大学材料科学与工程——生物医用高分子材料.pptx
《大学材料科学与工程——生物医用高分子材料.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《大学材料科学与工程——生物医用高分子材料.pptx(96页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第九章第九章 医用高分子材料医用高分子材料一、生物医用材料的定义一、生物医用材料的定义(Biomedical materials)对生物体进行诊断、治疗和置对生物体进行诊断、治疗和置换损坏组织、器官或增进其功换损坏组织、器官或增进其功能的材料。能的材料。2024/4/24 周三材料9.1 概述概述按材料来源分按材料来源分(1 1)医用金属和合金医用金属和合金。主要用于承力的骨、关节和牙等硬组织的修复和。主要用于承力的骨、关节和牙等硬组织的修复和替换。替换。不锈钢不锈钢、钴基合金钴基合金、钛及钛合金钛及钛合金是目前医用合金的三大支柱。医用是目前医用合金的三大支柱。医用合金还有钽、铌和贵金属等。合
2、金还有钽、铌和贵金属等。(2 2)医用高分子生物材料医用高分子生物材料。高分子化合物是构成人体绝大部分组织和器。高分子化合物是构成人体绝大部分组织和器官的物质,医用高分子生物材料包括合成(如:聚酯、硅橡胶)和天然高官的物质,医用高分子生物材料包括合成(如:聚酯、硅橡胶)和天然高分子(如:胶原、甲壳素)。近来,生物降解高分子材料得到重视。分子(如:胶原、甲壳素)。近来,生物降解高分子材料得到重视。(3 3)医用生物陶瓷医用生物陶瓷。有惰性生物陶瓷和活性生物陶瓷(羟基磷灰石陶瓷、。有惰性生物陶瓷和活性生物陶瓷(羟基磷灰石陶瓷、可吸收磷酸三钙陶瓷等)可吸收磷酸三钙陶瓷等)(4 4)医用生物复合材料医
3、用生物复合材料。如羟基磷灰石涂复钛合金,炭纤维或生物活性。如羟基磷灰石涂复钛合金,炭纤维或生物活性玻璃纤维增强聚乳酸等高分子材料。玻璃纤维增强聚乳酸等高分子材料。(5 5)生物衍生材料生物衍生材料。这类材料是将活性的生物体组织,包括自体和异体。这类材料是将活性的生物体组织,包括自体和异体组织,经处理改性而获得的无活性的生物材料。组织,经处理改性而获得的无活性的生物材料。2024/4/24 周三材料 二、生物医用材料的分类二、生物医用材料的分类生物衍生材料取自患者自体的组织取自患者自体的组织 例如:采用自身隐静脉作为冠状动脉搭桥术的例如:采用自身隐静脉作为冠状动脉搭桥术的血管替代物血管替代物取自
4、其他人的同种组织取自其他人的同种组织 例如:利用他人角膜治疗患者的角膜疾病例如:利用他人角膜治疗患者的角膜疾病来自其它动物的异种组织来自其它动物的异种组织 例如:采用猪的心脏瓣膜代替人的心脏瓣膜,例如:采用猪的心脏瓣膜代替人的心脏瓣膜,治疗心脏病等。治疗心脏病等。2024/4/24 周三材料2024/4/24 周三材料聚四氟乙烯聚四氟乙烯人工关节人工关节2024/4/24 周三材料例如:例如:德国产品德国产品 UHMWPE材料材料ISO5834-2ASTM F648可用为人工关节、可用为人工关节、人工骨骼植入人体人工骨骼植入人体极低的能耗极低的能耗人工心脏瓣膜人工心脏瓣膜2024/4/24 周
5、三材料组织工程人工骨缺损修复示意图组织工程人工骨缺损修复示意图2024/4/24 周三材料2024/4/24 周三材料三、生物医用高分子材料三、生物医用高分子材料分类分类用途用途制备制备2024/4/24 周三材料按用途分类手术治疗用高分子材料手术治疗用高分子材料 缝合线,黏胶剂,止血剂,各种导管,引流管,一次缝合线,黏胶剂,止血剂,各种导管,引流管,一次性输血输液器材性输血输液器材药用及药物传递用高分子材料药用及药物传递用高分子材料靶向性高分子载体(肝靶向性,肿瘤靶向性),高分子药靶向性高分子载体(肝靶向性,肿瘤靶向性),高分子药物(干扰素,降胆敏),高分子控制释放载体(胶囊,水物(干扰素,
