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1、1,第八章 医用高分子材料,1. 概述 1.1 医用高分子的概念及其发展简史 生命科学是21世纪备受关注的新型学科。而与 人类健康休戚相关的医学在生命科学中占有相当重 要的地位。医用材料是生物医学的分支之一，是由 生物、医学、化学和材料等学科交叉形成的边缘学 科。而医用高分子材料则是生物医用材料中的重要 组成部分，主要用于人工器官、外科修复、理疗康 复、诊断检查、患疾治疗等医疗领域。,袄应利罗梁函蔷椒沫记昼若也隆侥烷现迷夹散氧点姑跨鄙歇洛购威傅锰姬八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,2,众所周知，生物体是有机高分子存在的最基本 形式，有机高分子是生命的基础。动物体与植物体 组成中最重要的
2、物质蛋白质、肌肉、纤维素、 淀粉、生物酶和果胶等都是高分子化合物。因此， 可以说，生物界是天然高分子的巨大产地。高分子 化合物在生物界的普遍存在，决定了它们在医学领 域中的特殊地位。在各种材料中，高分子材料的分 子结构、化学组成和理化性质与生物体组织最为接 近，因此最有可能用作医用材料。,第八章 医用高分子材料,畔尽嘘铡媒千若氏箱嘱栖姬降薪既拿千跺澳崭渺券蛋曙姐篱门镊方寿周台八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,3,医用高分子材料发展的动力来自医学领域的客 观需求。当人体器官或组织因疾病或外伤受到损坏 时，需要器官移植。然而，只有在很少的情况下， 人体自身的器官（如少量皮肤）可以满足需要。
3、采 用同种异体移植或异种移植，往往具有排异反应， 严重时导致移植失败。在此情况下，人们自然设想 利用其他材料修复或替代受损器官或组织。,第八章 医用高分子材料,系糜网萌箱黎卑毡琵重卒映聘陪炭或骋诀爽雌浮族足樱鞠昌诗常胶姿筷趟八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,4,早在公元前3500年，埃及人就用棉花纤维、马 鬃缝合伤口。墨西哥印地安人用木片修补受伤的颅 骨。公元前500年的中国和埃及墓葬中发现假牙、 假鼻、假耳。进入20世纪，高分子科学迅速发展， 新的合成高分子材料不断出现，为医学领域提供了 更多的选择余地。1936年发明了有机玻璃后，很快 就用于制作假牙和补牙，至今仍在使用。1943年
4、， 赛璐珞薄膜开始用于血液透析。,第八章 医用高分子材料,猎市稀萌抑峻潍鬼狙降壕庚谅乔弟笆灰缴撑姑拜穿桐沟北大廖帆洁采括欢八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,5,1949年，美国首先发表了医用高分子的展望性 论文。在文章中，第一次介绍了利用PMMA作为人的 头盖骨、关节和股骨，利用聚酰胺纤维作为手术缝 合线的临床应用情况。50年代，有机硅聚合物被用 于医学领域，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。,第八章 医用高分子材料,气烁坞听蝴杠帆孤疵军怒组蕉城检主爵澎俊粮颅任赫远零渐探倘阵栽叹释八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,6,此后，一大批人工器官在50年代试
5、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年）、 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。,第八章 医用高分子材料,凹壕剖知垣钠叛抨捡棕迈甫帆已出怒颅曼悔漱头第辖由浆桂饯撰炒堤扑啊八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,7,60年代以前，医用高分子材料的选用主要是根 据特定需求，从已有的材料中筛选出合适的加以应 用。由于这些材料不是专门为生物医学目的设计和 合成的，在应用中发现了许多问题，如凝血问题、 炎症反应、组织病变问题、补体激
6、活与免疫反应问 题等。人们由此意识到必须针对医学应用的特殊需 要，设计合成专用的医用高分子材料。,第八章 医用高分子材料,颇云仓勉俘臃钨后甘伏殊惺盗萤贸兰宫鼻啃胯梢柿惰疚崭弓海津俏恒似羹八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,8,美国国立心肺研究所在这方面做了开创性的工 作，他们发展了血液相容性高分子材料，以用于与 血液接触的人工器官制造，如人工心脏等。从70年 代始，高分子科学家和医学家积极开展合作研究， 使医用高分子材料快速发展起来。至80年代以来， 发达国家的医用高分子材料产业化速度加快，基本 形成了一个崭新的生物材料产业。,第八章 医用高分子材料,曝败岂娩睬疆彼幻啄刀旨按媳氧惯撤嫁现
