医用高分子材料和核心硅橡胶.docx

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医用高分子材料和核心硅橡胶

化工新材料

专业：

化学工程与工艺

班级：

化工121

姓名：

朱元超

学号：

1208110146

2015年6月22日

医用高分子材料及其核心硅橡胶

摘 要：

随着高分子材料在社会的各个领域的广泛应用，尤其是在航天工程、医学等领域的应用。

医用高分子材料是用以制造人体脏、体外器官、药物剂型及医疗器械的聚合物材料，其中硅橡胶是合成这一类人工器官不可或缺的一员。

本文对医用高分子材料作了简要分析，并着重介绍了以硅橡胶为主的医用高分子材料的用途及其特殊要求，并浅谈了其未来的发展趋势。

关键词：

 高分子材料医用高分子 人工人体器官 硅橡胶

Abstract:

Withthewideapplicationofpolymermaterialsinvariousfieldsofsociety,especiallyinthefieldsofAerospaceEngineering,medicineandsoon.Medicalpolymermaterialisapolymermaterialwithmanufacturingorgansofthehumanbody,organ,drugformulationsandmedicaldevices,includingsiliconerubberisamemberofanintegralpartofthesynthesisofthisclassofartificialorgans.Inthispaper,abriefanalysisofmedicalpolymermaterialsismade,andtheapplicationofmedicalpolymermaterialsanditsspecialrequirements,anditsfuturedevelopmenttrendsarediscussed.

Keyword:

PolymermaterialsMedicalpolymerArtificialhumanorgansSiliconerubber.

前言：

医用高分子材料指的是在医学上使用的高分子材料,是一门介于现代医学和高分子科学之间的新兴学科它涉及到物理学化学生物化学病理学医学输血学等多种边缘学科。

医用高分子材料是一类可对有机体组织进行修复、替代与再生,具有特殊功能作用的合成高分子材料,可以利用聚合的方法进行制备,是生物医用材料的重要组成之一[12]。

医用高分子材料是生物材料的重要组成部分,目前,医用高分子材料的应用已遍及整个医学领域（如:

人工器官外科修复理疗康复诊断检查治疗病患等领域）,其用量处于持续稳定增长的态势[1]。

现代医学的发展,对材料的性能提出了复杂而严格的多功能要求,这是大多数金属材料和无机材料难以满足的；而合成高分子材料与生物体（天然高分子）有着极其相似的化学结构,化学结构的相似性决定了它们在性能上能够彼此接近从而可能用聚合物制作人工器官,作为人体器官的替代物。

另外,除人工器官用材料之外,医药用高分子材料、临床检查诊断和治疗用高分子材料的开发研究也在积极地展开，它们被统称为医用高分子材料。

正文：

一、医用高分子材料的特点和性能：

医用高分子材料一般直接用于人体，按照其医用目的的不同，有的需要与人体的皮肤接触、有的需要与体液接触、有的需要与血液接触、有的需要短期植入人体、有的甚至需要长期植入人体。

因此，这类材料除具有良好的加工性能和物理机械性能之外，还必须具有优良的生物相容性[3]。

医用高分子材料的性能要求随着使用目的的不同、是否与人体接触以及接触时间的长短不同而不同，因此，医用高分子必须要具备以下性能：

（1）力学性能稳定:

在使用期限，针对不同的用途，材料的尺寸稳定性、耐磨性、耐疲劳度、强度、模量等应适当。

比如，用超高分子量聚乙烯材料做人工关节时，应该用模量高、耐疲劳强度好、耐磨性好的材料。

（2）具有良好的化学惰性。

不会与体液、血液接触而发生化学反应，不会引起周围组织的炎症反应；易于加工成型。

（3）经过灭菌过程，制品不变形、性能不发生改变；材料易得，价格适当。

（4）具有良好的生物相容性。

包括血液相容性和组织相容性，对可降解材料还涉及到降解产物的可吸收性[16]。

总之，与其他材料相比，医用高分子材料的要相当严格的。

除具有上述性能要求外，医用高分子材料制品在临床应用之前，都必须对材料本身的生物学性能、化学性能、物理机械性能进行全面的评价，经国家药监部门批准后才能用于临床使用。

