医用高分子Word格式.docx
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1.按材料的来源分类4
2.按材料与活体组织的相互作用关系分类4
3.按生物医学用途分类4
4.按人工脏器和部件的作用及目前研究进展分类4
第二章医用高分子材料的要求5
第三章医用高分子材料的生物相容性7
1.血液相容性7
2.组织相容性7
第四章医用高分子材料的“老化”9
结束语10
绪论
生命科学是21世纪备受关注的新型学科。
生物医用高分子与生物学和医学紧密相关,它是以生命现象为对象和基础的高分子学科,主要包括两方面的内容:
一类是医用材料;
另一类是高分子药物(包括与医学有关的生物制品)医用高分子是在高分子材料科学不断向医学和生命科学渗透,高分子材料广泛应用于医学领域的过程中,逐渐发展起来的一类功能高分子材料,它已形成一门介于现代医学和高分子科学之间的边缘科学。
早在公元前3500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。
公元前500年的中国和埃及墓葬中发现假牙、假鼻、假耳。
进入20世纪,高分子科学迅速发展,新的合成高分子材料不断出现,为医学领域提供了更多的选择余地。
1936年发明了有机玻璃后,很快就用于制作假牙和补牙,至今仍在使用。
1943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。
在文章中,第一次介绍了利用PMMA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情况。
50年代,有机硅聚合物被用于医学领域,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,一大批人工器官在50年代试用于临床。
如人工尿道(1950年)、人工血管(1951年)、人工食道(1951年)、人工心脏瓣膜(1952年)、人工心肺(1953年)、人工关节(1954年)、人工肝(1958年)等。
进入60年代,医用高分子材料开始进入一个崭新的发展时期。
此后,随着各个学科的发展,医用高分子作为一门边缘学科,融和了高分子化学、高分子物理、生物化学、合成材料工艺学、病理学、药理学、解剖学和临床医学等多方面的知识,还涉及许多工程学问题,如各种医疗器械的设计、制造等。
上述学科的相互交融、相互渗透,促使医用高分子材料的品种越来越丰富,性能越来越完善,功能越来越齐全。
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、人工心脏瓣膜、人工关节、人工骨、整形材料等。
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、人工眼球、人造血液等。
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。
则正处于大力研究开发之中。
从应用情况看,人工器官的功能开始从部分取代向完全取代发展,从短时间应用向长时期应用发展,从大型向小型化发展,从体外应用向体内植入发展、人工器官的种类从与生命密切相关的部位向人工感觉器官、人工肢体发展。
第一章医用高分子材料的分类
1.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
①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;
②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;
③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。
2.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
(2)生物活性高分子材料
(3)生物吸收高分子材料
3.按生物医学用途分类
(1)硬组织相容性高分子材料
(2)软组织相容性高分子材料
(3)血液相容性高分子材料
(4)高分子药物和药物控释高分子材料
4.按人工脏器和部件的作用及目前研究进展分类
(1)能永久性地植入人体,完全替代原来脏器或部位的功能,成为人体组织的一部分。
(2)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。
(3)功能比较单一,只能部分替代人体脏器的功能,例如人工肝脏等。
(4)正在进行探索的人工脏器。
(5)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部分,使患者重新获得端正的仪表。
第二章医用高分子材料的要求
对医用高分子膜材料的基本要求对医用高分子除了要有医疗功能外,还必须强调安全性,即不仅要治病,而且对人体健康无害。
对医用高分子材料的要求也不是一律不变的,可因其使用环境或功能的不同而异,如外用医疗材料与肌体接触时间短,要求可稍低,而与血液直接接触,或体内使用的材料则要求较高。
医用高分子材料应能满足以下基本要求:
1.灭菌性能
生物医用材料及其制品必须经过消毒灭菌方可使用。
灭菌方法有环氧乙烷、加热、γ射线、电子束、60Co(钴)、醛、氧化乙烯等。
但灭菌可使一些材料的物理和生物性能改变。
因此,在材料的灭菌方法的选用上必须充分考虑到灭菌对材料性能的影响以及可能带来的生物学危害作用。
2.生物稳定性
材料在生物体内的组织反应与材料本身的化学组成、高次结构及表面特性等因素有关。
生物稳定性好的材料,长时间在体内埋植,形成一个稳定的结构,一般对生物体不会产生太大的影响。
但生物稳定性较差的材料,在体内长时间埋植后会引起各种不良的生物反应,因此.对于永久性植入体内的材料要求具有良好的生物稳定性,即在生物的复杂环境中材料的高次结构及低次结构不发生变化.不降解,同时本身的组成不引起生物体的生物反应。
3.生物相容性
生物相容性是生物医用材料与人体之间相互作用产生各种复杂的生物、物理,化学反应的一种概念。
植入人体内的生物医用材料及各种人工器官、医用辅助装置等医疗器械,必须对人体无毒性、无致敏性、无刺激性、无遗传毒性和无致癌性,对人体组织、血液、免疫等系统不产生不良反应。
聚合物纯度高,不含有对人体组织产生炎症或异物反应的物质,不破坏邻近组织.
