醫(yī)用高分子剖析

醫(yī)用硅橡膠高分子1002班鄧明志 1011020232醫(yī)用硅橡膠摘要：介紹了當(dāng)前醫(yī)用硅橡膠制品的物理性能、化學(xué)性能及生物性能指標(biāo)，并對硅橡膠材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用做了簡要論述。關(guān)鍵詞：硅橡膠，醫(yī)用前言：醫(yī)用高分子材料指的是在醫(yī)學(xué)上使用的高分子材料，是一門介于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)和高分子科學(xué)之間的新興學(xué)科。它是以醫(yī)用為目的，用于和活體組織接觸，具有診斷、治療或替換機體中組織器官，增進其功能的無生命材料。它涉及多種邊緣學(xué)科如物理學(xué)、化學(xué)、生物化學(xué)、病理學(xué)、醫(yī)學(xué)、輸血學(xué)等醫(yī)用硅橡膠是醫(yī)用高分子材料的重要品種之一。硅橡膠是一種直鏈狀的高分子量的聚有機硅氧烷，分子量一般在148000以上，它的結(jié)構(gòu)形式與硅油類似，其通式如下：硅橡膠在醫(yī)學(xué)上的作用逐漸為人們所認(rèn)識。1945年，有人發(fā)現(xiàn)在玻璃瓶內(nèi)表面涂上一層很薄的硅油后，水就不會附在壁上，而且能使里面貯存的青霉素或血液一點不剩地完全倒出。1946年，又發(fā)現(xiàn)用有機硅聚合物處理過的瓶子貯存血液，凝血時間比用未處理過的瓶子貯存的間要長．這就從一個側(cè)面說明了有機硅材料具有很好的血液相容性。1950年，隨著白炭黑對硅橡膠補強的迅速發(fā)展，硅橡膠的機械強度大幅度提高，擠出的硅橡膠管在醫(yī)學(xué)上代替損壞尿道的首例手術(shù)在美國獲得成功；1955年，首例硅橡膠腦積水引流管用以治療新生兒腦積水(俗稱大頭癥)亦獲得成功，硅橡膠是制作這類制品的唯一材料，從而大大促進了硅橡膠在醫(yī)療事業(yè)中，的應(yīng)用。由于硅橡膠制品與人體相容性好， 植入體內(nèi)無毒副反應(yīng)，易于成型加工，適于做成各種形狀的管、片、制品，因而是目前醫(yī)用高分子材料中應(yīng)用最廣、能基本上滿足不同使用要求的一類主要材料。 其用量處于持續(xù)穩(wěn)定增長的態(tài)勢。醫(yī)用高分子材料醫(yī)用高分子材料是指在醫(yī)學(xué)上使用的高分子材料 ,它對于挽救生命,救治傷殘,提高人類生活質(zhì)量具有重要的意義和巨大的社會效益。能被應(yīng)用到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的高分子材料對其性能要求十分苛刻,具體如下：1生物相容性生物相容性是描述生物醫(yī)用材料與生物體相互作用情況的,是作為醫(yī)用材料必不可少的條件,包括:血液相容性,組織相容性,生物降解吸收性。2生物功能性生物功能性是指生物材料具有在其植入位置上行使功能所要求的物理和化學(xué)性質(zhì),具體有:可檢查、診斷疾病;可輔助治療疾病;可滿足臟器對維持或延長生命功能的性能要求;可改變藥物吸收途徑,控制藥物釋放速度、部位、滿足疾病2治療要求的功能等。3無毒性無毒性即化學(xué)惰性。此外,還應(yīng)具備耐生物老化,物理和力學(xué)穩(wěn)定性,易加工成型,材料易得,價格適當(dāng),便于消毒滅菌;以及還要防止在醫(yī)用高分子材料生產(chǎn)、加工過程中引入對人體有害的物質(zhì)。