體的長(zhǎng)期影響 14 二 生物吸收性高分子材料 一 概述生物吸收性材料 容易在生物體內(nèi)分解 參與代謝 并最終排出體外 對(duì)人體無(wú)害 因而越來(lái)越受到人們的重視 15 二 生物吸收性高分子材料 二 生物吸收性天然高分子材料已經(jīng)在臨床醫(yī)學(xué)獲得應(yīng)用的生物吸收性天然高分子材料包括蛋白質(zhì)和多糖兩類生物高分子 這些生物高分子主要在酶的作用下降解 生成的降解產(chǎn)物如氨基酸 糖等化合物 可參與體內(nèi)代謝 并作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被肌體吸收 因此這類材料應(yīng)當(dāng)是最理想的生物吸收性高分子材料 16 二 生物吸收性高分子材料 白蛋白 葡聚糖和羥乙基淀粉在水中是可溶的 臨床用作血容量擴(kuò)充劑或人工血漿的增稠劑 膠原 殼聚糖等在生理?xiàng)l件下是不溶性的 因此可作為植入材料在臨床應(yīng)用 17 二 生物吸收性天然高分子材料 二 生物吸收性高分子材料 1 膠原膠原 人體組織中最基本的蛋白質(zhì)類物質(zhì) 如脊椎動(dòng)物的主要結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì) 其是支持組織和結(jié)構(gòu)組織 皮膚 肌腱和骨骼等有機(jī)質(zhì) 的主要組成成分 18 二 生物吸收性天然高分子材料 1 膠原膠原的主要來(lái)源 牛和豬的肌腱 生皮 骨骼等 至今已經(jīng)鑒別出13種膠原 其中I III V和XI型膠原為成纖膠原 其中I型膠原在動(dòng)物體內(nèi)含量最多 已被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)用材料和生化試劑 19 二 生物吸收性天然高分子材料 膠原可以用于制造止血海綿 創(chuàng)傷輔料 人工皮膚 手術(shù)縫合線 組織工程基質(zhì)等 膠原在應(yīng)用時(shí)必須交聯(lián) 以控制其物理性質(zhì)和生物可吸收性 20 二 生物吸收性天然高分子材料 1 膠原 膠原交聯(lián)以后 酶降解速度顯著下降 常用的交聯(lián)劑是戊二醛和環(huán)氧化合物 殘留的戊二醛會(huì)引起生理毒性反應(yīng) 因此必須注意使交聯(lián)反應(yīng)完全 21 二 生物吸收性天然高分子材料 1 膠原 明膠 經(jīng)高溫加熱變性的膠原 通常由動(dòng)物的骨骼或皮膚經(jīng)過(guò)蒸煮 過(guò)濾 蒸發(fā)干燥后獲得 明膠在冷水中溶脹而不溶解 但可溶于熱水中形成粘稠溶液 冷卻后凍成凝膠狀態(tài) 22 二 生物吸收性天然高分子材料 2 明膠 例如 在60 80 水浴中可以制備濃度為5 20 的溶液 如果要得到25 35 的濃溶液 則需要加熱至90 100 23 二 生物吸收性天然高分子材料 2 明膠 純化的醫(yī)用級(jí)明膠比膠原成本低 在機(jī)械強(qiáng)度要求較低時(shí)可以替代膠原用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域 可以制成多種醫(yī)用制品 如膜 管等 24 二 生物吸收性天然高分子材料 2 明膠 用戊二醛和環(huán)氧化合物作交聯(lián)劑可以延長(zhǎng)降解吸收時(shí)間 為了使制品具有適當(dāng)?shù)臋C(jī)械性能 可加入甘油或山梨糖醇作為增塑劑 25 二 生物吸收性天然高分子材料 2 明膠 纖維蛋白原 一種血漿蛋白質(zhì) 存在于動(dòng)物體的血液中 在人體內(nèi)的主要功能是參與凝血過(guò)程 纖維蛋白 是纖維蛋白原的聚合產(chǎn)物 具有良好的生物相容性 止血 促進(jìn)組織愈合等功能 在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著重要用途 26 二 生物吸收性天然高分子材料 3 纖維蛋白 纖維蛋白的降解包括酶降解和細(xì)胞吞噬兩種過(guò)程 