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1、高分子生物医药材料第1页，此课件共83页哦一、一、生物医学高分子材料的概念的概念l生物体是有机高分子存在的最基本形式，有机高分子是生命的基础。动物体与植物体组成最重要的物质蛋白质、肌肉、纤维素、淀粉、生物酶和果胶等都是高分子化合物。因此，可以说，生物界是天然高分子的巨大产地。高分子化合物在生物界的普遍存在，决定了它们在医学领域中的特殊地位。此外，在各种材料中，高分子材料的结构，化学组成和理化性质与生物体最为接近，因此最有可能用作医用材料。第一节 概述第2页，此课件共83页哦l生物医学高分子材料（Biomedica1Polymer）也称医用高分子材料，指的是用于制造能增强或取代生物组织、脏器和体
2、外器官功能的代用品，以及药物剂型和医疗器械的聚合物材料。第3页，此课件共83页哦l金属，无机和合成高分子材料的应用统计第4页，此课件共83页哦l高分子材料的飞速发展为医用材料提供了丰富的物质基础。如今塑料、合成橡胶、合成纤维三大合成材料及其复合物在人体上的应用，已覆盖了体内体外，包括血液系统、呼吸系统、消化系统、循环系统、生殖系统、皮肤、感觉器官、运动系统、泌尿系统、以及神经系统中的末梢神经等各领域。第5页，此课件共83页哦二、生物医学高分子材料的种类 1.按来源分类（1）天天然然医医用用高高分分子子材材料料 如如胶胶原原、明明胶胶、丝丝蛋蛋白白、角角质蛋白、纤维素、粘多糖、甲壳素及其衍生物等
3、。质蛋白、纤维素、粘多糖、甲壳素及其衍生物等。（2）人人工工合合成成医医用用高高分分子子材材料料 如如聚聚氨氨酯酯、硅硅橡橡胶胶、聚酯等。聚酯等。（3 3）天然生物组织与器官天然生物组织与器官 包括：包括：取自患者自体的组织取自患者自体的组织 取自其他人的同种异体组织取自其他人的同种异体组织 来自其他动物的异种同类组织。来自其他动物的异种同类组织。第6页，此课件共83页哦 合成高分子生物医学材料有四种聚合物是专门为生物医学应用而开发的：聚乙交酯（PGA）聚（丙交酯）（PLA）聚乙交酯-丙交酯（PGLA）聚-对-二氧杂环已酮（PDS）第7页，此课件共83页哦 有几种已工业化生产的聚合物，虽不是专
4、门为生物医学应用而生产，但通过用专门的技术进行加工后也可以制成供生物医学方面应用的纤维、细丝、微孔材料和管状材料。聚四氟乙烯（用做微孔织物和薄膜）聚丙烯（用做微孔薄膜和中空纤维膜)聚丙烯腈（用做中空纤维膜）聚酰胺纤维第8页，此课件共83页哦2.按材料与活体组织的相互作用关系分类生物惰性生物惰性（bioinert）高分子材料 在体内不降解、不变性、不会引起长期组织反应的高分子材料，适合长期植入体内。生物活性生物活性（bioaciive）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。生物吸收生物吸收（bioabsorbable）高分子材料 这类材料又称生物降解
5、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，或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9页，此课件共83页哦3.按生物医学用途分类l手术治疗用高分子材料手术治疗用高分子材料缝合线，黏胶剂，止血剂，各种导管，引流管，一缝合线，黏胶剂，止血剂，各种导管，引流管，一次性输血输液器材次性输血输液器材l药用及药物传递用高分子材料药用及药物传递用高分子材料l靶向性高分子载体（肝靶向性，肿瘤靶向性），靶向性高分子载体（肝靶向性，肿瘤靶向性），高分子药物（干扰素，降胆敏），高分子控制释高分子药物（干扰素，降胆敏），高分子控制释放载体（胶囊，
6、水凝胶，脂质体）放载体（胶囊，水凝胶，脂质体）l人造器官或组织人造器官或组织l人造皮肤，血管，骨，关节，肠道，心脏，肾等人造皮肤，血管，骨，关节，肠道，心脏，肾等第10页，此课件共83页哦4.按降解性能分类l非生物降解非生物降解：聚氨酯、聚橡胶、聚乙烯、聚丙烯酸酯应用：韧带、皮肤、血管、人工器脏等特点：大多数不具生物活性，与组织不易牢固结合，易导致毒性、过敏性等反应。l生物降解生物降解：聚乳酸、聚酯、聚酸酐、改性的天然多糖和蛋白质等 应用：暂时执行替代组织和器官的功能，或作为药物缓释系统和送达载体、缝合线、创伤辅料 特点：易降解，降解产物经代谢排出体外，对组织生长无影响。第11页，此课件共83