對于不同用途的醫(yī)用高分子材料,往往又有一些具體要求。在醫(yī)用高分子材料進入臨床應(yīng)用之前,都必須對材料本身的物理性能、機械性能以及材料與生物體或人體的相互適應(yīng)性進行全面評價,通過評價之后經(jīng)國家管理部門批準(zhǔn)才能臨床使用。國內(nèi)醫(yī)用硅橡膠發(fā)展現(xiàn)狀我國對醫(yī)用硅橡膠制品的研發(fā)和應(yīng)用是始于20世紀(jì)60年代，但大量的基礎(chǔ)研究及產(chǎn)品試制工作還是在20世紀(jì)70年代以后進行的。特別是近幾十年來，硅橡膠作為生物適應(yīng)材料的研究已取得了很大的進展，并且有許多功能化、系列化的醫(yī)用硅橡膠制品投入了臨床應(yīng)用。這些制品根據(jù)其用途，大致可分為：腦外科用人工顱骨、腦積水引流管、人工腦膜；耳鼻喉科用人工鼻梁、鼻孔支架、鼻腔止血帶氣囊分道導(dǎo)管、人工耳郭、人工下額、“T”型中耳炎通氣管、人工鼓膜、人工喉、喉罩、“T”型氣管插管、淚道栓、吸氧機波紋管；胸外科用體外循環(huán)機泵管、胸腔引流管、人工肺薄膜、胸腔隔離膜、人工心瓣；內(nèi)科用胃管、十二指腸管、胃造瘺管；腹外科用腹膜透析管、腹腔引流管、“T”型或“Y”型管毛細引流管、人工腹膜；泌尿科和生殖系統(tǒng)用單腔導(dǎo)尿管、梅花型導(dǎo)尿管、雙腔或三腔帶氣囊分道導(dǎo)管、膀胱造瘺管、腎盂造瘺管、陰莖假體、子宮造影導(dǎo)管、人工節(jié)育器、皮下植入型避孕藥物緩釋膠棒、胎兒吸引器骨科用人工關(guān)節(jié)、人工月骨、人工肌腱、人工膝膜減震足墊；皮膚科用人工皮膚、軟組織擴張器、疤痕帖；整形用人工乳房、修補材料等幾大類。硅橡膠作為一種性能優(yōu)良的生物醫(yī)用高分子材料，無論是在橡膠行業(yè)還是在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域都受到了業(yè)內(nèi)人士的普遍關(guān)注。其原因認(rèn)為主要有以下兩點：1）醫(yī)用硅橡膠制品的技術(shù)含量高、附加值高、經(jīng)濟效益十分可觀；2）有效利用硅橡膠的醫(yī)用特性，既能夠解決醫(yī)術(shù)上的不少難題，也可使患者獲得滿意的療效和免受疾病之苦，社會效益、經(jīng)濟效益兩兼?zhèn)?。硅橡膠的種類1）按取代基R’的不同，硅橡膠主要分為如下幾種：二甲基硅橡膠(R、R’為甲基)甲基乙烯基硅橡膠(部分R’為乙烯基)苯基硅橡膠(部分R’為苯基)氟硅硅橡膠(部分R’氟烷基)腈基硅橡膠(部分R’為腈烷基)2）按硫化溫度分類：可分為局溫硫化硅橡膠和室溫硫化硅橡膠(又稱液體硅橡膠)。3硅橡膠的加工方法高溫硅橡膠可采用普通有機橡膠的加工方法，使其從高粘滯塑性態(tài)轉(zhuǎn)變成彈性態(tài)。將生膠配以補強填料、交聯(lián)劑和其他助劑，在煉膠機上混煉成均勻膠料，然后采用模壓、擠出、壓延、浸漬(需要溶劑)等方法高溫硫化成各種橡膠制品。室溫硫化硅橡膠是生膠與交聯(lián)劑、催化劑、填料混勻后能在室溫下交聯(lián)成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。硅橡膠的生物學(xué)性質(zhì)由于硅橡膠本身具有耐高低溫、耐老化、透明度高、生理惰性、與人體組織和血液不粘連、生物適應(yīng)性好、無毒、無味、不致癌等一系列優(yōu)良的特性，所以許多從事硅橡膠研究的工作者對其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用一直在進行著各種各樣的研究和探討。