生物醫(yī)用材料

關(guān)于生物醫(yī)用材料課件第一頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日定義1.

定義：生物材料是一類具有特殊性能、特殊功能，用于人工器官、外科修復(fù)、理療康復(fù)、診斷、檢查、治療疾患等醫(yī)療保健領(lǐng)域，而對人體無毒，無副作用，不凝血，不溶血，不引起人體細(xì)胞的突變，畸變和癌變，不引起免疫排異反應(yīng)的材料。第二頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日舉例：形狀記憶生物材料第三頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日熱彈性馬氏體形狀記憶效應(yīng)將一定形狀的記憶合金試樣冷卻到Mf點(diǎn)以下，對之進(jìn)行一定限度的變形，卸去載荷后，變形被保留下來；將變形了的試樣加熱到As以上，試樣開始恢復(fù)，加熱到Af點(diǎn)，試樣恢復(fù)到變形前的形狀。（圖中Ms表示冷卻時開始產(chǎn)生熱彈性馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度，Mf表示冷卻時轉(zhuǎn)變的終止溫度，As表示升溫時逆轉(zhuǎn)的溫度，Af表示逆轉(zhuǎn)完全的溫度）。第四頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日5醫(yī)學(xué)應(yīng)用血栓過濾器：將馬氏體狀態(tài)的NiTi合金絲通過導(dǎo)管送到靜脈中預(yù)定位置，去掉合金的束縛，在體溫下其恢復(fù)到母相的網(wǎng)狀，從而將靜脈中的血凝塊打碎，并阻止其流向心臟。血栓過濾器、腦動脈瘤夾、食道支架、鼻出血的止血材料；脊柱矯形棒、牙齒矯形絲、顱骨成型板、接骨板、人工股關(guān)節(jié)；心臟修補(bǔ)元件等。第五頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日預(yù)壓縮

受熱擴(kuò)張后植入腔道內(nèi)效果醫(yī)用腔內(nèi)支架的應(yīng)用原理示意消化道內(nèi)支架

血管內(nèi)支架

膽道內(nèi)支架

腔內(nèi)支架臨床應(yīng)用實(shí)例第六頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日記憶合金支架經(jīng)過預(yù)壓縮變形后（a），能夠經(jīng)很小的腔隙安放到人體血管、消化道、呼吸道、膽道、前列腺腔道以及尿道等各種狹窄部位。支架擴(kuò)展后形成如圖（b）所示的記憶合金骨架，在人體腔內(nèi)支撐起狹小的腔道，這樣就能起到很好的治療效果。第七頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日8固定斷骨的銷和接骨板：利用體溫使合金發(fā)生相變，恢復(fù)到母相狀態(tài)，形狀改變，將兩段骨固定住，而且產(chǎn)生壓力，迫使斷骨很快愈合。尺橈骨骨折術(shù)前術(shù)后第八頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日9操作簡單、取下方便、質(zhì)輕、強(qiáng)度高、易做成復(fù)雜形狀。代替?zhèn)鹘y(tǒng)石膏繃帶用于創(chuàng)傷部位的固定材料。

骨傷固定：手術(shù)時，醫(yī)生先用低溫（0～5攝氏度）消毒鹽水冷卻記憶合金器械，然后根據(jù)需要改變其抱合部位的形狀，安裝于患者骨傷部位。待患者體溫將其“加熱”到設(shè)定的溫度時，器械的變形部分便恢復(fù)到原來設(shè)計的形狀，從而將傷骨緊緊抱合，起到固定與支撐的作用。這種新技術(shù)與傳統(tǒng)的骨傷內(nèi)固定術(shù)相比，大大降低了手術(shù)的難度，并可使手術(shù)時間縮短三分之二。由于材料自身的記憶功能十分穩(wěn)定，良好的“抱合力”使病人手術(shù)的愈合期也大大縮短。第九頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日醫(yī)用細(xì)絲

牙齒弓絲（方）

第十頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日二、性能要求與分類：

生物材料實(shí)質(zhì)上是一種特殊的功能材料。是一類與人類生命和健康密切相關(guān)的新材料。凡是應(yīng)用于人體的生物材料都應(yīng)具有良好的生物性能，這是保證其臨床安全有效應(yīng)用的重要技術(shù)指標(biāo)。