7、页哦l它们之间的关系可表示为：三、对医用高分子材料的基本要求三、对医用高分子材料的基本要求 第12页，此课件共83页哦l(一）一）对医用高分子材料本身性能的要求对医用高分子材料本身性能的要求l1.耐生物老化性。对于长期植入的医用高分子材料，生物稳定性要好，但对于暂时植入的医用高分子材料，则要求能够在确定时间内降解为无毒的单体或片断，通过吸收、代谢过程排出体外。l2.物理和力学稳定性。针对不同的用途，在使用期内医用高分子材料的强度、弹性、尺寸稳定性、耐磨性应适当。对于某些用途，还要求具有界面稳定性。l3.易于加工成型。l4.材料易得，价格适当。l5.便于消毒灭菌。第13页，此课件共83页哦l（二
8、二）对对医医用用高高分分子子材材料料的的人人体体效效应应的的要求要求-生物相容性生物相容性l 生物相容性是描述生物医用材料与生物体相互作用情况的概念。如果说某种材料的生物相容性好，是指这种材料能够与肌体相互适应，即材料对肌体没有显著或严重的不良反应，肌体也不引起材料性能的改变。l 生物相容性包括血液相容性、组织相容性和生物降解吸收性。第14页，此课件共83页哦l1 1血液相容性血液相容性 l指材料与血液接触时，不发生溶血或凝血。指材料与血液接触时，不发生溶血或凝血。l具有抗血栓性能的材料的表面结构有以下特征。具有抗血栓性能的材料的表面结构有以下特征。l (1)(1)带负电荷表面带负电荷表面 l
9、 （2 2）具亲水性或疏水性均衡的表面）具亲水性或疏水性均衡的表面 l （3 3）具微相分离结构表面）具微相分离结构表面 l （4 4）具具接接枝枝或或涂涂覆覆抗抗凝凝血血物物质质表表面面天天然然的的抗抗凝凝血血物物质质有尿激酶、肝素、前列腺素等。有尿激酶、肝素、前列腺素等。l (5)(5)伪内膜形成表面伪内膜形成表面 第15页，此课件共83页哦高分子材料的凝血作用高分子材料的凝血作用（1 1）血栓的形成）血栓的形成 通常，当人体的表皮受到损伤时，流出的血液通常，当人体的表皮受到损伤时，流出的血液会自动凝固，称为血栓。实际上，血液在受到下列会自动凝固，称为血栓。实际上，血液在受到下列因素影响时
10、，都可能发生血栓：因素影响时，都可能发生血栓：血管壁特性与血管壁特性与状态发生变化；状态发生变化；血液的性质发生变化；血液的性质发生变化；血液血液的流动状态发生变化。的流动状态发生变化。第16页，此课件共83页哦血栓形成过程示意图血栓形成过程示意图第17页，此课件共83页哦血液相容性高分子材料的制取血液相容性高分子材料的制取（1 1）使材料表面带上负电荷的基团）使材料表面带上负电荷的基团 例如将例如将芝加哥酸芝加哥酸（1 1氨基氨基8 8萘酚萘酚2,42,4二磺酸萘）（见下式）引入聚合物表面后，可减少二磺酸萘）（见下式）引入聚合物表面后，可减少血小板在聚合物表面上的粘附量，抗疑血性提高。血小板
11、在聚合物表面上的粘附量，抗疑血性提高。第18页，此课件共83页哦（2 2）高分子材料的表面接枝改性）高分子材料的表面接枝改性 采用化学法（如偶联法、臭氧化法等）和物理采用化学法（如偶联法、臭氧化法等）和物理法（等离子体法、高能辐射法、紫外光法等）将具法（等离子体法、高能辐射法、紫外光法等）将具有抗凝血性的天然和化学合成的化合物，如肝素、有抗凝血性的天然和化学合成的化合物，如肝素、聚氧化乙烯接枝到高分子材料表面上。研究表明，聚氧化乙烯接枝到高分子材料表面上。研究表明，血小板不能粘附于用聚氧化乙烯处理过的玻璃上。血小板不能粘附于用聚氧化乙烯处理过的玻璃上。第19页，此课件共83页哦 添加聚氧化乙烯
12、（分子量为添加聚氧化乙烯（分子量为60006000）于凝血酶溶）于凝血酶溶液中，可防止凝血酶对玻璃的吸附。因此，在血液液中，可防止凝血酶对玻璃的吸附。因此，在血液相容性高分子材料的研究中，聚氧化乙烯是十分重相容性高分子材料的研究中，聚氧化乙烯是十分重要的抗凝血材料。要的抗凝血材料。通过接枝改性调节高分子材料表面分子结构中通过接枝改性调节高分子材料表面分子结构中的亲水基团与疏水基团的比例，使其达到一个最佳的亲水基团与疏水基团的比例，使其达到一个最佳值，也是改善材料血液相容性的有效方法。值，也是改善材料血液相容性的有效方法。第20页，此课件共83页哦（3 3）制备具有微相分离结构的材料）制备具有微