降解產(chǎn)物可以被肌體完全吸收 降解速度隨產(chǎn)品不同從幾天到幾個(gè)月不等 可通過(guò)交聯(lián)和改變其聚集狀態(tài)來(lái)控制其降解的速度 27 二 生物吸收性天然高分子材料 3 纖維蛋白 目前 人的纖維蛋白或經(jīng)熱處理后的牛纖維蛋白用作止血粉 創(chuàng)傷輔料 骨填充劑 修補(bǔ)因疾病或手術(shù)造成的骨缺損 等已用于臨床 28 二 生物吸收性天然高分子材料 3 纖維蛋白 二 生物吸收性高分子材料 例如纖維蛋白飛沫由于比表面大 適于用作止血材料和手術(shù)填充材料 纖維蛋白膜在外科手術(shù)中用作硬腦膜置換 神經(jīng)套管等 29 二 生物吸收性天然高分子材料 3 纖維蛋白 二 生物吸收性高分子材料 甲殼素 是由N 乙酰 D 葡萄糖胺組成的線性多糖 昆蟲(chóng)殼皮 蝦蟹殼中均含有豐富的甲殼素 30 二 生物吸收性天然高分子材料 4 甲殼素與殼聚糖 二 生物吸收性高分子材料 殼聚糖 為甲殼素的脫乙酰衍生物 由甲殼素在40 50 濃度的氫氧化鈉水溶液中110 120 下水解2 4h得到 31 二 生物吸收性天然高分子材料 4 甲殼素與殼聚糖 甲殼素 在甲磺酸 甲酸 六氟丙醇 六氟丙酮以及含有5 氯化鋰的二甲基乙酰胺中是可溶的 殼聚糖 能在有機(jī)酸如甲酸和乙酸的稀溶液中溶解 從溶解的甲殼素或殼聚糖溶液中 可以制備膜 纖維和凝膠等各種生物制品 32 二 生物吸收性天然高分子材料 4 甲殼素與殼聚糖 甲殼素能為肌體組織中的溶菌酶所分解 已用于制造吸收型手術(shù)縫合線 其抗拉強(qiáng)度優(yōu)于其他類型的手術(shù)縫合線 在兔體內(nèi)試驗(yàn)觀察 甲殼素手術(shù)縫合線4個(gè)月可以完全吸收 33 二 生物吸收性天然高分子材料 4 甲殼素與殼聚糖 甲殼素還具有促進(jìn)傷口愈合的功能 可用作傷口包扎材料 當(dāng)甲殼素膜用于覆蓋外傷或新鮮燒傷的皮膚創(chuàng)傷面時(shí) 具有減輕疼痛和促進(jìn)表皮形成的作用 因此是一種良好的人造皮膚材料 34 二 生物吸收性天然高分子材料 4 甲殼素與殼聚糖 35 甲殼素縫線的電鏡照片 甲殼素人工皮的電鏡照片 二 生物吸收性天然高分子材料 4 甲殼素與殼聚糖 雖然生物吸收性天然高分子材料具有良好的生物相容性和生物活性 但畢竟來(lái)源有限 遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)快速發(fā)展的現(xiàn)代醫(yī)療事業(yè)的需求 因此 人工合成的生物吸收性高分子材料有了快速發(fā)展的時(shí)間和空間 36 三 生物吸收性合成高分子材料 二 生物吸收性高分子材料 生物吸收合成高分子材料 多數(shù)屬于能夠在溫和的生理?xiàng)l件下發(fā)生水解的生物吸收性高分子 降解過(guò)程一般不需要酶的參與 37 三 生物吸收性合成高分子材料 二 生物吸收性高分子材料 高分子材料作為人工臟器 人工血管 人工骨骼 人工關(guān)節(jié)等醫(yī)用材料 越來(lái)越廣泛地得到運(yùn)用 人工臟器的應(yīng)用正從大型向小型化發(fā)展 從體外使用向內(nèi)植型發(fā)展 從單一功能向綜合功能型發(fā)展 38 三 高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 一 高分子人工臟器及部件的應(yīng)用現(xiàn)狀 為了滿足材料的醫(yī)用功能性 生物相容性和血液相容性的嚴(yán)峻要求 醫(yī)用高分子材料也由通用型逐步向?qū)Ｓ眯桶l(fā)展 39 一 高分子人工臟器及部件的應(yīng)用現(xiàn)狀 三 高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 目前 已研究出許多有生物活性的高分子材料 例如將生物酶和生物細(xì)胞等固定在高分子材料分子中 以克服高分子材料與生物肌體相容性差的缺點(diǎn) 開(kāi)發(fā)出混合型人工臟器的工作正在取得可喜的成績(jī) 40 一 高分子人工臟器及部件的應(yīng)用現(xiàn)狀 