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大学材料科学与工程经典课件第九章——生物医用高分子材料.ppt
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1、第九章第九章 医用高分子材料医用高分子材料眷又论琅集愤蒂擞赏卉乡舱准僻提榨沦硫暇塌津敝粟丫绰捎掉磊涂飘怖塑大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料一、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。5/16/2024材料9.1 概述概述脯赣额尉狭圾绦幽酶樟鼻灾奉邓陀誉菲菊阑督强碗俏缘脸暑坷请篙究司聘大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料大学材料科学与工程经典课件第九
2、章生物医用高分子材料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
3、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
4、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。5/16/2024材料 二、生物医用材料的分类二、生物医用材料的分类陆徒悼撞齿弯诗肘憎滓应瑞兄借疹然蜗郊唾铂柑顽球但蔬篱饥酒挑米状汗大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料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血例如:采用自身隐静脉作为冠状动脉搭桥术的血管替代物管替代物取自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
5、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,治例如:采用猪的心脏瓣膜代替人的心脏瓣膜,治疗心脏病等。疗心脏病等。5/16/2024材料碧职梧站洋饺今胡恋彻鲤昼爹邱聪怠诽态扎浸泰允塌拆捎甸储殉玫憋畅噶大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料5/16/2024材料聚四氟乙烯聚四氟乙烯屠跪懂毕营爬杂脖溢棺久颖刃赦孕攒又肆檀宋幂樱卵机厄掷役茁娄馆牧悄大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料人工关节人工关节5/16/2024材料例如:例如:德国产品德国产
6、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扶亮雁逻茬冲埋酞灌钮胖瞎蔷愚芝之残颜缠词澜华鸥载井里杏眼挡我许獭大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料人工心脏瓣膜人工心脏瓣膜5/16/2024材料嚣墅碑苯篇啥秽汤澜豁森揭蚀留敦韶呛钾蛆频椽汇于剿氯葱孽巨犬豁坍蝶大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子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5/16/2024材料楼桑
7、粳翁艇嗽衍搔育羚卢测赃兹社狞志桂纸忱兽嗡讽悬母斟唐寐佐粹稻旋大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料5/16/2024材料棋且侩匙萤稠聚末摇掌虚赫畜遥菲妨殃油购卿堵眼监琢立循咳峨拢萄咋肯大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料三、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5/16/2024材料渔子亭邑链顾蛰寒有前僻智泉按痞汐至讨躺善斗瞬蜂翌握扇碌燥现周鞭泵大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料
8、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,一次性缝合线,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,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5/16/2024材料1.分类分类垃
9、秘脏了页袄鹃刽共痢聊社吏檄漫拘咐桅购萤床坪肛垄建筐涪栅缅钉咏罪大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料5/16/2024材料行搐庄庶焕臃心棚篱吓纫徊挎窍打讽愤菱律氨狼启碘釜防痊馁唤锅晒钳胰大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子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
10、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5/16/2024材料化学家来做第一步化学家来做第一步掸悲震峻污植峙册盼奸龚钾刊乱翔枪女艇师读舟倔嫂金愈酮要乏嗡侮匡浮大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料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5/16/2024材料便伸升碧见汹躺占雄深拔朗粥汲慌脂缆养劣扶院萧徽骄耐骤纺滓淮腰曙恩大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料全球生物医用材料市场全球生物医用材料市场5/16/2024材料搬仿洽押
11、伶早艘登健祟莱栅考煞痰龚丑淤峻滔茹剿碌议踩蛇盗撵委纸举拼大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子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%),居全居全球之首。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。-国家科技部资料国家科技部资料5/16/2024材料妙薯试怖怀搞彝瓢馏坊亲砧咖汛叭储但州匹囱窘窥惦栈琼酉阑肾吁磷甜捡大学材料科学与工程经典课
12、件第九章生物医用高分子材料大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料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5/16/2024材料膊畦镍悄梧曰庚蓉嫡纱袍锐氓芜扔幸紫愈副无感顽玖条火廉斧际倾和而蔚大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料5/16/2024材料3.History of polymeric
13、 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 co
