血液相容性高分子材料

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高分子材料的生物相容性评估考核试卷

3. A
4. A
5. C
6. A
7. A
8. A
9. A
10. A
11. C
12. B
13. C
14. A
15. D
16. C
17. A
18. D
19. C
20. A
二、多选题
1. ABCD
2. AB
3. AB
4. ABCD
5. ABC
6. ABC
7. BD
8. AC
9. ABCD
10. AB
11. AC
12. AB
13. ABC
14. AB
15. ABC
16. ABCD
17. AB
18. AC
19. ABC
20. ABCD
三、填空题
1.组织血液
2. MTT法
3.二氧化碳水
4.溶血性抗凝血性
5.生物降解
6.皮肤刺激
7.生物相容
8.模拟体液
9.分子结构结晶度
10.细胞增殖
四、判断题
1. ×
2. ×
3. √
4. ×
5. √
6. ×
7. √
8. √
9. ×
10. ×
五、主观题（参考）
1.生物相容性评价主要评估材料与生物体相互作用的适宜性，包括细胞毒性、血液相容性、组织相容性和生物降解性等，目的是确保材料在生物体内应用时的安全性和有效性。
2.常用细胞毒性评估方法有MTT法和细胞增殖试验，原理是通过检测细胞存活率、代谢活性等指标来评估材料的细胞毒性。
A. MTT法
B.溶血试验
C.红细胞吸附试验
D.细菌内毒素试验
5.以下哪种材料具有良好的生物相容性？（）

不同分子量的PEG改性聚氨酯以及表面的血液相容性研究

不同分子量的PEG改性聚氨酯以及表面的血液相容性研究摘要：采用两步法将不同分子量的PEG（400、800、1000和2000）修饰到PU膜上，获得了不同分子量PEG修饰的PU，而后考察修饰PU膜的凝血因子试验、复钙时间的测定、血小板计数和血细胞计数实验，检测不同分子量修饰的PU膜的血液相容性。

经过修饰的PU 膜和血液相容性得到了明显改善，并且随着分子量的增加，这种相容性也再增加，PEG的分子量为1000时，这种效果就达到最好。

关键词：聚氨酯PEG 血液相容性血栓1引言聚氨基甲酸酯简称为聚氨酯(PU)，是由有机二异氰酸酯或多异氰酸酯与二羟基基或多羟基化合物加聚而成，因此主链上含有氨基甲酸酯(—NHCOO—)基团，除此之外了，还可含有醚、酯、脲等等基团。

因具有优良的物理机械性能和良好的生物相容性，虽然已经具有四十年的历史，但是目前子在许多人工器官和医疗装置中发挥着至关重要的作用[1]。

但是在临床上，聚氨酯依然会带来像血栓形成等类似的不良生物反应，这可能是由于和生命环境的不相容造成的，因此，对去进行改性获得更加优良的生物相容性的聚氨酯材料是非常必要和有意义的[2]。

当疏水性的材料表面与血液接触后，它能与血液中的蛋白发生强的疏水-疏水相互作用，改变了蛋白的构象，这就会导致蛋白质在材料表面产生不可逆的吸附，从而出现凝血的现象。

通过在疏水性材料表面嫁接亲水性物质能有效的减少和降低这种作用，从而抑制凝血现象的发生[3]。

在众多的亲水性改性材料中，聚乙二醇因能够有效的防止蛋白吸附和血小板的粘附而被受亲睐[4-5]。

因此，本研究采用两步法将不同分子量的PEG（400、800、1000和2000）修饰到PU 膜上，获得了不同分子量PEG修饰的PU，而后考察了修饰PU膜的凝血因子试验、复钙时间的测定、血小板计数和血细胞计数实验，检测不同分子量修饰的PU膜的血液相容性。

2.实验材料和方法2.1 实验材料聚乙二醇400、聚乙二醇800、聚乙二醇1000和聚乙二醇2000（Aldrich公司），4,4-二苯甲基二异氰酸酯（MDI，Aldrich公司），琥珀亚胺碳酸二酯（DSC，Aldrich公司），甲苯，DMF，聚氨酯均为国药试剂，分析纯。