13、相分离结构的材料 研究发现，具有微相分离结构的高分子材料对血液研究发现，具有微相分离结构的高分子材料对血液相容性有十分重要的作用，而它们基本上是嵌段共聚相容性有十分重要的作用，而它们基本上是嵌段共聚物和接枝共聚物。其中研究得较多的是聚氨酯嵌段共物和接枝共聚物。其中研究得较多的是聚氨酯嵌段共聚物，即由软段和硬段组成的多嵌段共聚物，其中软聚物，即由软段和硬段组成的多嵌段共聚物，其中软段一般为聚醚、聚丁二烯、聚二甲基硅氧烷等，形成段一般为聚醚、聚丁二烯、聚二甲基硅氧烷等，形成连续相；硬段包含脲基和氨基甲酸酯基，形成分散相。连续相；硬段包含脲基和氨基甲酸酯基，形成分散相。在这类嵌段共聚物血液相容性的研
14、究中发现，软在这类嵌段共聚物血液相容性的研究中发现，软段聚醚对材料的抗凝血性的贡献较大，而其分子量对段聚醚对材料的抗凝血性的贡献较大，而其分子量对血液相容性和血浆蛋白质的吸附均有显著影响。同样，血液相容性和血浆蛋白质的吸附均有显著影响。同样，具有微相分离结构的接枝共聚物、亲水具有微相分离结构的接枝共聚物、亲水/疏水型嵌段疏水型嵌段共聚物等都有一定的抗凝血性。共聚物等都有一定的抗凝血性。第21页，此课件共83页哦（4 4）高分子材料的肝素化）高分子材料的肝素化 肝素是一种硫酸多糖类物质（见下式），是最肝素是一种硫酸多糖类物质（见下式），是最早被认识的天然抗凝血产物之一。早被认识的天然抗凝血产物之
15、一。第22页，此课件共83页哦 肝素的作用机理是催化和增强抗凝血酶与凝血肝素的作用机理是催化和增强抗凝血酶与凝血酶的结合而防止凝血。将肝素通过接枝方法固定在酶的结合而防止凝血。将肝素通过接枝方法固定在高分子材料表面上以提高其抗凝血性，是使材料的高分子材料表面上以提高其抗凝血性，是使材料的抗凝血性改变的重要途径。在高分子材料结构中引抗凝血性改变的重要途径。在高分子材料结构中引入肝素后，在使用过程中，肝素慢慢地释放，能明入肝素后，在使用过程中，肝素慢慢地释放，能明显提高抗血栓性。显提高抗血栓性。第23页，此课件共83页哦（5 5）材料表面伪内膜化）材料表面伪内膜化 人们发现，大部分高分子材料的表面
16、容易沉渍人们发现，大部分高分子材料的表面容易沉渍血纤蛋白而凝血。如果有意将某些高分子的表面制血纤蛋白而凝血。如果有意将某些高分子的表面制成纤维林立状态，当血液流过这种粗糙的表面时，成纤维林立状态，当血液流过这种粗糙的表面时，迅速形成稳定的凝固血栓膜，但不扩展成血栓，然迅速形成稳定的凝固血栓膜，但不扩展成血栓，然后诱导出血管内皮细胞。这样就相当于在材料表面后诱导出血管内皮细胞。这样就相当于在材料表面上覆盖了一层光滑的生物层上覆盖了一层光滑的生物层伪内膜。这种伪内膜伪内膜。这种伪内膜与人体心脏和血管一样，具有光滑的表面，从而达与人体心脏和血管一样，具有光滑的表面，从而达到永久性的抗血栓。到永久性的
17、抗血栓。第24页，此课件共83页哦l2.2.组织相容性组织相容性 l指指材材料料与与血血液液以以外外的的生生物物组组织织接接触触时时，材材料料本本身身的的性性能能满满足足使使用用要要求求而而对对生生物物体体无无刺刺激激性性、不不使使组组织织和和细细胞胞发发生生炎炎症症、坏坏死死和和功功能能下下降降，并并能能按按照照需需要要进进行行增增殖和代谢。殖和代谢。l具具体体来来说说，要要求求材材料料置置于于一一般般组组织织表表面面、器器官官空空间间组组织织内内等等处处后后，活活体体组组织织不不发发生生排排斥斥反反应应，材材料料自自身身也也不不因因与与活活体体组组织织、体体液液中中多多成成分分长长期期接接
18、触触发发生生性性质质劣劣化，功能下降。化，功能下降。第25页，此课件共83页哦 组织相容性是指材料与人体组织，如骨骼、牙齿、内部组织相容性是指材料与人体组织，如骨骼、牙齿、内部器官、肌肉、肌腱、皮肤等的相互适应性。器官、肌肉、肌腱、皮肤等的相互适应性。高分子材料植入对组织反应的影响：高分子材料植入对组织反应的影响：高分子材料植入人体后，对组织反应的影响因素高分子材料植入人体后，对组织反应的影响因素包括材料本身的结构和性质（如微相结构、亲水性、包括材料本身的结构和性质（如微相结构、亲水性、疏水性、电荷等）、材料中可渗出的化学成分（如残疏水性、电荷等）、材料中可渗出的化学成分（如残留单体、杂质、低
19、聚物、添加剂等）、降解或代谢产留单体、杂质、低聚物、添加剂等）、降解或代谢产物等。此外，植入材料的几何形状也可能引起组织反物等。此外，植入材料的几何形状也可能引起组织反应。应。第26页，此课件共83页哦（1 1）材料中渗出的化学成分对生物反应的影响）材料中渗出的化学成分对生物反应的影响 材料中逐渐渗出的各种化学成分（如添加剂、材料中逐渐渗出的各种化学成分（如添加剂、杂质、单体、低聚物以及降解产物等）会导致不同杂质、单体、低聚物以及降解产物等）会导致不同类型的组织反应，例如炎症反应。类型的组织反应，例如炎症反应。组织反应的严重程度与渗出物的毒性、浓度、总量、渗组织反应的严重程度与渗出物的毒性、浓
