功能高分子材料論文.doc

專 業(yè)： 材料科學(xué)與工程 姓 名： * 學(xué)校名稱： 貴州大學(xué) 論文題目： 生物醫(yī)用高分子材料 學(xué) 號(hào)： * 老 師： * 生物醫(yī)用高分子材料摘要：簡(jiǎn)述了對(duì)功能高分子材料的認(rèn)識(shí)，功能高分子材料的特征和功能高分子材料的分類，接著重點(diǎn)寫生物醫(yī)用高分子的發(fā)展前景和趨勢(shì)，對(duì)生物醫(yī)用功能高分子的認(rèn)識(shí)和其重要性的認(rèn)識(shí)。關(guān)鍵詞：功能高分子材料，生物醫(yī)用高分子材料。功能高分子材料功能高分子材料一般指具有傳遞、轉(zhuǎn)換或貯存物質(zhì)、能量和信息作用的高分子及其復(fù)合材料，或具體地指在原有力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，還具有化學(xué)反應(yīng)活性、光敏性、導(dǎo)電性、催化性、生物相容性、藥理性、選擇分離性、能量轉(zhuǎn)換性、磁性等功能的高分子及其復(fù)合材料。功能高分子材料是上世紀(jì)60年代發(fā)展起來的新興領(lǐng)域，是高分子材料滲透到電子、生物、能源等領(lǐng)域后開發(fā)涌現(xiàn)出的新材料。近年來，功能高分子材料的年增長(zhǎng)率一般都在10以上，其中高分子分離膜和生物醫(yī)用高分子的增長(zhǎng)率高達(dá)50所謂功能性高分子材料，一般是指具有某種特別的功能或者是能在某種特殊環(huán)境下使用的高分子材料，但這是相對(duì)于一般用途的通用高分子材料而言。這一定義只是一個(gè)概括，不一定很確切，較多的人認(rèn)為所謂功能性高分子材料是指具有物質(zhì)能量和信息的傳遞、轉(zhuǎn)換和貯存作用的高分子材料及其復(fù)合材料。如有光電、熱電、壓電、聲電、化學(xué)轉(zhuǎn)換等功能的一些高分子化合物?？梢钥闯?，這是一類范圍相當(dāng)大、用途相當(dāng)廣、品種相當(dāng)多，而又是在生活、生產(chǎn)活動(dòng)中經(jīng)常遇見的一類高分子材料。 功能高分子材料按照功能特性通?？煞殖梢韵聨最悾海?）分離材料和化學(xué)功能材料；（2）電磁功能高分子材料；（3）光功能高分子材料；（4）生物醫(yī)用高分子材料。 功能高分子材料是高分子學(xué)科中的一個(gè)重要分支，它的重要性在于所包含的每一類高分子都具有特殊的功能。隨著時(shí)代的發(fā)展，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中越來越迫切地需要開發(fā)出能應(yīng)用于醫(yī)療的各種新型材料，經(jīng)多年的研究已發(fā)現(xiàn)有多種高分子化合物可以符合醫(yī)用要求，我們也把它歸屬于功能性高分子材料。 一般歸納起來醫(yī)用高分子材料應(yīng)符合下列要求： 1、化學(xué)穩(wěn)定性好，在人體接觸部分不能發(fā)生影響而變化； 2、組織相容性好，在人體內(nèi)不發(fā)生炎癥和排異反應(yīng)； 3、不會(huì)致癌變； 4、耐生物老化，在人體內(nèi)材料長(zhǎng)期性能無變化； 5、耐煮沸，滅菌、藥液消毒等處理方法； 6、材料來源廣、易于加工成型。 經(jīng)多年研究，能較好符合上述要求的高分子化合物主要有兩大類，一類是有機(jī)硅化合物，第二類是有機(jī)氟化物，最主要的兩種產(chǎn)品是硅橡膠和聚四氟乙烯，例如美國(guó)GE公司開發(fā)了一批主要是有機(jī)硅方面的用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的功能高分子化合物。 