生物醫(yī)用高分子材料的應(yīng)用和發(fā)展

關(guān)于生物醫(yī)用高分子材料的應(yīng)用和發(fā)展第1頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三一、生物醫(yī)用高分子材料

（Biomedicalmaterials）定義：指對生物體進行診斷、治療和置換損壞組織、器官或增進其功能的材料。第2頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三分類：按材料來源分：（1）醫(yī)用金屬和合金。主要用于承力的骨、關(guān)節(jié)和牙等硬組織的修復(fù)和替換。（2）醫(yī)用高分子生物材料。高分子化合物是構(gòu)成人體絕大部分組織和器官的物質(zhì)，醫(yī)用高分子生物材料包括合成（如：聚酯、硅橡膠）和天然高分子（如：膠原、甲殼素）。（3）醫(yī)用生物陶瓷。有惰性生物陶瓷和活性生物陶瓷（羥基磷灰石陶瓷、可吸收磷酸三鈣陶瓷等）（4）醫(yī)用生物復(fù)合材料。如羥基磷灰石涂復(fù)鈦合金，炭纖維或生物活性玻璃纖維增強聚乳酸等高分子材料。（5）生物衍生材料。這類材料是將活性的生物體組織，包括自體和異體組織，經(jīng)處理改性而獲得的無活性的生物材料。

第3頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三按用途分：（1）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（2）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）（3）人造器官或組織人造皮膚，血管，骨，關(guān)節(jié)，腸道，心臟，腎等。第4頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三按降解性能分：可生物降解材料-指聚合物在生物體內(nèi)酶、酸堿性環(huán)境下或微生物存在的情況下可以發(fā)生分子量下降、生成水和二氧化碳等對生物體或環(huán)境無毒害的小分子化合物的性能。不可生物降解材料（生物惰性材料）-一種生物材料在特殊應(yīng)用中和宿主反應(yīng)起作用的能力，要求植入材料和機體間的相互作用能夠永久地被協(xié)調(diào)。在生物環(huán)境下自身不發(fā)生有害的物理（滲透、溶解或吸附）或者化學(xué)反應(yīng)（對酸堿酶穩(wěn)定）。第5頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三二、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6頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三（1）膠原

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7頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三結(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，每條肽鏈都具有左手螺旋二級結(jié)構(gòu)。膠原分子的兩端存在兩個小的短鏈肽，稱為端肽，不參與三股螺旋繩狀結(jié)構(gòu)。研究證明，端肽是免疫原性識別點，可通過酶解將其除去。除去端肽的膠原稱為不全膠原，可用作生物醫(yī)學(xué)材料。第8頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三第9頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三制備來源：牛和豬的肌腱、生皮、骨骼是生產(chǎn)膠原的主要原料。第10頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三生產(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)方法的強度、穩(wěn)定性、毒性、趨鈣化以及抗酶降解性能等。第11頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三特點：優(yōu)點：膠原材料具有生物力學(xué)性能好,免疫原性低等優(yōu)點,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：要通過對實際生產(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12頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三應(yīng)用：

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。第13頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三第14頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三人工心臟瓣膜第15頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三前景展望：膠原材料應(yīng)用范圍極其廣泛,優(yōu)勢明顯。我國在對膠原類醫(yī)療器械產(chǎn)品的檢驗評價方面也日趨完善，如不久前又增添了對免疫原性檢測的要求。但當(dāng)前國內(nèi)對膠原類生物醫(yī)用材料免疫原性的研究很少，并且對于此類產(chǎn)品的免疫原性尚無標(biāo)準(zhǔn)評價方法。這一點仍需要我們繼續(xù)不斷地摸索與探究。第16頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三（2）甲殼質(zhì)甲殼質(zhì)是1811年由法國學(xué)者布拉克諾(Braconno)發(fā)現(xiàn)，1823年由歐吉爾(Dier)從甲殼動物外殼中提取,并命名為CHITIN，譯名為幾丁質(zhì)。第17頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三結(jié)構(gòu)：1．分子量甲殼質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)和植物纖維素非常相似。都是六碳糖的多聚體，分子量都在100萬以上。分子量越高吸附能力越強，適合工業(yè)、環(huán)保領(lǐng)域應(yīng)用。低分子量容易被人體吸收。分子量為7000左右的幾丁聚糖，大約含30個左右的葡萄糖胺殘基。第18頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三第19頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三納米甲殼質(zhì)第20頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三2．脫乙?；兌?/p>