生物功能性和生物相容性是評價生物醫(yī)學(xué)材料最終能否應(yīng)用于人體的兩個最基本的標(biāo)準(zhǔn)。第十一頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日生物功能性：生物醫(yī)學(xué)材料應(yīng)具有良好的物理、化學(xué)和機(jī)械性能，以行使所替代、器官的生理功能。

制造人工心臟材料要考慮在心臟有節(jié)律的收縮與舒張壓力變化情況下應(yīng)力老化。假牙材料必須具有與活體牙相近似的熱膨脹系數(shù)、低導(dǎo)熱性、高硬度以及優(yōu)良的耐磨性。第十二頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日表1-5.1對材料所要求的生物醫(yī)學(xué)功能第十三頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日表1-5.2對材料所要求的生物醫(yī)學(xué)功能第十四頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日生物相容性材料對機(jī)體產(chǎn)生的生物危害性機(jī)體組織對材料的影響致癌性致畸性刺激性毒性過敏性溶血性致突性老化腐蝕降解第十五頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日

注意：材料的降解和腐蝕不僅會影響材料的生物功能性，其產(chǎn)物也會對機(jī)體產(chǎn)生潛在的生物危害?，F(xiàn)詳細(xì)被研究過的生物材料已超過一千多種，被廣泛應(yīng)用的也達(dá)數(shù)十種。第十六頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日生物材料分類按醫(yī)用材料的來源按醫(yī)用材料的性質(zhì)按醫(yī)用材料在人體使用部位按醫(yī)用材料的使用要求第十七頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日按醫(yī)用材料的來源分類：人體自身組織：如自身隱靜脈；同種器官與組織：如人尸體角膜；異種同類器官與組織：如豬腎臟；天然生物材料的提取與改性：如動物皮、骨膠原的提取，經(jīng)處理制成縫線；合成材料：如硅橡膠制作人工瓣膜。第十八頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日培養(yǎng)瓶內(nèi)正在培養(yǎng)的人工表皮第十九頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日人造皮膚人造皮膚是利用工程學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)的原理和方法，在體外人工研制的皮膚代用品，用來修復(fù)、替代缺損的皮膚組織，按成分不同，可分單純?nèi)斯ふ嫫ず途哂斜砥ぜ?xì)胞層的活性復(fù)合皮。第二十頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日第二十一頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日人工皮膚1980年哈佛大學(xué)的二位教授Yannas及Burke發(fā)展二層結(jié)構(gòu)的人工皮膚結(jié)構(gòu)，上層由矽膠組成，似人體的上皮；下層為多孔狀類真皮結(jié)構(gòu)，主要成分為小牛的膠原蛋白及鯊魚的軟骨素交聯(lián)而成第二十二頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日人造皮膚的結(jié)構(gòu)及制作人造皮膚有兩層：表層和里層。表層是由一種硅橡膠薄膜制成，能阻擋細(xì)菌的進(jìn)攻。里層是一種特殊的培養(yǎng)基，能幫助受傷的皮膚生長。制作：第一種從病人身上提取膠原蛋白，然后放在培養(yǎng)皿上培養(yǎng)成一塊皮膚。第二種則是從病人身上提取皮膚細(xì)胞，只培養(yǎng)細(xì)胞，然后把細(xì)胞噴在傷口上，讓其生長成皮膚。前者的缺點(diǎn)是平均要等待21天才培養(yǎng)出皮膚。后者雖然可以快速在病人身上生成皮膚，但仍然在實(shí)驗(yàn)階段。第二十三頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日這是培養(yǎng)5周的人工復(fù)合皮膚組織切片，可見具有與正常皮膚類似的皮層結(jié)構(gòu)第二十四頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日蠶絲人造皮膚主要發(fā)明人：浙江大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院副教授閔思佳

