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1、生物医用高分子材料第1页，本讲稿共28页目录生物医用材料及其分类生物医用材料及其分类12 34生物医用材料的市场需求生物医用材料的市场需求5生物医用高分子材料的应用生物医用高分子材料的应用生物医用高分子材料生物医用高分子材料及其分类及其分类生物医用材料的应用生物医用材料的应用第2页，本讲稿共28页一、生物医用材料一、生物医用材料v生物材料：生物材料：用于与生命系统接触和发生相互作用的，用于与生命系统接触和发生相互作用的，并能对其细胞、组织和器官进行并能对其细胞、组织和器官进行诊断治疗、诊断治疗、替换修复替换修复或或诱导再生诱导再生的一类天然或人工合的一类天然或人工合成的特殊功能材料，又称生物医
2、用材料。成的特殊功能材料，又称生物医用材料。第3页，本讲稿共28页生物医用材料生物医用材料生物材料的基本要求生物材料的基本要求v对于人体组织无刺激性，无毒副作用，无致癌性。对于人体组织无刺激性，无毒副作用，无致癌性。v具有必要的强度、耐磨性和耐疲劳性能。如髋关节在具有必要的强度、耐磨性和耐疲劳性能。如髋关节在静止状态承受体重的二分之一，水平步行时承受的重量静止状态承受体重的二分之一，水平步行时承受的重量为静止时的为静止时的3.33.3倍，而跑步时则为倍，而跑步时则为4 4倍以上。此外倍以上。此外,每步行每步行一公里大约活动一公里大约活动10001000次，按照一般的生活情况次，按照一般的生活情
3、况,每年大约每年大约承受承受1101106 6 310 3106 6次重复负荷的作用。次重复负荷的作用。第4页，本讲稿共28页生物医用材料生物医用材料v与生物体组织、与血液有相容性。不会引起与生物体组织、与血液有相容性。不会引起凝血，与软硬组织有良好的粘接性，不会产生凝血，与软硬组织有良好的粘接性，不会产生吸收物和沉淀物。吸收物和沉淀物。v接触人体各种体液（唾液、淋巴液、血液）接触人体各种体液（唾液、淋巴液、血液）时，应有良好的耐蚀性。唾液、血液、间质液时，应有良好的耐蚀性。唾液、血液、间质液都是以都是以ClCl、NaNa+、K K+离子为主的电解质溶液，离子为主的电解质溶液，生物材料在这种溶
4、液中应不发生反应、腐蚀和生物材料在这种溶液中应不发生反应、腐蚀和变质。变质。第5页，本讲稿共28页生物医用材料的基本要求生物医用材料的基本要求第6页，本讲稿共28页生物医用材料的分类生物医用材料的分类按材料与活体组织的按材料与活体组织的相互作用关系相互作用关系分分 1 1）2 2）3 3）生物惰性材料生物惰性材料 在体内不降解、不变性的材料，适合长期植入体内。作为医用高分子要求降解产物（单在体内不降解、不变性的材料，适合长期植入体内。作为医用高分子要求降解产物（单体、低聚体或碎片）无毒，并且对人体无副作用。体、低聚体或碎片）无毒，并且对人体无副作用。生物活性材料生物活性材料指植入生物体内能与周
5、围组织发生相互作用，促进肌体组织、细胞等生长的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。材料。生物吸收材料生物吸收材料 又称生物降解材料。这类材料在体内逐渐降解，其降解产物能被肌体吸收又称生物降解材料。这类材料在体内逐渐降解，其降解产物能被肌体吸收代谢，获通过排泄系统排出体外，对人体健康没有影响。如用聚乳酸代谢，获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。制成的体内手术缝合线、体内粘合剂等。第7页，本讲稿共28页生物医用材料的分类生物医用材料的分类1 1）2 2）无机材料无机材料金属材料和合金金属材料和合金分为惰性生物