二、医用高分子的特殊要求：

医用高分子材料是在医疗过程中使用,是直接或间接与人体组织相接触的材料所以,医用高分子材料从原料、助剂、聚合物的合成到制品结构设计和加工都有别于一般工业用的高分子材料,有它的特殊要求。

以下为医用高分子材料的基本特性[2]:

1、无毒性：

材料不会引起异常变态反应,不引起过敏反应,对人体无刺激性等；2、组织相容性：

材料对接触的周围组织不引起炎症和异物反应等肌体应；3、血液相容性：

当材料与血液接触时,不会引起血液凝固而成血栓,也不破坏血型；4、耐生物老化性:

长期放置体的材料,其化学特性和物理机械性能不发生明显变伙；5、消毒性:

材料不因煮沸、干燥灭菌、药液和环氧乙烷等一方法的消毒而发生变质。

由此可见对医用高分子材料的要十分严格的。

而且由于使用的部位和目的不同,对材料还有特殊要求例如,用作人工血管、血液净化器、礼工心脏瓣膜等就特别要求材料具有很好的血液相容性,要能抑制血小板体系的活化,抑制凝固体系的活化,能促进血栓溶解或促使伪膜的形成等。

一般应是具有微相分离结构的材料。

又如,用作人工皮肤、隐形眼镜、人工尿管、人工气管等的材料,则要求具有优良的组织相容性,对生物组织无刺激性,同生物组织有相当强的结合性。

还要求材料柔软,有透气性、吸水性和透湿性。

而用作重建用膜、缝合线、控制药物释放材料和粘合剂等则要求体分解吸收型材料。

这类材料在体的损伤部位得到修复之前要发挥应起的作用,修复之后又能在体被分解吸收,又不产生毒性和副作用。

特别希望材料在体被分解的速度与器官组织功能恢复的速度相平衡,当器官组织的功能全部复原后,所用材料也全部分解掉,这样就不会出现有任何异物的感觉。

三、医用高分子材料的种类和应用：

目前所应用的医用高分子材料有聚醚聚氨酯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、硅橡胶、聚酯、尼龙、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙二醇、聚乳酸天然高分子材料等,被广泛应用于植入性生物材料和人工脏器、介入器材、口腔材料、卫生材料及敷料、医用缝合（粘合）材料、医用高分子和医用橡胶制品、体外循环设备。

主要分类如下[13]:

（1）植入体,永久性替代损伤的器官或组织。

例如人工血管、人工心脏瓣膜、人工晶体、左心辅助装置、人工关节、人工食管、人工胆管等。

此外,在体外替代损伤器官的有人工肾、人工肺等。

（2）修复人体某部分缺陷的组织。

如人工皮肤、骨修复材料等。

（3）医疗器械中,一次性使用的无菌高分子材料。

例如一次性使用无菌输液瓶、输液袋、输液器、注射器、静脉留置针、腹膜透析液袋、血袋等;以及各种插管、导管检验用具、手术室用具、诊疗用具和绷带等。

（4）药用高分子材料。

与低分子药物相比,药用高分子材料具有低毒、高效、缓释、长效、可定点释放等优点。

（5）医药包装用高分子材料。

包装药物的高分子材料可分为软、硬两种类型。

硬性材料（如聚酯等）的特点是强度高、透明性好、尺寸稳定、气密性好,可替代玻璃容器和金属容器。

软性材料（如:

聚乙烯、聚丙烯）可加工成复合薄膜。

四、高分子材料的目前状况：

人的健康长寿依赖于医学的发展。

现代医学的进步已经越来越依赖于生物材料和器械的发展,没有医用材料的医学诊断和治疗在现代医学中几乎是不可想象的。

目前全球大量用于医疗器械的生物医学材料主要有20种,其中医用高分子12种,金属4种,瓷2种,其他2种[11]。

利用现有的生物医学材料已开发应用的医用植入体、人工器官等近300种,主要包括:

起搏器、心脏瓣膜、人工关节、骨板、骨螺钉、缝线、牙种植体,以及药物和生物活性物质控释载体等[10]。

作为世界人口最多的国家,生物材料的市场潜力十分巨大。

据民政部门报告[8]:

我国现有的肢体不自由患者已超过1500万,其中肢残患者约800万;由类风湿引发的大骨节病患者有数百万;冠心病患者已超过1000万;白障盲人约500万;牙缺损和牙缺失患者高达3亿～4亿人;肝炎病毒携带者1.2亿;心血管病患者2000万;需计划生育的育龄妇女2000万;伴随人口老龄化（60岁以上的老年人口已达1.39亿人,约占全国人口的10.69%）的骨质疏松患者7000万;每年由于疾病、交通事故和运动创伤等造成的骨缺损和缺失患者人数近1000万人;需要进行颅颌面和胸部美容整形的人数有数千万人。

这还不包括数目庞大的各类软组织、血液和器官疾病患者人数[10]。

近年来,西方国家在医学上消耗的高分子材料每年以10%～20%的速度增长[4],而国也以20%左右的速度迅速增长。

随着现代科学技术的发展,尤其是生物技术的重大突破,生物高分子材料的应用将更加广泛,需求量也随之越来越大。

生物医用材料产业发展如此迅猛,主要动力来自于人口老龄化、中青年创伤的增多、疑难疾病患者的增加和高新技术的发展。

生物材料的研究与开发被许多国家列入高技术关键新材料发展计划,并迅速成为国际高技术制高点之一[10]。

五、在人工器官中扮演重要角色的硅橡胶：

5.1、硅橡胶的概述：

硅橡胶除了满足医用高分子材料的基本要求外,还具有耐热耐寒无毒耐生物老化对人体组织的反应极小较好的物理机械性能等特点,符合医用高分子材料的要求,从而成为医用高分子材料中最为典型的有机硅高分子材料,并且在医疗卫生方面获得越来越广泛的应用[1]。

硅橡胶导管是医用硅橡胶制品中发展最快用途最广的产品。

按用途分为体外用和体用两种。

用于体外的主要是各类泵管,如人工心肺机泵管,与各种器械的连接管,制药厂的输液管等，用于体的是各类插管、导管引流管等,如输血管静脉插管腹膜透析管中耳炎通气管鼻插管等[17]。

目前,用于人体的医用导管的发展趋势是微型化、薄壁多腔一管多功能等。

对于留置体的导管来说,无论是短期还是长期使用,硅橡胶材质的导管的优势都是无可替代的。

5.2、硅橡胶在医疗卫生中的重要地位：

硅橡胶作为医用材料经过几十年的临床应用,已得到医学界的认同,应用越来越广泛,其制品涉及医学各部门,有上百个品种,形成了产品系列[17]。

作为一种典型的医用高分子材料,硅橡胶的应用领域主要包括以下几方面[9]:

（1）、置于体：

1.1、长期留置于人体,作为器官或组织的代用品。

1.2、短期留置体,起到补液、抢救、引流注入、防粘连或消

饱作用[8]。

1.3、作为医疗机械上关键性组成部件之一。

1.4、硅橡胶也广泛应用于整容和修复术方面。

例如,用硅橡胶

来修补面容的缺陷,修补前额鼻子下颊、人工乳房、祛疤帖、

足垫等。

据估计,我国每年约有5000人安装人工乳房。

硅橡胶人

工乳房由硅橡胶包膜充填硅凝胶而成,其外形手感均是其他材

料所不能及的[17]。

1.5、硅橡胶在药物缓释体系上也有应用。

（2）、置于体外。

硅橡胶用作体外用品，由于硅橡胶薄膜具有良好的透氧透二氧化碳的特性,具有与人体皮肤水分蒸发量相近的透湿性,对人体无毒无害无过敏不易引起异物反应或排斥反应等优点,在用尼龙聚醋纤维等增强后可用作人工皮膜。