4.机械物理性能
具有稳定的物理、化学性能,良好的力学性能,包括强度、模量、抗蠕变、疲劳、光滑、渗透性、吸水性等,即使长期埋入人体内也不会损害原有性。
5.成型加工性能
易于加工成所需的复杂形状,而且质优价廉.生物材料要达到其临床应用价值,必须通过各种专门的加工技术,制成所要求形状、尺寸的修补件和人工器官。
第三章医用高分子材料的生物相容性
医用高分子材料在使用过程中直接与活体组织和血液接触,因此要求两者有良好的相互关系,即材料对于活体要有生物相容性,而活体对材料要求有医疗功能和耐生物老化.生物相容性是生物对材料的生物反应,主要是指对血液的反应(血液相容性)、对生物组织的反应(组织相容性)和免疫反应等.材料的耐生物老化是生物体对材料的反应,包括物理性质和化学性质的变化,通常要求材料不发生物理和化学性质的变化.
1. 血液相容性
血液相容性包括的内容很广,最主要的是指高分子材料与血液接触时,不引起凝血和血小板的粘着和凝聚,没有破坏血液中有形成分的溶血现象,也就是不产生凝血和溶血.凝血过程是血液与外界材料接触后在数秒钟内血浆蛋白(如白蛋白、γ-环蛋白和纤维蛋白)的竞争吸附,接着是血小板被活化粘着而形成血栓,与此同时,在各种因素作用下,因蛋白质的串级活化反应使可溶性的血纤维蛋白聚合为不溶性的血纤维蛋白凝胶,并包裹红血球、白血球和血小板而形成红色血栓.并截断血液的流通,而导致心肌梗塞、脑血栓等致命疾病.抗凝血材料的研制是一个重要的课题.由于高分子材料与血液接触是在材料的表面,所以除要求高分子材料有一定的机械性能外,抗凝血材料的主要工作是在材料表面的合成和设计上.光滑的材料表面,有助于抑制血小板的吸附,可减小凝血性;
材料表面的亲水性有利于抗凝血,亲水性单体有丙烯酰胺及其衍生物、甲基丙烯酸-β-羟乙酯等;
由于血小板带有负电荷,故材料表面有负电荷型聚离子复合物,能有效地降低血小板的粘着和凝聚;
合成抗凝聚血高聚物或在材料表面接枝有抗凝血剂(如肝素),有抗凝血的效果;
为防止血浆蛋白的絮凝沉积,在侧链上有聚乙二醇的丙烯酸酯等有较好效果.
2.组织相容性
组织相容性是当活体与材料接触时,活体组织不发生炎症和排拒,而材料表面不产生钙沉积.聚二甲基硅氧烷是使用较多的组织相容性好的材料,如作为导管、人工乳房材料等,其缺点是早期植入有异物反应,在动态下使用时机械性能不能满足要求,常因吸收脂肪而导致龟裂.聚醚氨酯的综合性能虽较好,但强度较差,易产生钙沉淀而受到限制.由聚乙烯-聚乙烯醇高聚物所衍生的聚离子复合物,是一类很有希望的组织相容性材料,它不仅强度和亲水性良好,还能使材料带有电荷.如上所述,带负电荷的聚离子复合物具有优异的抗凝血性能.必须指出,在组织相容性中,组织细胞在材料上的粘着和增殖有不同的意义.对白内障病人植入的人工晶体应具有良好的组织相容.否则,将因细胞在晶面上的粘着和增殖,而使白内障复萌.对于烧伤病人的植皮,则希望患者的表皮细胞能在人造皮肤上粘附、增殖和繁衍,使其浑然成一体.
第4章医用高分子材料的“老化”
高分子材料在体内的降解和吸收长期与生物体接触的高分子材料,还必须探讨其在生物体内与血液、体液接触的条件下结构和密度的变化,以考察高分子材料在体内长时期的适应情况.
按材料的类别分析:
尼龙最易老化;
聚氨酯、聚氯乙烯次之;
聚丙烯腈和聚酯类较耐老化;
硅橡胶和聚四氟乙烯最耐老化.对于医用高分子而言,“老化”一词并不一定是贬义的,要根据使用期限而定,对使用期限短的材料,要求它在老化过程中不产生有害于人体的副产物.作为非永久性的植入材料,要求它在发挥作用之后能被活体吸收,或参与正常的新陈代谢而被排出体外.例如手术缝合线、骨科的修补材料等,如能在愈合后被吸收,则可免去拆除之苦.
高分子在活体内的降解一般可分为酶解和水解两类.一般而论,生物或天然高分子材料易被酶促分解,而合成高聚物则多为非酶促的水解.经降解而产生的水溶性产物要求:
产物分子量应低到能被肾脏排出,或在活体内被分解而参与代谢;
分解产物应没有毒性.
结束语
21世纪是生物技术时代,克隆技术的突破性进展已给人类带来了无限的想象空间。
用储存容量提高10亿倍的生物计算机模拟人脑将成为可能,智能机器人将在广泛的领域发挥作用。
此外,人工脏器将更多地挽救临危病人,高分子长效缓释药物将给人类的健康带来福音。
由于一切生命物质的基本单元都是有机分子,而人体就是由多种功能高分子复杂组装起来的有机结合体,因此,从分子设计理论的角度来看,由人工合成各种功能的生物医用高分子都是可能的,功能高分子具有向一切领域纵深发展的美妙前景。
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