第八章医用高分子材料.pptx

第八章医用高分子材料第八章医用高分子材料(cilio)(cilio)1第一页，共六十二页。8.1医用高分子概述8.2生物惰性高分子材料8.3生物降解高分子材料8.4用于人造器官的功能高分子材料8.5药用高分子材料研究(ynji)内容2第二页，共六十二页。一、生物一、生物(shngw)医用材料的分类医用材料的分类按材料按材料(cilio)的来源分类的来源分类1）天然）天然(tinrn)医用高分子材料医用高分子材料 如胶原、明胶、丝蛋白、角质蛋白、纤维素、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。多糖、甲壳素及其衍生物等。2）人工合成医用高分子材料）人工合成医用高分子材料 如聚氨酯、硅橡胶、聚酯等。如聚氨酯、硅橡胶、聚酯等。3）天然生物组织与器官）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；术的血管替代物；取自其他人的同种异体组织，例如利用他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；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，治疗心脏病等。猪的心脏瓣膜代替人的心脏瓣膜，治疗心脏病等。38.1医用高分子概述第三页，共六十二页。按材料与活体组织按材料与活体组织(zzh)的相互作用关系分类的相互作用关系分类一、生物医用材料一、生物医用材料(cilio)的分类的分类1）生物惰性）生物惰性(duxng)高分子材料高分子材料 在在体体内内不不降降解解、不不变变性性、不不会会引引起起长长期期组组织织反反应应的的高高分分子子材材料料，适合长期植入体内。适合长期植入体内。2）生物活性高分子材料）生物活性高分子材料 指指植植入入生生物物体体内内能能与与周周围围组组织织发发生生相相互互作作用用，促促进进肌肌体体组组织、细胞等生长的材料。织、细胞等生长的材料。3）生物吸收高分子材料）生物吸收高分子材料 这这类类材材料料又又称称生生物物降降解解高高分分子子材材料料。这这类类材材料料在在体体内内逐逐渐渐降降解解，其其降降解解产产物物能能被被肌肌体体吸吸收收代代谢谢，获获通通过过排排泄泄系系统统排排出出体体外外，对对人人体体健康没有影响。如用聚乳酸制成的体内手术缝合线、体内粘合剂等。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。4第四页，共六十二页。二、对医用高分子材料二、对医用高分子材料(cilio)(cilio)的特殊要求的特殊要求1.1.血液血液血液血液(xuy)(xuy)(xuy)(xuy)相容性相容性相容性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触。因此，医用高分子对血液的相容性是所有(suyu)性能中最重要的性能中最重要的至今尚未制得一种能完全抗血栓的高分子材料。至今尚未制得一种能完全抗血栓的高分子材料。2.2.组织相容性组织相容性组织相容性组织相容性组织相容性是指材料在与肌体组织接触过程中不发生不利的刺激组织相容性是指材料在与肌体组织接触过程中不发生不利的刺激性，不发生炎症，不发生排斥反应，没有致癌作用，不发生钙沉性，不发生炎症，不发生排斥反应，没有致癌作用，不发生钙沉着。着。5第五页，共六十二页。3.3.生物生物生物生物(shngw)(shngw)(shngw)(shngw)惰性惰性惰性惰性二、对医用高分子材料二、对医用高分子材料(cilio)(cilio)的特殊要求的特殊要求对于那些需要对于那些需要(xyo)在人体中长期使用功能的材料必须具备生物惰性，在人体中长期使用功能的材料必须具备生物惰性，这样才能保证使用寿命。这样才能保证使用寿命。所谓生物惰性是指材料在生物内部环境下自身不发生有害的化学所谓生物惰性是指材料在生物内部环境下自身不发生有害的化学反应和物理破坏，也不对生物体产生不利影响，即具有生物相容反应和物理破坏，也不对生物体产生不利影响，即具有生物相容性。性。4.4.可生物降解性可生物降解性可生物降解性可生物降解性与生物惰性的要求相反，在某些场合需要医用高分子材料具有生物降解与生物惰性的要求相反，在某些场合需要医用高分子材料具有生物降解性，即材料仅有有限的使用寿命，使用期过后材料可以被生物体分解和性，即材料仅有有限的使用寿命，使用期过后材料可以被生物体分解和吸收。