浅谈高分子材料在生物医用领域的发展与应用

浅谈高分子材料在生物医用领域的发展与应用上官勇刚浙江大学高分子科学与工程学系高分子合成与功能构造教育部重点实验室50 年代以来，高分子科学发展的一个重要特征是，在本学科进一步向纵深发展的同时，开始向其他相关学科进行渗透并形成了许多新的学科边缘领域。

高分子生物材料( Polymeric Biomaterials)就是高分子科学与生命科学之间相互渗透而产生的一个重要边缘领域。

生物医用高分子材料是生物高分子材料中最为重要的组成部分，生物医用高分子材料指用于生理系统疾病的诊断、治疗、修复或替换生物体组织或器官，增进或恢复其功能的高分子材料。

这类高分子材料的研究有着非常重要的科学意义和实用价值。

随着高分子化学工业的发展，出现了大量的医用新材料和人工装置，如人工心脏瓣膜、人工血管、人工肾用透析膜、心脏起博器以及骨生长诱导剂等。

近十年来，由于生物医学工程、材料科学和生物技术的发展，医用高分子材料及其制品正以其特有的生物相容性、无毒性等优异性能而获得越来越多的医学临床应用。

生物医用高分子材料的发展阶段生物医用高分子材料的发展经历了两个阶段。

第一阶段是工业高分子材料在医学中的自发应用，这个阶段开始于1937年工业聚甲基丙烯酸甲酯用于制造假牙的牙床，其特点在于是,所用的材料都是工业上已经投产的现成材料，对于其应用价值，也已进行了一系列基础性的研究。

第二阶段是根据生命科学的需要，在分子水平上设计开发新型的生物医用高分子材料，并且对已经成熟的生物医用高分子材料进行优化。

这个阶段始于1953年医用级有机硅橡胶的出现，之后于1962年又开发出体内可吸收的聚羟基乙酸酯用作缝合线。

60年代中期起又依据心血管材料的要求，开发出多种抗凝血的聚(醚-氨酯)生物材料。

所有这些都标志着高分子生物材料已开始进入一个以分子工程研究为基础的发展时期。

生物医用高分子材料的分类与应用一.惰性生物医用高分子材料1)血液相容性材料(抗血凝性材料)生物医用高分子存在的最大难点在于血凝性。

血液接触材料和血液相容性

层层组装的生物相容性
Negtive
肝素肝素
=
316L Stainless steel
PEI PEI
Biomaterial, 2003, 24, 4699等
被德国应用化学的Highlight文章《聚电解质层层组装：一种血管体内修复的通用手段》（Layer-by-layer deposition of polyelectrolytes - A versatile tool for the in vivo repair of blood vessels ，ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION 43 (8): 926-928 2004）引用。
血液与外物表面接触
凝血级联过程
………………... …………………..
因子Ⅻ激活内源性途径
因子Ⅺa ＋因子Ⅸ
因子Ⅷ
Ca2＋
Ca2＋
血小板磷脂血小板因子3 ＋因子Ⅸa＋因子Ⅷa＋因子Ⅹ
…………….. 凝血酶
因子Ⅴ Ca2＋
外源性途径
组织创伤与组织
因子Ⅹ＋因子Ⅶ＋促凝血酶原激酶
Ca2＋
的释放
血栓
凝血级联反应控制点
• 钙离子用EDTA等使钙离子沉淀或螯合是一种在体外保存血液而不导致凝血的
有效方法。 • 凝血酶凝血共同途径和反馈环节的关键因素抗凝血酶－降低凝血酶的活性肝素：本身没有抗凝血性，但能与抗凝血酶Ⅲ（AT Ⅲ）结合形成肝素－AT Ⅲ复合物，能有效降低凝血酶的活性，使因子X失活。 ——向患者提供额外的肝素是临床抗凝血的通常策略。内皮细胞（内皮细胞表面的内皮细胞膜蛋白与凝血酶结合） • 凝血因子因子X是内源性途径和外源性途径之间的一个共同点因子Ⅷ的缺乏——血友病（通过注射因子Ⅷ来治疗）

