醫(yī)用高分子材料-臨床醫(yī)學(xué)

醫(yī)用高分子材料醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）2醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）高長有，馬列編著趙長生主編醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）生物體是有機(jī)高分子存在的最基本形式，有機(jī)高分子是生命的基礎(chǔ)。動(dòng)物體與植物體組成中最重要的物質(zhì)——蛋白質(zhì)、肌肉、纖維素、淀粉、生物酶和果膠等都是高分子化合物。因此，可以說，生物界是天然高分子的巨大產(chǎn)地。高分子化合物在生物界的普遍存在，決定了它們在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的特殊地位。在各種材料中，高分子材料的分子結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成和理化性質(zhì)與生物體組織最為接近，因此最有可能用作醫(yī)用材料。醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)02蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)01醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）肌凝蛋白分子結(jié)構(gòu)醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）淀粉的結(jié)構(gòu)1纖維素的結(jié)構(gòu)2醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）生物酶的結(jié)構(gòu)醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）果膠的分子結(jié)構(gòu)果膠是植物中的一種酸性多糖，最常見的結(jié)構(gòu)是α-1,4連接的多聚半乳糖醛酸，還有鼠李糖等其他單糖共同組成的果膠類物質(zhì)。醫(yī)用高分子材料發(fā)展的動(dòng)力來自醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的客觀需求。當(dāng)人體器官或組織因疾病或外傷受到損壞時(shí)，需要器官移植。然而，只有在很少的情況下，人體自身的器官（如少量皮膚）可以滿足需要。采用同種異體移植或異種移植，往往具有排異反應(yīng)，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致移植失敗。在此情況下，人們自然設(shè)想利用其他材料修復(fù)或替代受損器官或組織。01醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）02早在公元前3500年，埃及人就用棉花纖維、馬鬃縫合傷口。墨西哥印地安人用木片修補(bǔ)受傷的顱骨。公元前500年的中國和埃及墓葬中發(fā)現(xiàn)假牙、假鼻、假耳。進(jìn)入20世紀(jì)，高分子科學(xué)迅速發(fā)展，新的合成高分子材料不斷出現(xiàn)，為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域提供了更多的選擇余地。1936年發(fā)明了有機(jī)玻璃后，很快就用于制作假牙和補(bǔ)牙，至今仍在使用。1943年，賽璐珞薄膜開始用于血液透析。醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）011949年，美國首先發(fā)表了醫(yī)用高分子的展望性02論文。在文章中，第一次介紹了利用PMMA作為人的03頭蓋骨、關(guān)節(jié)和股骨，利用聚酰胺纖維作為手術(shù)縫04合線的臨床應(yīng)用情況。50年代，有機(jī)硅聚合物被用05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06括器官替代和整容等許多方面。醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）聚酰胺纖維進(jìn)入60年代，醫(yī)用高分子材料開始進(jìn)入一個(gè)嶄人工心肺（1953年）、人工關(guān)節(jié)（1954年）、人工如人工尿道（1950年）、人工血管（1951年）、新的發(fā)展時(shí)期。肝（1958年）等。此后，一大批人工器官在50年代試用于臨床。人工食道（1951年）、人工心臟瓣膜（1952年）、醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）人工尿道01人工血管02人工食道03醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）人工心臟隔膜醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）人工肺醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）手術(shù)后人工關(guān)節(jié)手術(shù)前60年代以前，醫(yī)用高分子材料的選用主要是根據(jù)特定需求，從已有的材料中篩選出合適的加以應(yīng)用。由于這些材料不是專門為生物醫(yī)學(xué)目的設(shè)計(jì)和合成的，在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)了許多問題，如凝血問題、炎癥反應(yīng)、組織病變問題、補(bǔ)體激活與免疫反應(yīng)問題等。人們由此意識(shí)到必須針對(duì)醫(yī)學(xué)應(yīng)用的特殊需要，設(shè)計(jì)合成專用的醫(yī)用高分子材料。醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）美國國立心肺研究所在這方面做了開創(chuàng)性的工01作，他們發(fā)展了血液相容性高分子材料，以用于與02血液接觸的人工器官制造，如人工心臟等。從70年03代始，高分子科學(xué)家和醫(yī)學(xué)家積極開展合作研究，04使醫(yī)用高分子材料快速發(fā)展起來。至80年代以來，05發(fā)達(dá)國家的醫(yī)用高分子材料產(chǎn)業(yè)化速度加快，基本06形成了一個(gè)嶄新的生物材料產(chǎn)業(yè)。07醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）人工心臟美國國立心肺研究所研制人工心臟起搏器醫(yī)用高分于作為一門邊緣學(xué)科，融和了高分子01化學(xué)、高分子物理、生物化學(xué)、合成材料工藝學(xué)、02病理學(xué)、藥理學(xué)、解剖學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)等多方面的知03識(shí)，還涉及許多工程學(xué)問題，如各種醫(yī)療器械的設(shè)04計(jì)、制造等。上述學(xué)科的相互交融、相互滲透，促05使醫(yī)用高分子材料的品種越來越豐富，性能越來越06完善，功能越來越齊全。07醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）01高分子材料雖然不是萬能的，不可能指望它解02決一切醫(yī)學(xué)問題，但通過分子設(shè)計(jì)的途徑，合成出03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04十分廣闊的。有人預(yù)計(jì)，在21世紀(jì)，醫(yī)用高分子將05進(jìn)入一個(gè)全新的時(shí)代。除了大腦之外，人體的所有06部位和臟器都可用高分子材料來取代。仿生人也將07比想象中更快地來到世上。醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）01目前用高分子材料制成的人工器官中，比較成02功的有人工血管、人工食道、人工尿道、人工心臟03瓣膜、人工關(guān)節(jié)、人工骨、整形材料等。巳取得重04大研究成果，但還需不斷完善的有人工腎、人工心05臟、人工肺、人工胰臟、人工眼球、人造血液等。06另有一些功能較為復(fù)雜的器官，如人工肝臟、人工07胃、人工子宮等。則正處于大力研究開發(fā)之中。醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）從應(yīng)用情況看，人工器官的功能開始從部分取展，從大型向小型化發(fā)展，從體外應(yīng)用向體內(nèi)植入人工感覺器官、人工肢體發(fā)展。代向完全取代發(fā)展，從短時(shí)間應(yīng)用向長時(shí)期應(yīng)用發(fā)發(fā)展、人工器官的種類從與生命密切相關(guān)的部位向醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）01醫(yī)用高分子材料研發(fā)過程中遇到的一個(gè)巨大難02題是材料的抗血栓問題。當(dāng)材料用于人工器官植入03體內(nèi)時(shí)，必然要與血液接觸。由于人體的自然保護(hù)04性反應(yīng)將產(chǎn)生排異現(xiàn)象，其中之一即為在材料與肌05體接觸表面產(chǎn)生凝血，即血栓，結(jié)果將造成手術(shù)失06敗，嚴(yán)重的還會(huì)引起生命危險(xiǎn)。對(duì)高分子材料的抗07血栓性研制是醫(yī)用高分子研究中的關(guān)鍵問題，至今08尚未完全突破。將是今后醫(yī)用高分子材料研究中的09首要問題。醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）醫(yī)用高分子是一門較年輕的學(xué)科，發(fā)展歷史不01長，因此醫(yī)用高分子的定義至今尚不十分明確。另02外，由于醫(yī)用高分子是由多學(xué)科參與的交叉學(xué)科，03根據(jù)不同學(xué)科領(lǐng)域的習(xí)慣出現(xiàn)了不同的分類方式。04目前醫(yī)用高分子材料隨來源、應(yīng)用目的等可以05分為多種類型。各種醫(yī)用高分子材料的名稱也很不06統(tǒng)一。071.2醫(yī)用高分子的分類醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）日本醫(yī)用高分子專家櫻井靖久將醫(yī)用高分子分成如下的五大類：與生物體組織不直接接觸的材料這類材料用于制造雖在醫(yī)療衛(wèi)生部門使用，但不直接與生物體組織接觸的醫(yī)療器械和用品。如藥劑容器、血漿袋、輸血輸液用具、注射器、化驗(yàn)室用品、手術(shù)室用品等。醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）（2）與皮膚、粘膜接觸的材料用這類材料制造的醫(yī)療器械和用品，需與人體肌膚與粘膜接觸，但不與人體內(nèi)部組織、血液、體液接觸，因此要求無毒、無刺激，有一定的機(jī)械強(qiáng)度。用這類材料制造的物品如手術(shù)用手套、麻醉用品（吸氧管、口罩、氣管插管等）、診療用品（洗眼用具、耳鏡、壓舌片、灌腸用具、腸、胃、食道窺鏡導(dǎo)管和探頭、腔門鏡、導(dǎo)尿管等）、繃帶、橡皮膏等。人體整容修復(fù)材料，例如假肢、假耳、假眼、假鼻等，也都可歸入這一類中。醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）臟、人工肺、人工腎臟滲析膜、人造皮膚等。這類材料在使用中需與肌體組織或血液接觸，故一般要時(shí)替代病變器官的人工臟器，如人造血管、人工心求有較好的生物體適應(yīng)性和抗血栓性。