如手术用的缝合线。吸收。如手术用的缝合线。6第六页，共六十二页。8.2生物惰性高分子材料嵌嵌段段聚聚醚醚氨氨酯酯（SPEU）弹弹性性体体、硅硅橡橡胶胶、PMMA、PP、PE、PC、纤纤 维维 素素（醋醋 酸酸、铜铜 氨氨 再再 生生、硝硝 酸酸）、PHEMA、聚聚砜砜、聚聚硅硅酮酮、聚聚酯酯、FTFE、聚聚乙乙烯烯吡吡咯咯烷烷酮、尼龙酮、尼龙(nlng)及某些共聚物。及某些共聚物。非生物降解非生物降解(shnwjinji)(shnwjinji)材料材料7第七页，共六十二页。1.1.有机硅材料有机硅材料(cilio)(cilio)8.2生物惰性高分子材料有有机机氯氯硅硅烷烷（RnSiCl4-n,n=1,2,3）经经水水解解缩缩聚聚生生成成有有机机环环氧氧烷烷中中间间体体，在在催催化化剂剂存存在在下下进进一一步步聚聚合合(jh)而而成成聚聚硅硅氧氧烷烷即即硅硅橡橡胶胶生生胶胶。将将生生胶胶加加入入补强填料补强填料SiO2及其它助剂后经硫化而成弹性硅橡胶。及其它助剂后经硫化而成弹性硅橡胶。弹弹性性硅硅橡橡胶胶具具有有很很多多医医学学材材料料的的性性能能：良良好好的的生生物物惰惰性性；很很高高的的透透气气性性和和对对透透气气的的选选择择性性；极极佳佳的的耐耐生生物物老老化化性性；无无味味无无毒毒无无致致癌性；癌性；有较好的抗血栓性能；有较好的抗血栓性能；易于消毒灭菌。易于消毒灭菌。8第八页，共六十二页。2.2.聚丙烯酸树脂聚丙烯酸树脂聚丙烯酸树脂聚丙烯酸树脂(shzh)(shzh)类材料类材料类材料类材料聚甲基丙烯酸羟乙酯（聚甲基丙烯酸羟乙酯（PHEMA）：）：不不含含水水时时和和有有机机玻玻璃璃一一样样，是是一一种种透透明明无无色色的的固固体体，可可进进行行机机械械加加工工，吸吸水水后后变变成成柔柔软软而而富富有有弹弹性性的的水水凝凝较较。该该材材料料亲亲水水、透透氧氧，并并具具有有良良好好的的生生物物相相容容性性，可可煮煮沸沸消消毒毒。但但湿湿强强度度较较差差，通通常常采采用用交交联联、共共聚聚、与与大大分分子子反反应应或或共共混混等等方方法法(fngf)对对水水凝凝较较进进行行改改性性。实实验验与与临临床床应应用用中中未未见见有有毒毒性性，对对创创面面无无刺刺激激性性，创创面面可在膜下愈合。可在膜下愈合。聚聚氧氧化化乙乙烯烯聚聚氧氧化化丙丙烯烯聚聚氧氧化化乙乙烯烯（Pluronic）智智能能水水凝凝胶胶等：低温下可溶于水，受热后不溶于水形成凝胶。等：低温下可溶于水，受热后不溶于水形成凝胶。9第九页，共六十二页。1、骨固化剂、骨固化剂2、牙科材料、牙科材料3、眼科角膜接触镜片、眼科角膜接触镜片4、人体组织粘合剂、人体组织粘合剂5、烧伤敷料、烧伤敷料6、介入、介入(jir)疗法栓塞材料疗法栓塞材料用途用途(yngt)2.聚丙烯酸树脂聚丙烯酸树脂(shzh)类材料类材料10第十页，共六十二页。3.聚氨酯聚氨酯医医用用聚聚氨氨酯酯具具有有优优异异的的力力学学强强度度、高高弹弹性性、耐耐磨磨性性、润润滑滑性性、耐耐疲疲劳劳性性、生生物物相相容容性性、可可加加工工性性等等性性能能，因因此此被被广广泛泛用用于于生生物物材材料料，尤尤其其是是血血液液接接触触材材料料如如血血管管、心心脏脏瓣瓣膜膜、封封堵堵器器、介介入入诊诊疗疗的的导导管管等等，以以及及组组织织工工程程中中的的支支架架材材料料，以以促促进进细细胞胞和和组组织织的的再再生生(zishng)，如长期植入的医用装置及人工器官等，如长期植入的医用装置及人工器官等结构特征，热塑性弹性体：结构特征，热塑性弹性体：1.软段和硬段软段和硬段2.微相分离结构微相分离结构(jigu)3.物理交联点物理交联点11第十一页，共六十二页。4.聚四氟乙烯聚四氟乙烯化学化学(huxu)和生物惰性和生物惰性化学：无臭无毒；耐酸耐碱；不吸不粘；绝缘热稳定；不溶。化学：无臭无毒；耐酸耐碱；不吸不粘；绝缘热稳定；不溶。生物：表面能低；相容性好；易成型加工生物：表面能低；相容性好；易成型加工12二、生物二、生物(shngw)惰性高分子材料的应用惰性高分子材料的应用第十二页，共六十二页。8.3生物降解高分子材料13生生物物吸吸收收性性高高分分子子材材料料在在体体液液的的作作用用下下完完成成两两个个步步骤骤，即即降降解解和和吸吸收收。前前者者往往往往涉涉及及高高分分子子主主链链的的断断裂裂，使使分分子子量量降降低低。