血液相容性高分子材料课件

力和张力。
耐磨性和耐腐蚀性
材料应具备较好的耐磨性和耐腐蚀性，以保持长期使用的稳定性
和可靠性。
生物安全性评价
无毒无害
血液相容性高分子材料应无毒无害，不释放有害物质，对人体无长期潜在危害。
生物相容性
材料应与周围组织相容，不引起炎症、过敏或致癌反应。
生物降解性
如材料需在体内降解，应具备可预测和可控的降解性能，同时降解产物无害。
血液相容性高分子材料课件
• 血液相容性高分子材料概述
01
血液相容性高分子材料概述
定义与分类
定义
血液相容性高分子材料是指与血液接触时，具有良好的相容性，能保持血液的正常流动和功能，且不引起血液凝固、血小板粘附和炎症反应的高分子材料。
分类
根据其来源和应用领域，血液相容性高分子材料可分为天然和合成两大类。天然高分子材料包括明胶、胶原蛋白、壳聚糖等，而合成高分子材料则包括聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚丙烯酰胺等。
废弃物的处理和再利用
建立有效的废弃物处理和再利用机制，减少对环境的负面影响。
05
案例分析：某新型血液相容性高分子材料的制备与性能研究
材料制备
1 2 3
材料选择选择具有良好血液相容性的高分子材料，如聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和聚乙烯醇（PVA）等。
制备方法采用溶液浇铸法或乳液聚合法等制备技术，将高分子材料制成薄膜或颗粒。
血液相容性高分子材料的特性
01
02
03
04
生物相容性
血液相容性高分子材料应具有良好的生物相容性，不引起免
疫排斥反应和炎症反应。
抗凝血性
血液相容性高分子材料应具有抗凝血性能，避免血小板粘附
和凝血酶生成。

血液相容性材料

3.浸在肝素溶液中,将肝素吸收在正电荷表面上，以离子键的方式与肝素结合，故称为GBH法。
GBH法肝素化高分子材料表面上,在血流中保留3个月的抗凝血活性。
肝素-
+
++
N
NN
BC
刚性聚合物
石墨
2.季胺离子法
1)季胺化合物以共价键的方法连接在材料的表面,再与肝素结合。
2)辐射接枝的方法接于高分子材料表面。
季胺化后进行肝素化。
3.共价结合法
肝素分子链上-COOH、-OH、-NH2官能团用于共价结合.氰脲酰氯是一种架桥剂,能与肝素中羟基反应和高分子表面上的羟基反应,将两者结合起来。
结合肝素量大（50µg/cm2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，
4.TDMAC固定肝素法
5.阳离子高分子肝素复合物
四.伪内膜表面
疏水多孔高分子材料能均匀吸附蛋白形成厚度不大，分布均匀的纤维蛋白网层，在表面能形成新的内皮细胞层。这层伪内膜有效地防止血液凝固和血栓形成。
(2)凝血酶原转变为凝血酶
凝血酶原
Ca2+
凝血酶
凝血酶原激活物
3.纤维蛋白形成
纤维蛋白原
凝血酶纤维蛋白网罗血细胞 Ca2+
凝血块+血清
[内源性凝血系统]
[外源性凝血系统]
血浆凝血因子+血小板因子
血浆凝血因子+组织因子
第一步
Ca2+ 血浆凝血酶原激活物
Ca2+ 组织凝血酶原激活物
血
液
凝
固
第二步
第三节血液相容性高分子材料分子设计和制备
一.降低表面能和界面自由能
1.水溶聚合物偶合于材料表面。 2.材料表面引发水溶性单体聚合，

