生物醫(yī)用高分子材料的應用和發(fā)展

關于生物醫(yī)用高分子材料的應用和發(fā)展一、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,共45頁，2024年2月25日，星期天分類：按材料來源分：（1）醫(yī)用金屬和合金。主要用于承力的骨、關節(jié)和牙等硬組織的修復和替換。（2）醫(yī)用高分子生物材料。高分子化合物是構成人體絕大部分組織和器官的物質，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)用生物復合材料。如羥基磷灰石涂復鈦合金，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，經處理改性而獲得的無活性的生物材料。

第3頁,共45頁，2024年2月25日，星期天按用途分：（1）手術治療用高分子材料縫合線，黏膠劑，止血劑，各種導管，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，脂質體）（3）人造器官或組織人造皮膚，血管，骨，關節(jié)，腸道，心臟，腎等。第4頁,共45頁，2024年2月25日，星期天按降解性能分：可生物降解材料-指聚合物在生物體內酶、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用中和宿主反應起作用的能力，要求植入材料和機體間的相互作用能夠永久地被協(xié)調。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）或者化學反應（對酸堿酶穩(wěn)定）。第5頁,共45頁，2024年2月25日，星期天二、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,共45頁，2024年2月25日，星期天（1）膠原

膠原是人體組織中最基本的蛋白質類物質，至今已經鑒別出13種膠原，其中I～III、V和XI型膠原為成纖維膠原。I型膠原在動物體內含量最多，已被廣泛應用于生物醫(yī)用材料和生化試劑。第7頁,共45頁，2024年2月25日，星期天結構：由各種物種和肌體組織制備的膠原差異很小。最基本的膠原結構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構，直徑為1～1.5nm，長約300nm，每條肽鏈都具有左手螺旋二級結構。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構。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)學材料。第8頁,共45頁，2024年2月25日，星期天第9頁,共45頁，2024年2月25日，星期天制備來源：牛和豬的肌腱、生皮、骨骼是生產膠原的主要原料。第10頁,共45頁，2024年2月25日，星期天生產：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，獲得高純度的膠原肽、膠原纖維或膠原組織。膠原在應用時必須交聯(lián)，以控制其物理性質和生物可吸收性。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,共45頁，2024年2月25日，星期天特點：優(yōu)點：膠原材料具有生物力學性能好,免疫原性低等優(yōu)點,被制造成為各種生物醫(yī)學材料,在醫(yī)療器械產品制造領域有著不可替代的優(yōu)勢和相當廣泛的應用。缺點：要通過對實際生產過程的嚴格控制才能達到動物源性膠原的人用標準。第12頁,共45頁，2024年2月25日，星期天應用：

膠原可以用于制造心臟瓣膜、支架、血管修復材料、止血海綿、創(chuàng)傷輔料、明膠、化妝品、人工皮膚、手術縫合線、組織工程基質等。第13頁,共45頁，2024年2月25日，星期天第14頁,共45頁，2024年2月25日，星期天人工心臟瓣膜第15頁,共45頁，2024年2月25日，星期天前景展望：膠原材料應用范圍極其廣泛,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。但當前國內對膠原類生物醫(yī)用材料免疫原性的研究很少，并且對于此類產品的免疫原性尚無標準評價方法。這一點仍需要我們繼續(xù)不斷地摸索與探究。第16頁,共45頁，2024年2月25日，星期天（2）甲殼質甲殼質是1811年由法國學者布拉克諾(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。第17頁,共45頁，2024年2月25日，星期天結構：1．分子量甲殼質的化學結構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)保領域應用。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,共45頁，2024年2月25日，星期天第19頁,共45頁，2024年2月25日，星期天納米甲殼質第20頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2．脫乙?；兌?/p>