6、陶瓷、生物玻璃、碳素材料。有惰性生分为惰性生物陶瓷、生物玻璃、碳素材料。有惰性生物陶瓷和活性生物陶瓷（羟基磷灰石陶瓷、可吸收磷物陶瓷和活性生物陶瓷（羟基磷灰石陶瓷、可吸收磷酸三钙陶瓷等）。酸三钙陶瓷等）。分为惰性生物陶瓷、生物玻璃、碳素材料。有惰性生分为惰性生物陶瓷、生物玻璃、碳素材料。有惰性生物陶瓷和活性生物陶瓷（羟基磷灰石陶瓷、可吸收磷物陶瓷和活性生物陶瓷（羟基磷灰石陶瓷、可吸收磷酸三钙陶瓷等）。酸三钙陶瓷等）。主要用于承力的骨、关节和牙等硬组织的修复和替主要用于承力的骨、关节和牙等硬组织的修复和替换。不锈钢、钴基合金、钛及钛合金是目前医用合换。不锈钢、钴基合金、钛及钛合金是目前医用合金的
7、三大支柱。医用合金还有钽、铌和贵金属等。金的三大支柱。医用合金还有钽、铌和贵金属等。广泛应用于人工假体、人工关节、医疗器械等。广泛应用于人工假体、人工关节、医疗器械等。按材料来源分按材料来源分第8页，本讲稿共28页生物医用材料的分类生物医用材料的分类杂化材料杂化材料有机高分子材料有机高分子材料高分子化合物是构成人体绝大部分组织和器官的物质，医用高分子化合物是构成人体绝大部分组织和器官的物质，医用高分子生物材料包括合成（如：聚酯、硅橡胶）和天然高分高分子生物材料包括合成（如：聚酯、硅橡胶）和天然高分子（如：胶原、甲壳素）。近来，生物降解高分子材料得到子（如：胶原、甲壳素）。近来，生物降解高分子材
8、料得到重视。重视。3）4）杂化材料杂化材料有机高分子材料有机高分子材料杂化材料杂化材料高分子化合物是构成人体绝大部分组织和器官的物质，医高分子化合物是构成人体绝大部分组织和器官的物质，医用高分子生物材料包括合成（如：聚酯、硅橡胶）和天然用高分子生物材料包括合成（如：聚酯、硅橡胶）和天然高分子（如：胶原、甲壳素）。近来，生物降解高分子材高分子（如：胶原、甲壳素）。近来，生物降解高分子材料得到重视。料得到重视。有机高分子材料有机高分子材料杂化材料杂化材料高分子化合物是构成人体绝大部分组织和器官的物质，高分子化合物是构成人体绝大部分组织和器官的物质，医用高分子生物材料包括合成（如：聚酯、硅橡胶）和医
9、用高分子生物材料包括合成（如：聚酯、硅橡胶）和天然高分子（如：胶原、甲壳素）。近来，生物降解高天然高分子（如：胶原、甲壳素）。近来，生物降解高分子材料得到重视。分子材料得到重视。有机高分子材料有机高分子材料高分子化合物是构成人体绝大部分组织和器官的物质，医高分子化合物是构成人体绝大部分组织和器官的物质，医用高分子生物材料包括合成（如：聚酯、硅橡胶）和天然用高分子生物材料包括合成（如：聚酯、硅橡胶）和天然高分子（如：胶原、甲壳素）。近来，生物降解高分子材高分子（如：胶原、甲壳素）。近来，生物降解高分子材料得到重视。料得到重视。有机高分子材料有机高分子材料高分子化合物是构成人体绝大部分组织和器官的