作作为为医医用用高高分分子子要要求求(yoqi)降降解解产产物物（单体、低聚体或碎片）无毒（单体、低聚体或碎片）无毒第十三页，共六十二页。14 高分子材料在体内最常见的降解反应为高分子材料在体内最常见的降解反应为水解反水解反应应，包括包括酶催化水解和非酶催化水解酶催化水解和非酶催化水解。能够通过酶。能够通过酶专一性反应降解的高分子称为专一性反应降解的高分子称为(chn wi)酶催化降解高分子；酶催化降解高分子；而通过与水或体液接触发生水解的高分子称为非酶而通过与水或体液接触发生水解的高分子称为非酶催化降解高分子。催化降解高分子。从严格意义上讲，只有从严格意义上讲，只有酶催化降解才称得上生酶催化降解才称得上生物降解物降解，但在实际应用中将这两种降解统称为生物，但在实际应用中将这两种降解统称为生物降解。降解。第十四页，共六十二页。15 吸吸收收过过程程是是生生物物体体为为了了摄摄取取营营养养或或通通过过肾肾脏脏、汗汗腺腺或消化道排泄废物所进行的正常生理或消化道排泄废物所进行的正常生理(shngl)过程。过程。高高分分子子材材料料一一旦旦在在体体内内降降解解以以后后，即即进进入入生生物物体体的的代代谢谢循循环环。这这就就要要求求生生物物吸吸收收性性高高分分子子应应当当是是正正常常代代谢谢物物或或其其衍衍生生物物通通过过可可水水解解键键连连接接起起来来的的。在在一一般般情情况况下下，由由CC键键形形成成的的聚聚烯烯烃烃材材料料在在体体内内难难以以降降解解。只只有有某某些具有特殊结构的高分子材料才能够被某些酶所降解。些具有特殊结构的高分子材料才能够被某些酶所降解。第十五页，共六十二页。16生物吸收性高分子材料的分解吸收速度生物吸收性高分子材料的分解吸收速度 用用于于人人体体组组织织(zzh)(zzh)治治疗疗的的生生物物吸吸收收性性高高分分子子材材料料，其其分分解解和和吸吸收收速速度度必必须须与与组组织织(zzh)(zzh)愈愈合合速速度度同同步步。人人体体中中不不同同组组织织(zzh)(zzh)不不同同器器官官的的愈愈合合速速度度是是不不同同的的，例例如如表表皮皮愈愈合合一一般般需需要要310天天，膜膜组组织织的的痊痊愈愈要要需需1530天天，内内脏脏器器官官的的恢恢复复需需要要12个个月月，而而硬硬组组织织如如骨骨骼骼的的痊痊愈愈则则需需要要23个个月月等等。等等。第十六页，共六十二页。17 因此，对植入人体内的生物吸收性高分子材料因此，对植入人体内的生物吸收性高分子材料在组织或器官完全愈合之前，必须保持适当的机械在组织或器官完全愈合之前，必须保持适当的机械性能和功能。而在肌体组织痊愈之后，性能和功能。而在肌体组织痊愈之后，植入的高分植入的高分子材料应尽快降解并被吸收子材料应尽快降解并被吸收，以减少，以减少(jinsho)材料长期存在材料长期存在所产生的副作用。所产生的副作用。第十七页，共六十二页。18 酶催化降解和非酶催化降解的结构降解速度关系不同。酶催化降解和非酶催化降解的结构降解速度关系不同。对对非非酶酶催催化化降降解解高高分分子子而而言言，降降解解速速度度主主要要由由主主链链结结构构（键键型型）决决定定。主主链链上上含含有有易易水水解解基基团团如如酸酸酐酐、酯酯基基、碳碳酸酸酯酯的的高高分分子子，通通常常有有较较快快的的降降解解速速度度。对对于于(duy)酶酶催催化化降降解解高高分分子子，如如聚聚酰酰胺胺、聚聚酯酯、糖糖苷苷等等，降降解解速速度度主主要要与与酶酶和和待待裂裂解解键键的的亲亲和和性性有有关关。酶酶与与待待裂裂解解键键的的亲亲和和性性越越好好，则则降降解解越越容容易易发发生生，而而与与化化学学键键类类型型关系不大。关系不大。第十八页，共六十二页。19 此此外外，由由于于低低分分子子量量聚聚合合物物的的溶溶解解或或溶溶胀胀性性能能优优于于高高分分子子量量聚聚合合物物，因因此此对对于于同同种种高高分分子子材材料料，分分子子量量越越大大，降降解解速速度度越越慢慢。亲亲水水性性强强的的高高分分子子能能够够吸吸收收水水、催催化化剂剂或或酶酶，一一般般有有较较快快的的降降解解速速度度。含含有有羟羟基基、羧羧基基的的生生物物吸吸收收性性高高分分子子，不不仅仅因因为为其其较较强强的的亲亲水水性性，而而且且由由于于其其本本身身的的自自催催化化作作用用，所所以以比比较较容容易易降降解解。相相反反(xingfn)，在在主主链链或或侧侧链链含含有有疏疏水水长长链链烷烷基基或或芳芳基基的的高高分分子子，降降解性能往往较差。解性能往往较差。第十九页，共六十二页。