医用高分子材料
医用高分子材料
医用高分子材料摘要：随着高分子材料在社会的各个领域的广泛应用，尤其是在航天工程、医学等领域的应用。
功能高分子材料一般指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料。
医用高分子材料是用以制造人体内脏、体外器官、药物剂型及医疗器械的聚合物材料。
对医用高分子材料的目前需求作了简要分析,介绍了医用高分子材料的主要类别、用途及其特殊要求,并浅谈了医用高分子材料的发展及展望。
关键词：高分子材料药用用途功能分类正文：一、医用高分子材料的定义及分类医用高分子材料有两种定义。
一种是广义医用高分子材料，涵盖所有在医疗活动中使用的高分子材料；另一种定义是符合特殊医用材料要求，在医学领域上应用到人体上，以医疗为目的，具有特殊要求的功能型高分子材料。
按照不同的标准，医用高分子材料有不同的分类。
按用途划分包括：治疗用高分子材料、药用高分子材料、人造器官用高分子材料等；按原材料的来源划分包括：天然高分子医用材料、合成高分子药用材料、含高分子的复合医用材料等；按材料自身的功能和特点可以分为：生物相容性高分子材料、生物降解性高分子材料、生物功能高分子材料等。
二、医用高分子材料的特殊要求由于由于高分子材料直接用于医疗目的，有些需要长期接触或者植入活体内部，因此对材料的要求比较高。
对于医用高分子材料的要求基本可以分为三方面：1、材料学方面的要求，要求材料能满足医疗过程中其对机械、物理和化学方面的要求，如机械强度、稳定性，外观效果等。
2、医学方面的要求，如药物的控制释放、人造血液的黏度、渗透压、人造皮肤的促进愈合作用等。
3、生物学方面的要求，要能和生物活体和平共处，就必须不影响活体正常的生物活动和适应活体的生理方面的要求，并且耐受生理环境。
另外，生物活体对医用高分子材料也有一定的要求：1、血液相容性。
医用高分子材料
医用高分子材料医用高分子材料在现代医学和医疗领域中起着至关重要的作用。
这些材料具有出色的生物相容性、可加工性和可控释放性能，被广泛用于医疗器械、药物传递系统和组织工程等领域。
本文将介绍医用高分子材料的应用、特点和近期研究进展。
一、医用高分子材料的应用1. 医疗器械医用高分子材料在医疗器械中扮演着重要的角色。
例如，聚乙烯醇（PVA）被广泛用于制作医用手套、输液软管和注射器等。
其柔软性和耐腐蚀性使其成为理想的选择。
此外，聚氨酯（PU）也被用于制作心脏起搏器和人工血管。
其优异的机械性能和生物相容性使其成为这些医疗器械的理想材料。
2. 药物传递系统医用高分子材料在药物传递系统中起着重要的作用。
例如，聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）被广泛用于制造微球、纳米粒子和针剂等。
这些材料具有良好的生物降解性和可控释放性能，可以通过改变材料的组成和制备方法来调控药物的释放速率和持续时间。
3. 组织工程医用高分子材料在组织工程领域中具有巨大潜力。
例如，聚己内酯（PCL）和胶原蛋白被广泛用于制造支架和人工皮肤。
这些材料能够提供细胞附着和生长的支持，并具有良好的生物相容性和生物降解性，有助于再生损伤组织。
二、医用高分子材料的特点1. 生物相容性医用高分子材料具有良好的生物相容性，能够与人体组织兼容，并且不会引发明显的免疫反应。
这一特点使得它们适用于体内应用，可以减少术后并发症的发生。
2. 可加工性医用高分子材料可以通过不同的加工方法制备成不同形状和尺寸的产品。
例如，熔融挤出、溶液旋转薄膜法和三维打印等方法可以制备出具有复杂结构和良好性能的材料。
3. 可控释放性能医用高分子材料可以通过改变材料的组成和结构来调控药物的释放速率和持续时间。
这使得药物能够在目标区域长时间释放，提高疗效并减少副作用。
三、医用高分子材料的研究进展1. 新型材料的合成与应用近年来，研究人员致力于开发新型医用高分子材料，以满足不同临床需求。
例如，阴离子聚合物、生物可降解聚合物和纳米复合材料等新型材料被广泛应用于医疗器械和药物传递系统，为临床诊疗提供了更多选择。
医用高分子材料
医用高分子材料首先，医用高分子材料具有良好的生物相容性。
这意味着它们与人体组织和生物体具有良好的相容性，不会引起排斥反应或过敏反应。
这使得它们可以用于制造各种植入式医疗器械，如人工关节、心脏起搏器和血管支架等。