壳聚糖修饰聚丙烯酸水凝胶的血液相容性研究

壳聚糖修饰聚丙烯酸水凝胶的血液相容性研究近年来，人们对健康和医疗领域的关注度越来越高，因此，研究人员对于生物材料的开发和改进也日益增多。

其中，聚丙烯酸水凝胶具有出色的生物相容性和生物可降解性，被广泛应用于敷料、药物传递、人工关节等领域。

然而，聚丙烯酸水凝胶在接触血液时会引起血栓形成和炎症反应，限制了其在临床应用中的进一步发展。

为了解决这一问题，研究人员采用壳聚糖修饰聚丙烯酸水凝胶，以提高其血液相容性和降低血栓形成的风险。

壳聚糖是一种天然多糖，具有良好的生物相容性和生物可降解性。

通过将壳聚糖修饰聚丙烯酸水凝胶，可以改善其表面性质，并增加其与血液成分的相互作用。

一项研究表明，壳聚糖修饰可以显著降低水凝胶表面血小板的粘附，减少血栓形成的风险。

此外，壳聚糖修饰还能够减少水凝胶与血浆蛋白的非特异性吸附，降低对免疫细胞的激活和炎症反应。

进一步的研究发现，壳聚糖修饰聚丙烯酸水凝胶对血小板功能和凝血途径的影响也是值得关注的。

壳聚糖修饰聚丙烯酸水凝胶能够抑制血小板的聚集和激活，降低血小板因子释放，从而减少血栓形成的风险。

此外，壳聚糖修饰还能够抑制凝血途径的激活，并调节凝血酶生成和纤维蛋白溶解系统。

这些调节作用有助于维持血液的正常凝血功能，降低水凝胶与血液接触时的血栓风险。

除了抗血栓和抗凝血作用，壳聚糖修饰聚丙烯酸水凝胶还具有其他血液相容性方面的优点。

研究表明，壳聚糖修饰可以增强水凝胶与红细胞的相容性，减少红细胞的破坏和溶血现象。

此外，通过调节水凝胶表面的电荷性质，壳聚糖修饰还能够减少水凝胶与血浆蛋白的非特异性吸附，从而减少过度炎症反应的发生。

这些优点使得壳聚糖修饰聚丙烯酸水凝胶成为一种具有良好血液相容性的生物材料。

值得注意的是，壳聚糖修饰聚丙烯酸水凝胶的血液相容性研究仍处于探索阶段。

尽管目前的研究结果表明壳聚糖修饰可以显著改善聚丙烯酸水凝胶的血液相容性，但其机制尚不完全清楚。

此外，壳聚糖修饰后的水凝胶的其他性质和应用也需要进一步研究和探索。

高分子材料的生物相容性

CH2OSO3H H H OH H OH H O H COOH H OH H OH H OH O CH2OSO3H H H OH H OH H O H COOH H OH H OH H OH
O
NHSO3H
NHSO3H
第九章医用高分子材料
肝素的作用机理是催化和增强抗凝血酶与凝血
酶的结合而防止凝血。将肝素通过接枝方法固定在
化特别是纤维包膜厚度密切相关。例如当在大鼠体内植入高分子材料后，如果前3～12 个月内形成的纤维包膜厚度大于0.2 mm，经过一定的潜伏期后通常会出现癌症。而低于此值，癌症很少发生。因此0.2 mm可能是诱发鼠体癌症的临界纤维
第九章医用高分子材料
2.1.4 高分子材料在体内的表面钙化观察发现，高分子材料在植入人体内后，再经过一段时间的试用后，会出现钙化合物在材料表面沉积的现象，即钙化现象。钙化现象往往是导致高
第九章医用高分子材料
由于不同的高分子材料在医学中的应用目的不
同，生物相容性又可分为组织相容性和血液相容性
两种。组织相容性是指材料与人体组织，如骨骼、牙齿、内部器官、肌肉、肌腱、皮肤等的相互适应性，而血液相容性则是指材料与血液接触是不是会
第九章医用高分子材料 2.1 高分子材料的组织相容性
第九章医用高分子材料（2）高分子材料化学结构的影响
表9-2 纤维包膜的厚度变化（大鼠）
第九章医用高分子材料
表9-2所示，11种直径为1cm的碟形高分子材料植入大鼠皮下，在12周以前，这些材料的组织反应情况类似，只是样品7和8的纤维包膜形成延迟，样品9的纤维包膜较厚。进一步延长植入时间，包膜厚度继续增加甚至引起癌变。硅橡胶属于高亲水材料，包膜厚度在 0.25mm左右，同时高疏水材料如全氟高分子Teflon引起的纤维包膜厚度较小。所以如果高分子材料不渗出有害物质，那么强疏水性高分子材料和强亲水性高分子材料引起的

