天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料課件

1、天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料1 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料 (Natural Polymer Biomedical Materials) 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料2 構(gòu)成人類肌體的基本物質(zhì)，諸 如蛋白質(zhì)、核糖核酸、多糖、 一些脂質(zhì)都是高分子化合物； 人類肌體的皮膚、肌肉、組織 和器官都是由高分子化合物組 成的。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料3 天然高分子材料是人類最早使 用的醫(yī)學(xué)材料之一。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料4 五十年代中期，由于合成高分 子的大量涌現(xiàn)，曾使這類材料 退居次要地位。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料5 然而，由于天然材料具有不可 替代的優(yōu)點(diǎn)，人們一直沒有放 棄對它的深入研究它的多功能 性質(zhì)和與生體的相

2、容性，生物 可降解性，加之對它的改性與 復(fù)合，特別是最近對雜化材料 研究的需要，更顯示出它的特 點(diǎn)，成為不可缺少的重要生物 醫(yī)學(xué)材料之一。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料6 目前天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料 主要有天然多糖類材料和天然 蛋白質(zhì)材料二大類。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料7 由于它們結(jié)構(gòu)和組成的差異， 表現(xiàn)出不同的性質(zhì)，應(yīng)用領(lǐng)域 也不完全一樣。但是，相似 之處在于它們在體內(nèi)很容易降 解，降解產(chǎn)物對人體無毒且可 為人體所吸收，參與人體的代 謝循環(huán)，因此具有廣泛的潛在 用途。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料8 第一節(jié) 天然多糖類材料 (Natural materials polysaccharides) 天然高分

3、子生物醫(yī)學(xué)材料9 多糖是由于許多單糖分子經(jīng)失 水縮聚，通過糖苷鍵結(jié)合而成 的天然高分子化合物，多糖 水解后如果只產(chǎn)生一種單糖則 稱為均聚糖如纖維素、淀粉等， 最終水解產(chǎn)物是二種或二種以 上單糖則稱為雜聚糖如菊粉等。 自然界廣泛存在的多糖主要有： 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料10 植物多糖，如纖維素、半 纖維素、淀粉、果膠等。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料11 動物多糖，如甲殼素、殼 聚糖、肝素、硫酸軟骨素等。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料12 瓊脂多糖，如瓊脂、海藻 酸、角叉藻聚糖等。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料13 菌類多糖，如葡聚糖、 半乳聚糖、甘露聚糖等。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料14 微生物多糖，如右旋糖酐、

4、 黃原膠、凝乳糖、出芽短梗孢 糖等。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料15 一、纖維素 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料16 纖維素是由吡喃葡萄糖經(jīng) 由，糖苷鍵連結(jié)的高 分子化合物，具有不同的構(gòu) 型和結(jié)晶形式，人們發(fā)現(xiàn)纖維 素已經(jīng)有多年，但是由 于它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，至今仍然 不能說對其十分清楚。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料17 纖維素的分子呈長鏈狀，是一 種結(jié)晶性高分子化合物，不同 種纖維素之間的結(jié)晶結(jié)構(gòu)存 在差異，天然纖維素屬纖維 型，再生纖維素屬纖維型。 用強(qiáng)堿處理天然纖維，結(jié)晶結(jié) 構(gòu)發(fā)生變化，由型變?yōu)?型。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料18 纖維的結(jié)晶程度在不同天然纖 維間也存在差異，一般來說， 隨著結(jié)晶程度的提高其抗

5、張 程度、硬度、密度增加，但彈 性、韌性、膨潤性、吸水性、 化學(xué)反應(yīng)性下降。精制的天然 纖維素其結(jié)晶度約為， 絲光纖維約為，再生纖 維約為。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料19 無定形區(qū)的纖維分子排列雜亂， 因而較易進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。纖維 素是一種非還原性的碳水化合 物，不溶于水和一般有機(jī)溶劑， 但能溶解于某些堿性溶劑和高 濃度的無機(jī)酸溶液如銅胺堿、 季胺堿亦可溶解于若干種鹽的 濃水溶液中。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料20 纖維素的每一個(gè)葡萄糖單元具 有三個(gè)羥基，有種取代的可 能性，如果各羥基具有相等 的反應(yīng)機(jī)會，且已取代的羥基 對未取代羥基不產(chǎn)生影響，從 理論上講基取代度可達(dá)。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料21