10、物质，高分子化合物是构成人体绝大部分组织和器官的物质，医用高分子生物材料包括合成（如：聚酯、硅橡胶）和医用高分子生物材料包括合成（如：聚酯、硅橡胶）和天然高分子（如：胶原、甲壳素）。近来，生物降解高天然高分子（如：胶原、甲壳素）。近来，生物降解高分子材料得到重视。分子材料得到重视。杂化材料杂化材料有机高分子材料有机高分子材料高分子化合物是构成人体绝大部分组织和器官的物质，医高分子化合物是构成人体绝大部分组织和器官的物质，医用高分子生物材料包括合成（如：聚酯、硅橡胶）和天然用高分子生物材料包括合成（如：聚酯、硅橡胶）和天然高分子（如：胶原、甲壳素）。近来，生物降解高分子材高分子（如：胶原、甲壳素
11、）。近来，生物降解高分子材料得到重视。料得到重视。杂化材料杂化材料有机高分子材料有机高分子材料克服单一材料的缺点，可获得性能更优的材料。如羟克服单一材料的缺点，可获得性能更优的材料。如羟基磷灰石涂复钛合金，炭纤维或生物活性玻璃纤维增基磷灰石涂复钛合金，炭纤维或生物活性玻璃纤维增强聚乳酸等高分子材料强聚乳酸等高分子材料。高分子化合物是构成人体绝大部分组织和器官的物质，医高分子化合物是构成人体绝大部分组织和器官的物质，医用高分子生物材料包括合成（如：聚酯、硅橡胶）和天然用高分子生物材料包括合成（如：聚酯、硅橡胶）和天然高分子（如：胶原、甲壳素）。近来，生物降解高分子材高分子（如：胶原、甲壳素）。近
12、来，生物降解高分子材料得到重视。料得到重视。有机高分子材料有机高分子材料杂化材料杂化材料克服单一材料的缺点，可获得性能更优的材料。如羟克服单一材料的缺点，可获得性能更优的材料。如羟基磷灰石涂复钛合金，炭纤维或生物活性玻璃纤维增基磷灰石涂复钛合金，炭纤维或生物活性玻璃纤维增强聚乳酸等高分子材料强聚乳酸等高分子材料。杂化材料杂化材料克服单一材料的缺点，可获得性能更优的材料。如羟基磷克服单一材料的缺点，可获得性能更优的材料。如羟基磷灰石涂复钛合金，炭纤维或生物活性玻璃纤维增强聚乳酸灰石涂复钛合金，炭纤维或生物活性玻璃纤维增强聚乳酸等高分子材料等高分子材料。杂化材料杂化材料杂化材料杂化材料克服单一材料
13、的缺点，可获得性能更优的材料。如羟基磷灰克服单一材料的缺点，可获得性能更优的材料。如羟基磷灰石涂复钛合金，炭纤维或生物活性玻璃纤维增强聚乳酸等高石涂复钛合金，炭纤维或生物活性玻璃纤维增强聚乳酸等高分子材料分子材料。杂化材料杂化材料杂化材料杂化材料克服单一材料的缺点，可获得性能更优的材料。如羟基磷克服单一材料的缺点，可获得性能更优的材料。如羟基磷灰石涂复钛合金，炭纤维或生物活性玻璃纤维增强聚乳酸灰石涂复钛合金，炭纤维或生物活性玻璃纤维增强聚乳酸等高分子材料等高分子材料。杂化材料杂化材料杂化材料杂化材料克服单一材料的缺点，可获得性能更优的材料。如羟基磷灰克服单一材料的缺点，可获得性能更优的材料。如
14、羟基磷灰石涂复钛合金，炭纤维或生物活性玻璃纤维增强聚乳酸等高石涂复钛合金，炭纤维或生物活性玻璃纤维增强聚乳酸等高分子材料分子材料。杂化材料杂化材料克服单一材料的缺点，可获得性能更优的材料。如羟基磷克服单一材料的缺点，可获得性能更优的材料。如羟基磷灰石涂复钛合金，炭纤维或生物活性玻璃纤维增强聚乳酸灰石涂复钛合金，炭纤维或生物活性玻璃纤维增强聚乳酸等高分子材料等高分子材料。杂化材料杂化材料第9页，本讲稿共28页二、生物医用材料的应用二、生物医用材料的应用v生物材料正在挽救和维持世界上成千上万血管患者的生命；正广泛用于伤残人肢体形态和功能的恢复；正在计划生育、控制人口、提高人们健康水平方面发挥巨大作