由科研人員提取蠶絲中的蛋白質(zhì)生產(chǎn)而成，這種人造皮膚就像用蠶絲做成的服裝面料一樣，具有絲綢般的光滑平整和柔韌特性。而且，與目前治療大面積損傷時最常用的豬皮材料相比，它安全性更高。第二十五頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日步驟依據(jù)患者皮膚損傷的尺寸，裁剪合適的絲蛋白材料，然后將干細(xì)胞植入通過可控的技術(shù)，讓多個干細(xì)胞在絲蛋白構(gòu)成的材料上生長通過對絲蛋白材料的設(shè)計，干細(xì)胞可以在其中轉(zhuǎn)化為不同的功能細(xì)胞，如真皮層的成纖維細(xì)胞，表皮層的表皮細(xì)胞等，最后生長成一塊仿生人工皮膚。以上都是在一個生物反應(yīng)器里完成的，時間大約1~2周，一塊類似的人體皮膚就形成了，從而可以用于植皮手術(shù)。第二十六頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日與其他干細(xì)胞制作人工皮膚相比，絲蛋白不會輕易遭到人體排斥絲蛋白通過技術(shù)手段制作的支架結(jié)構(gòu)可以逐步在人體內(nèi)降解，這才是仿生人工皮膚不被人體保衛(wèi)系統(tǒng)侵蝕的最大秘密根據(jù)測算，要想制作巴掌大的一塊仿生人工皮膚，所需要的絲蛋白不過在5克左右，差不多18個蠶繭就能解決問題優(yōu)點(diǎn)第二十七頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日英國：ICX-SKN的人造皮膚研制者：從事細(xì)胞療法研究的Intercytex集團(tuán)

名為ICX-SKN的人造皮膚，這種皮膚在28天后可完全與人體結(jié)合，封閉并愈合傷口。在初步的臨床實(shí)驗(yàn)中，由于質(zhì)地逼真，耐久性好，人造皮膚移植取得突破性成功。第二十八頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日ICX-SKN是由自體皮膚細(xì)胞產(chǎn)生的一種基質(zhì)，即結(jié)締組織細(xì)胞構(gòu)成的。結(jié)締組織細(xì)胞能在天然皮膚中形成骨膠原。這些結(jié)締組織細(xì)胞可構(gòu)成類似于真實(shí)皮膚的組織結(jié)構(gòu)。第二十九頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日白鼠體上移植的人造皮膚研制者：第四軍醫(yī)大學(xué)的研究人員從新生或出生前的試驗(yàn)鼠身上取出少量皮膚組織，采用滅菌、消化、分離、培養(yǎng)等手段，獲得了足夠的細(xì)胞數(shù)量后，再用組織工程的辦法將其重新組合，成功地研制出具有表皮組織和結(jié)締組織的皮膚。這個過程用一個形象的比喻就是在器皿中“種皮膚”。試驗(yàn)人員將這些人造皮膚移植到白鼠身上，經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)，人造皮膚不僅具有正常皮膚的部分功能，而且具有良好的修復(fù)皮膚創(chuàng)傷的作用，到目前為止并未發(fā)現(xiàn)有免疫排斥反應(yīng)?？梢哉f，目前人造“鼠皮”已研制成功。當(dāng)然，這種皮膚與真正的皮膚還有差距，比如說沒有汗腺和毛發(fā)等附屬物第三十頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日我國第一個“人造皮膚”正式進(jìn)入臨床應(yīng)用四軍醫(yī)大口腔醫(yī)院研制的我國組織工程第一個產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化

這項技術(shù)的先進(jìn)性在于，國內(nèi)目前的人造皮膚研究僅能進(jìn)行表皮的復(fù)制，四軍醫(yī)大則發(fā)展出帶有結(jié)締組織第二層的皮膚，這種技術(shù)目前在國際上只有美國掌握，在國內(nèi)四軍醫(yī)大是第一家。金巖教授展示組織工程皮膚第三十一頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日

俄羅斯以納米材料制人造皮膚

俄羅斯的生物皮膚和外國的類似產(chǎn)品性質(zhì)不同。它具有高度的相容性，療效好。特點(diǎn)是用它進(jìn)行的包扎無需更換。“吉阿馬特里克斯”和恢復(fù)的皮膚結(jié)合。此外，它有再生的性能，在它上面能繁殖移殖的細(xì)胞。還有，俄羅斯的生物皮膚較便宜，這也很重要。第三十二頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日斯坦福大學(xué)華裔女科學(xué)家鮑哲楠(ZhenanBao，音譯)在已取得人造電子皮膚科研成果的基礎(chǔ)上，再接再厲，研發(fā)出更仿真的透明、超彈性的傳感器皮膚，讓人造電子皮膚擁有更接近自然皮膚的觸覺。這項研究已于10月23日發(fā)表在《自然納米科技》雜志上。