6、但是由于它的結(jié)晶性和、 和的反應(yīng)活性不同， 其取代度一般均在 之間。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料22 纖維素在醫(yī)學(xué)上最重要的用途 是制造各種醫(yī)用膜，這種纖維 膜的制造反應(yīng)包括以下三個(gè)步 驟： 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料23 化學(xué)改性生產(chǎn)可溶性或熱 塑性纖維素衍生物； 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料24 用溶液燒注或溶融法形成 薄膜； 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料25 對纖維素衍生物進(jìn)行處理 得到再生纖維素。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料26 目前再生纖維素的生產(chǎn)主要有 以下三種技術(shù)： 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料27 銅氨法：將纖維素溶于銅 氨溶液中形成可溶性絡(luò)合物， 然后與酸反應(yīng)再生。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料28 粘膠法：纖

7、維素與堿和二 硫化碳反應(yīng)，生成黃原酸，然 后與酸反應(yīng)再生。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料29 熱塑性醋酸纖維素與堿反 應(yīng)水解再生。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料30 干燥狀態(tài)的再生纖維素膜比較 脆，不易得到滿意結(jié)果，因此 常需加入甘油做增塑劑，由 于進(jìn)行了增塑和膜的濕敏性等 原因故應(yīng)適當(dāng)保存。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料31 銅珞玢在臨床上雖獲得極大成 功，然而經(jīng)過長期連續(xù)使用也 可能引起諸如神經(jīng)障礙、色 素沉積等弊端，未移除的中分 子量物質(zhì)在體內(nèi)蓄積亦可引起 病理癥狀和出現(xiàn)暫時(shí)性白細(xì)胞 減少癥。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料32 另一種再生纖維素的制造方法 是利用醋酸纖酸素的脫乙?；?的方法進(jìn)行再生。方法是將 醋

8、酸纖維素用四甲基砜增塑， 再用熔融擠出法制成空心纖維， 然后用氫氧化鈉進(jìn)行水解反應(yīng)， 四甲基砜在水解反應(yīng)中移除并 以甘油取代之。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料33 醋酸纖維素的性質(zhì)主要取決于 乙酰化程度，增塑劑的性質(zhì)和 比例，亦取決于纖維素分子的 鏈長。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料34 纖維素及其衍生物還可以用作 載體進(jìn)行多種酶的固定，微膠 囊的制備和藥物釋放系統(tǒng)，齒 科修補(bǔ)材料和止血劑。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料35 二、甲殼素與殼聚糖 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料36 甲殼素的學(xué)名為， 乙酰胺基脫氧葡 聚糖。殼聚糖是甲殼素脫去部 分乙?；蟮漠a(chǎn)物。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料37 甲殼素是一種來源于動物的天 然

9、多糖，在自然界中的產(chǎn)量僅 次于纖維素而居第二位，也 是現(xiàn)今所發(fā)現(xiàn)的眾多天然多糖 中僅有的具有明顯堿性的天然 多糖。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料38 甲殼素的發(fā)現(xiàn)至今已有一百多 年的歷史，但它的發(fā)展比較緩 慢。年，在美國波 士頓召開第一屆甲殼素殼聚 糖國際學(xué)術(shù)討論會之后，發(fā)現(xiàn) 具有極大的潛在應(yīng)用價(jià)值和廣 闊的發(fā)展前景才逐漸受到人們 的普遍重視。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料39 甲殼素和殼聚糖的制備方法比 較簡單，工藝已很成熟。采用 蝦或蟹殼，經(jīng)清洗后浸酸脫 鈣，再用的堿液脫除蛋 白即得到甲殼素。如繼續(xù)以濃 堿去乙?；鶆t得到殼聚糖。殼 聚糖的脫乙?；群头肿恿渴?其兩項(xiàng)重要參數(shù)。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料4

