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1、22医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）高长有，马列 编著赵长生 主编9 医用高分子材料发展的动力来自医学领域的客医用高分子材料发展的动力来自医学领域的客观需求。当人体器官或组织因疾病或外伤受到损坏观需求。当人体器官或组织因疾病或外伤受到损坏时，需要器官移植。然而，时，需要器官移植。然而，只有在很少的情况下，只有在很少的情况下，人体自身的器官（如少量皮肤）可以满足需要人体自身的器官（如少量皮肤）可以满足需要。采。采用同种异体移植或异种移植，往往具有排异反应，用同种异体移植或异种移植，往往具有排异反应，严重时导致移植失败。在此情况下，人们自然设想严重时导致移植失败。在此情况下，
2、人们自然设想利用其他材料修复或替代受损器官或组织。利用其他材料修复或替代受损器官或组织。 医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）10 早在早在公元前公元前35003500年，埃及人就用棉花纤维、马年，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。公元前骨。公元前500500年的中国和埃及墓葬中发现假牙、年的中国和埃及墓葬中发现假牙、假鼻、假耳假鼻、假耳。进入。进入2020世纪，高分子科学迅速发展，世纪，高分子科学迅速发展，新的合成高分子材料不断出现，为医学领域提供了新的合成高分子材料不断出现，为医学领域提供了更
3、多的选择余地。更多的选择余地。19361936年发明了有机玻璃后，很快年发明了有机玻璃后，很快就用于制作假牙和补牙就用于制作假牙和补牙，至今仍在使用。，至今仍在使用。19431943年，年，赛璐珞薄膜开始用于血液透析赛璐珞薄膜开始用于血液透析。 医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）11 19491949年，美国首先发表了医用高分子的展望性年，美国首先发表了医用高分子的展望性论文。在文章中，第一次介绍了论文。在文章中，第一次介绍了利用利用PMMAPMMA作为人的作为人的头盖骨、关节和股骨头盖骨、关节和股骨，利用聚酰胺纤维作为手术缝利用聚酰胺纤维作为手术缝合线合线的临床应用情况。
4、的临床应用情况。5050年代，有机硅聚合物被用年代，有机硅聚合物被用于医学领域于医学领域，使人工器官的应用范围大大扩大，包，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。括器官替代和整容等许多方面。 医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）12医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）聚酰胺纤维13 此后，一大批人工器官在此后，一大批人工器官在5050年代试用于临床。年代试用于临床。 如如人工尿道（人工尿道（19501950年）、人工血管（年）、人工血管（19511951年）、年）、人工食道（人工食道（19511951年）、人工心脏瓣膜（年）、人工心脏瓣
5、膜（19521952年）、年）、人工心肺（人工心肺（19531953年）、人工关节（年）、人工关节（19541954年）、人工年）、人工肝（肝（19581958年）年）等。等。 进入进入6060年代，医用高分子材料开始进入一个崭年代，医用高分子材料开始进入一个崭新的发展时期。新的发展时期。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）14人工尿道人工尿道医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）人工血管人工血管人工食道人工食道15人工心脏隔膜人工心脏隔膜医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）16人工肺人工肺医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学
6、）17人工关节人工关节医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）手术后手术后手术前手术前18 60 60年代以前，医用高分子材料的选用主要是根年代以前，医用高分子材料的选用主要是根据特定需求，从已有的材料中筛选出合适的加以应据特定需求，从已有的材料中筛选出合适的加以应用。由于这些材料不是专门为生物医学目的设计和用。由于这些材料不是专门为生物医学目的设计和合成的，在应用中发现了许多问题，如合成的，在应用中发现了许多问题，如凝血问题、凝血问题、炎症反应、组织病变问题、补体激活与免疫反应问炎症反应、组织病变问题、补体激活与免疫反应问题题等。人们由此意识到必须针对医学应用的特殊需等。人们由