20、度、总量、渗出速率和持续期限等密切相关。一般而言，渗出物毒性越大、出速率和持续期限等密切相关。一般而言，渗出物毒性越大、渗出量越多，则引起的炎症反应越强。渗出量越多，则引起的炎症反应越强。第27页，此课件共83页哦例如，聚氨酯和聚氯乙烯中可能存在的残余单例如，聚氨酯和聚氯乙烯中可能存在的残余单体有较强的毒性，渗出后会引起人体严重的炎症反体有较强的毒性，渗出后会引起人体严重的炎症反应。而硅橡胶、聚丙烯、聚四氟乙烯等高分子的毒应。而硅橡胶、聚丙烯、聚四氟乙烯等高分子的毒性渗出物通常较少，植入人体后表现的炎症反应较性渗出物通常较少，植入人体后表现的炎症反应较轻。轻。如果渗出物的持续渗出时间较长，则可
21、能发展如果渗出物的持续渗出时间较长，则可能发展成慢性炎症反应。如某些被人体分解吸收较慢的生成慢性炎症反应。如某些被人体分解吸收较慢的生物吸收性高分子材料容易引起慢性无菌性炎症。物吸收性高分子材料容易引起慢性无菌性炎症。第28页，此课件共83页哦（2 2）高分子材料的生物降解对生物反应的影响）高分子材料的生物降解对生物反应的影响 高分子材料生物降解对人体组织反应的影响取高分子材料生物降解对人体组织反应的影响取决于降解速度、产物的毒性、降解的持续期限等因决于降解速度、产物的毒性、降解的持续期限等因素。降解速度慢而降解产物毒性小，一般不会引起素。降解速度慢而降解产物毒性小，一般不会引起明显的组织反应
22、。但若降解速度快而降解产物毒性明显的组织反应。但若降解速度快而降解产物毒性大，可能导致严重的急性或慢性炎症反应。如有报大，可能导致严重的急性或慢性炎症反应。如有报道采用聚酯材料作为人工喉管修补材料出现慢性炎道采用聚酯材料作为人工喉管修补材料出现慢性炎症的情况。症的情况。第29页，此课件共83页哦（3 3）材料物理形态等因素对组织反应的影响）材料物理形态等因素对组织反应的影响 高分子材料的物理形态如大小、形状、孔度、高分子材料的物理形态如大小、形状、孔度、表面平滑度等因素也会影响组织反应。另外，试验表面平滑度等因素也会影响组织反应。另外，试验动物的种属差异、材料植入生物体的位置等生物学动物的种属
23、差异、材料植入生物体的位置等生物学因素以及植入技术等人为因素也是不容忽视的。因素以及植入技术等人为因素也是不容忽视的。曾对不同形状的材料植入小白鼠体内出现肿瘤曾对不同形状的材料植入小白鼠体内出现肿瘤的情况进行过统计，发现当植入材料为的情况进行过统计，发现当植入材料为大体积薄片大体积薄片时，出现肿瘤的可能性比在薄片上穿大孔时高出一时，出现肿瘤的可能性比在薄片上穿大孔时高出一倍左右。而海绵状、纤维状和粉末状材料几乎不会倍左右。而海绵状、纤维状和粉末状材料几乎不会引起肿瘤引起肿瘤.一般来说，植入体内材料的体积大、粗糙、不均匀的一般来说，植入体内材料的体积大、粗糙、不均匀的表面会加剧其周围组织的反应。
24、植入材料与生物组织表面会加剧其周围组织的反应。植入材料与生物组织之间的相对运动，也会引发较严重的组织反应。之间的相对运动，也会引发较严重的组织反应。第30页，此课件共83页哦高分子材料在体内的表面钙化高分子材料在体内的表面钙化 观察发现，高分子材料在植入人体内后，再经观察发现，高分子材料在植入人体内后，再经过一段时间的试用后，会出现钙化合物在材料表面过一段时间的试用后，会出现钙化合物在材料表面沉积的现象，即钙化现象。钙化现象往往是导致高沉积的现象，即钙化现象。钙化现象往往是导致高分子材料在人体内应用失效的原因之一。试验结果分子材料在人体内应用失效的原因之一。试验结果证明，钙化现象不仅是胶原生物
25、材料的特征，一些证明，钙化现象不仅是胶原生物材料的特征，一些高分子水溶胶，如聚甲基丙烯酸羟乙酯在大鼠、仓高分子水溶胶，如聚甲基丙烯酸羟乙酯在大鼠、仓鼠、荷兰猪的皮下也发现有钙化现象。鼠、荷兰猪的皮下也发现有钙化现象。一般而言，材料植入时，被植个体越年青，材一般而言，材料植入时，被植个体越年青，材料表面越可能发生钙化。多孔材料的钙化情况比无料表面越可能发生钙化。多孔材料的钙化情况比无孔材料要严重。孔材料要严重。第31页，此课件共83页哦l3 3生物降解吸收性生物降解吸收性 l 指指材材料料在在活活体体环环境境中中可可发发生生速速度度能能控控制制的的降降解解，并并能能被被活活体体在在一一定定时时间