人造皮膚有感覺了第三十三頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日第三十四頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日由美國宇航局科學(xué)家研制的一種新型人造皮膚采用垂直碳納米管層排列在整容手術(shù)所使用的橡膠聚合物上，就像是植入一塊皮膚一樣，碳納米管通過金絲的串接固定在一起。這些碳納米管分布在橡膠狀的聚合物上，這種結(jié)合橡膠聚合物和碳納米管的人造皮膚能夠?qū)⒔佑|表面的熱量傳遞至傳感器網(wǎng)絡(luò)，就如同皮膚能夠及時獲取該信息一樣。碳納米管提取聚合物上的壓電感應(yīng)后，傳感器能夠向機(jī)器人大腦產(chǎn)生一種信號。機(jī)器人也需要敏感的皮膚產(chǎn)生一定的觸感。

第三十五頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日人工皮膚的發(fā)展人造皮膚在中國起步較晚，但經(jīng)過幾十年的發(fā)展，其在各個領(lǐng)域上面都取得了巨大的成就。在美國、加拿大、日本和歐共體國家組織工程的研究和產(chǎn)業(yè)化得到迅速發(fā)展，尤其是美國有50余家公司從事組織工程產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，已經(jīng)形成價值60億美元的產(chǎn)業(yè)，并以每年25%的速度遞增。初步估計，到2020年美國組織工程產(chǎn)品市場可達(dá)每年180億美元。

第三十六頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日人造皮膚的最新研究多倫多大學(xué)的科研人員通過把單個細(xì)胞放入凝膠狀的薄片材料里，使其生長出一種全新的人造皮膚。值得一提的是，這種新的人造皮膚不僅能夠根據(jù)實(shí)際需要被培育成字母等特殊的形狀，其生長速度也大幅提高，從之前的一次生長幾微米變成現(xiàn)在一次生長幾厘米。為何能根據(jù)需要培育成特殊形狀？第三十七頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日

“馬賽克凝膠”是一種薄皮狀的物質(zhì)，能夠與活體組織的細(xì)胞生長兼容，進(jìn)而確保各種不同的細(xì)胞能夠在凝膠里進(jìn)行精準(zhǔn)的、可操控的生長繁殖。精確控制細(xì)胞生長具有非常重大的意義，如此一來，人造皮膚的細(xì)胞就能模擬活體組織細(xì)胞的自然生長，對燒傷患者的治療十分有利。

控制“馬賽克凝膠”里的細(xì)胞生長，令其排列成7個字母、組成單詞“Toronto”。第三十八頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日未來人造皮膚有觸感可拉伸能防彈可剝落的電子表皮第三十九頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日人造心臟瓣膜的置換

第一個可靠的人工心臟瓣膜，在1961年由美國俄勒岡州波特蘭的外科醫(yī)生史塔爾和他的合作者愛德華斯發(fā)明，是裝在不銹鋼罩中的塑料球。

第四十頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日按材料的屬性可分為：無機(jī)生物材料；有機(jī)生物材料；復(fù)合生物材料；天然生物材料；雜化生物材料。第四十一頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日無機(jī)生物材料：金屬與合金材料；碳素材料；生物活性陶瓷；玻璃材料。第四十二頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日普通金屬烤瓷牙

貴金屬烤瓷牙第四十三頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日齒科材料修復(fù)牙齒用的合金除銀之外主要有鎳鉻、鈷鉻和烤瓷合金。鎳鉻合金（軟質(zhì)）適于制作齒冠、冠橋等部件；鈷鉻合金（中硬質(zhì)）適于作齒環(huán)、基托，硬質(zhì)者則適于作舌桿、整體部件第四十四頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日第四十五頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日烤瓷合金是用于制造烤瓷固定修復(fù)體的底層合金。先用緊密鑄造制成帽狀冠，在表面涂上烤瓷，高溫?zé)Y(jié)。強(qiáng)度與耐磨性高于塑料牙，又能按牙齒色調(diào)配制。高銅銀合金粉系用于齲齒治療。為了解決銀合金粉與汞調(diào)和中汞蒸氣的危害，已制成銀汞膠囊，效應(yīng)更佳。第四十六頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日第四十七頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日第四十八頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日牙槽骨內(nèi)種植體第四十九頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日第五十頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日種植牙并不是真的種上一棵或幾棵與天然牙一樣的牙齒，而是以種植材料埋植到牙槽骨內(nèi)（種植體），再在其上做假牙的一種“假牙”修復(fù)方法。它是一種以植入骨組織內(nèi)的下部結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)來支持、固位上部牙修復(fù)體的缺牙修復(fù)方式。主要包括下部的支持種植體和上部的牙修復(fù)體兩部分。