硅橡膠分子結(jié)構(gòu)的特性使它具有優(yōu)良的生物藥學(xué)性質(zhì)，大量動物試驗和臨床應(yīng)用足以證明這一點。硅橡膠的生物學(xué)性質(zhì)有如下幾點：1、化學(xué)穩(wěn)定性硅橡膠具有耐熱耐老化性能，在弱的酸堿和多種介質(zhì)(生理鹽水，酒精)性能變化小，可承受多次高溫高壓消毒而不影響性能。2、耐生物老化性能硅橡膠長期置于機體組織內(nèi)受體液、血液、酶等作用，不發(fā)生因降解或結(jié)構(gòu)化而導(dǎo)致其力學(xué)性能明顯的改變，硅橡膠植入體內(nèi)后沒有發(fā)現(xiàn)任何真菌、細菌或其它微生物的侵蝕或破壞。3、與機體的組織相容性在各種醫(yī)用高分子材料中，以硅橡膠和聚四氟乙烯對周圍的組織反應(yīng)最小，不引起炎癥和過敏反應(yīng)，國產(chǎn)加成型硅橡膠LS一4100在動物(狗)體內(nèi)埋藏試驗，最長達五年，在7周后僅見均勻而薄的纖維組織薄膜，組織反應(yīng)完全消失，無排異現(xiàn)象。4、與血液相容性血液相容性的關(guān)鍵是高分子材料的抗血凝性。就目前而言尚沒有發(fā)現(xiàn)哪一種高分子材料是血液完全相容的，硅橡膠有較好的抗凝血性和低溶血率。5、致癌可能性小硅橡膠植入體內(nèi)形成癌癥，未見報道。醫(yī)用硅橡膠的性能要求6.1 物理性能要求目前，醫(yī)用硅橡膠制品按照GB/T528-1998《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測定》、GB/T529-1999《硫化橡膠撕裂強度的測定（直角型）》及GB/T531-1999《硫化橡膠邵爾A硬度實驗方法》規(guī)定的方法進行物理機械性能測試時，其物理機械性能至少應(yīng)能滿足表1中規(guī)定的指標(biāo)要求。46.2化學(xué)性能要求醫(yī)用硅橡膠制品的化學(xué)性能測試一般是對其浸出液進行測試， 浸出液的制備方法隨著制品的用途、使用時間的不同而不同。測試項目包括PH變化值、重金屬總含量、蒸發(fā)殘留物、高錳酸鉀消耗量、紫外吸收度等。這些項目均應(yīng)達到表規(guī)定的指標(biāo)要求。6.3生物性能要求醫(yī)用硅橡膠制品的生物安全性評價指標(biāo)和試驗方法已有明確的規(guī)定，可根據(jù)制品的用途、與人體接觸的部位、使用時間等來確定具體制品的生物性能指標(biāo)。對醫(yī)用硅橡膠材料來講，一般均應(yīng)滿足表 3規(guī)定的指標(biāo)要求。5硅橡膠在醫(yī)療上的應(yīng)用硅橡膠是相對分子質(zhì)量高的線性聚有機硅氧烷彈性體 ,其基本化學(xué)結(jié)構(gòu)式為:由于其結(jié)構(gòu)的對稱性,分子主鏈呈螺旋狀使硅氧單鍵的極性相互抵消,而且側(cè)鏈的R一般都是低極性或非極性基團,所以整個大分子極性很低,使硅橡膠表現(xiàn)出疏水性、耐氧化以及抗老化性。此外,主鏈中S-iO鍵和側(cè)鏈中的C-Si鍵的極性都近似于離子鍵,在正常使用溫度(250攝氏度以下)不發(fā)生裂解、氧化等反應(yīng),故又具有優(yōu)異的耐熱性,可用作醫(yī)療器械、人造臟器和藥物緩釋體系,對人體有良好的生物相容性。正因為硅橡膠具有以上的特點,從而成為典型的醫(yī)用高分子材料獲得廣泛的應(yīng)用。