7、此意识到必须针对医学应用的特殊需要，设计合成专用的医用高分子材料。要，设计合成专用的医用高分子材料。 医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）19 美国国立心肺研究所在这方面做了开创性的工美国国立心肺研究所在这方面做了开创性的工作，他们发展了血液相容性高分子材料，以用于与作，他们发展了血液相容性高分子材料，以用于与血液接触的人工器官制造，如血液接触的人工器官制造，如人工心脏人工心脏等。从等。从7070年年代始，高分子科学家和医学家积极开展合作研究，代始，高分子科学家和医学家积极开展合作研究，使医用高分子材料快速发展起来。至使医用高分子材料快速发展起来。至8080年代以来，年代以来
8、，发达国家的医用高分子材料产业化速度加快，基本发达国家的医用高分子材料产业化速度加快，基本形成了一个崭新的生物材料产业。形成了一个崭新的生物材料产业。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）20人工心脏人工心脏医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）美国国立心肺研究所研制美国国立心肺研究所研制人工心脏起搏器 21 医用高分于作为一门边缘学科，融和了医用高分于作为一门边缘学科，融和了高分子高分子化学、高分子物理、生物化学、合成材料工艺学、化学、高分子物理、生物化学、合成材料工艺学、病理学、药理学、解剖学和临床医学病理学、药理学、解剖学和临床医学等多方面的知等多方面的知
9、识，还涉及许多识，还涉及许多工程学工程学问题，如各种医疗器械的设问题，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。完善，功能越来越齐全。 医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）22 高分子材料虽然不是万能的，不可能指望它解高分子材料虽然不是万能的，不可能指望它解决一切医学问题，但通过分子设计的途径，合成出决一切医学问题，但通过分子设计的途径，合成出具有生物医学功能的理想医用高分子材料的前景是具有生物医学功能的
10、理想医用高分子材料的前景是十分广阔的。有人预计，在十分广阔的。有人预计，在2121世纪，医用高分子将世纪，医用高分子将进入一个全新的时代。除了大脑之外，人体的所有进入一个全新的时代。除了大脑之外，人体的所有部位和脏器都可用高分子材料来取代。仿生人也将部位和脏器都可用高分子材料来取代。仿生人也将比想象中更快地来到世上。比想象中更快地来到世上。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）23 目前用高分子材料制成的人工器官中，比较成目前用高分子材料制成的人工器官中，比较成功的有功的有人工血管、人工食道、人工尿道、人工心脏人工血管、人工食道、人工尿道、人工心脏瓣膜、人工关节、人工骨、整形材
11、料瓣膜、人工关节、人工骨、整形材料等。巳取得重等。巳取得重大研究成果，但还需不断完善的有大研究成果，但还需不断完善的有人工肾、人工心人工肾、人工心脏、人工肺、人工胰脏、人工眼球、人造血液脏、人工肺、人工胰脏、人工眼球、人造血液等。等。另有一些功能较为复杂的器官，如另有一些功能较为复杂的器官，如人工肝脏、人工人工肝脏、人工胃、人工子宫胃、人工子宫等。则正处于大力研究开发之中。等。则正处于大力研究开发之中。 医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）24 从应用情况看，人工器官的功能开始从部分取从应用情况看，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代向完全
12、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。人工感觉器官、人工肢体发展。 医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）25 医用高分子材料研发过程中遇到的一个巨大难医用高分子材料研发过程中遇到的一个巨大难题是材料的题是材料的抗血栓问题抗血栓问题。当材料用于人工器官植入。当材料用于人工器官植入体内时，必然要与血液接触。由于人体的自然保护体内时，必然要与血液接触。由于人体的自然保护性反应将产生排