第五十一頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日有機(jī)生物材料：是具有一定生物相容性的合成高聚物材料：硅橡膠；聚胺酯及其嵌段共聚物；尼龍；聚丙稀晴；聚稀烴；聚碳酸酯；聚醚；聚砜；聚氯乙烯；聚丙稀酸酯等。第五十二頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日人工皮膚的材料分合成高分子和生物高分子兩類第五十三頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日產(chǎn)品及組織工程相關(guān)產(chǎn)業(yè)PLGA：聚乳酸-羥基乙酸共聚物第五十四頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日天然生物材料：再生纖維膠原彈性纖維元透明質(zhì)酸甲殼素軟骨素等第五十五頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日纖維蛋白Cusp：一端尖細(xì)的突出物，尤指心瓣的三角形段Vascular：血管的基于模塑的纖維蛋白凝膠載體的心臟瓣膜導(dǎo)管模型第五十六頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日肌腱組織第五十七頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日珊瑚羥基磷灰石人造骨第五十八頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日第五十九頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日復(fù)合生物材料：用碳纖維增強(qiáng)的塑料；用碳纖維或玻璃纖維增強(qiáng)的生物陶瓷；用碳纖維或玻璃纖維增強(qiáng)的玻璃等。第六十頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日Hydrogel，水凝膠；透明質(zhì)酸(HyaluronicacidHA)、第六十一頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日雜化生物材料：

指來自活體的天然材料與合成材料的雜化，如：膠原與聚乙烯醇的交聯(lián)雜化；甲殼糖與聚乙烯醇的交聯(lián)雜化等。第六十二頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日按應(yīng)用部位分類：硬組織材料：齒科材料、骨科材料；軟組織材料：各種充填、整復(fù)材料；心血管材料（抗凝血材料）：人工血管、人工導(dǎo)管等。血液代用材料：人工紅血球、代用血漿。透析及超濾用膜材料：血液凈化、血漿分離用膜材料。第六十三頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日德國DensplyDyractAp全功能復(fù)合體合體的所有優(yōu)點(diǎn)，放氟功能更強(qiáng)耐磨性能更優(yōu)異，表面更光滑。這種復(fù)合體在操作中簡單、快速患者無痛苦，沒有任何副作用，而修復(fù)質(zhì)量又極好。

德國DegussaDefinite新型齒科陶瓷材料

具有很好的生物相容性，是汞合金、復(fù)合樹脂和復(fù)合體等材料的代用品。適用于前牙和側(cè)牙區(qū)的所有適應(yīng)癥

德國DegussaDefiniteflow流質(zhì)型填充材料

新型的流質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)這是一種新型產(chǎn)品，可流動，成形后又堅固無比。它適用于V類齲洞的填充、各類裂隙封閉、微小的齲壞控制以及用陶瓷、復(fù)合樹脂作為修復(fù)材料的粘固德國Densply牙膠尖硬度大、彈性好、充填徹底、操作容易是本牙膠尖的優(yōu)點(diǎn)。

德國DMG樹脂材料

各種比色，可適用于修補(bǔ)、充填，也可作為光固化材料。

德國VIVADENTTetric瓷化樹脂德國OMPOGLGS光固化玻璃離子2、國外的一些口腔材料第六十四頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日按使用要求分類：非植入性材料和制品：聚丙稀聚乙烯，一次性注射器植入性材料和制品：