這類材料大多用來制造在手術(shù)中暫時(shí)使用或暫與人體組織短期接觸的材料醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）（4）長期植入體內(nèi)的材料用這類材料制造的人工臟器或醫(yī)療器具，一經(jīng)植入人體內(nèi)，將伴隨人的終生，不再取出。因此要求有非常優(yōu)異的生物體適應(yīng)性和抗血栓性，并有較高的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定的化學(xué)、物理性質(zhì)。用這類材料制備的人工臟器包括：腦積水癥髓液引流管、人造血管、人工瓣膜、人工氣管、人工尿道、人工骨骼、人工關(guān)節(jié)、手術(shù)縫合線、組織粘合劑等。醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）藥用高分子這類高分子包括大分子化藥物和藥物高分子。前者是指將傳統(tǒng)的小分子藥物大分子化，如聚青霉素；后者則指本身就有藥理功能的高分子，如陰離子聚合物型的干擾素誘發(fā)劑。01醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）02醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）按材料的來源分類除此之外，還有以下一些常用的分類方法。如膠原、明膠、絲蛋白、角質(zhì)蛋白、纖維素、多糖、甲殼素及其衍生物等。天然醫(yī)用高分子材料如聚氨酯、硅橡膠、聚酯等。人工合成醫(yī)用高分子材料貳壹叁取自患者自體的組織，例如采用自身隱靜脈作為冠狀動(dòng)脈搭橋術(shù)的血管替代物；取自其他人的同種異體組織，例如利用他1人角膜治療患者的角膜疾?。粊碜云渌麆?dòng)物的異種同類組織，例如采用2豬的心臟瓣膜代替人的心臟瓣膜，治療心臟病等。3天然生物組織與器官醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）按材料與活體組織的相互作用關(guān)系分類生物惰性高分子材料在體內(nèi)不降解、不變性、不會(huì)引起長期組織反應(yīng)的高分子材料，適合長期植入體內(nèi)。生物活性高分子材料指植入生物體內(nèi)能與周圍組織發(fā)生相互作用，促進(jìn)肌體組織、細(xì)胞等生長的材料。010302醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）01這類材料又稱生物降解高分子材料。這類材02料在體內(nèi)逐漸降解，其降解產(chǎn)物能被肌體吸收代03謝，獲通過排泄系統(tǒng)排出體外，對(duì)人體健康沒有04影響。如用聚乳酸制成的體內(nèi)手術(shù)縫合線、體內(nèi)05粘合劑等。生物吸收高分子材料醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）按生物醫(yī)學(xué)用途分類硬組織相容性高分子材料如骨科、齒科用高分子材料；軟組織相容性高分子材料血液相容性高分子材料高分子藥物和藥物控釋高分子材料按與肌體組織接觸的關(guān)系分類長期植入材料如人工血管、人工關(guān)節(jié)、人工晶狀體等。短期植入（接觸）材料如透析器、心肺機(jī)管路和器件等。體內(nèi)體外連通使用的材料如心臟起搏器的導(dǎo)線、各種插管等。與體表接觸材料及一次性醫(yī)療用品材料12345醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）目前在實(shí)際應(yīng)用中，更實(shí)用的是僅將醫(yī)用高分子分為兩大類，一類是直接用于治療人體某一病變組織、替代人體某一部位或某一臟器、修補(bǔ)人體某一缺陷的材料。如用作人工管道（血管、食道、腸道、尿道等）、人造玻璃體（眼球）、人工臟器（心臟、腎臟、肺、胰臟等）、人造皮膚、人造血管，手術(shù)縫合用線、組織粘合劑、整容材料（假耳、假眼、假鼻、假肢等）的材料。醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）另一類則是用來制造醫(yī)療器械、用品的材料，如注射器、手術(shù)鉗、血漿袋等。這類材料用來為醫(yī)療事業(yè)服務(wù)，但本身并不具備治療疾病、替代人體器官的功能，因此不屬功能高分子的范疇。國內(nèi)通常將高分子藥物單獨(dú)列為一類功能性高分子，故不在醫(yī)用高分子范圍內(nèi)討論。本章討論直接用于治療人體病變組織，替代人體病變器官、修補(bǔ)人體缺陷的高分子材料。醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）1.3對(duì)醫(yī)用高分子材料的基本要求醫(yī)用高分子材料是一類特殊用途的材料。它們在使用過程中，常需與生物肌體、血液、體液等接觸，有些還須長期植入體內(nèi)。由于醫(yī)用高分子與人們的健康密切相關(guān)，因此對(duì)進(jìn)入臨床使用階段的醫(yī)用高分子材料具有嚴(yán)格的要求，要求有十分優(yōu)良的特性。歸納起來，一個(gè)具備了以下七個(gè)方面性能的材料，可以考慮用作醫(yī)用材料。醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）（1）化學(xué)隋性，不會(huì)因與體液接觸而發(fā)生反應(yīng)人體環(huán)境對(duì)高分子材料主要有以下一些影響：1)體液引起聚合物的降解、交聯(lián)和相變化；2)體內(nèi)的自由基引起材料的氧化降解反應(yīng)；3)生物酶引起的聚合物分解反應(yīng)；4)在體液作用下材料中添加劑的溶出；5)血液、體液中的類脂質(zhì)、類固醇及脂肪等物質(zhì)滲入高分子材料，使材料增塑，強(qiáng)度下降。醫(yī)用高分子材料（臨床醫(yī)學(xué)）但對(duì)醫(yī)用高分子來說，在某些情況下，“老化”并不一定都是貶意的，有時(shí)甚至還有積極的意義。如作為醫(yī)用粘合劑用于組織粘合，或作為醫(yī)用手術(shù)縫合線時(shí)，在發(fā)揮了相應(yīng)的效用后，反倒不希望它