三 高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 41 用于人工臟器的部分高分子材料 42 治療大面積皮膚創(chuàng)傷的病人 需要將病人的正常皮膚移植在創(chuàng)傷部位上 但在移植之前 創(chuàng)傷面需要清洗 被移植皮膚需要養(yǎng)護(hù) 因此需要一定時(shí)間 但在這段時(shí)間內(nèi) 許多病人由于體液的大量損耗以及蛋白質(zhì)與鹽分的丟失而喪失生命 43 三 高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 2 人造皮膚材料 因此 人們用高親水性的高分子材料作為人造皮膚 暫時(shí)覆蓋在深度創(chuàng)傷的創(chuàng)面上 以減少體液的損耗和鹽分的丟失 從而達(dá)到保護(hù)創(chuàng)面的目的 44 三 高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 2 人造皮膚材料 聚乙烯醇微孔薄膜和硅橡膠多孔海綿 是制作人造皮膚的兩種重要材料 這兩種人造皮膚使用時(shí)手術(shù)簡(jiǎn)便 抗排異性好 移植成活率高 已應(yīng)用于臨床 45 三 高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 2 人造皮膚材料 高吸水性樹(shù)脂 用于制作人造皮膚方面的研究 亦已取得很多成果 此外 聚氨基酸 骨膠原 角蛋白衍生物等天然改性聚合物也都是人造皮膚的良好材料 46 三 高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 2 人造皮膚材料 據(jù)報(bào)道 日本市場(chǎng)上近年出現(xiàn)一種高效人造皮膚 對(duì)嚴(yán)重?zé)齻幕颊呤钟行?這種人造皮膚的原料是甲殼質(zhì)材料 從螃蟹殼 蝦殼等物質(zhì)中萃取出來(lái) 經(jīng)過(guò)抽制成絲 再進(jìn)行編織 47 2 人造皮膚材料 三 高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 這種人造皮膚具有生理活性 可代替正常皮膚進(jìn)行移植 因此可減少患者再次取皮的痛苦 臨床試驗(yàn)表明 這種皮膚的移植成活率達(dá)90 以上 48 2 人造皮膚材料 三 高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 將人體的表皮細(xì)胞在高分子材料上粘附 增殖 從而制備有生理活性的人工皮膚 是近年來(lái)的又一研究動(dòng)向 并已取得相當(dāng)?shù)某删?49 三 高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 2 人造皮膚材料 例如 將由骨膠原和葡糖胺聚糖組成的多孔層與有機(jī)硅材料復(fù)合制成雙層膜 將少量取自患者皮膚的表面細(xì)胞置于多孔層中 覆在創(chuàng)傷面上 不久表皮細(xì)胞即在多孔層中增殖而形成皮膚 然后將有機(jī)硅膜剝下 多孔層則分解 被人體所吸收 50 三 高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 2 人造皮膚材料 粘合劑作為高分子材料中的一大類別 近年來(lái)已擴(kuò)展到醫(yī)療衛(wèi)生部門 并且其適用范圍正隨著粘合劑性能的提高 使用趨于簡(jiǎn)便而不斷擴(kuò)大 醫(yī)用粘合劑在醫(yī)學(xué)臨床中有十分重要的作用 51 三 高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 3 醫(yī)用粘合劑 在外科手術(shù)中 醫(yī)用粘合劑用于某些器官和組織的局部粘合和修補(bǔ) 用于術(shù)后縫合可制止微血管滲的 骨科手術(shù)中用于骨骼 關(guān)節(jié)的結(jié)合與定位 齒科手術(shù)中用于牙齒的修補(bǔ)等 52 三 