幾丁質(zhì)經(jīng)過脫乙?；蔀閹锥【厶?，而幾丁聚糖的基本單位是葡萄糖胺。幾丁質(zhì)因為不溶于酸堿也不溶于水而不能被身體利用。脫乙酰基后可增加其溶解性因此可被身體吸收。幾丁質(zhì)脫乙?；兌仍礁咂淦焚|(zhì)越好。第21頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三制備來源：自然界中,甲殼質(zhì)存在于低等植物菌類、藻類的細(xì)胞,甲殼動物蝦、蟹、昆蟲的外殼，高等植物的細(xì)胞壁等，其量不低于豐富的纖維素，是除纖維素以外的又一大類重要多糖。據(jù)估計自然界中，甲殼質(zhì)每年生物合成的量多達(dá)1000億噸。第22頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三生產(chǎn)：首先用稀的氫氧化鈉液除去蛋白質(zhì)，然后，用鹽酸除去鈣鹽，剩下的就是幾丁質(zhì)。為了從這些幾丁質(zhì)中除去乙酰基，用長時間的高溫，使之在濃的氫氧化鈉中發(fā)生反應(yīng)，就可制成含有氨基的甲殼質(zhì)(幾丁聚糖或殼糖胺)。因為幾丁質(zhì)不溶于酸堿，也不溶于水，很難被人體利用。經(jīng)脫乙?；蓭锥【厶呛笏苋苡谙∷岷腕w液中，可被人體所利用。第23頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三（3）殼聚糖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24頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三殼聚糖在堿性條件下存在大量氫鍵，體系收縮，藥物通透率低，表現(xiàn)為“關(guān)”；酸性條件下成鹽，由于同種電荷的相互排斥，聚合物網(wǎng)絡(luò)擴張，藥物通透率高，表現(xiàn)為“開”，因此具有pH刺激響應(yīng)性，可作為智能型藥物控制釋放材料使用。第25頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三殼聚糖接枝丙烯酸在酸性條件下存在大量氫鍵，體系收縮，藥物通透率低，表現(xiàn)為“關(guān)”；在堿性條件下成鹽，離子性基團解離，由于同種電荷的相互排斥，聚合物網(wǎng)絡(luò)擴張，藥物通透率高，表現(xiàn)為“開”，因此具有pH刺激響應(yīng)性，可作為智能型藥物控制釋放材料使用。第26頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三第27頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三（4）甲殼素、殼聚糖及其衍生物在醫(yī)藥敷料中的應(yīng)用

第28頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三研究意義：醫(yī)用生物材料的基本要求是安全、有效，研究甲殼素、殼聚糖及其衍生物的使用安全性對該產(chǎn)品在臨床的推廣和應(yīng)用具有重要意義。第29頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三1、治療外傷、創(chuàng)傷甲殼素、殼聚糖等產(chǎn)品生物相容性好，且具有止血、止痛、抑菌、促進肉芽組織和上皮組織的形成等作用，是外傷、創(chuàng)傷治療的理想產(chǎn)品。第30頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三甲殼質(zhì)縫線第31頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三2、治療燒傷、燙傷殼聚糖的線型分子鏈結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)良的成纖性，其纖維可作為可吸收醫(yī)用手術(shù)縫合線、人造皮膚、止血材料、手術(shù)包扎材料等。殼聚糖與膠原、明膠、抗菌藥物等復(fù)合，改善物理性能和功能特性，可應(yīng)用于燒傷、燙傷病人的治療。第32頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三3、治療潰瘍慢性皮膚潰瘍，包括血管性潰瘍、放射性潰瘍及感染性潰瘍等，臨床治療困難，是一種臨床常見的疾病。中藥選擇選用紫草、當(dāng)歸、白芷、甘草等活血止痛、祛腐生肌類藥物，并提取有效成分；珍珠經(jīng)超微粉碎后制成分子離子態(tài)溶液；殼聚糖經(jīng)化學(xué)修飾后制成水溶液。采用微乳化技術(shù)與微膠囊技術(shù)，將以上成分配制成具有定量緩釋功能的微膠囊藥膜。該復(fù)合膜中藥有效成分與殼聚糖結(jié)合在一起，既保持了殼聚糖本身生物活性，又使中藥緩釋吸收，而且具有噴涂方便、自然成膜、滲透性強、易于吸收、加快潰瘍愈合等特點。第33頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三4、治療褥瘡褥瘡又名壓迫性潰瘍，是老齡人群的多發(fā)病和常見病，可分為外源性、原發(fā)性、內(nèi)源性、繼發(fā)性等類型。殼聚糖應(yīng)用于褥瘡的臨床治療取得了良好的效果。第34頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三應(yīng)用：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。其抗拉強度優(yōu)于其他類型的手術(shù)縫合線。在兔體內(nèi)試驗觀察，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表皮形成的作用，因此是一種良好的人造皮膚材料。第35頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三甲殼質(zhì)手術(shù)縫合線第36頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三傷口包扎材料——護創(chuàng)膜第37頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三優(yōu)勢：幾丁聚糖具有很強的抗菌力，促進肉芽生長和皮膚再生的效能，可用于制造人工皮膚，或治療燒傷、燙傷，加速外傷愈合。用幾丁聚糖制成人工皮膚不會發(fā)生人體排斥反應(yīng)帶來的一系列問題。這種人工皮膚和身體親和力強，可被人體吸收，可使皮膚愈合良好。它還有促使細(xì)胞活化的作用，可大量產(chǎn)生膠原纖維，不會留下傷疤。第38頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三實例：具有消炎、抑菌、止血、止痛、促進組織生長等功能。無刺激，無毒性，無過敏。具有優(yōu)良的生物相容性和可降解性能，易被人體吸收。第39頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三三、生物醫(yī)用高分子材料

市場發(fā)展概況第40頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三目前用高分子材料制成的人工器官中，比較成功的有人工血管、人工食道、人工尿道、人工心臟瓣膜、人工關(guān)節(jié)、人工骨、整形材料等，已取得重大研究成果。還需不斷完善的有人工腎、人工心臟、人工肺、人工胰臟、人工眼球、人造血液等。還有一些功能較為復(fù)雜的器官，如人工肝臟、人工胃、人工子宮等，則正處于大力研究開發(fā)之中。第41頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三如：德國UHMWPE材料