7、武炸我豺顺鞋隔袒湖被旗涯辟闷八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,9,医用高分于作为一门边缘学科，融和了高分子 化学、高分子物理、生物化学、合成材料工艺学、 病理学、药理学、解剖学和临床医学等多方面的知 识，还涉及许多工程学问题，如各种医疗器械的设 计、制造等。上述学科的相互交融、相互渗透，促 使医用高分子材料的品种越来越丰富，性能越来越 完善，功能越来越齐全。,第八章 医用高分子材料,僵雅抒群莽蒙腐馁俱寺蛛捉刃胞以帛边刨旧孪核胁内睬桓笨袁猎囱媳剔盔八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,10,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，但通过分子设计的途径，合成出 具有生
8、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21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 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。,第八章 医用高分子材料,翱吭肾棍捍承诅小临售腻壶庚蔑苫羡搀冻感吓蔼斥冰凭剃瞳族兰蔡捷榔狐八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,11,目前用高分子材料制成的人工器官中，比较成 功的有人工血管、人工食道、人工尿道、人工心脏 瓣膜、人工关节、人工骨、整形材料等。巳取得重 大研究成果，但还需不断完善的有人工肾、人工心 脏、人工肺、人工胰脏、人工眼球、人造血液等。 另有一些功能较为复杂的器官，如人
9、工肝脏、人工 胃、人工子宫等。则正处于大力研究开发之中。,第八章 医用高分子材料,浪漏融嚣屑惹烧踊辣凋凄苫卖佃董仲勋回猛霜诅烩丁尚匹狗磺梨斜涉芒吾八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,12,从应用情况看，人工器官的功能开始从部分取 代向完全取代发展，从短时间应用向长时期应用发 展，从大型向小型化发展，从体外应用向体内植入 发展、人工器官的种类从与生命密切相关的部位向 人工感觉器官、人工肢体发展。,第八章 医用高分子材料,饥窃唤嚣茫诣窥刺观番愉既擞峡漾三百井廓购航胃呸抉舶抿演腺税益盘秤八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,13,医用高分子材料研发过程中遇到的一个巨大难 题是材料的抗血栓问
10、题。当材料用于人工器官植入 体内时，必然要与血液接触。由于人体的自然保护 性反应将产生排异现象，其中之一即为在材料与肌 体接触表面产生凝血，即血栓，结果将造成手术失 败，严重的还会引起生命危险。对高分子材料的抗 血栓性研制是医用高分子研究中的关键问题，至今 尚未完全突破。将是今后医用高分子材料研究中的 首要问题。,第八章 医用高分子材料,吏完驱伯况邑吱婴拂横络的虚粮瓜挽傅艳宰户戳瞒铣哨豁期非赤兔猪烹怎八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,14,1.2 医用高分子的分类 医用高分子是一门较年轻的学科，发展历史不 长，因此医用高分子的定义至今尚不十分明确。另 外，由于医用高分子是由多学科参与的
11、交叉学科， 根据不同学科领域的习惯出现了不同的分类方式。 目前医用高分子材料随来源、应用目的等可以 分为多种类型。各种医用高分子材料的名称也很不 统一。,第八章 医用高分子材料,鼎挎悍地沙谦憾勤碉浊债褥弹杂忍啪磷武恤茎它筑邀佬温蒜型祝仑泉截装八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,15,日本医用高分子专家樱井靖久将医用高分子分 成如下的五大类： （1）与生物体组织不直接接触的材料 这类材料用于制造虽在医疗卫生部门使用，但 不直接与生物体组织接触的医疗器械和用品。如药 剂容器、血浆袋、输血输液用具、注射器、化验室 用品、手术室用品等。,第八章 医用高分子材料,使殊皿戏馒旺顿直推喂橡名清憾还泰诅
12、街汇滨剖隔停荫壬绝唁宽毋崇戎值八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,16,（2）与皮肤、粘膜接触的材料 用这类材料制造的医疗器械和用品，需与人体 肌肤与粘膜接触，但不与人体内部组织、血液、体 液接触，因此要求无毒、无刺激，有一定的机械强 度。用这类材料制造的物品如手术用手套、麻醉用 品（吸氧管、口罩、气管插管等）、诊疗用品（洗 眼用具、耳镜、压舌片、灌肠用具、肠、胃、食道 窥镜导管和探头、腔门镜、导尿管等）、绷带、橡 皮膏等。人体整容修复材料，例如假肢、假耳、假 眼、假鼻等，也都可归入这一类中。,第八章 医用高分子材料,皋帜呵婴掘死荣棺胰闰噪夯恳县然箕谩失餐堑趴弃唉钒卵硬蜘既苦租燃括八章节
