生物医用高分子材料培训ppt课件

生物医生物医用高分用高分子材料子材料生物医用高分子材料1一、生物医用材料的定一、生物医用材料的定义（Biomedical materials）对生物体生物体进行行诊断、治断、治疗和置和置换损坏坏组织、器官或增、器官或增进其功其功能的材料。能的材料。2024/7/8材料9.1 概述概述一、生物医用材料的定义（Biomedical materi2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。2024/7/8材料 二、生物医用材料的分类二、生物医用材料的分类按材料来源分2023/8/13材料 二、生物医用材料的分类3生物衍生材料取自患者自体的取自患者自体的组织 例如：采用自身例如：采用自身隐静脉作静脉作为冠状冠状动脉搭脉搭桥术的血的血管替代物管替代物取自其他人的同种取自其他人的同种组织 例如：利用他人角膜治例如：利用他人角膜治疗患者的角膜疾病患者的角膜疾病来自其它来自其它动物的异种物的异种组织 例如：采用猪的心例如：采用猪的心脏瓣膜代替人的心瓣膜代替人的心脏瓣膜，治瓣膜，治疗心心脏病等。病等。2024/7/8材料生物衍生材料取自患者自体的组织2023/8/13材料42024/7/8材料聚四氟乙烯聚四氟乙烯2023/8/13材料聚四氟乙烯5人工关人工关节2024/7/8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关节2023/8/13材料例如：ISO5834-26人工心人工心脏瓣膜瓣膜2024/7/8材料人工心脏瓣膜2023/8/13材料7组织工程人工骨缺工程人工骨缺损修复示意修复示意图2024/7/8材料组织工程人工骨缺损修复示意图2023/8/13材料82024/7/8材料2023/8/13材料9三、生物医用高分子材料三、生物医用高分子材料分分类用途用途制制备2024/7/8材料三、生物医用高分子材料分类2023/8/13材料10按用途分类手手术治治疗用高分子材料用高分子材料 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用及药物物传递用高分子材料用高分子材料靶向性高分子靶向性高分子载体（肝靶向性，体（肝靶向性，肿瘤靶向性），高分子瘤靶向性），高分子药物（干物（干扰素，降胆敏），高分子控制素，降胆敏），高分子控制释放放载体（胶囊，水体（胶囊，水凝胶，脂凝胶，脂质体）体）人造器官或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2024/7/8材料1.分类分类按用途分类手术治疗用高分子材料2023/8/13材料1.分112024/7/8材料2023/8/13材料12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化学家合成原始材料并检测各各项理化指理化指标生物学家生物学家检测材料生物毒性及生物相容性材料生物毒性及生物相容性医学家做医学家做临床床动物物试验-人体人体试验化学工程化学工程师制造生物医用高分子材料制造生物医用高分子材料临床床应用用2024/7/8材料化学家来做第一步化学家来做第一步制备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132.生物医用材料市生物医用材料市场发展概况展概况2024/7/8材料2.生物医用材料市场发展概况2023/8/13材料14全球生物医用材料市全球生物医用材料市场2024/7/8材料全球生物医用材料市场2023/8/13材料15中国生物医用材料市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我国生物医学材料的生物医学工程产业的市的市场增增长率高达率高达 28(全球市全球市场增增长率率20%),居全居全球之首。球之首。我国人工关我国人工关节 替替换年增年增长率高达率高达30，远高高于美国的于美国的4。-国家科技部国家科技部资料料2024/7/8材料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16775万肢残患者和每年新增的万肢残患者和每年新增的300万骨万骨损伤患者患者 -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衰患者 -每年需要每年需要12万个万个肾透析器透析器2024/7/8材料775万肢残患者和每年新增的300万骨损伤患者 -172024/7/8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 therapy2023/8/13材料3.History of poly18 此后，一大批人工器官在此后，一大批人工器官在50年代年代试用于用于临床。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）、人工心人工心脏瓣膜（瓣膜（1952）、人工心肺（人工心肺（1953年）年）、人工关人工关节（1954年）年）、人人工肝（工肝（1958年）年）等。等。进入入60年代，医用高分子材年代，医用高分子材料开始料开始进入一个入一个崭新的新的发展展时期。期。2024/7/8材料 此后，一大批人工器官在50年代试用于临床。202191960s 可生物降解聚合物，如：可生物降解聚合物，如：Polylactide(PLA)1970-80s 隐形眼形眼镜（Contact lens），），药物控制物控制释放放(drug controlled release)1990s-聚合物在生物医用材料中的占有率超聚合物在生物医用材料中的占有率超过一一半半2024/7/8材料1960s 可生物降解聚合物，如：Polylactide(202024/7/8材料2023/8/13材料21 高分子材料高分子材料虽然不是万能的，不可能指望它解然不是万能的，不可能指望它解决一切医学决一切医学问题，但，但通通过分子分子设计的途径的途径，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十分广阔的。有人的。