26、间内内自自行吸收代谢或排泄。行吸收代谢或排泄。l 按按照照在在生生物物体体内内降降解解方方式式可可分分为为水水解型和酶解型两种。解型和酶解型两种。第32页，此课件共83页哦l作为种需在体内长期存留的高分子材料，耐生物老化性是十分重要的。高分子材料在生物体内与血液、体液接触后的物理、化学性能的下降称为“体内老化”，受下列因素影响：l(1)体液引起的聚合物降解、交联或相变；l(2)游离基引起的氧化降解；l(3)酶所引起的分解作用。l上述因素对聚合物的作用，还与聚合物本身的活性有关。第33页，此课件共83页哦l由于高分子材料接触生物体的部位不同，其耐生物老化性的要求有很大差异，并不是作任何用途的高分
27、子材料都要有很好的耐老化性。相反，在某些场合当高分子材料发挥了相应的效用以后，反倒希望它有生物降解性，能尽快的被机体组织分解吸收或排出。在这种情况下，对材料的唯一要求是在降解过程中不产生有害于机体的副产物。如医用缝合线、医用粘合剂、控释药物载体、人工血红蛋白的胶囊、人工皮肤及人工神经等都需应用这一类可生物降解的高分子材料。第34页，此课件共83页哦l从化学反应的角度看，聚合物降解有如下三种可能：l(1)疏水聚合物主链上的不稳定键被水解变成低分子量的水溶性分子；l(2)非水溶性的聚合物通过侧链基团的水解、离子化或质子化，变成水溶性聚合物；l(3)交联聚合物被水解掉不稳定的交联链，而变成可溶于水的
28、线型分子。第35页，此课件共83页哦l（三）具备效果显示功能（三）具备效果显示功能l 具有显示其医用效果的功能，即具有显示其医用效果的功能，即生物功能性生物功能性。l 1.1.可检查、诊断疾病可检查、诊断疾病l 2 2可可辅辅助助治治疗疗疾疾病病如如注注射射器器、缝缝合合线线和和手手套套等等手手术术用用品品材料材料l 3.3.可可分分别别满满足足各各脏脏器器对对维维持持或或延延长长生生命命功功能能的的性性能要求能要求l 4.4.具备支持活体、保护软组织、脑和内脏的功能等。具备支持活体、保护软组织、脑和内脏的功能等。l 5.5.具具备备可可改改变变药药物物吸吸收收途途径径，控控制制药药物物释释放
29、放速速度度、部位，并满足疾病治疗要求的功能。部位，并满足疾病治疗要求的功能。第36页，此课件共83页哦l（四）对医用高分子材料生产与加工的要求（四）对医用高分子材料生产与加工的要求l要要防防止止在在医医用用高高分分子子材材料料生生产产、加加工工工工程程中中引引入入对对人人体体有害的物质。有害的物质。l1.1.严严格格控控制制用用于于合合成成医医用用高高分分子子材材料料的的原原料料的的纯纯度度，不能代入有害杂质，重金属含量不能超标。不能代入有害杂质，重金属含量不能超标。l2.2.医用高分子材料的加工助剂必须是符合医用标准。医用高分子材料的加工助剂必须是符合医用标准。l3.3.对对于于体体内内应应
30、用用的的医医用用高高分分子子材材料料，生生产产环环境境应应当当具具有适宜的洁净级别。有适宜的洁净级别。第37页，此课件共83页哦第二节天然生物降解性高分子生物医用材料l在体内一段时间可以发挥功能，一段时间后开始降解并失去原有的功能，其降解产物经新陈代谢后被吸收或排出体外。l原料来源丰富，便宜易得；易加工成型；具有适宜的物理力学性能；不引起异体免疫反应。第38页，此课件共83页哦l天然多糖类材料：纤维素、甲壳素、淀粉、木质素、海藻酸l天然蛋白类材料：胶原、纤维蛋白第39页，此课件共83页哦l（一）甲壳素类纤维l1甲壳素的存在l甲壳质又名几丁质、甲壳素、壳多糖，广泛存在于节足动物（蜘蛛类、甲壳类）
31、的翅膀或外壳及真菌和藻类的细胞壁中。l在自然界中，甲壳质的年生物合成量约100亿吨，是地球上除纤维素以外的第二大有机资源，是人类可充分利用的巨大自然资源宝库。第40页，此课件共83页哦第41页，此课件共83页哦2.甲壳质及壳聚糖的生物活性 l1)抗菌、杀菌作用壳聚糖及其衍生物可抑制细菌、霉菌生长。壳聚糖具有抑制细菌、霉菌生长的活性，是抗菌谱较广的天然抗菌物质，对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌及白色念珠菌均有明显抑制效果。第42页，此课件共83页哦l2)抗肿瘤作用l壳聚糖具有直接抑制肿瘤细胞的作用，并可通过活化免疫系统显示抗癌活性。壳聚糖及其衍生物还可以作为优良的抗肿瘤药物的靶向载体，Kamiyam