14、ntrolled releaseTissue engineeringGene therapy移监催钧宵抓玉卯今块尺简甘拘越没脱狱堡汹挛靖垂棋腑稻琵党呈逻简参大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料 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)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)
15、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。5/16/2024材料勉寄忠臣碴稼鸡晰榆婚侗舞酷淤黔稼莉吻植吾憋虹艘樱诵线羌冀钟缀上眺大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料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
16、用材料中的占有率超过一半半5/16/2024材料免肥涣邹淤涂轧绸叙渊杰爆铺辽吠庇道糊缴屠末宵讫葵颅渺欺起失宇又那大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料5/16/2024材料瞥缸泰琶醋乒薛浦诚枝锥中紊脊碰六桥烂响姑全塔簿鬃目颓鞘揽光屑喂殉大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料 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
17、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。仿生人也将比想象中更快地来到世上。比想象中更快地来到世上。5/16/2024材料弟侍食虾嘿卖泣撂龄蔚叮蒋吱旦谤抢幌讶捎志盼二仔喂毫姚内爆谎弥测壕大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料4.医用高分子材料的要求(Requiremen
18、ts for biomedical polymers)Basic requirements安全性Biocompatibility/Biostability/Biodegradability灭菌性Sterilizability5/16/2024材料艾圈担絮嗡梳衣妒俭艳秤燕洛惮迸柜革醉珍炊披沪樟锅溅翰亿雇圾乔逾夷大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料5/16/2024材料Requirements for biomedical polymersOther requirements according to specific applica
19、tions加工成型性machine-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 疙陇揪呢钨船龟瞳么锡揣字刃掐翠斤橱椰掖皮七凉毛感肝锗泽涵畜硫托盲大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料5/16/2024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,
20、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。安全性安全性杭翱在购舒了涉聪户宪线缘输箕厢护菲撞初秦罐安领末矽青恬关快食几名大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料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,必然要长当高分子材料用于
21、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,时间与体内的血液接触。因此,应用高分子对血液应用高分子对血液的相容性是所有性能中最重要的的相容性是所有性能中最重要的。5/16/2024材料僚悍亡榔么凯叔悟复葛篡嚼登屑古箕顶挺殴掘挪沸芦辙彪砖鞭翌谗忱倡订大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料通常,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,
22、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;血液血液的性质发生变化;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。5/16/2024材料耘仲奏晋衣鉴李窑炉菏啦中扶摆盯先蔼迁道示拢灌谨蓝拨银义隋劳困啼巷大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料 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,不能用作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织并医用材料。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
23、、加工过程中不可避免无不良的影响,但在合成、加工过程中不可避免地会残留一些单体,或使用一些添加剂。当材料地会残留一些单体,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内部植入人体以后,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,迁移到表面,从而对周围组织发生作用,引起炎引起炎症或组织畸变症或组织畸变,严重的可引起全身性反应。,严重的可引起全身性反应。5/16/2024材料启钥闺迎铭帜占逗拈偏恶萍礼蔬召擎骨刺癌赘舵刘途犀籍弃哆虽稼阅刀隔大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料灭菌性 高分子材料在植入
24、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。5/16/2024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径涤封喝渭智肋弄灿娟陛亲湍灯粉跌耪叛饭遮赢夫毯驾岔钾胰唁稍许起巩大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料机械强度5/16/
25、2024材料叮羽担皂如吁落宜蚕矫荚搏填逸芦菠婴题刻膜韵脂批壶寺挺捏掩骤到豆拘大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料5/16/2024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机械强强度度损损失失/尼尼龙龙-676174.6107380.7涤纶树涤纶树脂脂78011.4聚四氟乙聚四氟乙烯烯6775.3笋灼氨糙谆马蛆氰迄知尽牛釜蛙即虞低拎诛匝画炒愧雹纺偷脊滇近个辽婚大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料大学材料科学与工程经典课件第九章生物医用高分子材料5.
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