医用功能高分子材料
医用功能高分子材料
2012年3月28日
摘要：本文简述了功能高分子材料在生物医用方面的发展，研究现状，以及应用价值，和研究意义，设计原理和发展前景。
关键词：功能高分子材料 生物医用高分在材料
功能高分子材料分为两类：一类是在原来高分子材料的基础上，使其成为更高性能和功能的高分子材料，另一类是具有新型功能的高分子。随着科技的不断进步，新型功能高分子材料将因为他的独特功能和不可替代的特征在我们的生活中发挥更重要的作用，尤其在医学方面，在人造器官代替方面可以使我们克服某些不可救治的一些疾病，对于延长人类的寿命有重大意义。因此研究创新型功能高分子材料，寻求与人体相容性更好的材料是我们的重要研究目标。
生物医用功能高分子
生物医用功能高分子材料主要以医疗为目的，用于与组织接触以形成功能的无生命材料。其被广泛地用来取代或恢复那些受创伤或退化的组织或器官的功能，从而达到治疗的目的。主要包括医用高分子材料(以修复、替代为主)、药用高分子材料(以药理疗效为主)。由于其与人体的组织和器官接触，因此，医用高分子材料必须满足如下的基本要求：①在化学上是惰性的，会因为与体液接触而发生反应；②对人体组织不会引起炎症或异物反应；③不会致癌；④具有良好的血液相容性，不会在材料表面凝血；⑤长期植入体内，不会减小机械强度；⑥能经受必要的清洁消毒措施而不产生变形；⑦易于加工成需要的复杂形状。
医用功能高分子材料现已取得了许多卓越的成就。如：心血管植入物、整形和重建植入物、矫形外科假体、眼睛系统、牙齿植入物、体外循环装置、导管、药物释放控制器及普外科等都离不开其身影。
生物医用高分子材料的发展及现状
生物医用高分子材料的发展经历了三个阶段，第一阶段始于1937年，其特点是所用高分子材料都是已有的现成材料， 如用丙烯酸甲酯制造义齿的牙床。第二阶段始于1953年， 其标志是医用级有机硅橡胶的出现， 随后又发展了聚羟基乙酸酯缝合线以及四种聚(醚一氨)酯心血管材料，从此进入了以分子工程研究为基础的发展时期。该阶段的特点是在分子水平上对合成高分子的组成、配方和工艺进行优化设计， 有目的地开发所需要的高分子材料。目前的研究焦点已经从寻找替代生物组织的合成材料转向研究一类具有主动诱导、激发人体组织器官再生修复的新材料，这标志着生物医用高分子材料的发展进入了第三个阶段。其特点是这种材料一般由活体组织和人工材料有机结合而成， 在分
子设计上以促进周围组织细胞生长为预想功能， 其关键在于诱使配合基和组织细胞表面的特殊位点发生作用以提高组织细胞的分裂和生长速度。我国研究历史较短，上世纪70年代开始进行人工器官的研制，并有部分器官进入临床应用。1980年成立了中国生物医疗工程学会，并于1982年又成立了中国医学工程学会人工脏器及生物材料专业委员会，使得生物医学器材获得进一步发展．生物医用高分子材料作为一门边缘科学，融合了高分子化学和物理、高分子材料工艺学、药理学、病理学、解剖学和临床医学等方面的知识，还涉及许多工程学问题。生物医用高分子材料的发展，对于战胜危害人类的疾病，保障人民身体健康，探索人类生命奥秘具有重大意义。
二．医用高分子材料的种类和应用
与血液接触的高分子材料
与血液接触的高分子材料是指用来制造人工血管、人工心脏血囊、人工心瓣膜、人工肺等的生物医用材料，要求这种材料要有良好的抗凝血性、抗细菌粘附性，即在材料表面不产生血栓、不引起血小板变形，不发生以生物材料为中心的感染。此外，还要求它具有与人体血管相似的弹性和延展性以及良好的耐疲劳性等。
组织工程用高分子材料
用于人体脏器的高分子材料
人工脏器 高分子材料 人工脏器 高分子材料
心脏 嵌段聚醚酯（SPEU）弹体，硅橡胶 乳房 聚硅氧烷
肾脏 再生纤维素，醋酸纤维素，聚甲基丙烯酸甲酯立体复合物，聚丙烯腈，聚砜，乙烯-乙烯醇共聚物（EVA），聚氨酸，聚丙烯（血液导出口） 鼻 硅橡胶，聚乙烯
瓣膜 硅橡胶，聚四氟乙烯，聚氨脂橡胶，聚脂
血管 聚酯纤维，聚四氟乙烯，SPEU
人工红细胞 全氟烃
肝脏 赛璐珞，PHEMA 人工血浆 羟乙基淀粉，聚乙烯吡咯西酮
胰脏 中空纤维 胆管 硅橡胶
肺 硅橡胶，聚丙烯纤维，聚烷砜 鼓膜 硅橡胶