13、异现象，其中之一即为在材料与肌性反应将产生排异现象，其中之一即为在材料与肌体接触表面产生凝血，即体接触表面产生凝血，即血栓血栓，结果将造成手术失，结果将造成手术失败，严重的还会引起生命危险。对高分子材料的抗败，严重的还会引起生命危险。对高分子材料的抗血栓性研制是医用高分子研究中的关键问题，至今血栓性研制是医用高分子研究中的关键问题，至今尚未完全突破。将是今后医用高分子材料研究中的尚未完全突破。将是今后医用高分子材料研究中的首要问题首要问题。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）261.2 医用高分子的分类医用高分子的分类 医用高分子是一门较年轻的学科，发展历史不医用高分子是一门
14、较年轻的学科，发展历史不长，因此长，因此医用高分子的定义至今尚不十分明确医用高分子的定义至今尚不十分明确。另。另外，由于医用高分子是由多学科参与的交叉学科，外，由于医用高分子是由多学科参与的交叉学科，根据不同学科领域的习惯出现了不同的分类方式。根据不同学科领域的习惯出现了不同的分类方式。 目前医用高分子材料随来源、应用目的等可以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分为多种类型。各种医用高分子材料的名称也很不统一。统一。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）27 日本医用高分子专家樱井靖久将医用高分子分日本医用高分子专家樱井靖久将医
15、用高分子分成如下的五大类：成如下的五大类：（1 1）与生物体组织不直接接触的材料）与生物体组织不直接接触的材料 这类材料用于制造虽在医疗卫生部门使用，但这类材料用于制造虽在医疗卫生部门使用，但不直接与生物体组织接触的医疗器械和用品不直接与生物体组织接触的医疗器械和用品。如药。如药剂容器、血浆袋、输血输液用具、注射器、化验室剂容器、血浆袋、输血输液用具、注射器、化验室用品、手术室用品等。用品、手术室用品等。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）28（2 2）与皮肤、粘膜接触的材料）与皮肤、粘膜接触的材料 用这类材料制造的医疗器械和用品，需与人体用这类材料制造的医疗器械和用品，需与
16、人体肌肤与粘膜接触，但不与人体内部组织、血液、体肌肤与粘膜接触，但不与人体内部组织、血液、体液接触液接触，因此要求无毒、无刺激，有一定的机械强，因此要求无毒、无刺激，有一定的机械强度。用这类材料制造的物品如手术用手套、麻醉用度。用这类材料制造的物品如手术用手套、麻醉用品（吸氧管、口罩、气管插管等）、诊疗用品（洗品（吸氧管、口罩、气管插管等）、诊疗用品（洗眼用具、耳镜、压舌片、灌肠用具、肠、胃、食道眼用具、耳镜、压舌片、灌肠用具、肠、胃、食道窥镜导管和探头、腔门镜、导尿管等）、绷带、橡窥镜导管和探头、腔门镜、导尿管等）、绷带、橡皮膏等。人体整容修复材料，例如假肢、假耳、假皮膏等。人体整容修复材料
17、，例如假肢、假耳、假眼、假鼻等，也都可归入这一类中。眼、假鼻等，也都可归入这一类中。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）29（3 3）与人体组织短期接触的材料）与人体组织短期接触的材料 这类材料大多用来制造在手术中暂时使用或暂这类材料大多用来制造在手术中暂时使用或暂时替代病变器官的人工脏器时替代病变器官的人工脏器，如人造血管、人工心，如人造血管、人工心脏、人工肺、人工肾脏渗析膜、人造皮肤等。这类脏、人工肺、人工肾脏渗析膜、人造皮肤等。这类材料在使用中需与肌体组织或血液接触，故一般要材料在使用中需与肌体组织或血液接触，故一般要求有较好的生物体适应性和抗血栓性。求有较好的生物体适
18、应性和抗血栓性。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）30（4 4）长期植入体内的材料）长期植入体内的材料 用这类材料制造的人工脏器或医疗器具，一经用这类材料制造的人工脏器或医疗器具，一经植入人体内，将伴随人的终生，不再取出植入人体内，将伴随人的终生，不再取出。因此要。因此要求有非常优异的生物体适应性和抗血栓性，并有较求有非常优异的生物体适应性和抗血栓性，并有较高的机械强度和稳定的化学、物理性质。用这类材高的机械强度和稳定的化学、物理性质。用这类材料制备的人工脏器包括：脑积水症髓液引流管、人料制备的人工脏器包括：脑积水症髓液引流管、人造血管、人工瓣膜、人工气管、人工尿道、人工骨