常用的医用高分子材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯和聚乳酸等。
其次，医用高分子材料具有良好的耐用性和可塑性。
它们可以根据需要进行设计和加工，制成各种形状和结构的医疗器械和用品。
同时，它们具有较高的耐用性，能够承受人体内外的各种环境和应力，保持稳定的性能和形状。
这使得医用高分子材料在医疗器械和用品的制造中具有广泛的应用前景。
医用高分子材料在医疗行业中的应用非常广泛。
它们被用于制造各种医疗器械，如手术器械、诊断设备、植入式医疗器械和医疗用品等。
比如，聚乳酸材料被用于制造可降解的缝线和骨修复材料；聚碳酸酯材料被用于制造人工眼角膜和牙科修复材料；聚乙烯材料被用于制造输液管和输液袋等。
这些医疗器械和用品在临床上发挥着重要的作用，帮助医生诊断疾病、进行手术治疗和康复护理。
随着医疗技术的不断发展和医疗需求的不断增加，医用高分子材料的应用也在不断拓展和创新。
未来，医用高分子材料有望在生物医学工程、组织工程和再生医学等领域发挥更大的作用。
同时，人们也在不断研发新型的医用高分子材料，以满足不同医疗器械和用品的需求。
总之，医用高分子材料在医疗行业中具有重要的地位和应用前景。
它们具有良好的生物相容性、耐用性和可塑性，适用于各种医疗器械和用品的制造。
随着医疗技术的不断发展和医疗需求的不断增加，医用高分子材料的应用也将不断拓展和创新，为人类健康事业做出更大的贡献。
医用高分子材料概述及分类
Drug controlled release
Tissue engineering
Gene therapy
医用高分子材料概述和分类
此后，一大批人工器官在50年代试用于临床。 如人工尿道（1950年）、人工血管（1951年）、 人工食道（1951年）、人工心脏瓣膜（1952）、 人工心肺（1953年）、人工关节（1954年）、人 工肝（1958年）等。进入60年代，医用高分子材 料开始进入一个崭新的发展时期。
医用高分子材料概述和分类
❖ 1960s 可生物降解聚合物，如： Polylactide(PLA)
❖ 1970-80s 隐形眼镜（Contact lens），药物 控制释放(drug controlled release)
❖ 1990s- 聚合物在生物医用材料中的占有率 超过一半
医用高分子材料概述和分类
医用高分子材料概述和分类
4. 医用高分子材料的要求
（Requirements for biomedical polymers）
❖ Basic requirements ❖ 安全性Biocompatibility/Biostability / Biodegradability ❖ 灭菌性Sterilizability
医用高分子材料概述和分类
聚四氟乙烯
医用高分子材料概述和分类
人工关节
例如： 德国产品 UHMWPE材料
•ISO5834-2
•ASTM F648
•可用为人工关节、 人工骨骼植入人体
•极低的能耗
•……
医用高分子材料概述和分类
人工心脏瓣膜
医用高分子材料概述和分类
组织工程人工骨缺损修复示意图
医用高分子材料概述和分类
医用高分子材料
医用高分子材料的种类
1 生物可降解材料
2 人工器官材料
3 生物材料表面改性
这类材料在人体内可以自然 降解，减少对人体的刺激， 并且不需要二次手术取出。
这类材料可以用于制造人工 心脏瓣膜、人工血管等，帮 助患有心脏病和其他器官疾 病的患者。
通过改变材料表面的特性， 可以提高材料的生物相容性， 减少对人体的排异反应。
医用高分子材料的特点
生物相容性
医用高分子材料具有良好的生物 相容性，与人体组织相容性高， 不会引起排异反应。
可调控性
医用高分子材料具有可调控性， 可以根据具体需求进行调整，用 于不同的医学应用。
可塑性
医用高分子材料具有良好的可塑 性，易于加工成各种形状，适用 于复杂的医学器械制造。
创新研究
科学家们正在不断进行医用高分子材料的创新研究，开发出更先进的材料。
临床应用
医用高分子材料已经在临床上得到广泛应用，并取得了显著的效果。
合作交流
不同国家的科学家们正在进行医用高分子材料的合作交流，推动其发展。
未来医用高分子材料的发展趋势
生物仿生技术
未来医用高分子材料将更加注重 生物仿生技术，模拟自然生物系 统，实现更好的医疗效果。
医用高分子材料的应用
1
人工关节
医用高分子材料可以用于制造人工关节，帮助患有关节炎等疾病的患者恢复正常 生活。