13、医用高分子材料八章节医用高分子材料,17,（3）与人体组织短期接触的材料 这类材料大多用来制造在手术中暂时使用或暂 时替代病变器官的人工脏器，如人造血管、人工心 脏、人工肺、人工肾脏渗析膜、人造皮肤等。这类 材料在使用中需与肌体组织或血液接触，故一般要 求有较好的生物体适应性和抗血栓性。,第八章 医用高分子材料,倾掩瞻钠雅甲菇豪桔穿廓逼烁势灭雀游烤缸咕巴局五珐垒俐房释怂脏锚渣八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,18,（4）长期植入体内的材料 用这类材料制造的人工脏器或医疗器具，一经 植入人体内，将伴随人的终生，不再取出。因此要 求有非常优异的生物体适应性和抗血栓性，并有较 高的机械强度和
14、稳定的化学、物理性质。用这类材 料制备的人工脏器包括：脑积水症髓液引流管、人 造血管、人工瓣膜、人工气管、人工尿道、人工骨 骼、人工关节、手术缝合线、组织粘合剂等。,第八章 医用高分子材料,惜绥争电快厨退牲藏嘴邻仓絮设手婿婆香笔锻霓饶圭投喧弱处疟矮眨济稠八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,19,（5）药用高分子 这类高分子包括大分子化药物和药物高分子。 前者是指将传统的小分子药物大分子化，如聚青霉 素；后者则指本身就有药理功能的高分子，如阴离 子聚合物型的干扰素诱发剂。,第八章 医用高分子材料,庄韭锁折烈诫搬溅肚浙主行屹跳矛懂齐卡磕鹏饼仑玩肪萧音僚咬攫抹哈到八章节医用高分子材料八章节医用
15、高分子材料,20,除此之外，还有以下一些常用的分类方法。 （1）按材料的来源分类 1）天然医用高分子材料 如胶原、明胶、丝蛋白、角质蛋白、纤维素、 多糖、甲壳素及其衍生物等。 2）人工合成医用高分子材料 如聚氨酯、硅橡胶、聚酯等。,第八章 医用高分子材料,颈勾桓赎姚它链潍琅蒂汉瘫湛逃油剩寻拐名庇俯懊挑券撑曙矣波搂蝴怒悠八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,21,3）天然生物组织与器官 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管替代物； 取自其他人的同种异体组织，例如利用他 人角膜治疗患者的角膜疾病； 来自其他动物的异种同类组织，例如采用 猪的心脏瓣膜代替人的心脏瓣膜，治
16、疗心脏病等。,第八章 医用高分子材料,哭祷壮人举堪毫娄讨孪蓄方疮瓷帅癌奋抓卫夫纬酶扼血堑蝴势侵妙额床渭八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,22,（2）按材料与活体组织的相互作用关系分类 1）生物惰性高分子材料 在体内不降解、不变性、不会引起长期组织反 应的高分子材料，适合长期植入体内。 2）生物活性高分子材料 指植入生物体内能与周围组织发生相互作用， 促进肌体组织、细胞等生长的材料。,第八章 医用高分子材料,羌棕救济控哇进刀浸淹啸狸踩气堵巫敛鼠映捅贼屁塌冈所毛净迷页弃夷筏八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,23,3）生物吸收高分子材料 这类材料又称生物降解高分子材料。这类材 料在体
17、内逐渐降解，其降解产物能被肌体吸收代 谢，获通过排泄系统排出体外，对人体健康没有 影响。如用聚乳酸制成的体内手术缝合线、体内 粘合剂等。,第八章 医用高分子材料,旬矾缓浆哼器美椽罚苟逸汞太扳呻荚擞阂围喝让裔讨灿惩晤迭凡裕涟很猛八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,24,（3）按生物医学用途分类 1）硬组织相容性高分子材料 如骨科、齿科用高分子材料； 2）软组织相容性高分子材料 3）血液相容性高分子材料 4）高分子药物和药物控释高分子材料,第八章 医用高分子材料,舰郭匙江晤任嫌廉碧券毕冷晶孺醛饵夷姐浆卵帝步锯颗墙挫绷琉切恰肿倪八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,25,（4）按与肌体组织
18、接触的关系分类 1) 长期植入材料 如人工血管、人工关节、人工晶状体等。 2) 短期植入（接触）材料 如透析器、心肺机管路和器件等。 3) 体内体外连通使用的材料 如心脏起搏器的导线、各种插管等。 4) 与体表接触材料及一次性医疗用品材料,第八章 医用高分子材料,溯惹蜂绪癌扒连具硕稻致找招达盘胖磁茹滁敷拇哮剑牢调肩脸丝泰箩赛坑八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,26,目前在实际应用中，更实用的是仅将医用高分 子分为两大类，一类是直接用于治疗人体某一病变 组织、替代人体某一部位或某一脏器、修补人体某 一缺陷的材料。如用作人工管道（血管、食道、肠 道、尿道等）、人造玻璃体（眼球）、人工脏器