聚四氟乙烯，心臟修補(bǔ)片；

血液接觸性材料和制品：聚氨酯，心臟反博氣囊；降解和吸收性材料與制品；聚乳酸，手術(shù)縫線；其他：聚苯乙烯，乳膠。第六十五頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日四種分類法特點(diǎn)：1.較粗糙,實(shí)際意義不大;2.缺乏對材料的個性認(rèn)識;3.前后重復(fù);4.區(qū)分不明確。第六十六頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日表1-6.1醫(yī)用材料與制品分類表第六十七頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日第六十八頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日第六十九頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日其它生物醫(yī)用材料：納米生物材料組織工程材料基因芯片材料智能材料，等等第七十頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日合成聚合物制成的一個鼻狀支架新種軟骨細(xì)胞，體外培養(yǎng)育出的人造鼻植入物第七十一頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日培養(yǎng)出的組織工程化的人耳第七十二頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日人造鼻骨組織人造神經(jīng)組織培養(yǎng)組織第七十三頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日生物醫(yī)學(xué)高分子材料按用途分類手術(shù)治療用高分子材料縫合線，黏膠劑，止血劑，各種導(dǎo)管，引流管，一次性輸血輸液器材藥用及藥物傳遞用高分子材料靶向性高分子載體（肝靶向性，腫瘤靶向性），高分子藥物（干擾素，降膽敏），高分子控制釋放載體（膠囊，水凝膠，脂質(zhì)體）人造器官或組織人造皮膚，血管，骨，關(guān)節(jié)，腸道，心臟，腎等1.分類第七十四頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日第七十五頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日制備生物醫(yī)用高分子材料？化學(xué)家來做第一步化學(xué)家合成原始材料并檢測各項理化指標(biāo)生物學(xué)家檢測材料生物毒性及生物相容性醫(yī)學(xué)家做臨床動物試驗(yàn)-人體試驗(yàn)化學(xué)工程師制造生物醫(yī)用高分子材料臨床應(yīng)用第七十六頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日生物高分子材料發(fā)展史1943年賽璐珞薄膜開始用于血液透析1949年

美國首先發(fā)表了醫(yī)用高分子的展望性論文。在文章中，第一次介紹了利用PMMA作為人的頭蓋骨、關(guān)節(jié)和股骨，利用聚酰胺纖維作為手術(shù)縫合線的臨床應(yīng)用情況。50年代，有機(jī)硅聚合物被用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，使人工器官的應(yīng)用范圍大大擴(kuò)大，包括器官替代和整容等許多方面。

DrugcontrolledreleaseTissueengineeringGenetherapy第七十七頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日

此后，一大批人工器官在50年代試用于臨床。如人工尿道（1950年）、人工血管（1951年）、人工食道（1951年）、人工心臟瓣膜（1952）、人工心肺（1953年）、人工關(guān)節(jié)（1954年）、人工肝（1958年）等。進(jìn)入60年代，醫(yī)用高分子材料開始進(jìn)入一個嶄新的發(fā)展時期。1960s可生物降解聚合物，如：Polylactide(PLA)1970-80s隱形眼鏡（Contactlens），藥物控制釋放(drugcontrolledrelease)1990s-1990s-聚合物在生物醫(yī)用材料中的占有率超過一半第七十八頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日第七十九頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日

高分子材料雖然不是萬能的，不可能指望它解決一切醫(yī)學(xué)問題，但通過分子設(shè)計的途徑，合成出具有生物醫(yī)學(xué)功能的理想醫(yī)用高分子材料的前景是十分廣闊的。有人預(yù)計，在21世紀(jì)，醫(yī)用高分子將進(jìn)入一個全新的時代。除了大腦之外，人體的所有部位和臟器都可用高分子材料來取代。仿生人也將比想象中更快地來到世上。第八十頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日（Requirementsforbiomedicalpolymers）Basicrequirements安全性Biocompatibility/Biostability/Biodegradability滅菌性Sterilizability醫(yī)用高分子材料的要求第八十一頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日RequirementsforbiomedicalpolymersOtherrequirementsaccordingtospecificapplications加工成型性machine-shapingproperties機(jī)械性能與穩(wěn)定性Mechanicalproperties環(huán)境敏感性Environmentalsensitivity表面性能與結(jié)構(gòu)多空性Surfaceproperties/Porosity親疏水性Hydrophilicity/hydrophobicity……第八十二頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日①不會致癌

根據(jù)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)理論認(rèn)為，人體致癌的原因是由于正常細(xì)胞發(fā)生了變異。當(dāng)這些變異細(xì)胞以極其迅速的速度增長并擴(kuò)散時，就形成了癌。而引起細(xì)胞變異的因素是多方面的，有化學(xué)因素、物理因素，也有病毒引起的原因。安全性第八十三頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日②具有良好的血液相容性