7.1作為人造器官硅橡膠模擬制品可長期埋置于人體內(nèi)作為人體內(nèi)某個部分不可缺少的元件。包括腦積水引流裝置、人工肺、視網(wǎng)膜植入物、人工腦膜、喉頭、人工手指、手掌關(guān)節(jié)、人造鼓膜、牙齒印膜及托牙組織面軟襯墊、人工心臟瓣膜附件、人工肌腱以及用于消化系統(tǒng)和腹外科制品的各種導(dǎo)管等。腦積水引流裝置是最早的硅橡膠植入物,從1955年開始,至今仍被成功地應(yīng)用于醫(yī)療方面,而且至今為止,硅橡膠仍是這一裝置的唯一材料。最早開始的人造鼓膜的研究是1960年,是將結(jié)構(gòu)類似于人體鼓膜的硅橡膠薄膜貼補在穿孔的鼓膜上。復(fù)合人工腦膜用于修補外傷性硬腦膜缺損及因切除腫瘤在硬腦膜的基蒂或浸潤區(qū)所造成的硬腦膜和硬脊膜缺損。硅橡膠人工指關(guān)節(jié)是從 1963年起推向市場的。開發(fā)人工心臟瓣膜產(chǎn)6品始于1964年,但由于硅橡膠的異物效應(yīng)仍不能全部消除,容易引發(fā)癌癥,有逐漸被代用的趨向。7.2在整容和修復(fù)方面的應(yīng)用。如人工顱骨的修復(fù)，在用尼龍、聚酯纖維等增強后作人造皮膚;提高視力的隱性眼鏡;修補面容的缺陷;修補前額、鼻、下頒、顎、勃頸等;治療外耳的缺損以及現(xiàn)在爭議一直很大的人工乳房等。近年來發(fā)現(xiàn)硅橡膠乳房植入體對人體有不良的副作用。一是拉伸強度不夠,植入體內(nèi)經(jīng)使用一定時間后有破裂和撕裂發(fā)生,使美容成毀容。二是對X射線只部分透過,使乳房部位可能存在的腫瘤無法檢出,從而貽誤治療,危及生命,基于這種高風(fēng)險,現(xiàn)在Corvita公司己開發(fā)研究聚氨酯/聚碳酸酯共聚物與有機硅聚合物復(fù)合材料代替硅橡膠作乳房植入材料。7.3在醫(yī)療器械上的應(yīng)用硅橡膠可作為導(dǎo)管短期置入人體的某個部位,作為搶救和治療各種病例的重要輔助材料和手段;如為肝功能不全、腸瘺、燒傷等病人進行補液用的靜插管,治療急慢性功能衰竭病人解除藥物中毒的動靜外瘺管和腹膜透吸管,以及導(dǎo)尿管、輸液管、泄壓管、胸腔引流管、中耳炎通氣管、洗胃管、灌腸器等一次用品。還可用于人工心肺機,膜式人工肺,胎兒吸引器的吸頭,醫(yī)用電極板基質(zhì),生物傳感器的包裝材料等。7.4在藥物緩釋體系的應(yīng)用硅橡膠可作為藥物緩釋體系的載體,如包封藥物膠囊,皮下埋置劑,子宮植入劑,陰道環(huán),皮膚吸收型制劑(如各種膏藥),還有可注射的加成型硅橡膠可用于手術(shù)女性永久性絕育。硅橡膠作為包封藥膠囊,包封的藥物包括各種甾族化合物,前列腺素,抗生素,鎮(zhèn)靜劑,安眠藥,抗癌藥,麻醉劑等。此外,硅橡膠還可作為消泡劑治療某些疾病。如用于搶救急性肺水腫,可迅速疏通呼吸道,改善缺氧狀況,減少或避免因泡沫阻塞氣流通過而窒息的死亡;患感冒咳嗽迄今尚無特效藥可治,原因是由于支氣管分泌液起泡,病人咳嗽吃了含硅油的糖漿便起消泡作用,因而咳嗽大為減弱,效果顯著等。盡管硅橡膠在生物醫(yī)療領(lǐng)域已經(jīng)使用多年 ,但它對人體仍有一定的副作用。（1）由于其分子結(jié)構(gòu)的低極性造成疏水性,使其仍對人體有一定的異物反應(yīng),今后的發(fā)展要求是對其表面進行改性,提高其親水性。（2）抗張力強度不夠易破裂和撕裂,要解決其機械強度低的性質(zhì)就要對其采用物理和化學(xué)方法改性。