（3）、其他应用硅橡胶应用广泛,不仅在基础研究临床医学食品发酵、环境保护等方面显示了美好的前景,而且在活体应用方面也已变成了可能。

其中,两种生物传感器一生物医学电极和植人传感器是活体应用的较为典型的外包装材料[1]。

由此可见，在医用高分子领域中，硅橡胶可以说是在扮演主角的位置，它的作用非常的大，应用也非常的广泛，也深受广大从事医学方面人才的青睐。

因此，现代生物医学因为硅橡胶的出现而向前迈进的一大步。

六、硅橡胶的应用前景

随着生物医学工程、组织工程的发展，对医用材料的技术和性能要求日益提高。

就硅橡胶而言，如何使其充分应用于生物工程与组织工程是今后研究工作的主要方向。

如：

生物传感器是当今引人注目的一项生物技术。

生物传感器的微型化，与生物体的适应性等，将成为与人工脏器相关的重要课题。

医用硅橡胶在生命科学、医疗器械、药物等领域中已得到广泛而重要的应用,但还有巨大潜力可挖,随着生命科学的发展及生物材料的研究,它将为人类社会做出更大的贡献。

七、医用高分子材料的发展趋势

医用高分子材料与医疗水平的进步密切相关，其用途十分广泛。

现阶段医用高分子材料的研制具有重要的科学意义和非常巨大的社会经济效益生物医用高分子材料的发展对于战胜危害人类的疾病保障人民身体健康，探索人类生命奥秘将具有重大意义[6]。

现阶段医用高分子材料的研制具有重要的科学意义和非常巨大的社会经济效益[7]。

因此，加速我国对新型医用高分子材料的研究与开发将是今后相关材料领域刻不容缓的艰巨任务。

参考文献：

[1]承焱.医用高分子材料的应用研究及发展.《中国医疗器械信息》2005年第1卷第5期

[2]周宗华.医用高分子材料的进展.《材料报导》1992，NO.3

[3]程辉，欣．医用高分子材料的应用及发展前景[J]．医疗装备，2006，19（10）：

32-33．

[4]马建标,晨曦.功能高分子材料[M].第1版.:

化学工业,2000.

[5]爱堂，高桂芝.医用硅橡胶的最新进展.Vol24No.2,April2003

[6]小静,段树桐，田鵾鹏丽君.生物医用高分子材料发展现状-综述.2013年学术论文摘要

[7]黄静欢,丁建东.生物医用高分子材料与现代医.

1006-6586（2004）04-0001-05.

[8]章俊,胡兴斌,雄.生物医用高分子材料在医疗中的应用.430072

[9]承焱,启耀.推进医用高分子材料的产业化.化工新型材料Vol.30No.11.Nov.2002.

[10]立英.我国医用高分子材料的发展现状.化工Vol.25　No.3,Aug.2005.

[11]俞耀庭,王连永,王深琪.生物医学材料发展状况与对策[EB/OL]，2002-02-02.

[12]王磊,窦宏仪,徐士清,王学敏.医用高分子材料的现状与应用.天津300220.Vol.19No.3.May2004.

[13]程旭辉,　欣.医用高分子材料的应用及发展前景.（军区总医院医学工程科,100700）.

[14]俊彦，光明.医用硅橡胶的发展.（中科院化学物理研究所730000）1994年.

[15]秀坤,综述,许爱娥,审校.医用高分子材料在皮肤病治疗中的应用.ChinaJLeprSkinDis.Jan2008,Vol.24,No.

[16]亚军，黄华.医用高分子材料在医疗领域的应用及前景.ChineseMedicalEquipmentJournal·Vol．33·No．6·June·2012.

[17]医用高分子材料在医疗器械中的应用.《中国医疗器械信息》Vol.12No.5.