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医用高分子材料的应用

1 概述
医用高分子材料是一类可对有机体组织进行修复、替代与再生，具有特殊功能作用的合成高分子材料，可以利用聚合的方法进行制备，是生物医用材料的重要组成之一。由于医用高分子材料可以通过组成和结构的控制而使材料具有不同的物理和化学性质，以满足不同的需求，耐生物老化，作为长期植入材料具有良好的生物稳定性和物理、机械性能,易加工成型，原料易得，便于消毒灭菌，因此受到人们普遍关注，已成为生物材料中用途最广、用量最大的品种,近年来发展需求量增长十分迅速。目前全世界应用的有90多个品种，西方国家消耗的医用高分子材料每年以10%～20%的速度增长。随着人民生活水平的提高和对生命质量的追求，我国对医用高分子材料的需求也会不断增加。

2 种类和应用
2.1 与血液接触的高分子材料
与血液接触的高分子材料是指用来制造人工血管、人工心脏血囊、人工心瓣膜、人工肺等的生物医用材料，要求这种材料要有良好的抗凝血性、抗细菌粘附性，即在材料表面不产生血栓、不引起血小板变形，不发生以生物材料为中心的感染。此外，还要求它具有与人体血管相似的弹性和延展性以及良好的耐疲劳性等。人工血管用材料有尼龙、聚酯、聚四氟乙烯、聚丙烯及聚氨酯等。人工心脏材料多用聚醚氨酯和硅橡胶等。人工肺则多用聚四氟乙烯、硅橡胶、超薄聚(涂在多孔PP膜上)、超薄乙基纤维(涂在PE无纺布或多孔PP膜上)等材料。人工肾用材料除要求具备良好的血液相容性外，还要求材料具有足够的湿态强度、有适宜的超滤渗透性等，可充当这一使命的材料有乙酸纤维素、铜氨再生纤维素、尼龙、聚砜及聚醚砜等。
2.2 组织工程用高分子材料
组织工程学是近十年来新兴的一门交叉学科，它是应用工程学和生命科学的原理和方法来了解正常和病理的哺乳类组织的结构-功能关系，以及研制生物代用品以恢复、维持或改善其功能的一门科学。细胞大规模培养技术的日臻成熟和生物相容性材料的开发与研究,使得创造由活细胞和生物相容性材料组成的人造生物组织或器官成为可能。生物相容性材料的开发是组织工程核心技术之一。组织工程中的生物材料主要发挥下列作用： (1)提供组织再生的支架或三维结构； (2)调节细胞生理功能；(3)免疫保护。当完成自己的使命后，作为组织生长骨架的生物高分子材料则降解为无毒的小分子被机体吸收。作为这种材料使用的聚合物主要有聚乳酸(PLA)、聚羟基乙酸(PGA)及其共聚物(PLGA)等。例如，中科院化学所石桂欣等应用溶液浇铸致孔剂浸出技术制备了一系列聚乳酸及不同组成的聚乳酸—羟基乙酸多孔细胞支架，组织培养试验表明，软骨细胞在支架上繁殖情况良好周后已开始分泌细胞外基质。
2.3 药用高分子材料
根据药用高分子结构与制剂的形式，药用高分子可分为三类：(1)具有药理活性的高分子药物。它们本身具有药理作用，断链后即失去药性，是真正意义上的高分子药物。天然药理活性高分子有激素、肝素、葡萄糖、酶制剂等。合成药理活性高分子如聚乙烯吡咯烷酮和聚4-乙烯吡啶-N-氧撑是较早研究的代用血浆。有些阳离子或阴离子聚合物也具有良好的药理活性。例如主链型聚阳离子季铵盐具有遮断副交感神经、松驰骨骼筋作用，是治疗痉挛性疾病的有效药物；阴离子聚合物二乙烯基醚与顺丁烯二酐的吡喃共聚物是一种干扰素诱发剂，具有广泛的生物活性，不仅能抑制各种病毒的繁殖，具有持久的抗肿瘤活性，而且还有良好的抗凝血性。(2)低分子药物的高分子化。低分子药物在体内新陈代谢速度快，半衰期短，体内浓度降低快，从而影响疗效，故需大剂量频繁进药，而过高的药剂浓度又会加重副作用，此外，低分子药物也缺乏进入人体部位的选择性。将低分子药物与高分子结合的方法有吸附、共聚、嵌段和接枝等。第一个实现高分子化的药物是青霉素(1962年),所用载体为聚乙烯胺,以后又有许多的抗生素、心血管药和酶抑制剂等实现了高分子化。(3)药用高分子微胶囊。将细微的药粒用高分子膜包覆起来形成微小的胶囊是近年来生物医药工程的一场革命。药物经微胶囊化处理后可以达到下列目的：延缓、控制释放药物，提高疗效；掩蔽药物的毒性、刺激性和苦味等不良性质，减小对人体的刺激；使药物与空气隔离，防止药物在存放过程中的氧化、吸潮等不良反应，增加贮存的稳定性。所用高分子材料有天然高分子，如骨胶、明胶、海藻酸钠、琼脂等；半合成的高分子有纤维素衍生物等；合成高分子有聚葡萄糖酸、聚乳酸及乳酸与氨基酸的共聚物等。