15、用。v 注：注：生物材料不是药物，其治疗途径是以生物机体直接结合和相互作用为基本特征的。第10页，本讲稿共28页三、生物医用高分子材料三、生物医用高分子材料生物医用高分子材料生物医用高分子材料生物医用高分子材料是一类可对有机体组织进行修生物医用高分子材料是一类可对有机体组织进行修复、替代与再生的具有特殊功能的合成高分子材料复、替代与再生的具有特殊功能的合成高分子材料,可以通过聚合等方法进行制备可以通过聚合等方法进行制备,是生物医用材料的重是生物医用材料的重要组成之一要组成之一第11页，本讲稿共28页生物医用高分子材料的分类生物医用高分子材料的分类v（1 1）手术治疗用高分子材料）手术治疗用高分
16、子材料 缝合线，黏胶剂，止血剂，各种导管，引流管，一次缝合线，黏胶剂，止血剂，各种导管，引流管，一次性输血输液器材性输血输液器材v（2 2）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 靶向性高分子载体（肝靶向性，肿瘤靶向性），高分靶向性高分子载体（肝靶向性，肿瘤靶向性），高分子药物（干扰素，降胆敏），高分子控制释放载体子药物（干扰素，降胆敏），高分子控制释放载体（胶囊，水凝胶，脂质体）（胶囊，水凝胶，脂质体）v（3 3）人造器官或组织）人造器官或组织 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12页，本讲稿共28页生物医用高分子材料的生物
17、医用高分子材料的制备化学家化学家来做第一步化学家合成原始材料并检测各项理化指标化学家合成原始材料并检测各项理化指标生物学家检测材料生物毒性及生物相容性生物学家检测材料生物毒性及生物相容性医学家做临床动物试验医学家做临床动物试验-人体试验人体试验化学工程师制造生物医用高分子材料化学工程师制造生物医用高分子材料临床应用临床应用第13页，本讲稿共28页四、生物医用高分子材料的应用四、生物医用高分子材料的应用长期和短期治疗应用目的：应用目的：1.受损组织的修复和替代2.辅助或暂时替代受损器官的生理功能3.一次性医疗用品应用实例：应用实例：人工血管、人工皮肤、人工软骨、美容填充、人工心肺系统、人工心脏、
18、人造血、人工肾、人工胰腺、注射器、输液管、导管、缝合线、医用粘合剂等第14页，本讲稿共28页生物医用高分子材料的应用生物医用高分子材料的应用人工脏器人工脏器高分子材料高分子材料心心 脏脏嵌段聚醚氨酯弹性体、硅橡胶嵌段聚醚氨酯弹性体、硅橡胶肾肾 脏脏铜氨法再生纤维素，醋酸纤维素，聚甲基丙烯铜氨法再生纤维素，醋酸纤维素，聚甲基丙烯酸甲酯，聚丙烯腈，聚砜酸甲酯，聚丙烯腈，聚砜玻璃体玻璃体硅油，聚甲基丙烯酸硅油，聚甲基丙烯酸-羟乙酯羟乙酯肺肺硅橡胶，聚丙烯中空纤维，聚烷砜硅橡胶，聚丙烯中空纤维，聚烷砜关节、骨关节、骨超高分子量聚乙烯超高分子量聚乙烯，高密度聚乙烯，聚甲基丙，高密度聚乙烯，聚甲基丙烯酸甲
19、酯，尼龙，聚酯烯酸甲酯，尼龙，聚酯血血 管管聚酯纤维，聚四氟乙烯，嵌段聚醚氨酯聚酯纤维，聚四氟乙烯，嵌段聚醚氨酯人工红血球人工红血球 全氟烃全氟烃人工血浆人工血浆羟乙基淀粉，聚乙烯基吡咯烷酮羟乙基淀粉，聚乙烯基吡咯烷酮第15页，本讲稿共28页生物医用高分子材料的应用生物医用高分子材料的应用皮皮 肤肤硝基纤维素，聚硅酮硝基纤维素，聚硅酮-尼龙复合物，聚酯，甲壳素尼龙复合物，聚酯，甲壳素角角 膜膜聚甲基丙烯酸甲酯，聚甲基丙烯酸聚甲基丙烯酸甲酯，聚甲基丙烯酸-羟乙酯，硅羟乙酯，硅橡胶橡胶玻璃体玻璃体硅油，聚甲基丙烯酸硅油，聚甲基丙烯酸-羟乙酯羟乙酯鼻、耳鼻、耳硅橡胶，聚乙烯硅橡胶，聚乙烯血血 管管聚