6、降胆敏),高分子控制释放载体(胶囊,水凝胶,脂质体)凝胶,脂质体)人造器官或组织人造器官或组织人造皮肤,血管,骨,关节,肠道,心脏,肾等人造皮肤,血管,骨,关节,肠道,心脏,肾等2024/4/24 周三材料1.分类分类2024/4/24 周三材料制备生物医用高分子材料?生物医用高分子材料?化学家合成原始材料并检测各项理化指标化学家合成原始材料并检测各项理化指标生物学家检测材料生物毒性及生物相容性生物学家检测材料生物毒性及生物相容性医学家做临床动物试验医学家做临床动物试验-人体试验人体试验化学工程师制造生物医用高分子材料化学工程师制造生物医用高分子材料临床应用临床应用2024/4/24 周三材料
7、化学家来做第一步化学家来做第一步2.生物医用材料市生物医用材料市场发展概况场发展概况2024/4/24 周三材料全球生物医用材料市场全球生物医用材料市场2024/4/24 周三材料中国生物医用材料市场中国生物医用材料市场我国生物医学材料的生物医学工程产业的市场我国生物医学材料的生物医学工程产业的市场增长率高达增长率高达 28(全球市场增长率全球市场增长率20%),居居全球之首。全球之首。我国人工关节我国人工关节 替换年增长率高达替换年增长率高达30,远高,远高于美国的于美国的4。-国家科技国家科技部资料部资料2024/4/24 周三材料775万肢残患者和每年新增的万肢残患者和每年新增的300万
8、骨损伤患者万骨损伤患者 -需要大量骨修复材料需要大量骨修复材料2000万心血管病患者万心血管病患者 -每年需要每年需要24万套人工心瓣膜万套人工心瓣膜肾衰患者肾衰患者 -每年需要每年需要12万个肾透析器万个肾透析器2024/4/24 周三材料2024/4/24 周三材料3.History of polymeric biomaterials1943年年 赛璐珞薄膜开始用于血液透析赛璐珞薄膜开始用于血液透析1949年年 美国首先发表了医用高分子的展望性论文。在文章美国首先发表了医用高分子的展望性论文。在文章 中,第一次介绍了中,第一次介绍了利用利用PMMA作为人的头盖骨、关作为人的头盖骨、关 节和
9、股骨节和股骨,利用聚酰胺纤维作为手术缝合线利用聚酰胺纤维作为手术缝合线的临床的临床 应用情况。应用情况。50年代,有机硅聚合物被用于医学领年代,有机硅聚合物被用于医学领 域域,使人工器官的应用范围大大扩大,包括器官替,使人工器官的应用范围大大扩大,包括器官替 代和整容等许多方面。代和整容等许多方面。Drug controlled releaseTissue engineeringGene therapy 此后,一大批人工器官在此后,一大批人工器官在50年代试用于临床。年代试用于临床。如如人工尿道(人工尿道(1950年)年)、人工血管(人工血管(1951年)年)、人工食道(人工食道(1951年)
10、年)、人工心脏瓣膜(人工心脏瓣膜(1952)、人工心肺(人工心肺(1953年)年)、人工关节(人工关节(1954年)年)、人人工肝(工肝(1958年)年)等。进入等。进入60年代,医用高分子材年代,医用高分子材料开始进入一个崭新的发展时期。料开始进入一个崭新的发展时期。2024/4/24 周三材料1960s 可生物降解聚合物,如:可生物降解聚合物,如:Polylactide(PLA)1970-80s 隐形眼镜(隐形眼镜(Contact lens),药物控制释),药物控制释放放(drug controlled release)1990s-聚合物在生物医用材料中的占有率超过一聚合物在生物医用材料中
11、的占有率超过一半半2024/4/24 周三材料2024/4/24 周三材料 高分子材料虽然不是万能的,不可能指望它解高分子材料虽然不是万能的,不可能指望它解决一切医学问题,但决一切医学问题,但通过分子设计的途径通过分子设计的途径,合成出,合成出具有生物医学功能的理想医用高分子材料的前景是具有生物医学功能的理想医用高分子材料的前景是十分广阔的。有人预计,在十分广阔的。有人预计,在21世纪,医用高分子将世纪,医用高分子将进入一个全新的时代。除了大脑之外,人体的所有进入一个全新的时代。除了大脑之外,人体的所有部位和脏器都可用高分子材料来取代。仿生人也将部位和脏器都可用高分子材料来取代。仿生人也将比想
12、象中更快地来到世上。比想象中更快地来到世上。2024/4/24 周三材料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Sterilizability2024/4/24 周三材料2024/4/24 周三材料Requirements for biomedical polymersOther requirements according to specific applications加工成型性machine