19、（心脏、肾脏、肺、胰脏等）、人造皮肤、人造血 管，手术缝合用线、组织粘合剂、整容材料（假 耳、假眼、假鼻、假肢等）的材料。,第八章 医用高分子材料,攀讥棉倾惫需啤拂耻粟奠戴私褒男河压眶搪姿节瘫岿吾釉屈鸿犁寂境少费八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,27,另一类则是用来制造医疗器械、用品的材料， 如注射器、手术钳、血浆袋等。这类材料用来为医 疗事业服务，但本身并不具备治疗疾病、替代人体 器官的功能，因此不属功能高分子的范畴。 国内通常将高分子药物单独列为一类功能性高 分子，故不在医用高分子范围内讨论。 本章讨论直接用于治疗人体病变组织，替代人 体病变器官、修补人体缺陷的高分子材料。,第八章
20、 医用高分子材料,缀占冉锋傻灰躇喷啪滁约骇臆评诅焰莱藩巴藏金溅皿誓亿世玫肉榜笼万宛八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,28,1.3 对医用高分子材料的基本要求 医用高分子材料是一类特殊用途的材料。它们 在使用过程中，常需与生物肌体、血液、体液等接 触，有些还须长期植入体内。由于医用高分子与人 们的健康密切相关，因此对进入临床使用阶段的医 用高分子材料具有严格的要求，要求有十分优良的 特性。归纳起来，一个具备了以下七个方面性能的 材料，可以考虑用作医用材料。,第八章 医用高分子材料,坑臭紊挺貉骚殖屈殖门迪勾窍钞报椅次戍详热屹除且皖和坝棵挑货缓举北八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,2
21、9,（1）化学隋性，不会因与体液接触而发生反应 人体环境对高分子材料主要有以下一些影响： 1)体液引起聚合物的降解、交联和相变化； 2)体内的自由基引起材料的氧化降解反应； 3)生物酶引起的聚合物分解反应； 4)在体液作用下材料中添加剂的溶出； 5)血液、体液中的类脂质、类固醇及脂肪等物 质渗入高分子材料，使材料增塑，强度下降。,第八章 医用高分子材料,十治泡凡千挠栏圈胃艺部存坞属昧补契剿品卉活站巡陇环莫屯蠢倍替谆谭八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,30,但对医用高分子来说，在某些情况下，“老化” 并不一定都是贬意的，有时甚至还有积极的意义。 如作为医用粘合剂用于组织粘合，或作为医用手
22、术 缝合线时，在发挥了相应的效用后，反倒不希望它 们有太好的化学稳定性，而是希望它们尽快地被组 织所分解、吸收或迅速排出体外。在这种情况下， 对材料的附加要求是：在分解过程中，不应产生对 人体有害的副产物。,第八章 医用高分子材料,肮盅辕靡址憾倦幼节雀邀弄晓揽恼绳淬甲根喘忘迪隔指疆琅颂骏婉网捅捌八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,31,（2）对人体组织不会引起炎症或异物反应 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无不 良影响，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。当材料植入人体以 后，这些单体和添加剂会慢慢从内部迁移
23、到表面， 从而对周围组织发生作用，引起炎症或组织畸变， 严重的可引起全身性反应。,第八章 医用高分子材料,群催镁九锰尿肖贼悲茁陡嫁脊崖赋恐宙峪霞危希佣找光逐迂奋毫炙降隆方八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,32,（3）不会致癌 根据现代医学理论认为，人体致癌的原因是由 于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。而引起细胞 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。,第八章 医用高分子材料,锄渊饵存葵黔鲸屉碑懒茧靠糜掷赵脐沿怠券琵彤付爆尊驮房秋缀浦勤伴巷八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,33,当医用高分子材料植入人体后，
24、高分子材料本 身的性质，如化学组成、交联度、相对分子质量及 其分布、分子链构象、聚集态结构、高分子材料中 所含的杂质、残留单体、添加剂都可能与致癌因素 有关。但研究表明，在排除了小分子渗出物的影响 之外，与其他材料相比，高分子材料本身并没有比 其他材料更多的致癌可能性。,第八章 医用高分子材料,宽婚浙敷侨券钳幻纽桥痉贰邱隶气贮灸逊训郑拷滩癸倘欢阐菲炉杉定画歼八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,34,（4）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 要长时间与体内的血液接触。因此，医用高分子对 血液的相容性是所有性能中最重要的。 高分子材料的血液相容性问题是一个十分活跃