32、aK实验证明水溶性壳聚糖衍生物能够增加药物对病灶区血管壁的通透性，有利于药物向肿瘤组织的渗透，从而将药物选择性的分布于癌变部位，降低对正常组织的毒副作用，同时还能够延缓药物在体内的降解速度，提高药物的疗效，成为抗肿瘤药物研究领域的热点。第43页，此课件共83页哦l3)促进组织修复及止血作用l作为止血剂有促进伤口愈合、抑制伤口愈合纤维增生、并促进组织生长的功能，对烧、烫伤有独特疗效。l4)增强免疫力l壳聚糖能增强巨噬细胞的吞噬作用和水解酶的活性，刺激巨噬细胞产生淋巴因子，启动免疫系统，且不增加抗体的产生。第44页，此课件共83页哦5）抗氧化、降脂、降胆固醇和防治动脉粥样硬化甲壳素和壳聚糖具有还原
33、端基，属于抗氧化剂，因此壳聚糖及其衍生物的防治动脉粥样硬化作用受到了重视。第45页，此课件共83页哦l3.甲壳质及壳聚糖的制备l以虾蟹壳为原料，通过以下步骤制备：l原料预处理l将虾蟹壳的肉质、污物尽可能剔除，后用水洗净，注意虾蟹壳一定要新鲜的，腐败的应去掉。l浸酸l取洗净的新鲜虾蟹壳，加HCI溶液浸泡，除去其中CaCO3、Ca3（PO4）2等矿物质成分。l碱煮l将浸酸后的软壳浸泡于NaOH溶液中煮沸1h左右，目的是使蛋白质被碱液溶解，油脂皂化溶于碱水中，同时色素也遭到破坏。第46页，此课件共83页哦l氧化脱色l将碱煮后的虾蟹壳浸于清水中，滴入KMnO4酸性溶液，以氧化原料中的色素和一些未被碱除
34、去的杂质。l还原l将氧化后的原料浸泡清水中，并滴入草酸溶液，直至蟹虾壳的褐色完全褪尽，色泽呈纯白为止。滤干后干燥，得到甲壳质。l脱乙酰基l将甲壳质浸泡于NaOH溶液中可达到脱乙酰目的。脱乙酰基后滤干后干燥，即得壳聚糖。l第47页，此课件共83页哦4.甲壳素的化学改性l酰基化（改善了溶解性、膜表面湿润性和凝血性）l羧基化（可吸附碱土金属离子，增强了保水性，膜透气性，能够抑菌、杀菌）l酯化（具有抗凝血、抗癌作用）l醚化（改善水溶性，保水性）lN-烷基化（改善水溶性）l水解（具有抗癌作用，对中枢神经有镇静作用）第48页，此课件共83页哦5甲壳质、壳聚糖及其衍生物的应用l-生产药物的原料l壳聚糖及其水
35、解的壳聚寡糖、氨基葡萄糖等已用作生产药物的中间体、载体或辅料。l-药用辅料l甲壳质及其衍生物作为新型的药用辅料已收载于药剂辅料大全及药用辅料应用技术，它们可用作制剂的填充剂、分散剂、粘结剂、崩解剂、包衣剂、制粒剂、稳定剂、植入剂的载体、控释制剂的赋形剂和控释膜材料、微囊和微球的囊材、抗癌药物的复合物、片剂的稀释剂等。第49页，此课件共83页哦-人工皮肤（医用敷料）l用甲壳质和壳聚糖制作的外用撒粉、药膏及填充物已广泛用于外科敷料的生产。l用甲壳质、壳聚糖等原料制成的人工皮肤（医用敷料）用于整形内科、皮肤科，作为被覆保护材料。-手术缝合线l用甲壳质材料制成的外科手术缝合线，具有柔软、易打结、易吸收
36、无炎症反应等特点，加速愈合。-抗凝剂l外科手术中已采用壳聚糖作止血材料，它比常规止血剂的止血效果好，且操作简便，不易感染。第50页，此课件共83页哦-人工器官l用甲壳质及衍生物的中空纤维膜制成的人工肾可以经受高温消毒，而且有较大的机械强度。在对血液透析时，克服了长期使用醋酸纤维和铜氨纤维膜制成的人工肾对中、低分子有毒物质透过率低的缺点。-骨修复材料l甲壳质可制成骨缺损支架材料，骨细胞可在其支架上爬行替代，生长良好。由壳聚糖配以适当的无机盐制造的“骨钉”，在骨外科手术中用于取代钢板以固定骨骼。第51页，此课件共83页哦第52页，此课件共83页哦甲壳质缝线第53页，此课件共83页哦第54页，此课件
37、共83页哦伤口包扎材料护创膜第55页，此课件共83页哦第56页，此课件共83页哦第57页，此课件共83页哦（二）纤维素D-吡喃式葡萄糖第58页，此课件共83页哦改性产物：l硝酸纤维素l醋酸纤维素l甲基纤维素l乙基纤维素l羧甲基纤维素l羟乙基纤维素第59页，此课件共83页哦l固体分散技术l应用于黏膜给药系统的羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素等，制成固相分散体系，可以制成悬浮给药系统，先黏附在胃黏膜上，当黏膜脱落时，在胃内部形成水凝胶，从而延长药剂在胃部的停留时间。第60页，此课件共83页哦第61页，此课件共83页哦l利用纤维素衍生物的溶胀性实现药物的释放l羟丙基纤维素、羧甲基纤维素等可以