13、-shaping properties机械性能与稳定性Mechanical properties环境敏感性Environmental sensitivity表面性能与结构多空性Surface properties/Porosity亲疏水性Hydrophilicity/hydrophobicity 2024/4/24 周三材料 不会致癌不会致癌 根据现代医学理论认为,人体致癌的原因是由根据现代医学理论认为,人体致癌的原因是由于于正常细胞发生了变异。当这些变异细胞以极其迅正常细胞发生了变异。当这些变异细胞以极其迅速的速度增长并扩散时,就形成了癌速的速度增长并扩散时,就形成了癌。而引起细胞。而引起细
14、胞变异的因素是多方面的,有化学因素、物理因素,变异的因素是多方面的,有化学因素、物理因素,也有病毒引起的原因。也有病毒引起的原因。安全性安全性具有良好的血液相容性具有良好的血液相容性 当高分子材料用于人工脏器植入人体后,必然要当高分子材料用于人工脏器植入人体后,必然要长时间与体内的血液接触。因此,长时间与体内的血液接触。因此,应用高分子对血应用高分子对血液的相容性是所有性能中最重要的液的相容性是所有性能中最重要的。2024/4/24 周三材料通常,当人体的表皮受到损伤时,流出的血液会通常,当人体的表皮受到损伤时,流出的血液会自动凝固,称为自动凝固,称为血栓血栓。血液相容性指材料在体内与血液接触
15、后不发生凝血、溶血现象,不形成血栓。实际上,血液在受到下列因素影响时,都可能发实际上,血液在受到下列因素影响时,都可能发生血栓:生血栓:血管壁特性与状态发生变化;血管壁特性与状态发生变化;血血液的性质发生变化;液的性质发生变化;血液的流动状态发生变化血液的流动状态发生变化。2024/4/24 周三材料 具有良好的组织相容性具有良好的组织相容性 有些高分子材料本身对人体有害,不能有些高分子材料本身对人体有害,不能用作医用材料。而有些高分子材料本身对人体组用作医用材料。而有些高分子材料本身对人体组织并无不良的影响,但在合成、加工过程中不可织并无不良的影响,但在合成、加工过程中不可避免地会残留一些单
16、体,或使用一些添加剂。当避免地会残留一些单体,或使用一些添加剂。当材料植入人体以后,这些单体和添加剂会慢慢从材料植入人体以后,这些单体和添加剂会慢慢从内部迁移到表面,从而对周围组织发生作用,内部迁移到表面,从而对周围组织发生作用,引引起炎症或组织畸变起炎症或组织畸变,严重的可引起全身性反应。,严重的可引起全身性反应。2024/4/24 周三材料灭菌性 高分子材料在植入体内之前,都要经过严格的高分子材料在植入体内之前,都要经过严格的灭菌消毒。目前灭菌处理一般有三种方法:灭菌消毒。目前灭菌处理一般有三种方法:蒸汽灭蒸汽灭菌、化学灭菌、菌、化学灭菌、射线灭菌射线灭菌。国内大多采用前两种。国内大多采用
17、前两种方法。因此在选择材料时,要考虑能否耐受得了。方法。因此在选择材料时,要考虑能否耐受得了。2024/4/24 周三材料能经受必要的清洁消毒措施而不产生变性能经受必要的清洁消毒措施而不产生变性机械强度2024/4/24 周三材料2024/4/24 周三材料表表9-1 高分子材料在狗体内的机械稳定性高分子材料在狗体内的机械稳定性材料名称材料名称植入天数植入天数机械强度损失机械强度损失/尼龙尼龙-676174.6107380.7涤纶树脂涤纶树脂78011.4聚四氟乙烯聚四氟乙烯6775.35.材料界面性质对血液相容性的关系材料界面性质对血液相容性的关系材料界面性质与血液界面性能的不同可能造成吸材
18、料界面性质与血液界面性能的不同可能造成吸附改变蛋白质的形状以及排列,产生溶血、凝血附改变蛋白质的形状以及排列,产生溶血、凝血或者血栓或者血栓改善措施改善措施强亲水或强疏水表面强亲水或强疏水表面亲水或疏水微相分离的聚合物亲水或疏水微相分离的聚合物表面引入生物相容性物质(肝素、白蛋白等)表面引入生物相容性物质(肝素、白蛋白等)引入负离子(血液中多组分呈负电性)引入负离子(血液中多组分呈负电性)生成伪内膜生成伪内膜2024/4/24 周三材料高分子材料表面亲高分子材料表面亲/疏水性的改善疏水性的改善强疏水:对血液成分吸附能力小,因此血液相容强疏水:对血液成分吸附能力小,因此血液相容性好,如:性好,如
