医用高分子材料应用

高分子材料应用前景---医用高分子材料

医用高分子材料是一门介于现代医学和高分子科学之间的新兴学科。它用以制造人体内脏、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。它涉及到物理学、化学、生物化学、病理学、血液学等多种边缘学科。目前医用高分子材料的应用已遍医用高分子材料多用于人体，直接关系到人的生命和健康，一般对其性能的要求是：①安全性：必须无毒或副作用极少。这就要求聚合物纯度高，生产环境非常清洁，聚合助剂的残留少，杂质含量为 ppm级，确保无病、无毒传播条件。②物理、化学和机械性能：需满足医用所需设计和功能的要求。如硬度、弹性、机械强度、疲劳强度、蠕变、磨耗、吸水性、溶出性、耐酶性和体内老化性等。以心脏瓣膜为例，最好能使用25万小时，要求耐疲劳强度特别好。此外，还要求便于灭菌消毒，能耐受湿热消毒(120～140°C)、干热消毒(160～190°C)、辐射消毒或化学处理消毒，而不降低材料的性能。要求加工性能好，可加工成所需各种形状，而不损伤其固有性能。③适应性：包括与医疗用品中其他材料的适应性，材料与人体各种组织的适应性。材料植入人体后,要求长时期对体液无影响；与血液相容性好,对血液成分无损害，不凝血，不溶血，不形成血栓；无异物反应，在人体内不损伤组织，不致

癌致畸，不会导致炎症坏死、组织增生等。④特殊功能：不同的应用领域，要求材料分别具有一定的特殊功能。例如：具有分离透析机能的人工肾用过滤膜、人工肺用气体交换膜，以及人造血液用吸脱气体的物质等，都要求有各自特殊的分离透过机能。在大多数情况下，现有高分子材料的表面化学组成与结构很难满足上述要求，通常要采用表面改性处理，如接枝共聚，以改进其抗凝血性等性能。及整个医学领域(如: 人工器官、外科修复、理疗康复、诊断治疗等) 。

一．医用高分子材料的特点及基本条件

医用高分子材料需长期与人体体表、血液、体液接触, 有的甚至要求永久性植入体内。因此, 这类材料必须具有优良的生物体替代性(力学性能、功能性) 和生物相容性。一般要满足下列基本条件:(1) 在化学上是不活泼的, 不会因与体液或血液接触而发生变化;(2) 对周围组织不会引起炎症反应;(3) 不会产生遗传毒性和致癌;(4) 不会

产生免疫毒性;(5) 长期植入体内也应保持所需的拉伸强度和弹性等物理机械性能;(6) 具有良好的血液相容性;(7) 能经受必要的灭菌

过程而不变形;(8) 易于加工成所需要的、复杂的形态。

二．医用高分子材料的种类和应用

目前所应用的医用高分子材料有聚醚聚氨酯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、硅橡胶、聚酯、尼龙、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙

烯、聚苯乙烯、聚乙二醇、聚乳酸天然高分子材料等, 被广泛应用于植入性生物材料和人工脏器、介入器材、口腔材料、卫生材料及敷料、医用缝合(粘合) 材料、医用高分子和医用橡胶制品、体外循环设备。主要分类如下:(1) 植入体内, 永久性替代损伤的器官或组织。例如人工血管、人工心脏瓣膜、人工晶体、左心辅助装置、人工关节、人工食管、人工胆管等。此外, 在体外替代损伤器官的有人工肾、人工肺等。(2) 修复人体某部分缺陷的组织。如人工皮肤、骨修复材料等。

(3) 医疗器械中, 一次性使用的无菌高分子材料。例如一次性使用无菌输液瓶、输液袋、输液器、注射器、静脉留置针、腹膜透析液袋、血袋等; 以及各种插管、导管检验用具、手术室用具、诊疗用具和绷带等。(4) 药用高分子材料。与低分子药物相比, 药用高分子材料具有低毒、高效、缓释、长效、可定点释放等优点。(5) 医药包装用高分子材料。包装药物的高分子材料可分为软、硬两种类型。硬性材料(如聚酯等)的特点是强度高、透明性好、尺寸稳定、气密性好,可替代玻璃容器和金属容器。软性材料(如: 聚乙烯、聚丙烯) 可加工成复合薄膜。

三．医用高分子材料的发展方向

高分子材料在医用领域已占据了相当重要的地位, 但要有更大发展, 仍需解决一些技术问题。(1) 由于纯PVC 材料较硬, 添加一定的增塑剂对生产柔性PVC 产品是十分必要的。但近10 年来的动物实验研究表明一种名为邻苯二甲酸二(2 - 乙基己基) 酯(DEHP) 的增塑剂有

较大毒性作用, 特别是对肝脏毒性和对男性生殖系统及精子发育的不良影响。因此国际上已采取各种限制措施, 并严格要求接触人体的塑料部件的增塑剂含量不得超过011 %。由此可见, 开发并采用无毒或低毒增塑剂以代替DEHP 类增塑剂在食品包装以及医药领域中的应用,已成为当前增塑剂工业的一项重要课题。无毒性增塑剂要求比一般增塑剂有更强的耐移动性, 耐油性和耐挥发性。柠檬酸酯正是优选的增塑剂, 但由于市场及技术方面原因, 尚未批量生产。同时PVC 材料与不同药物相互作用时存在着很复杂的因素,因此从使用安全角度考虑,肯定希望选择非PVC 材料用品。不过, 由于PVC 产品价格比较便宜, 透明度、柔软度好, 目前它在全球市场上占有率依然很高。但是非PVC 产品在医用高分子材料上的应用肯定是未来发展方向。(2) 由于硅橡胶的疏水性, 使其制品植入体后仍有轻微的异物感。可采用表面改性的方法解决这一问题, 如在硅橡胶制品表面涂敷亲水性物质, 或用辐射法使硅橡胶表面接枝, 或用等离子体处理或通过共混改性, 都可提高其亲水性。

(3) 由于硅橡胶为载体的长效皮下埋植剂在放置有效期满后必须取出, 增加了使用者的痛苦和花费。比如皮下埋植避孕剂, 难以保证所有使用者均能按期取出从而增加避孕失败的危险。因此引发了可生物降解型埋植剂的研究, 即以一种具备生物降解性和甾体药物通透性的聚合物, 代替硅橡胶作为释放孕激素的载体, 孕激素释放完毕后载体在体内降解吸收而无须取出。总之, 单根型埋植剂、生物降解埋植剂是主要的研发方向。(4) 随着生物医学工程、组织工程的发展,

对医用材料的技术和性能要求日益提高。就硅橡胶而言,如何使其充分应用于生物工程与组织工程是今后研究工作的主要方向; 如: 生物传感器是当今引人注目的一项生物技术。生物传感器的微型化, 与生物体的适应性等, 将成为与人工脏器相关的重要课题。总之, 医用高分子材料在生命科学、医疗器械、药物等领域中已得到广泛而重要的应用, 但还有巨大潜力可挖, 随着生命科学的发展及生物材料的研究,它将为人类社会做出更大的贡献。

我国医用高分子材料研制和生产迅速发展,初具规模,已经成为一个新兴产业,总产值的增长率远高于国民经济平均发展速度。

经过一个学期高分子材料学的学习让我对高分子材料有了更为深入的了解。高分子材料的应用在我们的生活中是无处不在的。尤其是我上面说到的高分子材料在我们医用产品中的作用更是举足轻重，具有不可替代的位置。