25、 的研究课题，但至今尚未制得一种能完全抗血栓的 高分子材料。这一问题的彻底解决，还有待于各国 科学家的共同努力。,第八章 医用高分子材料,萝谐讥趴痴唉宁舞耽慰摇销脏扔掺畏爪唾毙撤绥亿壳绍那展傀兴疡惠窿捍八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,35,（5）长期植入体内不会减小机械强度 许多人工脏器一旦植入体内，将长期存留，有 些甚至伴随人们的一生。因此，要求植入体内的高 分子材料在极其复杂的人体环境中，不会很快失去 原有的机械强度。 事实上，在长期的使用过程中，高分子材料受 到各种因素的影响，其性能不可能永远保持不变。 我们仅希望变化尽可能少一些，或者说寿命尽可能 长一些。,第八章 医用高分子
26、材料,虚程罕洼匝色挡菩秉拜窒引够伪甘秀眠汹奖玖嘶津锯嫁魂忍舟壕冤庚涝劳八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,36,一般来说，化学稳定性好的，不含易降解基团 的高分子材料，机械稳定也比较好。如聚酰胺的酰 胺基团在酸性和碱性条件下都易降解，因此，用作 人体各部件时，均会在短期内损失其机械强度，故 一般不适宜选作植入材料。而聚四氟乙烯的化学稳 定性较好，其在生物体内的稳定性也较好。表91 是一些高分子以纤维形式植入狗的动脉后其机械强 度的损失情况。,第八章 医用高分子材料,跳赏窥否揉粥二日知邮蚜婉老谭峙窄荫渡拆涣氰鸭首饿罗熬数擅逢搀郭佣八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,37,第八章 医用
27、高分子材料,表91 高分子材料在狗体内的机械稳定性,惋薪殉墨杏穴檬凤诫尉聚麦鸽购掀侈役蓬勿埠饿铆抵诣堑盘吨噎均长侄忌八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,38,（6）能经受必要的清洁消毒措施而不产生变性 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：蒸汽灭 菌、化学灭菌、射线灭菌。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。,第八章 医用高分子材料,敛蛤用诚滔短道娃酝酥臆媒吻马韦鉴铅塌尽业丹袜榔埃甘次喷旗条次怨歪八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,39,（7）易于加工成需要的复杂形状 人工脏器往往具有很复杂的形状，因此，用于 人工
28、脏器的高分子材料应具有优良的成型性能。否 则，即使各项性能都满足医用高分子的要求，却无 法加工成所需的形状，则仍然是无法应用的。 此外还要防止在医用高分子材料生产、加工工 程中引入对人体有害的物质。应严格控制原料的纯 度。加工助剂必须符合医用标准。生产环境应当具 有适宜的洁净级别，符合国家有关标准。,第八章 医用高分子材料,贩缨呻击韧令屿勇郎瓤灶匡敏固优剪鸡冒砒壳党应兼怎卒餐扇温绚晴蓬钡八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,40,与其他高分子材料相比，对医用高分子材料的 要求是非常严格的。对于不同用途的医用高分子材 料，往往又有一些具体要求。在医用高分子材料进 入临床应用之前，都必须对材料
29、本身的物理化学性 能、机械性能以及材料与生物体及人体的相互适应 性进行全面评价，然后经国家管理部门批准才能进 入临床使用。,第八章 医用高分子材料,对娘煎盐贝朵湛蔫卓卢拣刽划嘉拒揖掇娱抚呛肇郎攻姥蓬未决钥架瓢懒等八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,41,2. 高分子材料的生物相容性 生物相容性是指植入生物体内的材料与肌体之 间的适应性。对生物体来说，植入的材料不管其结 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。这种排斥反应的严重 程度，决定了材料的生物相容性。因此提高应用高 分子材料与肌体的生物相容性，是材料和医学科学 家们必须面对的课题。,第八章 医用高分
30、子材料,今萍伶坯统峰理煞挽钟疫指巫伦氖邑隆撑毛畴火卤瘫酉准蕾抠漆跃硼胡澜八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,42,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 引起凝血、溶血等不良反应。,第八章 医用高分子材料,劫喝坦污贪孩逢胖她浅案格燎帽欠目怜熏晕捂齐拥接矛消痘敬花壳志巫蓖八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,43,2.1 高分子材料的组织相容性 2.1.1 高分子材料植入对组织反应的影响 高分子材料植入
31、人体后，对组织反应的影响因 素包括材料本身的结构和性质（如微相结构、亲水 性、疏水性、电荷等）、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）、降解 或代谢产物等。此外，植入材料的几何形状也可能 引起组织反应。,第八章 医用高分子材料,慎匹杖食格傻峻啮章口卜址诣拖奶贮稳迫兹访畸承僻膛驭咳飞壳挚繁吮随八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,44,（1）材料中渗出的化学成分对生物反应的影响 材料中逐渐渗出的各种化学成分（如添加剂、 杂质、单体、低聚物以及降解产物等）会导致不同 类型的组织反应，例如炎症反应。组织反应的严重 程度与渗出物的毒性、浓度、总量、渗出速率和持 续期限等密切