當(dāng)高分子材料用于人工臟器植入人體后，必然要長時間與體內(nèi)的血液接觸。因此，應(yīng)用高分子對血液的相容性是所有性能中最重要的。血液相容性就是指血液對與它接觸的非存活材料和器件產(chǎn)生合乎要求的反應(yīng)的一種性能；具體來說應(yīng)具備以下性質(zhì)：不凝血、不溶血、不破壞血細(xì)胞、不致使血漿蛋白變性及酶系統(tǒng)破壞，不擾亂電解質(zhì)平衡。其中，不凝血是血液相容性最重要，也是最不易做到的要求。

第八十四頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日通常，當(dāng)人體的表皮受到損傷時，流出的血液會自動凝固，稱為血栓。血液相容性指材料在體內(nèi)與血液接觸后不發(fā)生凝血、溶血現(xiàn)象，不形成血栓。實(shí)際上，血液在受到下列因素影響時，都可能發(fā)生血栓：①血管壁特性與狀態(tài)發(fā)生變化；②血液的性質(zhì)發(fā)生變化；③血液的流動狀態(tài)發(fā)生變化。第八十五頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日③具有良好的組織相容性有些高分子材料本身對人體有害，不能用作醫(yī)用材料。而有些高分子材料本身對人體組織并無不良的影響，但在合成、加工過程中不可避免地會殘留一些單體，或使用一些添加劑。當(dāng)材料植入人體以后，這些單體和添加劑會慢慢從內(nèi)部遷移到表面，從而對周圍組織發(fā)生作用，引起炎癥或組織畸變，嚴(yán)重的可引起全身性反應(yīng)。第八十六頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日滅菌性

高分子材料在植入體內(nèi)之前，都要經(jīng)過嚴(yán)格的滅菌消毒。目前滅菌處理一般有三種方法：蒸汽滅菌、化學(xué)滅菌、γ射線滅菌。國內(nèi)大多采用前兩種方法。因此在選擇材料時，要考慮能否耐受得了。能經(jīng)受必要的清潔消毒措施而不產(chǎn)生變性第八十七頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日生物醫(yī)用高分子材料用途手術(shù)縫合線骨固定材料組織修補(bǔ)材料藥物控制釋放材料第八十八頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日第八十九頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日人工心臟瓣膜第九十頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日組織工程人工骨缺損修復(fù)示意圖第九十一頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日第九十二頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日1、天然可降解高分子材料膠原蛋白，纖維蛋白甲殼素、殼聚糖、淀粉、纖維素海藻酸鈉衍生物可吸收縫線藥物控釋載體人工皮膚第九十三頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日天然可降解高分子材料的優(yōu)點(diǎn)

原料來源豐富，便宜易得可用常規(guī)方法加工成型

具有良好的生物相容性

不引起異體反應(yīng)第九十四頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日（1）膠原蛋白

膠原是人體組織中最基本的蛋白質(zhì)類物質(zhì)，至今已經(jīng)鑒別出13種膠原，其中I～I(xiàn)II、V和XI型膠原為成纖維膠原。I型膠原在動物體內(nèi)含量最多，已被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)用材料和生化試劑。第九十五頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日結(jié)構(gòu)：由各種物種和肌體組織制備的膠原差異很小。最基本的膠原結(jié)構(gòu)為由三條分子量大約為1×105的肽鏈組成的三股螺旋繩狀結(jié)構(gòu)，直徑為1～1.5nm，長約300nm。第九十六頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日制備來源：牛和豬的肌腱、生皮、骨骼是生產(chǎn)膠原的主要原料。

第九十七頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日生產(chǎn)：醫(yī)用膠原制備的主要目的是除去組織中的非膠原成分和抗原物質(zhì)，獲得高純度的膠原肽、膠原纖維或膠原組織。膠原在應(yīng)用時必須交聯(lián)，以控制其物理性質(zhì)和生物可吸收性。同時也必須考慮所用交聯(lián)方法的強(qiáng)度、穩(wěn)定性、毒性、趨鈣化以及抗酶降解性能等。第九十八頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：膠原材料具有生物力學(xué)性能好,免疫原性低等優(yōu)點(diǎn),被制造成為各種生物醫(yī)學(xué)材料,在醫(yī)療器械產(chǎn)品制造領(lǐng)域有著不可替代的優(yōu)勢和相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。缺點(diǎn)：要通過對實(shí)際生產(chǎn)過程的嚴(yán)格控制才能達(dá)到動物源性膠原的人用標(biāo)準(zhǔn)。第九十九頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日