20、酯纤维，聚四氟乙烯，嵌段聚醚氨酯聚酯纤维，聚四氟乙烯，嵌段聚醚氨酯人工红血人工红血球球全氟烃全氟烃人工血浆人工血浆羟乙基淀粉，聚乙烯基吡咯烷酮羟乙基淀粉，聚乙烯基吡咯烷酮胆胆 管管硅橡胶硅橡胶第16页，本讲稿共28页人工心脏人工心脏无线人工心脏无线人工心脏 植入病人体内的完整人工植入病人体内的完整人工心脏心脏 人工心脏是人工心脏是由由微机微机电动机带动的机械电动机带动的机械泵。人工心脏的泵体材料的选择是关泵。人工心脏的泵体材料的选择是关键，硅橡胶容易老化，其他如聚氟乙键，硅橡胶容易老化，其他如聚氟乙烯、聚氯乙烯烯、聚氯乙烯、聚烯烃等高聚烯烃等高分子材料易分子材料易造成凝血现造成凝血现象。象。第
21、17页，本讲稿共28页全植入式人工心脏人工心脏人工心脏世界首个完整人工心脏移植手术成功 这具人工心脏是由钛金属和塑胶制造。是首个不需要通过管线与外部电源连接的人工心脏。人工心脏可以将病人的生命延长60天至5年。这种新的人工心脏同以往在80年代研发的人工心脏比较，优点是它降低了感染的危险性。不过，目前这种人工心脏只批准在“末期”的心脏病病人身上使用，这些病人一般上只剩下30天的寿命。第18页，本讲稿共28页全植入式人工心脏2003.8.30.，美国肯塔基州路易斯维尔的犹太医院公布了一张世界上第一个接受全植入式人工心脏移植手术的病人罗伯特图尔斯的照片。第19页，本讲稿共28页人工肺人工肺v人工肺工
22、作过程仿真人工肺工作过程仿真v肺的核心为纤维束，使用多孔介质材料来模拟，外部覆盖一层肺的核心为纤维束，使用多孔介质材料来模拟，外部覆盖一层结构材料。通过外部结构运动使气体流入、流出人工肺。结构材料。通过外部结构运动使气体流入、流出人工肺。第20页，本讲稿共28页血流透析液肾的主要功能是过滤和排泄血液中的代谢产物和有毒物肾的主要功能是过滤和排泄血液中的代谢产物和有毒物质，调节体内水分和电解质的平衡。质，调节体内水分和电解质的平衡。所谓人工肾主要就是通过体外渗析的方法治疗。渗析是一种用所谓人工肾主要就是通过体外渗析的方法治疗。渗析是一种用浓度差为动力进行分离的膜过程。血液渗析要求，只能让血液浓度差
23、为动力进行分离的膜过程。血液渗析要求，只能让血液中分子量为中分子量为500-50000500-50000之间的尿毒素透过，但不会让分子量更之间的尿毒素透过，但不会让分子量更大的血液成分流失。大的血液成分流失。血液渗析膜的高分子材料主要有铜血液渗析膜的高分子材料主要有铜氨纤维素（氨纤维素（87%87%）、醋酸纤维素、）、醋酸纤维素、聚砜和聚丙烯腈等。铜氨纤维素用聚砜和聚丙烯腈等。铜氨纤维素用量最大，性能也最好。量最大，性能也最好。人工肾的中空纤维渗析膜间的空隙较小，表面积大，人工肾的中空纤维渗析膜间的空隙较小，表面积大，在进行血液体外流转时，血球损伤较严重。两次治在进行血液体外流转时，血球损伤较