生物醫(yī)用高分子材料的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)生物醫(yī)用高分子材料是以醫(yī)用為目的,用于和活體組織接觸,具有診斷、治療或替換機(jī)體中組織、器官或增進(jìn)其功能的高分子材料,即biomedical polymeric materials ,生物醫(yī)用高分子材料是在高分子材料科學(xué)不斷向醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)滲透,高分子材料廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的過程中,逐漸發(fā)展起來的一類生物材料,它已形成一門介于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)和高分子科學(xué)之間的邊緣科學(xué)。在功能高分子材料領(lǐng)域, 生物醫(yī)用高分子材料可謂異軍突起, 目前已成為發(fā)展最快的一個(gè)重要分支。生物醫(yī)用高分子材料的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段，第一階段始于1937 年,其特點(diǎn)是所用高分子材料都是已有的現(xiàn)成材料, 如用丙烯酸甲酯制造義齒的牙床。第二階段始于1953 年, 其標(biāo)志是醫(yī)用級(jí)有機(jī)硅橡膠的出現(xiàn), 隨后又發(fā)展了聚羥基乙酸酯縫合線以及四種聚(醚- 氨) 酯心血管材料, 從此進(jìn)入了以分子工程研究為基礎(chǔ)的發(fā)展時(shí)期。該階段的特點(diǎn)是在分子水平上對(duì)合成高分子的組成、配方和工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì), 有目的地開發(fā)所需要的高分子材料。目前的研究焦點(diǎn)已經(jīng)從尋找替代生物組織的合成材料轉(zhuǎn)向研究一類具有主動(dòng)誘導(dǎo)、激發(fā)人體組織器官再生修復(fù)的新材料,這標(biāo)志著生物醫(yī)用高分子材料的發(fā)展進(jìn)入了第三個(gè)階段。其特點(diǎn)是這種材料一般由活體組織和人工材料有機(jī)結(jié)合而成, 在分子設(shè)計(jì)上以促進(jìn)周圍組織細(xì)胞生長(zhǎng)為預(yù)想功能, 其關(guān)鍵在于誘使配合基和組織細(xì)胞表面的特殊位點(diǎn)發(fā)生作用以提高組織細(xì)胞的分裂和生長(zhǎng)速度在國(guó)外，生物醫(yī)用高分子材料研究已有50多年的歷史,早在1947 年美國(guó)已發(fā)表了展望性論文。 隨后,美國(guó)、日本、歐洲等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家不斷有文章報(bào)道,有些并已在臨床上得到應(yīng)用。 我國(guó)研究歷史較短,上世紀(jì)70年代開始進(jìn)行人工器官的研制,并有部分器官進(jìn)入臨床應(yīng)用。1980 年成立了中國(guó)生物醫(yī)療工程學(xué)會(huì),并于1982 年又成立了中國(guó)醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)人工臟器及生物材料專業(yè)委員會(huì),使得生物醫(yī)學(xué)器材獲得進(jìn)一步發(fā)展. 生物醫(yī)用高分子材料作為一門邊緣科學(xué),融合了高分子化學(xué)和物理、高分子材料工藝學(xué)、藥理學(xué)、病理學(xué)、解剖學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)等方面的知識(shí),還涉及許多工程學(xué)問題。