2.4 医药包装用高分子材料
用于药物包装的高分子材料正逐年增加。包装药物的高分子材料大体上可分为软、硬两种类型。硬型材料如聚酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯等，由于其强度高、透明性好、尺寸稳定、气密性好，常用来代替玻璃容器和金属容器，制造饮片和胶囊等固体制剂的包装。新型聚酯聚萘二甲酸乙二醇酯除具有优异的力学性能及阻隔性能外，还有较强的耐紫外线性，可用于口服液、糖浆等的热封装。软型材料如聚乙烯、聚丙烯、聚偏氯乙烯及乙烯-醋酸乙烯共聚物等，常加工成复合薄膜，主要用来包装固体冲剂、片剂等药物。而半硬质聚氯乙烯片材则被用作片剂、胶囊的铝塑泡罩包装的泡罩材料。至于药膏、洗剂、酊剂等外用药液的包装，则用耐腐蚀性极强且综合性能优良的聚四氟乙烯来担任。
2.5 眼科用高分子材料
隐形眼镜是最常见的眼科用高分子材料制品。对这类材料的基本要求是:①具有优良的光学性质，折光率与角膜相接近；②良好的润湿性和透氧性；③生物惰性，即耐降解且不与接触面发生化学反应；④有一定的力学强度，易于精加工及抗污渍沉淀等。常用的隐形眼镜材料有聚甲基丙烯酸β-羟乙酯,聚甲基丙烯酸β-羟乙酯-N-乙烯吡咯烷酮,聚甲基丙烯酸β-羟乙酯-甲基丙烯酸戊酯，聚甲基丙烯酸甘油酯-N-乙烯吡咯烷酮等。浙江工业大学的邬润德等研究的聚钛硅氧烷化合物，由于在聚合体系中加入了钛烷氧化物交联剂，使材料的致密性增加，减少了固化收缩，制备了一种优良的隐形眼镜材料。此外，发生病变的角膜和晶状体也可用人工角膜和人工晶状体替代。人工角膜可用硅橡胶、聚甲基丙烯酸酯类或聚酯等薄膜制备。人工晶状体的主体材料可用聚甲基丙烯酸酯类，其起固定作用的附加爪状细枝可用甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸丁酯的共聚物或甲基丙烯酸环己酯和甲基丙烯酸丁酯的共聚物等。
2.6 医用粘合剂与缝合线
生物医用粘合剂是指将组织粘合起来的组织粘合剂，它们除了应具备一般软组织植入物所应有的条件外，还应满足下列要求：①在活体能承受的条件下固化，使组织粘合；②能迅速聚合而没有过量的热和毒副产物产生；③在创伤愈合时粘合剂可被吸收而不干扰正常的愈合过程。医用粘合剂可粘合各种组织，例如可进行牙齿粘合，血管、组织、肌肉粘合,脑动脉瘤表面补强、防止破裂粘合，及骨粘合等。常用的粘合剂有α-氰基丙烯酸烷基酯类，甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物及亚甲基丙二酸甲基烯丙基酯等。
手术用缝合线可分为非吸收型和可吸收型两大类。非吸收类包括天然纤维(如蚕丝、木棉、麻及马毛等)和合成纤维(如PET、PA、PP、PE单丝、PTFE及PU等)。可吸收类包括天然高分子材料(如羊肠线、骨胶原、纤维蛋白等)和合成高分子材料(如聚乙烯醇、聚羟乙基丁酸酯、聚乳酸、聚氨基酸及聚羟基乙酸等)。其中，由聚乳酸和聚羟基乙酸或两者的共聚物制成的缝合线因性能优越而倍受关注。这种缝合线强度可靠，对创口缝合能力强，又可生物降解而被肌体吸收，是一种理想的医用缝合线。

参考文献
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【3】 顾雪蓉，陆云.高分子科学基础.北京：化学工业出版社，2003.
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