2
可吸收缝合线
医用高分子材料制成的可吸收缝合线可以用于手术缝合，减少了术后的痛苦和并 发症。
3
人工眼角膜
医用高分子材料可以用于制造人工眼角膜，帮助视力受损的患者恢复视力。
医用高分子材料的发展现状
纳米技术应用
纳米技术将被广泛应用于医用高 分子材料，提高其性能并为医学 研究提供更多可能。
医用高分子材料
医用高分子材料是 用以制造人体内脏、 体外器官、药物剂型及医疗器械的聚合物 材料。20年来，用于这方面的高分子材料 有聚氯乙烯、天然橡胶、聚乙烯、聚酰胺、 聚丙烯、聚苯乙烯、硅橡胶、聚酯、聚四 氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚氨酯等。
医用高分子 材料
医用高分子材料的 基本要求
医用高分子材料的 基本特征
医用高分子材料的 发展趋势
一、医用高分子材料的基本要求
1、物理机械性能好、能够满足生理功能和使 用环境的要求 2、能耐受灭菌过程儿不致影响生物学性能 3、成型加工性能好，一家工程各种复杂形状 的 制品 4、同血液接触时，材料要有较好的抗凝血性，不引 起溶血，不造成血中蛋白质变性，不破坏血液的 有形成分
相同点外，还有因连接于大分子上而带来的各种高分 子效应和特性
三、生物医用材料的未来发展趋势
1、研究新的降解材料。今后研究发展的趋势是设计、 制作具有特殊功能的材料，如低模量、高柔顺性、 高强度材料 2、研究具有全面生理功能的人工器官和组织材料。 材料不仅是惰性植入体而且要具有生物活性。它 能引导和诱导组织、器官的修复和再生，在完成 上述任务后能自动降解排出体外，为此需要研究 新型降解材料
途径。制备生物梯度功能材料是医用材料表面改性、 提高膜和基结合力的方向
特殊性质
药物剂型性
药物的助剂：高分子材料本身是惰性的，不 参与药的作用，只起增稠、表面活性、崩 解、粘合、赋形、润滑和包装等作用，或 在人体内起“药库”作用，使药物缓慢放 出而延长药物作用时间。
聚合物药物：将低分子药物，以惰性水溶性 聚合物作分子载体，把具有药性的低分子 化合物，通过共价键或离子键与载体的侧 基连接，制成聚合物药物。
聚合物存在多重结构，即一次性结构、二次性结构 和三次性结构 3、高分子化合物的性质不仅与平均相对分子质量有 关，还与组分的不同相对分子质量的分布有关 4、高分子化合物的主链和侧链基上含有多种可以反 应的活性基团，如羧基、羟基、酯基、酰基键和 双键等。这些基团在化学反应活性上除了和小分 子化合物中的基团有
医用高分子材料
：如吸引器、缝线、咽头镜、血管注射用具等；③检
查及检查室用具：如采血管、采血瓶、心电图用的
电极、试验管、培养皿等。
医疗
①药物的助剂：高分子材料本身是 惰性的，不参与药的作用，只起增
人造 脏器
器械
稠、外表活性、崩解、粘合、赋形 、润滑和包装等作用，或使药物缓 慢放出而延长药物作用时间。；②
聚合物药物：将具有药性的低分子
1969年世界第一颗人造心脏于临床应用，跳动3天
医用高分子材料的应用
考尔夫最大的成就是创造了最初的肾透析仪和首个人工心脏， 因为卓越的医学奉献，他于2002年获得了拉斯克医学奖。
全植入式人工心脏
2001-07-04 世界首个完整人工心脏移植手术成功 这具人工心脏是由钛金属和塑胶制造 。 是首个不需要通过管线与外部电源连 接的人工心脏。人工心脏可以将病人 的生命延长60天至5年。这种新的人工 心脏同以往在80年代研发的人工心脏 比较，优点是它降低了感染的危险性。 不过，目前这种人工心脏只批准在“末 期〞的心脏病病人身上使用，这些病 人一般上只剩下30天的寿命。
药物 剂型
人造脏器(Artificial organ)、医疗器械和 药物剂型。
医用高分子材料的应用
药物
制剂
诊断
控制
应用领域
人工心脏
医用粘合剂
1〕药物制剂
目的：药物控制释放
定位释放 时间控制 恒速释放
药物制剂
部位控制 反馈控制 脉冲释放
☺
2〕诊断控制
应用目的：临床检测新技术
应用实例：快速响应、高灵敏度、高精确度的检测试剂与工具， 包括试剂盒、生物传感器等
变形 ;
06
具有良好的血液 相容性 ;
医用高分子材料
医用高分子材料
医用高分子材料是一种应用于医疗领域的材料，具有优良的生物相容性、可降解性、可调控性和生物活性等特点。
它被广泛应用于医疗器械、组织工程、药物传递系统等领域。
首先，医用高分子材料具有优良的生物相容性。