生物醫(yī)用高分子材料的發(fā)展,對(duì)于戰(zhàn)勝危害人類的疾病,保障人民身體健康,探索人類生命奧秘具有重大意義。1 生物醫(yī)用高分子材料的基本要求及生物相容性對(duì)于生物醫(yī)用高分子材料來說，除了要有醫(yī)療功能外,還必須強(qiáng)調(diào)安全性,即不僅要治病,而且對(duì)人體健康無害。 當(dāng)然，對(duì)生物醫(yī)用高分子材料的要求也不是一律不變的,可因其使用環(huán)境或功能的不同而異,如外用醫(yī)療材料與肌體接觸時(shí)間短,要求可稍低,而與血液直接接觸,或體內(nèi)使用的材料則要求較高。2 生物醫(yī)用高分子材料的種類及發(fā)展生物醫(yī)用高分子材料按性質(zhì)可分為非降解和可生物降解兩大類。非生物降解的生物醫(yī)用高分子包括：聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、芳香聚酯、聚硅氧烷、聚甲醛等，其在生理環(huán)境中能長(zhǎng)期保持穩(wěn)定，不發(fā)生降解、交聯(lián)或物理磨損等，并具有良好的力學(xué)性能。可生物降解的生物醫(yī)用高分子材料則包括膠原、脂肪族聚酯、聚氨基酸、聚己內(nèi)酯等，這些材料能在生理環(huán)境中發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞，且降解產(chǎn)物能通過正常的新陳代謝被基體吸收或排出體外。非降解和可生物降解生物醫(yī)用高分子材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域各具有自己獨(dú)特的發(fā)展地位，然而，隨著生物醫(yī)學(xué)和材料科學(xué)的發(fā)展，人們對(duì)生物醫(yī)用高分子材料提出了更高的要求，可生物降解生物醫(yī)用高分子材料越來越得到人們的親睞。因此，在這里主要討論可生物降解醫(yī)用高分子材料的種類。根據(jù)來源來劃分，可生物降解醫(yī)用高分子材料可分為天然可生物降解和合成可生物降解兩大類。3 生物醫(yī)用高分子材料的應(yīng)用及展望生物技術(shù)將是21世紀(jì)最有前途的技術(shù), 生物醫(yī)用高分子材料將在其中扮演重要角色, 其性能將不斷提高, 應(yīng)用領(lǐng)域也將進(jìn)一步拓寬。生物醫(yī)用高分子材料應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面：（1）與血液接觸的高分子材料。與血液接觸的高分子材料是指用來制造人工血管、人工心臟血囊、人工心瓣膜、人工肺等的生物醫(yī)用材料, 要求這種材料要有良好的抗凝血性、抗細(xì)菌粘附性, 即在材料表面不產(chǎn)生血栓、不引起血小板變形, 不發(fā)生以生物材料為中心的感染。此外, 還要求它具有與人體血管相似的彈性和延展性以及良好的耐疲勞性等。（2）組織工程用高分子材料。組織工程學(xué)是近十年來新興的一門交叉學(xué)科,它是應(yīng)用工程學(xué)和生命科學(xué)的原理和方法來了解正常和病理的哺乳類組織的結(jié)構(gòu)- 功能關(guān)系, 以及研制生物代用品以恢復(fù)、維持或改善其功能的一門科學(xué)。細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)的日臻成熟和生物相容性材料的開發(fā)與研究, 使得創(chuàng)造由活細(xì)胞和生物相容性材料組成的人造生物組織或器官成為可能。（3）藥用高分子材料。