38、制备水凝胶给药系统l纤维素在医学上最重要的用途是制造各种医用膜：血仿膜第62页，此课件共83页哦（三）胶原 l胶原是是动物体内富含丰富的蛋白质，它主要存在于动物的结缔组织和硬骨料组织。l不同组织中的胶原，其化学组成和结构都有差异，一般按胶原的所在组织称之为皮胶原、骨胶原、齿胶原等。第63页，此课件共83页哦胶原胶原l 胶原是人体组织中最基胶原是人体组织中最基本的蛋白质类物质，至今本的蛋白质类物质，至今已经鉴别出已经鉴别出1313种胶原，其种胶原，其中中 I IIIIIII、V V和和 XI XI 型胶原型胶原为为成纤维胶原成纤维胶原。I I 型胶原在型胶原在动物体内含量最多，已被动物体内含量最
39、多，已被广泛应用于生物医用材料广泛应用于生物医用材料和生化试剂。和生化试剂。l 牛和猪的肌腱、生皮、牛和猪的肌腱、生皮、骨骼是生产胶原的主要原骨骼是生产胶原的主要原料。料。由各种物种和肌体由各种物种和肌体组织制备的胶原差异很小。组织制备的胶原差异很小。第64页，此课件共83页哦l最基本的胶原结构为由三条肽链组成最基本的胶原结构为由三条肽链组成的三股螺旋绳状结构，直径为的三股螺旋绳状结构，直径为1 11.5nm1.5nm，长约，长约3000nm3000nm，每条肽链都具，每条肽链都具有左手螺旋二级结构。有左手螺旋二级结构。l胶原分子的两端存在两个小的短链肽，胶原分子的两端存在两个小的短链肽，称为
40、称为端肽，不参与三股螺旋绳状结端肽，不参与三股螺旋绳状结构构。端肽是免疫原性识别点，可通。端肽是免疫原性识别点，可通过酶解将其除去。除去端肽的胶原称过酶解将其除去。除去端肽的胶原称为不全胶原，可用作生物医学材料。为不全胶原，可用作生物医学材料。第65页，此课件共83页哦胶原可以用于制造组织工程支架材料（人造皮肤、胶原可以用于制造组织工程支架材料（人造皮肤、骨组织损伤修复神经组织损伤修复等）、药物释放载体骨组织损伤修复神经组织损伤修复等）、药物释放载体材料等。材料等。胶原在应用时必须交联胶原在应用时必须交联，以控制其物理性质和，以控制其物理性质和生物可吸收性。生物可吸收性。戊二醛和环氧化合物戊二
41、醛和环氧化合物是常用的交联剂。残留的戊二醛是常用的交联剂。残留的戊二醛会引起生理毒性反应，因此必须注意使交联反应完全。会引起生理毒性反应，因此必须注意使交联反应完全。胶胶原交联以后，酶降解速度显著下降。原交联以后，酶降解速度显著下降。第66页，此课件共83页哦第67页，此课件共83页哦 明胶明胶 明胶是经高温加热变性的胶原，是胶原部分水解明胶是经高温加热变性的胶原，是胶原部分水解产物，产物，通常由动物的骨骼或皮肤经过蒸煮、过滤、蒸通常由动物的骨骼或皮肤经过蒸煮、过滤、蒸发干燥后获得。明胶在冷水中溶胀而不溶解，但可溶于发干燥后获得。明胶在冷水中溶胀而不溶解，但可溶于热水中形成粘稠溶液，冷却后冻成
42、凝胶状态。热水中形成粘稠溶液，冷却后冻成凝胶状态。纯化的医用级明胶比胶原成本低，在机械强度要求较纯化的医用级明胶比胶原成本低，在机械强度要求较低时可以替代胶原用于生物医学领域。低时可以替代胶原用于生物医学领域。第68页，此课件共83页哦明胶可以制成多种医用制品，如膜、管等。由于明明胶可以制成多种医用制品，如膜、管等。由于明胶溶于热水，在胶溶于热水，在60608080水浴中可以制备浓度为水浴中可以制备浓度为5 52020的溶液，如果要得到的溶液，如果要得到 25253535的浓溶液，则需要加的浓溶液，则需要加热至热至 9090100100。为了使制品具有适当的机械性能，为了使制品具有适当的机械性
43、能，可加入甘油或可加入甘油或山梨糖醇作为增塑剂山梨糖醇作为增塑剂。用戊二醛和环氧化合物作交联剂可以延长降解吸收用戊二醛和环氧化合物作交联剂可以延长降解吸收时间。时间。第69页，此课件共83页哦第三节第三节 合成可降解高分子材料合成可降解高分子材料 虽然天然可降解高分子材料具有良好的生物相容性和生虽然天然可降解高分子材料具有良好的生物相容性和生物活性，但毕竟来源有限，远远不能适应快速发展的现代医物活性，但毕竟来源有限，远远不能适应快速发展的现代医疗事业的需求。因此，人工合成的生物降解高分子材料有了疗事业的需求。因此，人工合成的生物降解高分子材料有了快速发展的空间。快速发展的空间。合成可降解高分子
44、材料多数属于能够在温和生理条合成可降解高分子材料多数属于能够在温和生理条件下发生水解的生物吸收性高分子，降解过程一般不需件下发生水解的生物吸收性高分子，降解过程一般不需要酶的参与。要酶的参与。第70页，此课件共83页哦（一）聚羟基乙酸（PGA）和聚乳酸（PLA）lPGA体内降解为羟基乙酸lPLA体内降解为乳酸l共聚物PLGA可通过调节两者比例来调控其降解时间和机械强度第71页，此课件共83页哦1.PGA和PLA的制备及性质lPGA是由它的二聚物开环聚合得到。lPGA具有规整的分子结构和高度结晶性，其熔点高，机械性能好，在有机溶剂中难溶。lPLA制备：通过乳酸的二聚物在催化剂存在下开环聚合而制得