由于其化学结构和生物组织相似，医用高分子材料与生物体相互作用时会引起较小的免疫反应和炎症反应。
这种生物相容性使得医用高分子材料可以与人体组织良好地结合，不产生异物感。
其次，医用高分子材料具有可降解性。
医用高分子材料可以在人体内逐渐分解代谢，不会残留在体内，不会对人体造成长期的不良影响。
这种可降解性使得医用高分子材料特别适用于一次性使用的医疗器械和植入物。
此外，医用高分子材料具有可调控性。
医用高分子材料的物理和化学性质可以通过调整其分子结构和组成，来实现对其性能的控制。
例如，通过调整其分子量和结晶度，可以控制医用高分子材料的力学强度和降解速率。
这种可调控性使得医用高分子材料能够满足不同临床需求。
最后，医用高分子材料具有生物活性。
医用高分子材料可以与生物体相互作用，并对其产生一定的生物效应。
例如，一些医用高分子材料具有良好的细胞黏附性和生物酶附着能力，可以促进细胞的生长和组织修复。
这种生物活性为医疗器械的研发和组织工程的实现提供了有效的手段。
总之，医用高分子材料具有优良的生物相容性、可降解性、可调控性和生物活性，广泛应用于医疗领域。
随着技术的不断进步，医用高分子材料还将为医疗器械、组织工程、药物传递系统等领域的发展带来更多的机会和挑战。
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➢ 远程结构是指分子的尺寸、形态， 链的柔顺性以及分子在环境中的构 象，也称二级结构。
• 聚集态结构是指高聚物材料整体
的内部结构，包括晶体结构、非晶
态结构、取向态结构、液晶态结构
等有关高聚物材料中分子的堆积情
况，统称为三级结构。
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图5-1 多孔高分子材料的断口电镜照片
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5.2.1 近程结构
1. 高分子链的组成 ❖ 高分子是链状结构，高分子链是由单体通过加聚或缩聚反应连接而成的链状
分子。 ❖ 通常的有机高分子化合物，它是由碳-碳主链或由碳与氧、氮或硫等元素形
成主链的高聚物，即均链高聚物或杂链高聚物。 ❖ 高密度聚乙烯(HDPE)结构为－[CH2CH2]n－，是高分子中分子结构最为简单
的一种，它的单体是乙烯，重复单元即结构单元为CH2CH2 ，称为链节，n为 链节数，亦为聚合度。 ❖ 聚合物为链节相同，聚合度不同的混合物，这种现象叫做聚合物分子量的分 散性。 ❖ 对于结构完全对称的单体(如乙烯、四氟乙烯)，只有一种连接方式；对于 CH2=CHX或CH2=CX2类单体，由于其结构不对称，形成高分子链时可能有三种 不同键接方式：头-头连接，尾-尾连接，头-尾连接。
的致癌可能性；
❖ （4）具有良好的血液相容性(最重要)； ❖ （5）长期植入体内后其力学性能不会受到影响； ❖ （6）能经受必要的清洁消毒措施而不产生物理和化学
性质的变化；
❖ （7）易于成型和加工成需要的复杂形状。
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5.1.2 高分子材料的生物相容性
❖ 生物相容性：植入材料在植入生物体之后与机体之间发 生一系列的生物反应并最终被生物体所接受的性质。
❖ 对生物体来说，植入材料不管其结构、性质如何，都是 外来异物。出于本能的自我保护，一般都会出现排斥现 象。
❖ 由于不同的高分子材料在医学中的应用目的不同，生物 相容性可分为组织相容性和血液相容性两种。
❖ 组织相容性：材料与人体组织，如骨骼、牙齿、内部器 官、肌肉、肌腱、皮肤等的相互适应性。
❖ 血液相容性：材料与血液接触是不是会引起凝血、溶血 等不良反应。
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5.2 高分子材料的特性
❖ 高分子材料：一类相对分子质量比一般有机化合物高得多的化 合物。
❖ 一般有机化合物的相对分子质量只有几十到几百，高分子化合 物是通过小分子单体聚合而成的相对分子质量高达上万甚至上 百万的聚合物。
❖ 通常高分子材料可以压延成膜；可以纺制成纤维；可以挤铸或 模压成各种形状的构件；可以产生强大的粘结能力；可以产生 巨大的弹性形变；并具有质轻、绝缘、高强、耐热、耐腐蚀、 自润滑等许多独特的性能。