與低分子藥物相比,藥用高分子具有低毒、高效、緩釋、長(zhǎng)效、可定點(diǎn)釋放等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)藥用高分子結(jié)構(gòu)與制劑的形式, 藥用高分子可分為三類: a. 具有藥理活性的高分子藥物，它們本身具有藥理作用,斷鏈后即失去藥性, 是真正意義上的高分子藥物。b.低分子藥物的高分子化。低分子藥物在體內(nèi)新陳代謝速度快, 半衰期短, 體內(nèi)濃度降低快, 從而影響療效, 故需大劑量頻繁進(jìn)藥, 而過高的藥劑濃度又會(huì)加重副作用, 此外, 低分子藥物也缺乏進(jìn)入人體部位的選擇性。將低分子藥物與高分子結(jié)合的方法有吸附、共聚、嵌段和接枝等。C.藥用高分子微膠囊,即將細(xì)微的藥粒用高分子膜包覆起來形成微小的膠囊，其作用有：延緩、控制釋放藥物, 提高療效; 掩蔽藥物的毒性、刺激性和苦味等不良性質(zhì), 減小對(duì)人體的刺激; 使藥物與空氣隔離, 防止藥物在存放過程中的氧化、吸潮等不良反應(yīng), 增加貯存的穩(wěn)定性。（4）醫(yī)藥包裝用高分子材料。用于藥物包裝的高分子材料正逐年增加，包裝藥物的高分子材料大體上可分為軟、硬兩種類型。硬型材料如聚酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯等, 由于其強(qiáng)度高、透明性好、尺寸穩(wěn)定、氣密性好,常用來代替玻璃容器和金屬容器, 制造飲片和膠囊等固體制劑的包裝。新型聚酯聚萘二甲酸乙二醇酯除具有優(yōu)異的力學(xué)性能及阻隔性能外, 還有較強(qiáng)的耐紫外線性, 可用于口服液、糖漿等的熱封裝。軟型材料如聚乙烯、聚丙烯、聚偏氯乙烯及乙烯- 醋酸乙烯共聚物等, 常加工成復(fù)合薄膜, 主要用來包裝固體沖劑、片劑等藥物。而半硬質(zhì)聚氯乙烯片材則被用作片劑、膠囊的鋁塑泡罩包裝的泡罩材料。至于藥膏、洗劑、酊劑等外用藥液的包裝, 則用耐腐蝕性極強(qiáng)且綜合性能優(yōu)良的聚四氟乙烯來擔(dān)任。（5）隱形眼鏡是最常見的眼科用高分子材料制品。對(duì)這類材料的基本要求是: 具有優(yōu)良的光學(xué)性質(zhì), 折光率與角膜相接近;良好的潤(rùn)濕性和透氧性; 生物惰性, 即耐降解且不與接觸面發(fā)生化學(xué)反應(yīng); 有一定的力學(xué)強(qiáng)度, 易于精加工及抗污漬沉淀等。常用的隱形眼鏡材料有聚甲基丙烯酸-羥乙酯, 聚甲基丙烯酸- 羥乙酯- N - 乙烯吡咯烷酮, 聚甲基丙烯酸- 羥乙酯- 甲基丙烯酸戊酯, 聚甲基丙烯酸甘油酯- N - 乙烯吡咯烷酮等。浙江工業(yè)大學(xué)的鄔潤(rùn)德等研究的聚鈦硅氧烷化合物, 由于在聚合體系中加入了鈦烷氧化物交聯(lián)劑,使材料的致密性增加, 減少了固化收縮, 制備了一種優(yōu)良的隱形眼鏡材料。此外, 發(fā)生病變的角膜和晶狀體也可用人工角膜和人工晶狀體替代。人工角膜可用硅橡膠、聚甲基丙烯酸酯類或聚酯等薄膜制備。人工晶狀體的主體材料可用聚甲基丙烯酸酯類, 其起固定作用的附加爪狀細(xì)枝可用甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸丁酯的共聚物或甲基丙烯酸環(huán)己酯和甲基丙烯酸丁酯的共聚物等。（6）醫(yī)用粘合劑與縫合線。生物醫(yī)用粘合劑是指將組織粘合起來的組織粘合劑, 它們除了應(yīng)具備一般軟組織植入物所應(yīng)有的條件外, 還應(yīng)滿足下列要求: 在活體能承受的條件下固化, 使組織粘合; 能迅速聚合而沒有過量的熱和毒副產(chǎn)物產(chǎn)生; 在創(chuàng)傷愈合時(shí)粘合劑可被吸收而不干擾正常的愈合過程。常用的粘合劑有- 氰基丙烯酸烷基酯類, 甲基丙烯酸甲酯- 苯乙烯共聚物及亞甲基丙二酸甲基烯丙基酯等。手術(shù)用縫合線可分為非吸收型和可吸收型兩大類。