45、；通过乳酸在溶剂存在下直接脱水缩合。P-L-LA；P-D-LA；P-D,L-LAlP-L-LA具有良好的力学性能，且降解吸收时间很长，一般为3年，适用于制作内植骨固定装置；P-D,L-LA降解和吸收的速度较快，一般为3-6月，常用于药物缓释系统和软组织修复材料。第72页，此课件共83页哦由由乙交酯或丙交酯开环聚合乙交酯或丙交酯开环聚合得到的聚酯得到的聚酯PGAPGA或或PLAPLA的的反应式如下式所示。反应式如下式所示。第73页，此课件共83页哦 由乙交酯或丙交酯开环聚合得到的由乙交酯或丙交酯开环聚合得到的PGAPGA或或PLAPLA也称为也称为聚乙交酯或聚丙交酯聚乙交酯或聚丙交酯。由两种交酯
46、共聚得到的聚酯，叫。由两种交酯共聚得到的聚酯，叫聚聚乙丙交酯乙丙交酯PLGAPLGA。PLGAPLGA的组成（的组成（GAGA、PLAPLA摩尔比）在摩尔比）在25:7525:7575:2575:25之间时，之间时，共聚产物为无定形玻璃态高分子，性能接近于共聚产物为无定形玻璃态高分子，性能接近于PLAPLA，玻璃，玻璃转化温度在转化温度在50506060。组成为。组成为90:1090:10的聚乙丙交酯的的聚乙丙交酯的性质接近于性质接近于PGAPGA，但柔顺性改善，可作为生物吸收材料在，但柔顺性改善，可作为生物吸收材料在临床上应用。临床上应用。这些聚合物的熔点（这些聚合物的熔点（T Tm m）和
47、热分解）和热分解(T(Tdede)都非常相近，都非常相近，因此必须严格控制加工温度。因此必须严格控制加工温度。第74页，此课件共83页哦通过改变其结晶度和亲水性可改变或控制聚通过改变其结晶度和亲水性可改变或控制聚羟基酸羟基酸酯的降解性和生物吸收性。酯的降解性和生物吸收性。例如：例如：l将丙交酯与己内酯共聚，得到的共聚物比将丙交酯与己内酯共聚，得到的共聚物比PLLAPLLA具有更好具有更好的柔顺性。的柔顺性。l将乙交酯与将乙交酯与1,41,4二氧环庚酮共聚，产物的抗辐射能二氧环庚酮共聚，产物的抗辐射能力增强，容易进行辐射消毒。力增强，容易进行辐射消毒。l如果将乙交酯与如果将乙交酯与1,31,3二
48、氧环己酮共聚，则可得到柔顺性较二氧环己酮共聚，则可得到柔顺性较好的聚（乙交酯碳酸酯），用于制造单纤维手术缝合线。好的聚（乙交酯碳酸酯），用于制造单纤维手术缝合线。第75页，此课件共83页哦2.PLA和PGA的生物学应用l医用缝合线l暂时性支架l药物控释载体第76页，此课件共83页哦（二）聚己内酯（PCL）lPCL是由己内酯单体开环聚合而成lPCL分子链比较规整而且柔软，易结晶，结晶度约为45%，因而具有比PGA和PLA更好的疏水性，在体内降解也较慢，是理想的植入材料之一。第77页，此课件共83页哦PCL医学应用l药物控释载体，可制成长效埋植剂、注射用微球、纳米球等第78页，此课件共83页哦（三
49、）聚氰基丙烯酸酯（PACA）lPACA具有良好的生物相容性，对出血的表面有良好的适应性，在用做黏合剂时，可以在室温下快速固化，对黏结表面不需要特殊的处理，而且由于黏度低，使用少量即可达到大面积黏结。第79页，此课件共83页哦应用（1）黏合剂l组织再建，缝合l作为生物体的黏结剂除了必须符合医用材料的一般要求外，还要求黏结材料具有黏结力强、黏结速度快、有弹性和强度、无毒性、不致癌、生物相容性好并能在体内分解、排泄的特点。PACA由于其具有液体型、室温固化、黏合速度快及黏合力强等特点而被应用。第80页，此课件共83页哦（2）药物载体PACA纳米颗粒具有高吸附能力、释药持续性、低毒性、优良的生物降解性能和生物相容性等优点，使它非常适宜用作药物传输载体将药物输送到全身的各个组织器官。纳米药物、靶向药物制剂第81页，此课件共83页哦第四节第四节 非生物降解高分子材料非生物降解高分子材料（一）聚氨酯类由多元醇、小分子扩链剂与异氰酸酯聚合形成的聚合物，其分子链由软段和硬段组成。第82页，此课件共83页哦1.聚氨酯的改性l改性是提高聚氨酯材料性能的一种有效途径。聚氨酯本身具有良好的强度和弹性,通过改性,在保持聚氨酯本身优异力学性能的同时,使功能聚氨酯具有更好的生物稳定性和生物相容性。第83页，此课件共83页哦