（3）對皮下避孕埋植系統(tǒng)而言,以硅橡膠為載體的長效皮下埋植劑在放置有效期滿后必須取出,增加了使用者的痛苦和花費,這樣就引發(fā)了可生物降解埋植劑的研究。硅橡膠今后的主要發(fā)展方向是其無機/有機雜化復(fù)合材料在生物工程和組織工程上的應(yīng)用。7.5導(dǎo)管醫(yī)用硅橡膠導(dǎo)管是醫(yī)用硅橡膠制品中發(fā)展最快、用途最廣的產(chǎn)品。醫(yī)用硅橡膠導(dǎo)管按用途可分為體外用和體內(nèi)用兩種：用于體外的主要是各類泵管，如人工心肺機泵管、與各種器械的連接管、制藥廠的輸液管等；用于體內(nèi)的是各類插管、導(dǎo)管、引流管等，如輸血管、靜脈插管、腹膜透析管、中耳炎通氣管、鼻插管等。山東省醫(yī)療器械研究所針對當(dāng)前醫(yī)用硅橡膠導(dǎo)管品種較單一、產(chǎn)品使用局限性較大的狀況，研制并生產(chǎn)出醫(yī)用硅橡膠系列導(dǎo)管，包括：胸腔引流管、腹腔引流管、腦室引流管、胃（營養(yǎng)）管、淚道引流管及導(dǎo)尿管等，其特點是帶有!光可顯影7標(biāo)記線或標(biāo)志，從而大大提高了操作的準(zhǔn)確性。目前，用于人體的醫(yī)用導(dǎo)管的發(fā)展趨勢是微型化、薄壁化、多腔化和一管多功能化。對于留置體內(nèi)的導(dǎo)管來說，無論是短期還是長期使用，硅橡膠材質(zhì)導(dǎo)管的優(yōu)勢都是無可比擬的。7.6耳鼻喉科制品用于耳鼻喉科的硅橡膠制品包括：人工鼻梁、人工下巴、下頜骨、人工耳、人工喉、中耳炎通氣管、淚道探通裝置、淚道栓、鼻孔支架、止鼾器、鼻腔止血氣囊、人工呼吸機波形管、喉罩、氣管切開套管等。其中，人工器官已廣泛用于醫(yī)療與美容治療中，如用高抗撕硅橡膠制成的人工喉代替除去的軟骨， 可使患者較快地恢復(fù)說話、飲食及呼吸等功能。7.7腹外科制品用于腹外科的硅橡膠制品主要有：腹膜透析管、腹腔引流管、T型管、Y型管、TY型管、毛細引流管、多孔引流管、腹腔引流裝置、負壓引流器、負壓引流球、防粘連膜等。其中，腸外瘺治療用硅橡膠堵漏片能耐腸液腐蝕，且對人體無刺激，可有效阻止腸液外溢，保持腸道通暢，恢復(fù)腸道營養(yǎng)。7.8其它應(yīng)用在其它醫(yī)療領(lǐng)域，硅橡膠制品也有廣泛的應(yīng)用，如：皮膚擴張器、人工乳房、祛疤帖、足墊、吸乳器墊、嬰兒奶嘴、鎮(zhèn)痛泵球囊、人工關(guān)節(jié)、人工皮膚等。據(jù)估算，我國每年約有5000人安裝人工乳房；硅橡膠人工乳房由硅橡膠包膜充填硅凝膠而成，其外形、手感均是其它材料所不能及的。硅橡膠嬰兒奶嘴表面光滑，極易清洗，能高溫消毒且不受損。人工指關(guān)節(jié)從20世紀(jì)60年代起就推向市場；在多數(shù)情況下，柔軟的硅橡膠人工關(guān)節(jié)植入物性能比較穩(wěn)定，術(shù)后關(guān)節(jié)恢復(fù)正常的時間長達5年多。在超細的纖維布上涂敷硅橡膠制成的人工皮膚，可用于大面積燒傷病人的救治，它對燒傷創(chuàng)面有較好的粘附力，可保護創(chuàng)面、防止細菌入侵、減少創(chuàng)面滲出液。結(jié)束語硅橡膠是一種性能優(yōu)良的生物醫(yī)用材料，近年來其制品成為國內(nèi)外研究的熱點。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們醫(yī)療水平的提高，醫(yī)用硅橡膠及其制品將會獲得更加廣泛的應(yīng)用；在不久的將來，會有性能更加優(yōu)良、使用更