高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 3 醫(yī)用粘合劑 從醫(yī)用粘合劑的使用對(duì)象和性能要求來(lái)區(qū)分 可分成兩大類 一類是齒科用粘合劑 另一類則是外科用 或體內(nèi)用 粘合劑 由于口腔環(huán)境與體內(nèi)環(huán)境完全不同 對(duì)粘合劑的要求也不相同 53 三 高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 3 醫(yī)用粘合劑 齒科粘合劑用于修補(bǔ)牙齒后 通常需要長(zhǎng)期保留 因此 要求具有優(yōu)良的耐久性能 外科用粘合劑在用于粘合手術(shù)創(chuàng)傷后 一旦組織愈合 其作用亦告結(jié)束 此時(shí)要求其能迅速分解 并排出體外或被人體所吸收 54 三 高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 3 醫(yī)用粘合劑 齒科用粘合劑的歷史可追溯到半個(gè)世紀(jì)以前 1940年 首次用于齒科修補(bǔ)手術(shù)的高分子材料是聚甲基丙烯酸甲酯 55 3 醫(yī)用粘合劑 1 齒科用粘合劑 三 高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 它是將甲基丙烯酸甲酯乳液與甲基丙烯酸甲酯單體混合 然后在修補(bǔ)過(guò)程中聚合固化 這種粘合劑的硬度與粘結(jié)力均不夠高 所以很快被淘汰 56 3 醫(yī)用粘合劑 1 齒科用粘合劑 三 高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 1965年出現(xiàn)了以多官能度甲基丙烯酸酯為基料 無(wú)機(jī)粉末為填料的復(fù)合粘合劑 性能大大提高 至今仍在齒科修復(fù)中廣泛應(yīng)用 57 3 醫(yī)用粘合劑 1 齒科用粘合劑 外科用粘合劑的應(yīng)用范圍很廣 如胃 腸道 膽囊等消化器官的吻合 血管 氣管 食道的修補(bǔ)和連接 皮膚 腹膜的粘合 肝 腎 胰臟切除手術(shù)后的粘合 肝 腎 胰 肺等器官的止血 骨骼的粘合等 其中大部分是對(duì)軟組織的粘合 58 3 醫(yī)用粘合劑 2 外科用粘合劑 59 外用粘合劑的使用目的與部位 外科用粘合劑經(jīng)過(guò)50多年的發(fā)展 至今已有幾十種品種 由于其粘度低 鋪展性好 固化后無(wú)色透明 有一定的耐熱性和耐溶劑性 目前仍在廣泛使用 60 3 醫(yī)用粘合劑 2 外科用粘合劑 三 高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 氰基丙烯酸酯 是丙烯酸酯中 H被氰基取代的產(chǎn)物 其結(jié)構(gòu)通式如下 61 3 醫(yī)用粘合劑 2 外科用粘合劑 氰基丙烯酸酯 是一類瞬時(shí)粘合劑 單組分無(wú)溶劑 粘結(jié)時(shí)無(wú)需加壓 可常溫固化 粘結(jié)后無(wú)需特殊處理 62 3 醫(yī)用粘合劑 2 外科用粘合劑 三 高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 由于 位置上的氰基是一個(gè)吸電子性很強(qiáng)的基團(tuán) 可使 碳原子呈現(xiàn)很強(qiáng)的正電性 因此有很大的聚合傾向 63 3 醫(yī)用粘合劑 2 外科用粘合劑 由此可見(jiàn) 當(dāng) 氰基丙烯酸酯在空氣中暴露或與潮濕表面接觸時(shí) OH 離子迅速引發(fā)其聚合 這就是它能作為瞬間粘合劑的原因 此外 氰基丙烯酸酯在光 熱 自由基引發(fā)劑作用下亦很容易進(jìn)行自由基聚合反應(yīng) 64 3 醫(yī)用粘合劑 2 外科用粘合劑 醫(yī)用高分子的發(fā)展巳有50多年的歷史 其應(yīng)用領(lǐng)域巳滲透到整個(gè)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域 取得的成果是十分顯赫的 但距隨心所