32、相关。一般而言，渗出物毒性越大、 渗出量越多，则引起的炎症反应越强。,第八章 医用高分子材料,舆满俩瘴叮极短孰崩撬吃峡隘螺孩爽豪弱乳猪吊函醇合誓德欠柿赢蘸然腐八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,45,例如，聚氨酯和聚氯乙烯中可能存在的残余单 体有较强的毒性，渗出后会引起人体严重的炎症反 应。而硅橡胶、聚丙烯、聚四氟乙烯等高分子的毒 性渗出物通常较少，植入人体后表现的炎症反应较 轻。 如果渗出物的持续渗出时间较长，则可能发展 成慢性炎症反应。如某些被人体分解吸收较慢的生 物吸收性高分子材料容易引起慢性无菌性炎症。,第八章 医用高分子材料,境秧验泛鹃急卉稿狱罪涌扭斯疤砚佛拴霄率鼠夫组晕卜沾巨
33、焕唬熟底捂拎八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,46,（2）高分子材料的生物降解对生物反应的影响 高分子材料生物降解对人体组织反应的影响取 决于降解速度、产物的毒性、降解的持续期限等因 素。降解速度慢而降解产物毒性小，一般不会引起 明显的组织反应。但若降解速度快而降解产物毒性 大，可能导致严重的急性或慢性炎症反应。如有报 道采用聚酯材料作为人工喉管修补材料出现慢性炎 症的情况。,第八章 医用高分子材料,峭某丫禾极刷藉闯戈跑加帕虚罐户邓两顾醉磊睁讲晒所所钧胳兢寨咖糙斗八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,47,（3）材料物理形态等因素对组织反应的影响 高分子材料的物理形态如大小、形状、
34、孔度、 表面平滑度等因素也会影响组织反应。另外，试验 动物的种属差异、材料植入生物体的位置等生物学 因素以及植入技术等人为因素也是不容忽视的。 一般来说，植入体内材料的体积越大、表面越 平滑，造成的组织反应越严重。植入材料与生物组 织之间的相对运动，也会引发较严重的组织反应。,第八章 医用高分子材料,锥钎眠嘎亏饲该淘臣致贪很詹念吕爬桐钙溯粒廷腔代颜嘛祖身彭做淳蹬鹰八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,48,曾对不同形状的材料植入小白鼠体内出现肿瘤 的情况进行过统计，发现当植入材料为大体积薄片 时，出现肿瘤的可能性比在薄片上穿大孔时高出一 倍左右。而海绵状、纤维状和粉末状材料几乎不会 引起肿
35、瘤（见表92）。,第八章 医用高分子材料,棵诗督沂样柔躯凝禁据借所婆冷怒永涤枣诲慨衷这否梗连直胺粟输崎辕糟八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,49,第八章 医用高分子材料,表92 不同形状的材料对产生肿瘤的影响* （%）,* 试验周期为两年,不扭碴僳频遂瑶外的蝗枫荐鸭沧粉鬼傻肾即洲亮褥契相竹捎椅帕周烽太六八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,50,原因可能是由于材料的植入使周围的细胞代谢 受到障碍，营养和氧的供应不充分以及长期受到异 物刺激而使细胞异常分化、产生变异所致。而当植 入材料为海绵状、纤维状和粉末状时，组织细胞可 围绕材料生长，因此不会由于营养和氧的不足而变 异，因此致癌危
36、险性较小。,第八章 医用高分子材料,醉囤攫岿儡钻逞晋呐染走瞻思蔗俺站脏锈桶浆绵捣勉核环壕默栈札驭葬沾八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,51,2.1.2 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 分子材料在人体内应用失效的原因之一。试验结果 证明，钙化现象不仅是胶原生物材料的特征，一些 高分子水溶胶，如聚甲基丙烯酸羟乙酯在大鼠、仓 鼠、荷兰猪的皮下也发现有钙化现象。,第八章 医用高分子材料,肃涨宿噶参丫卿数蓖篱哲嘘陀乡构鸽枉祈务污宾耿慧檀鉴鄙话亥爷拾铀踌八章节医用高分子
37、材料八章节医用高分子材料,52,用等离子体发射光谱法分析钙化沉积层的元素 组成，发现钙化层中以钙、磷两种元素为主，钙磷 比为1.611.69，平均值1.66，与羟基磷灰石中的 钙磷比1.67几乎相同，此外还含有少量的锌和镁。 这表明，钙化现象是高分子材料植入动物体内后， 对肌体组织造成刺激，促使肌体的新陈代谢加速的 结果。,第八章 医用高分子材料,亥七恶副剃亭快毛炎辆归淖市舟焚巫惺头菠彼恬绦蓝师收浇瓣葡琵拜迂艾八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,53,影响高分子材料表面钙化的因素很多，包括生 物因素（如物种、年龄、激素水平、血清磷酸盐水 平、脂质、蛋白质吸附、局部血流动力学、凝血 等）和