膠原可以用于制造心臟瓣膜、支架、血管修復(fù)材料、止血海綿、創(chuàng)傷輔料、明膠、化妝品、人工皮膚、手術(shù)縫合線、組織工程基質(zhì)等。應(yīng)用：第一百頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日

纖維蛋白

纖維蛋白是纖維蛋白原的聚合產(chǎn)物。纖維蛋白原是一種血漿蛋白質(zhì)，存在于動物體的血液中。纖維蛋白原在人體內(nèi)的主要功能是參與凝血過程。第一百零一頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日第一百零二頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日

纖維蛋白具有良好的生物相容性，具有止血、促進(jìn)組織愈合等功能，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著重要用途。纖維蛋白的降解包括酶降解和細(xì)胞吞噬兩種過程，降解產(chǎn)物可以被肌體完全吸收。降解速度隨產(chǎn)品不同從幾天到幾個月不等。通過交聯(lián)和改變其聚集狀態(tài)是控制其降解速度的重要手段。第一百零三頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日甲殼素與殼聚糖甲殼素是一種的線性多糖。昆蟲殼皮、蝦蟹殼中均含有豐富的甲殼素。殼聚糖為甲殼素的脫乙酰衍生物，由甲殼素在40％～50％濃度的氫氧化鈉水溶液中110～120℃下水解2～4h得到。第一百零四頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日

甲殼素能為肌體組織中的溶菌酶所分解，已用于制造吸收型手術(shù)縫合線。其抗拉強(qiáng)度優(yōu)于其他類型的手術(shù)縫合線。在兔體內(nèi)試驗(yàn)觀察，甲殼素手術(shù)縫合線4個月可以完全吸收。甲殼素還具有促進(jìn)傷口愈合的功能，可用作傷口包扎材料。甲殼素膜用于覆蓋外傷或新鮮燒傷的皮膚創(chuàng)傷面時，具有減輕疼痛和促進(jìn)表皮形成的作用，因此是一種良好的人造皮膚材料。甲殼質(zhì)縫線第一百零五頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日2.藥用高分子材料高分子化合物主要的三個方面：（1）作為控制釋放藥物的載體。（2）作為藥物使用。（3）作為藥物制劑的輔助材料。特別是采用智能高分子材料，可使藥物釋放體系（DDS）智能化。此體系的特點(diǎn)是藥物是否需要可由藥劑本身判斷，它可感知疾病引起的化學(xué)物質(zhì)及物理量變化的信號，藥劑能對信號響應(yīng)并自主地控制藥物的釋放。第一百零六頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日高分子藥物1.高分子骨架本身具有藥理活性

聚乙烯N-氧吡啶是一種具有藥理活性的高分子，能溶于水中。注射其水溶液或吸入其煙霧劑，對于治療因大量吸入含游離二氧化硅粉塵所引起的急性和慢性矽肺病有較好效果．并有較好的預(yù)防效果。第一百零七頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日

將青霉素與乙烯醇-乙烯胺共聚物以酰胺鍵相結(jié)合，得到水溶性的藥物高分子。這種高分子青霉素在人體內(nèi)停留時間比低分子青霉素長30-40倍。高分子載體藥物第一百零八頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日高分子藥物緩釋材料藥物控制釋放目的：使藥物以最小的劑量在特定部位產(chǎn)生療效；優(yōu)化藥物釋放速率以提高療效，降低毒副作用；第一百零九頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日口服緩釋制劑：新康泰克第一百一十頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日第一百一十一頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日納米樹形高分子（納米在藥物輸運(yùn)中的應(yīng)用）作為藥物載體的樹狀高分子把樹形高分子設(shè)計得只在適當(dāng)?shù)挠|發(fā)分子存在的情況下自動地膨脹并釋放出藥物使定制的樹形高分子恰好在需要治療的組織或器官內(nèi)釋放出其運(yùn)載的藥物。第一百一十二頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日生物醫(yī)學(xué)金屬材料第一百一十三頁，共一百二十一頁，2022年，8月28日生物醫(yī)學(xué)金屬材料

金屬材料是生物醫(yī)學(xué)材料中應(yīng)用最早的。由金屬具有較高的強(qiáng)度和韌性，