20 在固态下高分子链的聚集态可分为结晶态、玻在固态下高分子链的聚集态可分为结晶态、玻璃态、橡胶态。如果高分子材料的化学结构相同，璃态、橡胶态。如果高分子材料的化学结构相同，那么不同聚集态的降解速度有如下顺序：那么不同聚集态的降解速度有如下顺序：橡胶态玻璃橡胶态玻璃(b l)态结晶态态结晶态 显然，聚集态结构越有序，分子链之间排列越显然，聚集态结构越有序，分子链之间排列越紧密，降解速度越低。紧密，降解速度越低。第二十页，共六十二页。21一、一、生物吸收性天然高分子材料生物吸收性天然高分子材料 已经在临床医学获得已经在临床医学获得(hud)(hud)应用的生物吸收性天然高应用的生物吸收性天然高分子材料包括蛋白质和多糖两类生物高分子。这些分子材料包括蛋白质和多糖两类生物高分子。这些生物高分子主要在酶的作用下降解，生成的降解产生物高分子主要在酶的作用下降解，生成的降解产物如氨基酸、糖等化合物，可参与体内代谢，并作物如氨基酸、糖等化合物，可参与体内代谢，并作为营养物质被肌体吸收。因此这类材料应当是最理为营养物质被肌体吸收。因此这类材料应当是最理想的生物吸收性高分子材料。想的生物吸收性高分子材料。第二十一页，共六十二页。22 白蛋白、葡聚糖和羟乙基淀粉白蛋白、葡聚糖和羟乙基淀粉在水中是可溶在水中是可溶的，临床用作血容量扩充剂或人工血浆的增稠剂。的，临床用作血容量扩充剂或人工血浆的增稠剂。胶原、壳聚糖胶原、壳聚糖等在生理条件下是不溶性的，因此可等在生理条件下是不溶性的，因此可作为植入材料在临床应用。下面对一些重要作为植入材料在临床应用。下面对一些重要(zhngyo)的生物的生物吸收性天然高分子材料作简单介绍。吸收性天然高分子材料作简单介绍。第二十二页，共六十二页。1.甲壳质衍生物甲壳质衍生物甲甲壳壳素素是是一一种种的的线线性性多多糖糖。昆昆虫虫壳壳皮皮、虾虾蟹蟹壳壳中中均均含含有有丰丰富富的的甲甲壳壳素素。壳壳聚聚糖糖为为甲甲壳壳素素的的脱脱乙乙酰酰衍衍生生物物，由由甲甲壳壳素素在在4050浓浓度度的的氢氢氧化钠水溶液中氧化钠水溶液中110120下水解下水解24h得到。得到。甲甲壳壳素素能能为为肌肌体体组组织织中中的的溶溶菌菌酶酶所所分分解解，已已用用于于制制造造吸吸收收型型手手术术缝缝合合线线。其其抗抗拉拉强强度度优优于于其其他他类类型型的的手手术术缝缝合合线线。在在兔兔体体内内(t ni)试验观察，甲壳素手术缝合线试验观察，甲壳素手术缝合线4个月可以完全吸收。个月可以完全吸收。23第二十三页，共六十二页。1.甲壳质衍生物甲壳质衍生物甲壳素还具有促进伤口愈合的功能，可用作甲壳素还具有促进伤口愈合的功能，可用作伤口包扎材料伤口包扎材料。甲甲壳壳素素膜膜用用于于覆覆盖盖外外伤伤或或新新鲜鲜烧烧伤伤的的皮皮肤肤创创伤伤面面时时，具具有有减减轻轻疼疼痛痛和和促促进进表表皮皮形形成成的的作作用用，因因此此(ync)是是一一种种良良好好的的人人造造皮皮肤肤材材料料。甲甲壳壳素素在在甲甲磺磺酸酸、甲甲酸酸、六六氟氟丙丙醇醇、六六氟氟丙丙酮酮以以及及含含有有5氯氯化化锂锂的的二二甲甲基基乙乙酰酰胺胺中中是是可可溶溶的的，壳壳聚聚糖糖能能在在有有机机酸酸如如甲甲酸酸和和乙乙酸酸的的稀稀溶溶液液中中溶溶解解。从从溶溶解解的的甲甲壳壳素素或或壳壳聚聚糖糖，可可以以制制备备膜膜、纤纤维维和和凝凝胶胶等各种生物制品。等各种生物制品。24第二十四页，共六十二页。2.胶原蛋白胶原蛋白A.来源：来源：胶原是哺乳动物结缔组织中的主要成分，构成人体约30%的蛋白质，在皮肤中的干重达72。B.类型：类型：胶原有19种类型，最常见的是型、II型和III型。其中I型最丰富，且性能优良，被广泛用于生物材料。C.结构：结构：原胶原（Procollagen）是胶原的基本组成单位，其分子基础是三条左旋(zu xun)的-螺旋体的多肽链相互绞合并卷曲而成一个右旋的三股螺旋体，直径大约为1015A0,长约300nm，链的分子量为12万，每一条链有1050个氨基酸，其一级结构富含脯氨酸和羟脯氨酸，而且第三个氨基酸总是甘氨酸；仅含少量的络氨酸，不含色氨酸。D.性能：性能：胶原的免疫原性温和，具有优异的组织相容性。25第二十五页，共六十二页。263.明胶明胶 明胶是经高温加热变性的胶原明胶是经高温加热变性的胶原，通常由动物的，通常由动物的骨骼或皮肤经过蒸煮、过滤、蒸发干燥后获得。明骨骼或皮肤经过蒸煮、过滤、蒸发干燥后获得。明胶在冷水胶在冷水(lngshu)(lngshu)中溶胀而不溶解，但可溶于热水中形成粘中溶胀而不溶解，但可溶于热水中形成粘稠溶液，冷却后冻成凝胶状态。