幾丁質經過脫乙?；蔀閹锥【厶牵鴰锥【厶堑幕締挝皇瞧咸烟前?。幾丁質因為不溶于酸堿也不溶于水而不能被身體利用。脫乙?；罂稍黾悠淙芙庑砸虼丝杀簧眢w吸收。幾丁質脫乙?；兌仍礁咂淦焚|越好。第21頁,共45頁，2024年2月25日，星期天制備來源：自然界中,甲殼質存在于低等植物菌類、藻類的細胞,甲殼動物蝦、蟹、昆蟲的外殼，高等植物的細胞壁等，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。據估計自然界中，甲殼質每年生物合成的量多達1000億噸。第22頁,共45頁，2024年2月25日，星期天生產：首先用稀的氫氧化鈉液除去蛋白質，然后，用鹽酸除去鈣鹽，剩下的就是幾丁質。為了從這些幾丁質中除去乙?；瞄L時間的高溫，使之在濃的氫氧化鈉中發(fā)生反應，就可制成含有氨基的甲殼質(幾丁聚糖或殼糖胺)。因為幾丁質不溶于酸堿，也不溶于水，很難被人體利用。經脫乙?；蓭锥【厶呛笏苋苡谙∷岷腕w液中，可被人體所利用。第23頁,共45頁，2024年2月25日，星期天（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,共45頁，2024年2月25日，星期天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”；酸性條件下成鹽，由于同種電荷的相互排斥，聚合物網絡擴張，藥物通透率高，表現(xiàn)為“開”，因此具有pH刺激響應性，可作為智能型藥物控制釋放材料使用。第25頁,共45頁，2024年2月25日，星期天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”；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，聚合物網絡擴張，藥物通透率高，表現(xiàn)為“開”，因此具有pH刺激響應性，可作為智能型藥物控制釋放材料使用。第26頁,共45頁，2024年2月25日，星期天第27頁,共45頁，2024年2月25日，星期天（4）甲殼素、殼聚糖及其衍生物在醫(yī)藥敷料中的應用

第28頁,共45頁，2024年2月25日，星期天研究意義：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品在臨床的推廣和應用具有重要意義。第29頁,共45頁，2024年2月25日，星期天1、治療外傷、創(chuàng)傷甲殼素、殼聚糖等產品生物相容性好，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)傷治療的理想產品。第30頁,共45頁，2024年2月25日，星期天甲殼質縫線第31頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2、治療燒傷、燙傷殼聚糖的線型分子鏈結構使其具有優(yōu)良的成纖性，其纖維可作為可吸收醫(yī)用手術縫合線、人造皮膚、止血材料、手術包扎材料等。殼聚糖與膠原、明膠、抗菌藥物等復合，改善物理性能和功能特性，可應用于燒傷、燙傷病人的治療。第32頁,共45頁，2024年2月25日，星期天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；珍珠經超微粉碎后制成分子離子態(tài)溶液；殼聚糖經化學修飾后制成水溶液。采用微乳化技術與微膠囊技術，將以上成分配制成具有定量緩釋功能的微膠囊藥膜。該復合膜中藥有效成分與殼聚糖結合在一起，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,共45頁，2024年2月25日，星期天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、內源性、繼發(fā)性等類型。殼聚糖應用于褥瘡的臨床治療取得了良好的效果。第34頁,共45頁，2024年2月25日，星期天應用：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縫合線。其抗拉強度優(yōu)于其他類型的手術縫合線。在兔體內試驗觀察，甲殼素手術縫合線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,共45頁，2024年2月25日，星期天甲殼質手術縫合線第36頁,共45頁，2024年2月25日，星期天傷口包扎材料——護創(chuàng)膜第37頁,共45頁，2024年2月25日，星期天優(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。它還有促使細胞活化的作用，可大量產生膠原纖維，不會留下傷疤。第38頁,共45頁，2024年2月25日，星期天實例：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,共45頁，2024年2月25日，星期天三、生物醫(yī)用高分子材料

市場發(fā)展概況第40頁,共45頁，2024年2月25日，星期天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,共45頁，2024年2月25日，星期天如：德國UHMWPE材料●ISO5834-2●ASTMF648