19、造血管、人工瓣膜、人工气管、人工尿道、人工骨骼、人工关节、手术缝合线、组织粘合剂等。骼、人工关节、手术缝合线、组织粘合剂等。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）31（5 5）药用高分子）药用高分子 这类高分子包括这类高分子包括大分子化药物和药物高分子大分子化药物和药物高分子。前者是指将传统的小分子药物大分子化，如聚青霉前者是指将传统的小分子药物大分子化，如聚青霉素；后者则指本身就有药理功能的高分子，如阴离素；后者则指本身就有药理功能的高分子，如阴离子聚合物型的干扰素诱发剂。子聚合物型的干扰素诱发剂。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）32 除此之外，还有以下
20、一些常用的分类方法。除此之外，还有以下一些常用的分类方法。（1 1）按材料的来源分类）按材料的来源分类 1 1）天然医用高分子材料）天然医用高分子材料 如胶原、明胶、丝蛋白、角质蛋白、纤维素、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。多糖、甲壳素及其衍生物等。 2 2）人工合成医用高分子材料）人工合成医用高分子材料 如聚氨酯、硅橡胶、聚酯等。如聚氨酯、硅橡胶、聚酯等。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）33 3 3）天然生物组织与器官）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
21、替代物；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；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。猪的心脏瓣膜代替人的心脏瓣膜，治疗心脏病等。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）34（2 2）按材料与活体组织的相互作用关系分类）按材料与活体组织的相互作用关系分类 1 1）生物惰性高分子材料）生物惰性高分子材料 在体内不降解、不变性、不会引起长期组织反在体内不降解、不变性、不会引起长期组织反应
22、的高分子材料，适合长期植入体内。应的高分子材料，适合长期植入体内。 2 2）生物活性高分子材料）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，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。促进肌体组织、细胞等生长的材料。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）35 3 3）生物吸收高分子材料）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，对人体健康没有谢，获通过排泄系统排出体外，对
23、人体健康没有影响。如用聚乳酸制成的体内手术缝合线、体内影响。如用聚乳酸制成的体内手术缝合线、体内粘合剂等。粘合剂等。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）36（3 3）按生物医学用途分类）按生物医学用途分类 1 1）硬组织相容性高分子材料）硬组织相容性高分子材料 如骨科、齿科用高分子材料；如骨科、齿科用高分子材料； 2 2）软组织相容性高分子材料）软组织相容性高分子材料 3 3）血液相容性高分子材料）血液相容性高分子材料 4 4）高分子药物和药物控释高分子材料）高分子药物和药物控释高分子材料医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）37（4 4）按与肌体组织接触的关
24、系分类）按与肌体组织接触的关系分类 1) 1) 长期植入材料长期植入材料 如人工血管、人工关节、人工晶状体等。如人工血管、人工关节、人工晶状体等。 2) 2) 短期植入（接触）材料短期植入（接触）材料 如透析器、心肺机管路和器件等。如透析器、心肺机管路和器件等。 3) 3) 体内体外连通使用的材料体内体外连通使用的材料 如心脏起搏器的导线、各种插管等。如心脏起搏器的导线、各种插管等。 4) 4) 与体表接触材料及一次性医疗用品材料与体表接触材料及一次性医疗用品材料医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）38 目前在实际应用中，更实用的是仅将医用高分目前在实际应用中，更实用的是仅将