纯化的医用级明胶稠溶液，冷却后冻成凝胶状态。纯化的医用级明胶比胶原成本低，在机械强度要求较低时可以替代胶比胶原成本低，在机械强度要求较低时可以替代胶原用于生物医学领域。原用于生物医学领域。第二十六页，共六十二页。27明胶可以明胶可以(ky)制成多种医用制品，如膜、管等。由于明制成多种医用制品，如膜、管等。由于明胶溶于热水，在胶溶于热水，在6080水浴中可以制备浓度为水浴中可以制备浓度为520的溶液，如果要得到的溶液，如果要得到 2535的浓溶液，则需要加热至的浓溶液，则需要加热至 90100。为了使制品具有适当的机械性能，可加入。为了使制品具有适当的机械性能，可加入甘油或山梨糖甘油或山梨糖醇醇作为增塑剂。用作为增塑剂。用戊二醛和环氧化合物戊二醛和环氧化合物作交联剂可以延长降作交联剂可以延长降解吸收时间。解吸收时间。第二十七页，共六十二页。284.纤维蛋白纤维蛋白 纤维蛋白是纤维蛋白原的聚合产物纤维蛋白是纤维蛋白原的聚合产物。纤维蛋白。纤维蛋白原是一种血浆蛋白质，存在于动物体的血液中。人原是一种血浆蛋白质，存在于动物体的血液中。人和牛的纤维蛋白原分子量在和牛的纤维蛋白原分子量在330000340000之间，之间，二者之间的氨基酸组成差别很小。纤维蛋白原由三二者之间的氨基酸组成差别很小。纤维蛋白原由三对肽链构成对肽链构成(guchng)(guchng)，每条肽链的分子量在，每条肽链的分子量在4700063500之之间。除了氨基酸之外，纤维蛋白原还含有糖基。间。除了氨基酸之外，纤维蛋白原还含有糖基。纤纤维蛋白原在人体内的主要功能是参与凝血过程。维蛋白原在人体内的主要功能是参与凝血过程。第二十八页，共六十二页。29 纤维蛋白具有良好的生物相容性，具有纤维蛋白具有良好的生物相容性，具有止血、止血、促进组织愈合促进组织愈合等功能，在医学领域有着重要用途。等功能，在医学领域有着重要用途。纤维蛋白的降解包括酶降解和细胞吞噬两种过纤维蛋白的降解包括酶降解和细胞吞噬两种过程，程，降解产物可以被肌体完全吸收降解产物可以被肌体完全吸收。降解速度随产。降解速度随产品不同从几天到几个品不同从几天到几个(j)月不等。通过交联和改变其聚月不等。通过交联和改变其聚集状态是控制其降解速度的重要手段。集状态是控制其降解速度的重要手段。第二十九页，共六十二页。二、人工合成可生物降解二、人工合成可生物降解(shn w jin ji)(shn w jin ji)(shn w jin ji)(shn w jin ji)高分子材料高分子材料1.聚乳酸类聚乳酸类-羟基羟基(qingj)丙酸丙酸30第三十页，共六十二页。31第三十一页，共六十二页。手术缝合线手术缝合线骨固定骨固定(gdng)材料材料组织修补材料组织修补材料药物控制释放材料药物控制释放材料聚乳酸在医疗聚乳酸在医疗(ylio)(ylio)(ylio)(ylio)上的应用上的应用32第三十二页，共六十二页。33第三十三页，共六十二页。8.4用于人造器官的功能高分子材料一、采用功能高分子材料的人造一、采用功能高分子材料的人造(rnzo)脏器脏器 1.人造人造人造人造(rnzo)(rnzo)心脏心脏心脏心脏34第三十四页，共六十二页。(1)心脏(xnzng)的功能心脏是人体(rnt)循环系统的动力器官每天搏动(bdng)十万次以上每分钟有4-5升的血液流经心脏他人心脏移植到患者身上存在的问题人工心脏 1.1.人造心脏人造心脏人造心脏人造心脏35第三十五页，共六十二页。具有微相分离(fnl)结构的聚氨酯嵌段共聚物具有微相分离结构(jigu)的亲疏水型嵌段共聚物商品化人工心脏用材料(cilio)1.1.人造心脏人造心脏人造心脏人造心脏1957年，美国的Kolff和Akutsu就开始进行人工心脏的实验研究。生物膜的组成和结构(脂质和蛋白质)得到启发。36第三十六页，共六十二页。2.2.人造人造人造人造(rnzo)(rnzo)肾脏肾脏肾脏肾脏维持(wich)体液的酸碱平衡和渗透压平衡肾脏(shnzng)主要生理功能过滤和排泄新陈代谢产物及有毒物质调节体内水份和电解质平衡慢性尿毒症患者每天需排除的物质和量37第三十七页，共六十二页。(1)血液(xuy)透析使血液流过透析膜的一侧，膜的另一侧流过透析液。由于膜两侧各种离子(lz)的浓度不同，则血液中的废物、过剩的电解质、过剩的水可透过膜而进入透析液而达到净化血液的目的。