10、0 甲殼素一般來源于甲殼類動物， 因而發(fā)現(xiàn)其有明顯的氨基酸含 量，即使經(jīng)過堿處理仍然 有大約的氨基酸存在。 但經(jīng)過嚴(yán)格脫乙酰的處理后， 由于氨基酸的可溶性，一般在 殼聚糖中就不再含氨基酸，即 使有也極其微量。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料41 殼聚糖的金屬離子含量正在引 起人們的逐漸重視，因?yàn)檫^高 的金屬對于制作醫(yī)用品（例如 血液透析膜）是不適宜的。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料42 殼聚糖不溶于水和堿液中，只 溶于稀的鹽酸、硝酸等礦物質(zhì) 和甲酸、乙酸、苯甲酸、乙二 酸等有機(jī)酸。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料43 在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，甲殼聚地殼聚糖 作為一種生物相容性良好的新 型生物材料正在受到人們的 普遍重視。其中可

11、吸收縫線、 人工皮膚已進(jìn)入臨床實(shí)用并有 商品出售。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料44 甲殼素縫線的力學(xué)性質(zhì)良好， 能很好地滿足臨床實(shí)踐要求。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料45 在手術(shù)傷口愈合過程中，甲殼 素縫線在體內(nèi)的抗張強(qiáng)度逐漸 下降。動物實(shí)驗(yàn)表明，埋植 于家兔背部肌肉內(nèi)天，其 強(qiáng)度下降到原來的， 天后下降至，但在體內(nèi) 完全溶解的期限卻比縫 線長，大致需要個(gè)月。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料46 甲殼素在人體的代謝途徑有二： 一是在溶菌酶的作用下首先分 解成低聚糖然后經(jīng)一系列 化學(xué)反應(yīng)，一部分以二氧化碳 的形式由呼吸道排出體外，另 一部分則以糖蛋白的形式為人 體吸收利用。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料47 甲殼素縫

12、線已經(jīng)具備了可吸收 性縫線的基本要求，具有以下 特點(diǎn)： 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料48 柔軟性好，便于結(jié)扎； 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料49 具有創(chuàng)傷治愈效果，傷口 修復(fù)快，創(chuàng)口平整漂亮； 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料50 可在體內(nèi)生物分解，分解 產(chǎn)物安全無毒； 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料51 對胰液、膽汁等堿性消化 液耐受性高。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料52 另一類進(jìn)入臨床實(shí)用的甲殼素 醫(yī)學(xué)產(chǎn)品是人工皮，其制造方 法與制造縫線的方法相似。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料53 首先制造出微細(xì)纖維，再切割 成毫米長的短纖維， 制得干燥的無紡布，經(jīng)包裝滅 后即為人工皮。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料54 用甲殼素纖維無紡布制的人工

13、 皮對血漿蛋白的吸附能力要比 膠原和纖維素高（表 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料55 ）。當(dāng)甲殼素人工皮與創(chuàng)口 貼附時(shí)，創(chuàng)口滲出液中的血漿 蛋白因被甲殼素纖維所吸附， 因而具有更好的生物相容性。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料56 用甲殼素制造的人工皮目前已 經(jīng)用于整形外科、皮膚外科作 為、度燒傷，采皮傷、植 皮傷等皮膚創(chuàng)傷的被覆保護(hù)材 料。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料57 利用殼聚糖作為被膜材料制造 微膠囊進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)和人工生 物器官，是其重要的應(yīng)用方 面，借助于殼聚糖聚陽離子特 性與海藻酸鈉、羧甲基纖維素 等帶負(fù)電性的高分子聚陰離子 反應(yīng)，可制備不同形狀的微膠 囊，使高濃度細(xì)胞的培養(yǎng)成為 可能。 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料58 多孔質(zhì)的甲殼