25、医用高分子分为两大类，一类是子分为两大类，一类是直接用于治疗人体某一病变直接用于治疗人体某一病变组织、替代人体某一部位或某一脏器、修补人体某组织、替代人体某一部位或某一脏器、修补人体某一缺陷的材料一缺陷的材料。如用作人工管道（血管、食道、肠。如用作人工管道（血管、食道、肠道、尿道等）、人造玻璃体（眼球）、人工脏器道、尿道等）、人造玻璃体（眼球）、人工脏器（心脏、肾脏、肺、胰脏等）、人造皮肤、人造血（心脏、肾脏、肺、胰脏等）、人造皮肤、人造血管，手术缝合用线、组织粘合剂、整容材料（假管，手术缝合用线、组织粘合剂、整容材料（假耳、假眼、假鼻、假肢等）的材料。耳、假眼、假鼻、假肢等）的材料。 医用高
26、分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）39 另一类则是另一类则是用来制造医疗器械、用品的材料用来制造医疗器械、用品的材料，如注射器、手术钳、血浆袋等。这类材料用来为医如注射器、手术钳、血浆袋等。这类材料用来为医疗事业服务，但本身并不具备治疗疾病、替代人体疗事业服务，但本身并不具备治疗疾病、替代人体器官的功能，因此不属功能高分子的范畴。器官的功能，因此不属功能高分子的范畴。 国内通常将高分子药物单独列为一类功能性高国内通常将高分子药物单独列为一类功能性高分子，故不在医用高分子范围内讨论。分子，故不在医用高分子范围内讨论。 本章讨论直接用于治疗人体病变组织，替代人本章讨论直接用于治疗人体
27、病变组织，替代人体病变器官、修补人体缺陷的高分子材料。体病变器官、修补人体缺陷的高分子材料。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）401.3 对医用高分子材料的基本要求对医用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，要求有十分优良的
28、用高分子材料具有严格的要求，要求有十分优良的特性。归纳起来，一个具备了以下七个方面性能的特性。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。材料，可以考虑用作医用材料。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）41（1 1）化学隋性，不会因与体液接触而发生反应）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：人体环境对高分子材料主要有以下一些影响： 1) 1)体液引起聚合物的降解、交联和相变化；体液引起聚合物的降解、交联和相变化； 2) 2)体内的自由基引起材料的氧化降解反应；体内的自由基引起材料的氧化降解反应； 3) 3)生物酶引
29、起的聚合物分解反应；生物酶引起的聚合物分解反应； 4) 4)在体液作用下材料中添加剂的溶出；在体液作用下材料中添加剂的溶出； 5) 5)血液、体液中的类脂质、类固醇及脂肪等物血液、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。质渗入高分子材料，使材料增塑，强度下降。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）42 但对医用高分子来说，在某些情况下，但对医用高分子来说，在某些情况下，“老化老化”并不一定都是贬意的，有时甚至还有积极的意义。并不一定都是贬意的，有时甚至还有积极的意义。如作为医用粘合剂用于组织粘合，或作为医用手术如作为医用粘合剂用于组织粘合，或作为
30、医用手术缝合线时，在发挥了相应的效用后，反倒不希望它缝合线时，在发挥了相应的效用后，反倒不希望它们有太好的化学稳定性，而是希望它们尽快地被组们有太好的化学稳定性，而是希望它们尽快地被组织所分解、吸收或迅速排出体外。在这种情况下，织所分解、吸收或迅速排出体外。在这种情况下，对材料的附加要求是：对材料的附加要求是：在分解过程中，不应产生对在分解过程中，不应产生对人体有害的副产物人体有害的副产物。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）43（2 2）对人体组织不会引起炎症或异物反应）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良影响，但在合成、加工过程中不可避免地会残留一些一些单体单体，或使用一些，或使用一些添加剂添加剂。当材料植入人体以。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，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，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。严重的可引起全身性反应。医用高分子材料医用高分子材料 （临床医学）（临床医学）