生物医用高分子抗凝血材料

生物医用高分子材料的应用领域
生物医用高分子材料在医疗器械、人工器官、组织工程、药物传递系统等领域具有广泛的应用。
医疗器械如导管、支架等，人工器官如人工心脏瓣膜、人工关节等，组织工程如组织工程支架、细胞培养基质等，药物传递系统如药物载体、控释系统等。
02
抗凝血材料的基本概念
抗凝血材料的定义
抗凝血材料
天然高分子抗凝血材料的研究进展
01
天然高分子抗凝血材料的提取与纯化
研究者们从天然资源中提取和纯化出具有抗凝血性能的高分子材料，如
胶原、明胶、壳聚糖等。这些材料具有良好的生物相容性和止血性能，
可广泛应用于创伤止血、手术缝合线等领域。
02
天然高分子抗凝血材料的改性研究
为了提高天然高分子抗凝血材料的性能，研究者们对其进行改性研究。
02
这些材料需具备良好的生物相容性、安全性和有效性，同时需满足特定医疗应用的需求。
生物医用高分子材料的分类
根据材料的性质和应用，生物医用高分子材料可分为天然和合成两大类。
合成高分子材料如聚乙烯、聚丙烯等，具有优良的物理和化学性能，广泛应用于医疗器械和药物传递系统。
天然高分子材料如胶原、明胶等，主要用于制造人工器官和组织工程支架。
良好的化学稳定性
化学稳定性是指材料在生理环境中能够保持其结构和性质的稳定性。生物医用高分子抗凝血材料需要具备良好的化学稳定性，以避免在体内发生降解和变质。
化学稳定性的评价方法包括热重分析、差示扫描量热分析和核磁共振谱等。这些试验能够帮助评估材料的化学稳定性，确保其安全性和有效性。
无毒、无致敏性、无致癌性
复合抗凝血材料
将天然和合成抗凝血材料结合在一起，形成具有优异性能的复合抗凝血材料。