38、材料因素（亲水性、疏水性、表面缺陷） 等。一般而言，材料植入时，被植个体越年青，材 料表面越可能发生钙化。多孔材料的钙化情况比无 孔材料要严重。,第八章 医用高分子材料,卑郭补搽琵悄猖度阴众核疲曳帅逼片屹霉颁捌囊危烦猎沿稀膳炎浅岔掐苇八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,54,2.1.3 高分子材料的致癌性 虽然目前尚无足够的证据说明高分子材料的植 入会引起人体内的癌症。但是，许多试验动物研究 表明，当高分子材料植入鼠体内时，只要植入的材 料是固体材料而且面积大于1cm2，无论材料的种类 （高分子、金属或陶瓷）、形状（膜、片状或板 状）以及材料本身是否具有化学致癌性，均有可能 导致癌症的发
39、生。这种现象称为固体致癌性或异物 致癌性。,第八章 医用高分子材料,捞奶孽拉诱存视燕挟故日锰熙熟沙蜒屋儒庶兵哆川华鸳酒吧慰膨抓疼观免八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,55,根据癌症的发生率和潜伏期，高分子材料对大 鼠的致癌性可分为三类。 能释放出小分子致癌物的高分子材料，具有 高发生率，潜伏期短的特征。 本身具有癌症原性的高分子材料，发生率较 高，潜伏期不定； 只是作为简单异物的高分子材料，发生率较 低，潜伏期长。显然只有第三类高分子材料才有可 能进行临床应用。,第八章 医用高分子材料,藤祝斋钻唇基缕份字练非紊存哇浩嗽肚踞大倒啦妓必乐咬奢犯木颜圆灸其八章节医用高分子材料八章节医用高分子
40、材料,56,研究发现，异物致癌性与慢性炎症反应、纤维 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312 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包膜厚度。,第八章 医用高分子材料,孺违毙墨虏选辰恳奖未违诀鹰阎助裕蓉丫忻怕叛服姥赣赌冶陕照抉洱竖缎八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,57,2.2 高分子材料的血液相容性 2.2.1 高分子材料的凝血作用 （1）血栓的形成 通常，当人体的表皮受到损伤时，流出的血液 会自动凝固，称为血栓。实际上，血液在受到
41、下列 因素影响时，都可能发生血栓： 血管壁特性与 状态发生变化； 血液的性质发生变化； 血液 的流动状态发生变化。,第八章 医用高分子材料,豁啃搂帖善使颐拿鸭孔充亢屎怔冈素距藤点勃术哦酸恕倦的浦勒阔殉佃惟八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,58,根据现代医学的观点，对血液的循环，人体内 存在两个对立系统，即促使血小板生成和血液凝固 的凝血系统和由肝素、抗凝血酶以及促使纤维蛋白 凝胶降解的溶纤酶等组成的抗凝血系统。当材料植 入体内与血液接触时，血液的流动状态和血管壁状 态都将发生变化，凝血系统开始发挥作用，从而发 生血栓。,第八章 医用高分子材料,抬硬述弓讣圆钒屈区侨谰彪函罚殷瞩端嫩涎舅脾
42、豆识扛朋瘸独似豹孕统毫八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,59,血栓的形成机理是十分复杂的。一般认为，异 物与血液接触时，首先将吸附血浆内蛋白质，然后 粘附血小板，继而血小板崩坏，放出血小板因子， 在异物表面凝血，产生血栓。此外，红血球粘附引 起溶血；凝血致活酶的活化，也都是形成血栓的原 因。（见图91),第八章 医用高分子材料,饥卞生乏钱遗惰单硒谬洪皖维漆邱搪晚蛰忿茸苏娶陆够煮挽袒吃坏忠肯洛八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,60,图91 血栓形成过程示意图,第八章 医用高分子材料,佬陕邢耀槛汇朵教蛹啼戴侍团军栓反臭屈鼠峦摆藐懊空蚁嫂乡认驯壬刁粮八章节医用高分子材料八章节医用高分
43、子材料,61,（2）影响血小板在材料表面粘附的因素 1) 血小板的粘附与材料表面能有关 实验发现，血小板难粘附于表面能较低的有机 硅聚合物，而易粘附于尼龙、玻璃等高能表面上。 此外，在聚甲基丙烯酸羟乙酯、接枝聚乙烯 醇、主链和侧链中含有聚乙二醇结构的亲水性材料 表面上，血小板的粘附量都比较少。这可能是由于 容易被水介质润湿而具有较小的表面能。因此，有 理由认为，低表面能材料具有较好的抗血栓性。,第八章 医用高分子材料,通裙茨孝蟹绦馏旅阻闯联晾华次氦疆范摈铜料粟河豹颤坦晾戏宪驶注箍坞八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,62,也有观点认为，血小板的粘附与两相界面自由 能有更为直接的关系。界面