关节、骨 超高相对分子质量聚乙烯（相对分子质量300万），高密度聚乙烯，聚甲基丙烯酸甲酸甲酯（PMAA），尼龙，硅橡胶 喉头 聚四氟乙烯，聚硅氧烷，聚乙烯
皮肤 火棉胶，涂有聚硅氧烷的尼龙织物，聚酯 气管 聚乙烯，聚四氟乙烯，聚硅氧烷
角膜 PMMA,PHEMA,硅橡胶 腹膜 聚硅氧烷，聚乙烯，聚酯纤维
玻璃体 硅油 尿道 硅橡胶，聚酯纤维
组织工程中的生物材料主要发挥下列作用： (1)提供组织再生的支架或三维结构； (2)调节细胞生理功能；(3)免疫保护。当完成自己的使命后，作为组织生长骨架的生物高分子材料则降解为无毒的小分子被机体吸收。作为这种材料使用的聚合物主要有聚乳酸(PLA)、聚羟基乙酸(PGA)及其共聚物(PLGA)等。例如，中科院化学所石
桂欣等应用溶液浇铸致孔剂浸出技术制备了一系列聚乳酸及不同组成的聚乳酸—羟基乙酸多孔细胞支架，组织培养试验表明，软骨细胞在支架上繁殖情况良好周后已开始分泌细胞外基质。
药用高分子材料
根据药用高分子结构与制剂的形式，药用高分子可分为三类：(1)具有药理活性的高分子药物。它们本身具有药理作用，断链后即失去药性，是真正意义上的高分子药物。天然药理活性高分子有激素、肝素、葡萄糖、酶制剂等。 (2)低分子药物的高分子化。低分子药物在体内新陈代谢速度快，半衰期短，体内浓度降低快，从而影响疗效，故需大剂量频繁进药，而过高的药剂浓度又会加重副作用，此外，低分子药物也缺乏进入人体部位的选择性。 (3)药用高分子微胶囊。将细微的药粒用高分子膜包覆起来形成微小的胶囊是近年来生物医药工程的一场革命。药物经微胶囊化处理后可以达到下列目的：延缓、控制释放药物，提高疗效；掩蔽药物的毒性、刺激性和苦味等不良性质，减小对人体的刺激；使药物与空气隔离，防止药物在存放过程中的氧化、吸潮等不良反应，增加贮存的稳定性。所用高分子材料有天然高分子，如骨胶、明胶、海藻酸钠、琼脂等；半合成的高分子有纤维素衍生物等；合成高分子有聚葡萄糖酸、聚乳酸及乳酸与氨基酸的共聚物等。
医药包装用高分子材料
用于药物包装的高分子材料正逐年增加。包装药物的高分子材料大体上可分为软、硬两种类型。硬型材料如聚酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯等，由于其强度高、透明性好、尺寸稳定、气密性好，常用来代替玻璃容器和金属容器，制造饮片和胶囊等固体制剂的包装。新型聚酯聚萘二甲酸乙二醇酯除具有优异的力学性能及阻隔性能外，还有较强的耐紫外线性，可用于口服液、糖浆等的热封装。软型材料如聚乙烯、聚丙烯、聚偏氯乙烯及乙烯-醋酸乙烯共聚物等，常加工成复合薄膜，主要用来包装固体冲剂、片剂等药物。而半硬质聚氯乙烯片材则被用作片剂、胶囊的铝塑泡罩包装的泡罩材料。至于药膏、洗剂、酊剂等外用药液的包装，则用耐腐蚀性极强且综合性能优良的聚四氟乙烯来担任。
医用粘合剂与缝合线
生物医用粘合剂是指将组织粘合起来的组织粘合剂，它们除了应具备一般软组织植入物所应有的条件外，还应满足下列要求：①在活体能承受的条件下固化，使组织粘合；②能迅速聚合而没有过量的热和毒副产物产生；③在创伤愈合时粘合剂可被吸收而不干扰正常的愈合过程。医用粘合剂可粘合各种组织，例如可进行牙齿粘合，血管、组织、肌肉粘合,脑
动脉瘤表面补强、防止破裂粘合，及骨粘合等。常用的粘合剂有α-氰基丙烯酸烷基酯类，甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物及亚甲基丙二酸甲基烯丙基酯等。
手术用缝合线可分为非吸收型和可吸收型两大类。非吸收类包括天然纤维(如蚕丝、木棉、麻及马毛等)和合成纤维(如PET、PA、PP、PE单丝、PTFE及PU等)。可吸收类包括天然高分子材料(如羊肠线、骨胶原、纤维蛋白等)和合成高分子材料(如聚乙烯醇、聚羟乙基丁酸酯、聚乳酸、聚氨基酸及聚羟基乙酸等)。其中，由聚乳酸和聚羟基乙酸或两者的共聚物制成的缝合线因性能优越而倍受关注。这种缝合线强度可靠，对创口缝合能力强，又可生物降解而被肌体吸收，是一种理想的医用缝合线。
三、医用功能高分子材料的设计与合成