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高分子材料的血液相容性评价方法与程序经过二十多年各国科学家的共同努力,已取得较大的进展。
把抗凝血与溶血作为血液相容性研究的中心议题,从材料表面理化特性,血浆蛋白的竞争吸附,血小板的粘附与激活、红细胞、白细胞的粘附、变形与激活、内源性凝固系统的接触活化等五个方面展开工作，基本建立了四大类方法，即材料表面特征表征法、体外试验法、半体内试验法及体内试验法。
4 血浆中还发现另一种蛋白水解酶，成为纤维蛋白溶酶。它能使纤维蛋白从新断裂而溶解，使已凝固的的血块从新液化，同时对纤维蛋白原以及某些血浆凝血因子亦具有溶解作用。
三、高分子材料与血液接触导致凝血
高分子材料与血液接触导致凝血和血栓形成，其主要途径是血液的凝固系统和细胞系统发生激活。当然，也与补体系统变化有关，此外，还与材料的种类和血液的流动情况有关。
前者即为材料抑制血管内血液形成的血栓的能力，后者即为材料对血液的溶血现象（红细胞破坏），血小板机能降低，白细胞暂时性减少，白细胞功能下降以及补体激活等血液生理功能的影响。
除此，还考虑材料不致使血浆蛋白变性，不影响血液中存在的人体各种酶的活性，不影响血液中电解质的浓度，不引起有害免疫反应的诸多问题。
1．蛋白质吸附
血液与高分子材料接触会引起血液一系列的变化，最快的变化就使血浆蛋白在材料表面吸附。
2．血小板的粘附于激活
首先，Von Willer-rand 因子作为引起血小板粘附于材料蛋白表面的媒介。
粘附的血小板与材料表面的的接触，血小板表面受到刺激，激活变得粘性并发生变形，进一步聚集并从其内部使发出大量的5－羟色胺、三磷酸腺苷、二磷酸腺苷、肾上腺素等。
1．凝血酶原激活物形成
目前认为，凝血酶原激活物的形成有两条途径。一是存在于血浆中的许多的凝血因子，与损伤的血管表面为起点，在血小板因子和钙粒子存在的情况下，相互作用，最后形成血浆凝血酶原激活物，这称为内源性凝血。
另一条途径是细胞损伤产生组织因子与血液中的一些凝血因子在钙粒子存在的条件下，相互作用，形成组织凝血酶原激活物，这称为外源性凝血。
第八章血液相容性高分子材料 (Blood Compatibility of polymer materials)
为了满足人工器官的发展要求，研究开发高性能的生物医学材料成为关键问题之一，特别是与血液循环直接相关的人工器官要求选用的高分子材料应具有良好的血液相容性。
要判断材料的血液相容性，通常是从其抗凝血能力合不损伤血液成分功能两方面来考虑。
2．凝血酶原转变为凝血酶
血浆中存在有凝血酶原，它在血浆中没有活性。内源性及外源性凝固系统激活后，在钙粒子和凝血酶原激活物的作用下即转变为有活性的的凝血酶。
3．纤维蛋白的形成
血浆中程溶解状态的纤维蛋白原在凝血酶和钙离子的作用下，转变为不溶性的纤维蛋白。
二、血液抗凝
在正常人体血管系统内的血液保持液体状态，川流不息，并不发生凝固，原因有以下方面：
一、高含水扩散表面
二、微相分离结构
分子材料的结构与抗凝血的的关系 (the relationship between
高分子材料与血液接触虽然产生凝血和形成血栓，但是，并非所有的的材料产生凝血程度以及形成凝血的时间都是一样的。进一步研究高分子材料的结构与抗凝血性能之间的关系是极其必要的。
一、含水结构
人体正常的血管壁结构为什么会具有良好的血液相容性呢？其结构是相当复杂的，壁与液相接角的的界面存在许多电解质，形成了大约10 Å厚的双电层。
第四节血液相容性高分子材料的分子设计及制备 (the design and preparion of Blood Compatibility of polymer materials )
在深入研究了高分子材料的结构与抗凝血性能关系的基础上，许多学者提出了种种血液相容性高分子材料的表面假说，各种血液相容性材料的分子设计应运而生。
1．血管内膜的多相结构使它具有亲水、光滑、荷电等特点，从而不破坏血小板，也不使血浆蛋白变性，激活凝血因子。
2．血流速度快，血小板不宜在血管壁大量粘附，血浆中的凝血因子也不宜于在局部聚集而相互作用。
3．人体内含有抑制血液凝固的物质，例如存在于人体的大多数组织的肝素能在血液中干扰凝血酶原激活物和凝血酶原作用，起到抗凝血的作用。
本章以抗凝血问题为主要议题介绍近年来血液相容高分子材料的研究该块与进展。
第一节
高分子材料与血液接触产生的凝血 (coagulation caused by Polymer materials when contact with the blood)
一、血液凝固
血液凝固指血浆由流动状态转变为胶动状态的全过程。它是一个复杂的生物化学反应过程，大体分为三个步骤。
释放的二磷酸腺苷又使更多的血小板变形、粘附、聚集并在释放出上述物质，进而形成血小板血栓导致凝血。
3．内源性凝固系统的激活
高分子材料表面和血液接触，激活血液的内源性凝固系统进而形成凝血。
4．外源性凝固系统的激活问题
高分子材料单纯和血液接触一般不激活外源性凝固系统。而当高分子材料植入人体或血管时，受伤的组织或血管壁会释放组织凝血活素进入血液进而启动外源性凝固系统。
二、表面电荷
正常血管壁内皮细胞ζ电位为－ 8～－13mV。血管内皮细胞损伤后胶原组织外露，ζ电位变为正点，随即形成血栓。
三、表面张力与界面自由能
四、亲水性与疏水性
五、微相分离结构
第三节高分子材料血液相容性的评价方法 (the evaluation method of
Polymer materials blood compatibility )
总之，人体的每一个凝血因子都以无活性的状态存在于血液或组织中，一旦高分子材料和血液接触或损伤组织即血管壁，则可激活内源性及外源性凝固系统，各种凝血因子被活化，即变成有催化活性的酶，进而活化下一个相应的凝血因子。
the anticoagulant and the structure of Polymer materials)