44、自由能越小，材料表面 越不活泼，则与血液接触时，与血液中各成分的相 互作用力也越小，故造成血栓的可能性就较小。大 量实验事实表明，除聚四氟乙烯外，临界表面张力 小的材料，血小板都不易粘附（见表93）。,第八章 医用高分子材料,诱即杏锐沮娘阳徊碑牺娶菌寥禾度孤盐晌橡侗勺职旺虚诅砖脐敷访吻函锁八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,63,第八章 医用高分子材料,表93 材料表面张力与血小板粘附量的关系,* 人血浸渍3分钟； 狗血循环1分钟。,井桌轨莱自舰背肝刃旅廉惜昏磺叉晕婴胸炙某筷待涟选导祥丝么绝参摹倒八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,64,2) 血小板的粘附与材料的含水率有关 有些高
45、分子材料与水接触后能形成高含水状态 （2090以上）的水凝胶。在水凝胶中，由于 含水量增加而使高分子的实质部分减少，因此，植 入人体后，与血液的接触机会也减少，相应的血小 板粘附数减少。实验表明，丙烯酰胺、甲基丙烯酸 羟乙酯和带有聚乙二醇侧基的甲基丙烯酸酯 与其他单体共聚或接枝共聚的水凝胶，都具有较好 的抗血栓性。,第八章 医用高分子材料,蜀叠寇陌赘总膘涩曰洪之险瀑工郡四绅贾别刃羡仙筋对基贫吐家持陵牢矽八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,65,一般认为，水凝胶与血液的相容性，与其交联 密度、亲水性基团数量等因素有关。含亲水基团太 多的聚合物，往往抗血栓性反而不好。因为水凝胶 表面不仅对血
46、小板粘附能力小，而且对蛋白质和其 他细胞的吸附能力均较弱。在流动的血液中，聚合 物的亲水基团会不断地由于被吸附的成分被“冲走” 而重新暴露出来，形成永不惰化的活性表面，使血 液中血小板不断受到损坏。研究认为，抗血栓性较 好的水凝胶，其含水率应维持在6575。,第八章 医用高分子材料,勤俺莽敞淑拙玖瑰玲退盟杉烹锰匡醇茵忆宵捕盐讫军跺戒句途颅皱抒欺隧八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,66,3) 血小板的粘附与材料表面疏水亲水平衡有关 综合上述讨沦不难看出，无论是疏水性聚合物 还是亲水性聚合物，都可在一定程度上具有抗血栓 性。进一步的研究表明，材料的抗血栓性，并不简 单决定于其是疏水性的还是
47、亲水性的，而是决定于 它们的平衡值。一个亲水疏水性调节得较合适的 聚合物，往往有足够的吸附力吸附蛋白质，形成一 层隋性层，从而减少血小板在其上层的粘附。,第八章 医用高分子材料,摄滦男仗尚取舆罩乳脆门庞夸围剂识乡睫倪癸萧撤趟壕些踌摹焦儿搓悟都八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,67,例如，甲基丙烯酸羟乙酯/甲基丙烯酸乙 酯共聚物比单纯的聚甲基丙烯酸羟乙酯对血 液的破坏性要小；甲基丙烯酸乙酯/甲基丙烯酸共聚 物也比单纯的聚甲基丙烯酸对血液的破坏性要小。 用作人工心脏材料的聚醚型聚氨酯，具有微相 分离的结构，也是为达到这一目的而设计的。,第八章 医用高分子材料,雅脯胶铲呕淤季样率旱厚剃括闹剖
48、橱完靠弓仔碑旱存诊窗骄萨饼嗜烁蜗开八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,68,4) 血小板的粘附与材料表面的电荷性质有关 人体中正常血管的内壁是带负电荷的，而血小 板、血球等的表面也是带负电荷的，由于同性相斥 的原因，血液在血管中不会凝固。因此，对带适当 负电荷的材料表面，血小板难于粘附，有利于材料 的抗血栓性。但也有实验事实表明，血小板中的凝 血因子在负电荷表面容易活化。因此，若电荷密度 太大，容易损伤血小板，反而造成血栓。,第八章 医用高分子材料,更乙障司洛帆认梳颠屡磋检纹暑铃斡委爱忧在隆殷枉堪微椽炳咨圣弦洋渝八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,69,5) 血小板的粘附与材料表面
49、的光滑程度有关 由于凝血效应与血液的流动状态有关，血液流 经的表面上有任何障碍都会改变其流动状态，因此 材料表面的平整度将严重影响材料的抗血栓性。据 研究知，材料表面若有3m以上凹凸不变的区域， 就会在该区域形成血栓。由此可见，将材料表面尽 可能处理得光滑，以减少血小板、细胞成分在表面 上的粘附和聚集，是减少血栓形成可能性的有效措 施之一。,第八章 医用高分子材料,洲舅靡袖物元邮诧跋踩冗瞄墩蔑膳腺淡冤气硕钙酱掺频柞牧兴醇蹲圾秉趁八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,70,2.2.2 血液相容性高分于材料的制取 （1）使材料表面带上负电荷的基团 例如将芝加哥酸（1氨基8萘酚2, 4 二磺酸萘）（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。,第八章 医用高分子材料,部珠狞憨酗复己撕盎厌沂相败札涉付键舵噪恕巳凝滚拄樱甄灯蜜沤昔埠篓八章节医用高分子材料八章节医用高分子材料,71,（2）高分子材料的表面接枝改性 采用化学法（如偶联法、臭氧化法等）和物理 法（等离子体法、高