膜的含水机械(jxi)强度要大人工肾透析膜的要求良好的血液相容性对分子量在500-5000之间的尿毒性物质透过性优良 2.2.人造肾脏人造肾脏38第三十八页，共六十二页。人工(rngng)肾透析膜的高分子材料铜氨纤维素：纤维素溶于氧化铜的氨溶液得到的再生纤维素，约占所有(suyu)透析膜材料的87%。醋酸纤维(c sun xin wi)素丙烯腈-间烯丙基苯磺酸钠共聚物聚碳酸酯聚甲基丙烯酸甲酯乙烯一乙烯醇共聚物(EVA)，具有好的血液相容性、透析性、机械强度和安全性。人工肾透析膜的不足：净化血液时传质面积大，血液与高分子材料的接触机会较多，血球损伤的机会较多，易造成细胞液的组成和渗透压发生变化。39第三十九页，共六十二页。(2)血液过滤法：在膜二边有压力差的情况下使血液中的废物透过(tu u)滤膜而被除去。特点：血液过滤(gul)法的原理类似于人体肾小球，有效过滤(gul)面积比透析型半透膜大得多，去除水份及代谢物性能好。但由于过滤(gul)时除去的水份过多，须进行水分补偿。作为过滤(gul)膜的高分子材料：丙烯腈-氯乙烯共聚物、聚砜、三醋酸纤维素、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈-甲基丙烯醋酸钠共聚物等。40第四十页，共六十二页。(3)血液灌流(un li)：利用吸附剂把血液中代谢物吸附的方法。特点：最为快速简便的解毒力法，这对急性(jxng)中毒的解救、肝昏迷及严重肝障碍病患者尤为有效。血液(xuy)灌流法吸附剂活性炭吸附剂：表面包覆聚合物合成高分子吸附树脂：如苯乙烯-二乙烯苯球形大孔径树脂。机械强度、吸附能力、吸附选择性更好。41第四十一页，共六十二页。人工人工(rngng)肾脏肾脏42第四十二页，共六十二页。3.人工人工(rngng)(rngng)肺肺肺主要功能(gngnng)：人体的呼吸器官，吸人氧气排出二氧化碳。薄膜型：富氧膜人工(rngng)肺气泡型富氧膜高分子材料：聚硅氧烷、聚四氟乙烯、聚烷基砜、硅酮聚碳酸酯等。除气体透过性外，还要求材料有好的机械强度、血液相容性好及耐灭菌消毒等。43第四十三页，共六十二页。硅酮聚碳酸酯(j tn sun zh)：氧富集能力较强，可达40%。聚烷基砜(PAS)：对气体的透过(tu u)系数略小于聚硅氧烷，但血液适应性更好。44第四十四页，共六十二页。4.人工人工人工人工(rngng)(rngng)肝肝肝肝肝脏是机体(jt)储藏肝糖元、合成蛋白质以及解毒等多种功能的脏器。目前临床使用的人工肝主要作用是解毒，类似于人工肾。“杂化“型人工(rngng)肝微胶囊肝细胞：用聚甲基丙烯酸羟乙酯等作为包膜材料，将肝细胞包埋起来使之微囊化。固相肝细胞：将肝细胞固定在聚乙烯或聚氨酯表面。肝细胞透析：将肝细胞制成悬浮液，置于高分子材料如再生纤维素膜等)透析器中，进行血液透析。45第四十五页，共六十二页。用于人工脏器的部分用于人工脏器的部分用于人工脏器的部分用于人工脏器的部分(bfen)(bfen)高分子材料高分子材料高分子材料高分子材料人工脏器人工脏器高分子材料高分子材料心心脏脏嵌段聚醚氨酯弹性体、硅橡胶嵌段聚醚氨酯弹性体、硅橡胶肾肾脏脏铜氨法再生纤维素，醋酸纤维素，聚甲基丙烯酸甲酯，聚丙烯腈，聚砜，铜氨法再生纤维素，醋酸纤维素，聚甲基丙烯酸甲酯，聚丙烯腈，聚砜，乙烯乙烯醇共聚物（乙烯乙烯醇共聚物（EVA），聚氨酯，聚丙烯，聚碳酸酯，聚甲基丙烯），聚氨酯，聚丙烯，聚碳酸酯，聚甲基丙烯酸酸羟乙酯羟乙酯肝肝脏脏赛璐玢（赛璐玢（cellophane），聚甲基丙烯酸），聚甲基丙烯酸羟乙酯羟乙酯胰胰脏脏共聚丙烯酸酯中空纤维共聚丙烯酸酯中空纤维肺肺硅橡胶，聚丙烯中空纤维，聚烷砜硅橡胶，聚丙烯中空纤维，聚烷砜关节、骨关节、骨超高分子量聚乙烯超高分子量聚乙烯，高密度聚乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，尼龙，聚酯，高密度聚乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，尼龙，聚酯46第四十六页，共六十二页。皮皮肤肤硝基纤维素，聚硅酮硝基纤维素，聚硅酮尼龙复合物，聚酯，甲壳素尼龙复合物，聚酯，甲壳素角角膜膜聚甲基丙烯酸甲酯，聚甲基丙烯酸聚甲基丙烯酸甲酯，聚甲基丙烯酸羟乙酯，硅橡胶羟乙酯，硅橡胶玻璃体玻璃体硅油，聚甲基丙烯酸硅油，聚甲基丙烯酸羟乙酯羟乙酯鼻、耳鼻、耳硅橡胶，聚乙烯硅橡胶，聚乙烯乳乳房房聚硅酮聚硅酮血血管管聚酯纤维，聚四氟乙烯，嵌段聚醚氨酯聚酯纤维，聚四氟乙烯，嵌段聚醚氨酯人工红血球人工红血球全氟烃全氟烃人工血浆人工血浆羟乙基淀粉，聚乙烯基吡咯烷酮羟乙基淀粉，聚乙烯基吡咯烷酮胆胆管管硅橡胶硅橡胶用于人工脏器的部分用于人工脏器的部分用于人工脏器的部分用于人工脏器的部分(bfen)(bfen)高分子材料高分子材料高分子材料高分子材料47第四十七页，共六十二页。