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❖ 2．高分子链的形态
❖ 如果在缩聚过程中有三个或三个以上的官能度的单体存在，
或是在加聚过程中有自由基的链转移反应发生，或是双烯类单 体第二键被活化等，则单体单元的键接顺序通常有无规、交替 、嵌段和接枝之分，能生成支化的或交联的高分子。支化高分 子又有星型、梳型和无规支化之分。
❖ 1) 线型分子链
•生物惰性材料的要求：不受体液环境中酶、酸、碱等的破坏。
•常见的有尼龙、聚硅氧烷、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、碳 氟聚合物、橡胶等。
•通常用于韧带、肌腱、皮肤、血管、骨骼、牙齿等人体软、硬
组织器官的修复和替换。
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5.1.1 植入材料必须满足的条件
❖ （1）化学隋性，不会因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,高分子材料本身并没有比其他材料更多
❖ 高分子材料的性能是其内部结构和分子运动的具体反映。 ❖ 高分子材料的高分子链通常由上万到上百万个结构单元组成。
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• 高分子结构通常分为链结构和聚 集态结构两个部分。
• 链结构是指单个高分子化合物分 子的结构和形态，所以链结构又可 分为近程和远程结构。
➢ 近程结构属于化学结构，也称一 级结构，包括链中原子的种类和排 列、取代基和端基的种类、结构单 元的排列顺序、支链类型和长度等。
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5.1.3 高分子材料的组织相容性
❖ 高分子材料对组织反应的影响因素主要包括： 1. 材料本身的结构和性质（如微相结构、亲水性、疏水性、电荷等） 2. 材料中可渗出的化学成分（如残留单体、杂质、低聚物、添加剂等） 3. 降解或代谢产物 4. 植入材料的几何形状 ❖ 1.组织相容性的要求： ❖ 活体组织不发生炎症，排斥，材料不发生钙沉着等。 ❖ 2.提高血液相容性的技术—表面修饰： • （1）使表面带负电荷，提高对正电粒子的吸附作用； • （2）提高表面亲水性，降低表面自由能，将PEG或肝素通过接枝方法固定在高
❖ 由许多链节组成的长链，通常是卷曲为团状，这类高聚物有 较高的弹性、塑性好、硬度低，是典型的热塑性材料的结构， 如图5-3中Ⅰ所示。
I
II
III
图5-3 高分子h链结构示意图
9
(Ⅰ线型结构；II支链型结构；III交联网状结构)
❖ 2) 支链型分子链
➢ 在主链上带有支链，这类高聚物的性能和加工成型能力都接近 线型分子链高聚物。
分子材料表面上以提高其抗凝血性； • （3）设计微相分离结构； • （4）改变表面粗糙度。
以嵌段共聚高分子材料为例, 它由两种或多种 不同性质的单体段聚合而成. 当单体之间不相容 时, 它们倾 向于发生相分离, 但由于不同单体之间 有化学键相连, 不可能形成通常意义上的宏观相 变, 而只能形成纳 米到微米尺度的相区, 这种相分 离通常称为微相分离, 不同相区所形成的结构称为 微相分离结构.
➢ 线型和支链型高分子加热可熔化，也可溶于有机溶剂，易于结 晶，因此可反复加工成型，称作“热塑性树脂”。
➢ 合成纤维和大多数塑料都是线型分子。
❖ 3) 体型分子链
➢ 分子链之间有许多链节互相交联，这类高聚物的硬度高、脆性 大、弹性和塑性较低，这种形态也称为网状结构。
第5章 医用高分子材料
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目录
生物医用高分子材料
人工器官
医用粘合剂 药用高分子材料
高分子免疫佐剂 医用诊断高分子
生物医用高分子材料的发展概况与趋势
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1
5.1 生物医用高分子材料概述
•植入材料的种类很多，而高分子材料的使用最为广泛，据统计， 近10年来医用高分子材料的使用占全部生物材料的47%。
•医用高分子材料按照材料的性质划分包括生物惰性高分子材料 和生物可降解高分子材料两类。