24、严重。两次治疗必须间隔至少一周。疗必须间隔至少一周。人工肾脏（血液渗析器）人工肾脏（血液渗析器）第21页，本讲稿共28页人工关节 理想的人工关节材料有聚乙烯理想的人工关节材料有聚乙烯,因其耐磨性优于不锈钢因其耐磨性优于不锈钢,用骨水泥作成用骨水泥作成骨用黏合剂骨用黏合剂,很受医学的重视。骨水泥是用甲基丙烯酸甲酯为单体很受医学的重视。骨水泥是用甲基丙烯酸甲酯为单体,甲基丙烯酸甲酯甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸乙酯共聚物为聚合物加入有机过氧化物甲基丙烯酸乙酯共聚物为聚合物加入有机过氧化物引发剂引发剂,少量对二苯酚少量对二苯酚,聚合反应后制成。聚合反应后制成。人工软骨人工软骨第22页，本讲稿共28页高分
25、子粘合剂高分子粘合剂 人类人类20002000多年来，对外伤伤口一直采多年来，对外伤伤口一直采用传统的针线缝合法，而传统的手术用传统的针线缝合法，而传统的手术缝合，不仅存在操作费时，需替代材缝合，不仅存在操作费时，需替代材料修复，增加手术和组织修补的困难，料修复，增加手术和组织修补的困难，而且伤口处理不好会出现炎症反应、而且伤口处理不好会出现炎症反应、感染、增生、破裂，甚至出现组织器感染、增生、破裂，甚至出现组织器官的化脓、坏死和不愈合等缺点。而官的化脓、坏死和不愈合等缺点。而医用胶与之比较具有以下优点：医用胶与之比较具有以下优点：1 1、方法简单、不需麻醉。只需、方法简单、不需麻醉。只需将医
26、用胶往伤口上一抹，将医用胶往伤口上一抹，6-146-14秒秒时间即可粘合，尤其是小伤口，不用时间即可粘合，尤其是小伤口，不用敷料包扎，在清创彻底的情况下可不敷料包扎，在清创彻底的情况下可不服用抗生素，减轻了病人医疗费用。服用抗生素，减轻了病人医疗费用。2 2、医用胶固化时在伤口上形成、医用胶固化时在伤口上形成网膜状保护层，可有效防止细菌侵网膜状保护层，可有效防止细菌侵 医用高分子粘合剂第23页，本讲稿共28页高分子粘合剂高分子粘合剂 入，有良好的抗菌作用。3、医用胶在形成保护膜的同时，减少局部炎症反应，可促进皮肤细胞和伤口肉芽迅速生长，加速伤口愈合。4、因伤口不用缝线和包扎，免去了病人暴露和敏
27、感部位的伤口，因包扎而造成短时间内的尴尬局面。（尤其适于面部和隐私部位）5、患者使用医用胶，可使常规的麻醉，屡次换药、拆线的外伤就医三步曲简化为一步，伤口愈合从常规的7天缩短为5天，而且痊愈后伤口不留针眼痕迹，为外科医生手术成功提供了有利的保证。医用高分子粘合剂第24页，本讲稿共28页五、生物医用材料的市场需求五、生物医用材料的市场需求第25页，本讲稿共28页生物医用材料的市场需求生物医用材料的市场需求v我国生物医学材料的生物医学工程产业的我国生物医学材料的生物医学工程产业的市场增长率高达市场增长率高达 28(全球市场增长率全球市场增长率20%),居全球之首。居全球之首。v我国人工关节我国人工关节 替换年增长率高达替换年增长率高达30，远，远高于美国的高于美国的4。-国家科技部资料国家科技部资料第26页，本讲稿共28页生物医用材料的市场需求生物医用材料的市场需求v775万肢残患者和每年新增的万肢残患者和每年新增的300万骨损伤万骨损伤患者患者 -需要大量骨修复材料需要大量骨修复材料v2000万心血管病患者万心血管病患者 -每年需要每年需要24万套人工心瓣膜万套人工心瓣膜v肾衰患者肾衰患者 -每年需要每年需要12万个肾透析器万个肾透析器v第27页，本讲稿共28页谢谢观赏第28页，本讲稿共28页