8.5药用高分子材料48一、一、药用高分子的由来与发展药用高分子的由来与发展(fzhn)(fzhn)我我国国是是医医药药文文明明古古国国，中中草草药药用用于于治治疗疗生生物物体体疾疾病病的的历历史史十十分分悠悠久久，天天然然药药用用高高分分子子的的使使用用要要比比西西方方国国家家早早得得多多。东东汉汉张张仲仲景景（公公元元142219）在在伤伤寒寒论论和和金金匮匮要要略略中中记记载载(jzi)的的栓栓剂剂、洗洗剂剂、软软膏膏剂剂、糖糖浆浆剂剂及及脏脏器器制制剂剂等等十十余余种种制制剂剂中中，首首次次记记载载(jzi)了了采采用用动动物物胶胶汁汁、炼炼蜜蜜和和淀淀粉粉糊糊等等天天然然高高分分子子为为多多种种制制剂剂的赋形剂，并且至今仍然沿用。的赋形剂，并且至今仍然沿用。第四十八页，共六十二页。49药物制剂的发展经历了四个时代药物制剂的发展经历了四个时代(shdi)(shdi)：第一代：第一代：简单加工口服与外用的膏丹丸散简单加工口服与外用的膏丹丸散第二代：第二代：片、颗粒剂、胶囊、注射剂片、颗粒剂、胶囊、注射剂第三代：第三代：药物传递系统药物传递系统第四代：第四代：靶向制剂靶向制剂 第一代：普通丸剂第一代：普通丸剂第二代：普通胶囊第二代：普通胶囊第三代：缓释制剂第三代：缓释制剂第四代：脂质体第四代：脂质体第四十九页，共六十二页。50区别：区别：高分子材料与高分子药物高分子材料与高分子药物 高高分分子子药药物物即即把把生生理理活活性性物物质质用用化化学学的的方方法法挂挂接接到到高高分分子子上上，使使其其达达到到持持续续释释放放和和定定位位释释放放药药物物的的目目的，或本身具有的，或本身具有(jyu)(jyu)强烈活性的高分子化合物。强烈活性的高分子化合物。第五十页，共六十二页。51二、药用高分子的类型和基本二、药用高分子的类型和基本(jbn)(jbn)性能性能药用高分子按其应用目的不同分为药用高分子按其应用目的不同分为药用辅助材料药用辅助材料和和高分子药物高分子药物两类两类。药药用用辅辅助助材材料料是是指指在在药药剂剂制制品品加加工工时时所所用用的的和和为为改改善善药药物物使使用用性性能能而而采采用用的的高高分分子子材材料料，例例如如稀稀释释剂剂、润润滑滑剂剂、粘粘合合剂剂、崩崩解解剂剂、糖糖包包衣衣、胶胶囊壳等。囊壳等。药药用用辅辅助助(fzh)材材料料本本身身并并不不具具有有药药理理作作用用，只只是是在在药药品品的的制制造造和和使使用用中中起起从从属属或或辅辅助助(fzh)的的作作用用。因因此此这这类类高高分分子子从从严严格格意意义义上上讲讲不不属属于于功功能能高高分分子，但显子，但显 然属于然属于特种高分子特种高分子的范畴。的范畴。第五十一页，共六十二页。52高高分分子子药药物物则则不不同同，它它依依靠靠(yko)连连接接在在聚聚合合物物分分子子链链上上的的药药理理活活性性基基团团或或高高分分子子本本身身的的药药理理作作用用，进进入入人人体体后后，能能与与肌肌体体组组织织发发生生生生理理反反应应，从从而而产产生生医医疗疗效果或预防性效果。效果或预防性效果。第五十二页，共六十二页。53高分子药物高分子药物 一些一些(yxi)水溶性高分子材料本身具有药理作用，可直水溶性高分子材料本身具有药理作用，可直接作药物使用，这就是高分子药物。接作药物使用，这就是高分子药物。按分子结构和制剂的形式，高分子药物可分为三按分子结构和制剂的形式，高分子药物可分为三大类：大类：(a)高分子化的低分子药物高分子化的低分子药物这类高分子药物亦称高分子载体药物，其药效部这类高分子药物亦称高分子载体药物，其药效部分是低分子药物，以某种化学方式连接在高分子链上分是低分子药物，以某种化学方式连接在高分子链上。第五十三页，共六十二页。54(b)本身具有药理活性的高分子药物本身具有药理活性的高分子药物这类药物只有这类药物只有(zhyu)整个高分子链才显示出医药活性，整个高分子链才显示出医药活性，它们相应的低分子模型化合物一般并无药理作用。它们相应的低分子模型化合物一般并无药理作用。