非吸收類包括天然纖維(如蠶絲、木棉、麻及馬毛等) 和合成纖維(如PET、PA、PP、PE 單絲、PTFE 及PU 等) ?？晌疹惏ㄌ烊桓叻肿硬牧?如羊腸線、骨膠原、纖維蛋白等) 和合成高分子材料(如聚乙烯醇、聚羥乙基丁酸酯、聚乳酸、聚氨基酸及聚羥基乙酸等) 。其中, 由聚乳酸和聚羥基乙酸或兩者的共聚物制成的縫合線因性能優(yōu)越而倍受關(guān)注。這種縫合線強(qiáng)度可靠, 對(duì)創(chuàng)口縫合能力強(qiáng), 又可生物降解而被肌體吸收, 是一種理想的醫(yī)用縫合線。（7）醫(yī)療器件用高分子材料。高分子材料制的醫(yī)療器件有一次性醫(yī)療用品 (注射器、輸液器、檢查器具、護(hù)理用具、麻醉及手術(shù)室用具等) 、血袋、尿袋及矯形材料等。一次性醫(yī)療用品多采用常見高分子材料如聚丙烯和聚4-甲基- 1 - 戊烯制造。血袋一般由軟PVC 或LDPE 制成。由PU 制的繃帶固化速度快, 質(zhì)輕層薄, 不易使皮膚發(fā)炎, 可取代傳統(tǒng)的固定材料石膏用于骨折固定。硅橡膠、聚酯、聚四氟乙烯、聚酸酐及聚乙烯醇等都是性能良好的矯形材料,已廣泛用于假肢制造及整形外科等領(lǐng)域。醫(yī)用高分子材料的發(fā)展方向主要包括：（1）可生物降解醫(yī)用高分子材料因其具有良好的生物降解性和生物相容性而受到高度重視, 無論是作為緩釋藥物還是作為促進(jìn)組織生長(zhǎng)的骨架材料, 都將得到巨大的發(fā)展。（2）1906 年En rililich 首次提出藥物選擇性地分布于病變部位以降低其對(duì)正常組織的毒副作用, 使病變組織的藥物濃度增大, 從而提高藥物利用率這一靶向給藥的概念。此后一個(gè)世紀(jì)以來, 靶向藥物的載體材料一直吸引了醫(yī)藥工作者的興趣。其中高分子納米粒子以其特有的優(yōu)點(diǎn)是近年來國(guó)內(nèi)外一個(gè)極為重要的研究熱點(diǎn)。（3）任何一種材料都是通過其表面與環(huán)境介質(zhì)相接觸的, 因此材料的開發(fā)與應(yīng)用必然涉及其表面問題的研究。一般高分子材料的表面對(duì)外界響應(yīng)性較弱, 但有些高分子表面的結(jié)構(gòu)形態(tài)會(huì)因外界條件(如pH、溫度、應(yīng)力、光及電場(chǎng)等) 的改變?cè)跇O短時(shí)間內(nèi)發(fā)生相應(yīng)的變化, 從而造成表面性質(zhì)的改變, 此乃智能高分子表面。因此設(shè)計(jì)這類智能表面將是生物醫(yī)用高分子材料發(fā)展的一個(gè)重要方面。（4）隨著科學(xué)的發(fā)展,由高分子材料制成的人工臟器正在從體外使用型向內(nèi)植型發(fā)展,為滿足醫(yī)用功能性、生物相容性的要求,把酶和生物細(xì)胞固定在合成高分子材料上,從而制成各種臟器，將使生物醫(yī)用高分子材料發(fā)展前景越來越廣闊。（5）通常,在組織工程的應(yīng)用中,高分子材料支架要負(fù)載上生長(zhǎng)因子,以促進(jìn)組織在生物體內(nèi)的再生,另一方面,把特殊的粘附因子,如粘連蛋白結(jié)合到支架上,可使聚合物表面能夠促進(jìn)對(duì)某種細(xì)胞的粘附,而排斥其它種類的細(xì)胞,即支架對(duì)細(xì)胞進(jìn)行有選擇的粘附。為了使生長(zhǎng)因子和粘附因子能夠結(jié)合到可降解高分子材料上,就需要對(duì)材料進(jìn)行表面改性,而有時(shí)表面改性很困難, 因此，可利用與天然聚合物雜化的方法來達(dá)到上述目的, 同時(shí)由于這些材料有良好的機(jī)械性能,又可以彌補(bǔ)天然聚合物強(qiáng)度不高、穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。可見，生物雜化材