19、:聚四氟乙烯聚四氟乙烯强亲水:吸水后与血液表面性能接近,减小对蛋强亲水:吸水后与血液表面性能接近,减小对蛋白质的吸附,如:白质的吸附,如:聚氧化乙烯(非常重要的抗凝聚氧化乙烯(非常重要的抗凝血材料)血材料)添加聚氧化乙烯(分子量添加聚氧化乙烯(分子量6000)于凝血酶溶)于凝血酶溶液中,可防止凝血酶对玻璃的吸附。液中,可防止凝血酶对玻璃的吸附。2024/4/24 周三材料 通过接枝改性调节高分子材料表面分子结构中通过接枝改性调节高分子材料表面分子结构中的亲水基团与疏水基团的比例,的亲水基团与疏水基团的比例,使其达到一个最使其达到一个最佳值,也是改善材料血液相容性的有效方法。佳值,也是改善材料血
20、液相容性的有效方法。2024/4/24 周三材料制备具有微相分离结构的材料制备具有微相分离结构的材料 研究发现,具有微相分离结构的高分子材料对研究发现,具有微相分离结构的高分子材料对血液相容性有十分重要的作用。血液相容性有十分重要的作用。2024/4/24 周三材料 它们基本上是它们基本上是嵌段共聚物和接枝共聚物嵌段共聚物和接枝共聚物。其中研。其中研究得较多的是究得较多的是聚氨酯嵌段共聚物聚氨酯嵌段共聚物,即由软段和硬段组,即由软段和硬段组成的多嵌段共聚物,其中软段一般为聚醚、聚丁二烯、成的多嵌段共聚物,其中软段一般为聚醚、聚丁二烯、聚二甲基硅氧烷等,形成连续相;硬段包含脲基和氨聚二甲基硅氧烷
21、等,形成连续相;硬段包含脲基和氨基甲酸酯基,形成分散相。基甲酸酯基,形成分散相。2024/4/24 周三材料 美国美国EthiconEthicon公司推荐的四种医用聚醚氨公司推荐的四种医用聚醚氨酯:酯:BiomerBiomer,PellethanePellethane,TecoflexTecoflex和和CardiothaneCardiothane基本上都属于这一类聚合物。基本上都属于这一类聚合物。原因被认为是亲水和疏水的蛋白质原因被认为是亲水和疏水的蛋白质被吸附于不同的微相区间,不会激被吸附于不同的微相区间,不会激活血小板表面的糖蛋白,血小板的活血小板表面的糖蛋白,血小板的特异识别功能表现不
22、出来。特异识别功能表现不出来。2024/4/24 周三材料高分子材料的肝素化高分子材料的肝素化 肝素是一种硫酸多糖类物质肝素是一种硫酸多糖类物质(见下式),(见下式),含有SO3-,COO-及NHSO3-等功能基团。是最早被认是最早被认识的天然抗凝血产物之一。识的天然抗凝血产物之一。2024/4/24 周三材料 将肝素通过接枝方法固定在高分子材料表面上将肝素通过接枝方法固定在高分子材料表面上以提高其抗凝血性,是使材料的抗凝血性改变的重以提高其抗凝血性,是使材料的抗凝血性改变的重要途径。在高分子材料结构中引入肝素后,在使用要途径。在高分子材料结构中引入肝素后,在使用过程中,肝素慢慢地释放,能明显
23、提高抗血栓性。过程中,肝素慢慢地释放,能明显提高抗血栓性。2024/4/24 周三材料2024/4/24 周三材料人工合成的仿肝素共聚物,同样具有较好的抗凝血功能人工合成的仿肝素共聚物,同样具有较好的抗凝血功能使材料表面带上负电荷的基团使材料表面带上负电荷的基团例如:将芝加哥酸(例如:将芝加哥酸(1-氨基氨基-8-萘酚萘酚-2,4-二磺酸萘)二磺酸萘)(见下式)引入聚合物表面后,可减少血小板在(见下式)引入聚合物表面后,可减少血小板在聚合物表面上的粘附量,抗疑血性提高。聚合物表面上的粘附量,抗疑血性提高。2024/4/24 周三材料材料表面伪内膜化材料表面伪内膜化 人们发现,大部分高分子材料的
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 大学 材料科学 工程 生物 医用 高分子材料
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【可****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【可****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。