(c)物理包埋的低分子药物物理包埋的低分子药物这类药物中，起药理活性作用的是低分子药物，这类药物中，起药理活性作用的是低分子药物，它们以物理的方式被包裹在高分子膜中，并通过高分它们以物理的方式被包裹在高分子膜中，并通过高分子材料逐渐释放。典型代表为药物微胶囊。子材料逐渐释放。典型代表为药物微胶囊。第五十四页，共六十二页。55药用高分子应具备的基本性能药用高分子应具备的基本性能由由于于药药用用高高分分子子的的使使用用对对象象是是生生物物体体，通通过过口口服服或或注注射射等等方方式式进进入入消消化化系系统统、血血液液或或体体液液循循环环系系统统，因因此此必必须须具具备备一一些些基基本本的特性。对高分子药物的要求的特性。对高分子药物的要求(yoqi)包括：包括：(1)高高分分子子药药物物本本身身以以及及它它们们的的分分解解产产物物都都应应是是无无毒毒的的，不不会会引引起起炎症和组织变异反应，没有致癌性；炎症和组织变异反应，没有致癌性；(2)进入血液系统的药物，不会引起血栓；进入血液系统的药物，不会引起血栓；第五十五页，共六十二页。56(3)具有水溶性或亲水性，能在生物体内水解下有药理活性的基团。具有水溶性或亲水性，能在生物体内水解下有药理活性的基团。(4)能能有有效效(yuxio)地地到到达达病病灶灶处处，并并在在病病灶灶处处积积累累，保保持持一一定定浓浓度。度。(5)对对于于口口服服的的药药剂剂，聚聚合合物物主主链链应应不不会会水水解解，以以便便高高分分子子残残骸骸能能通通过过排排泄泄系系统统被被排排出出体体外外。如如果果药药物物是是导导入入循循环环系系统统的的，为为避避免免其其在在体体内积累，聚合物主链必须是易分解的，才能排出人体或被人体所吸收。内积累，聚合物主链必须是易分解的，才能排出人体或被人体所吸收。第五十六页，共六十二页。57三、三、高分子药物高分子药物(yow)(yow)(yow)(yow)载体载体 高分子载体药物进入人体后，药理作用通过体液或生物酶的作用高分子载体药物进入人体后，药理作用通过体液或生物酶的作用发挥出来。发挥出来。高高分分子子载载体体药药物物有有以以下下优优点点：能能控控制制(kngzh)药药物物缓缓慢慢释释放放，使使代代谢谢减减速速、排排泄泄减减少少、药药性性持持久久、疗疗效效提提高高；载载体体能能把把药药物物有有选选择择地地输输送送到到体体内内确确定定部部位位，并并能能识识别别变变异异细细胞胞；稳稳定定性性好好；释释放放后后的的载载体体高高分分子子是是无无毒毒的的，不不会会在在体体内内长长时时间间积积累累，可可排排出出体体外外或或水水解解后后被被人人体体吸吸收，因此副作用小。收，因此副作用小。第五十七页，共六十二页。58高高分分子子载载体体缓缓释释药药物物的的药药物物释释放放机机理理有有三三种种基基本本方方式：式：（）通过可溶性高分子载体的缓慢溶解释放药物）通过可溶性高分子载体的缓慢溶解释放药物 所所用用的的可可溶溶性性高高分分子子载载体体通通常常是是一一些些(yxi)(yxi)水水溶溶性性的的高高分分子子。由由于于高高子子化化合合物物的的溶溶解解是是一一个个缓缓慢慢的的过过程程，因因此此将将药药物物与与高高分分子子载载体体混混合合均均匀匀后后制制成成片片剂剂或或微微粒粒，利利用用高高分分子子载载体体溶溶解解慢慢的的特特性性，使药物缓慢释放。使药物缓慢释放。第五十八页，共六十二页。59（）通过高分子载体的生物降解释放药物）通过高分子载体的生物降解释放药物 其其药药物物的的释释放放速速度度取取决决于于载载体体的的生生物物降降解解速速度度，与与均均聚聚物物相相比比，共共聚聚物物或或共共混混聚聚合合物物由由于于可可通通过过改改变变体体系系的的组组成成(z(z chn)chn)来来调调节节降降解解速速度度，进进而而控控制制药药物物释释放放速速度度，因因而而更更有优势。有优势。（）在压力、温度、）在压力、温度、pHpH及酶的作用下通过高分子微胶囊的半及酶的作用下通过高分子微胶囊的半透性膜缓慢释放。透性膜缓慢释放。第五十九页，共六十二页。60四、高分子靶向药物四、高分子靶向药物 简简单单的的高高分分子子靶靶向向药药物物是是将将药药物物用用高高分分子子载载体体包包裹裹，利利用用高高分分子子载载体在不同环境下溶解性的不同，使之选择性地在目标部位溶解释放药物。体在不同环境下溶解性的不同，使之选择性地在目标部位溶解释放药物。例例如如胃胃液液是是酸酸性性的的（pH pH 1-21-2），肠肠液液是是微微碱碱性性的的(pH(pH 7 78)8)，若若选选用用一一些些(