有人预计，在，在21世世纪，医用高分子将，医用高分子将进入一个全新的入一个全新的时代。除了大代。除了大脑之外，人体的所有之外，人体的所有部位和部位和脏器都可用高分子材料来取代。仿生人也将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。2024/7/8材料 高分子材料虽然不是万能的，不可能指望它解202224.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Sterilizability2024/7/8材料4.医用高分子材料的要求（Requirements for232024/7/8材料Requirements for biomedical polymersOther requirements according to specific applications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 2023/8/13材料Requirements for bi242024/7/8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2023/8/13材料 不会致癌安全性25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当高分子材料用于人工脏器植入人体后，必然要器植入人体后，必然要长时间与体内的血液接触。因此，与体内的血液接触。因此，应用高分子用高分子对血液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。2024/7/8材料具有良好的血液相容性2023/8/13材料26通常，当人体的表皮受到通常，当人体的表皮受到损伤时，流出的血液会，流出的血液会自自动凝固，称凝固，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上，血液在受到下列因素影响时，都可能，都可能发生血栓：生血栓：血管壁特性与状血管壁特性与状态发生生变化；化；血液血液的性的性质发生生变化；化；血液的流血液的流动状状态发生生变化化。2024/7/8材料通常，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27 具有良好的具有良好的组织相容性相容性 有些高分子材料本身有些高分子材料本身对人体有害，不能用作人体有害，不能用作医用材料。而有些高分子材料本身医用材料。而有些高分子材料本身对人体人体组织并并无不良的影响，但在合成、加工无不良的影响，但在合成、加工过程中不可避免程中不可避免地会残留一些地会残留一些单体，或使用一些添加体，或使用一些添加剂。当材料。当材料植入人体以后，植入人体以后，这些些单体和添加体和添加剂会慢慢从内部会慢慢从内部迁移到表面，从而迁移到表面，从而对周周围组织发生作用，生作用，引起炎引起炎症或症或组织畸畸变，严重的可引起全身性反重的可引起全身性反应。2024/7/8材料 具有良好的组织相容性2023/8/13材料28灭菌性 高分子材料在植入体内之前，都要高分子材料在植入体内之前，都要经过严格的格的灭菌消毒。目前菌消毒。目前灭菌菌处理一般有三种方法：理一般有三种方法：蒸汽蒸汽灭菌、化学菌、化学灭菌、菌、射射线灭菌菌。国内大多采用前两种。国内大多采用前两种方法。因此在方法。因此在选择材料材料时，要考，要考虑能否耐受得了。能否耐受得了。2024/7/8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灭菌性 高分子材料在植入体内之前，都要经过严格的229机械强度2024/7/8材料机械强度2023/8/13材料302024/7/8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失失/尼尼龙-676174.6107380.7涤纶树脂脂78011.4聚四氟乙聚四氟乙烯6775.32023/8/13材料表9-1 高分子材料在狗体内的机械315.材料界面性材料界面性质对血液相容性的关系血液相容性的关系材料界面性材料界面性质与血液界面性能的不同可能造成吸与血液界面性能的不同可能造成吸附改附改变蛋白蛋白质的形状以及排列，的形状以及排列，产生溶血、凝血生溶血、凝血或者血栓或者血栓改善措施改善措施强亲水或水或强疏水表面疏水表面亲水或疏水微相分离的聚合物水或疏水微相分离的聚合物表面引入生物相容性物表面引入生物相容性物质（肝素、白蛋白等）（肝素、白蛋白等）引入引入负离子（血液中多离子（血液中多组分呈分呈负电性）性）生成生成伪内膜内膜2024/7/8材料5.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32高分子材料表面高分子材料表面亲/疏水性的改善疏水性的改善强疏水：疏水：对血液成分吸附能力小，因此血液相容血液成分吸附能力小，因此血液相容性好，如：性好，如：聚四氟乙聚四氟乙烯强亲水：吸水后与血液表面性能接近，减小水：吸水后与血液表面性能接近，减小对蛋蛋白白质的吸附，如：的吸附，如：聚氧化乙聚氧化乙烯（非常重要的抗凝（非常重要的抗凝血材料）血材料）添加聚氧化乙添加聚氧化乙烯（分子量（分子量6000）于凝血）于凝血酶溶液溶液中，可防止凝血中，可防止凝血酶对玻璃的吸附。玻璃的吸附。2024/7/8材料高分子材料表面亲/疏水性的改善强疏水：对血液成分吸附能力小33 通通过接枝改性接枝改性调节高分子材料表面分子高分子材料表面分子结构中构中的的亲水基水基团与疏水基与疏水基团的比例，的比例，使其达到一个最使其达到一个最佳佳值，也是改善材料血液相容性的有效方法。，也是改善材料血液相容性的有效方法。2024/7/8材料 通过接枝改性调节高分子材料表面分子结构中的亲34制制备具有微相分离具有微相分离结构的材料构的材料 研究研究发现，具有微相分离，具有微相分离结构的高分子材料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。2024/7/8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。制备具有微相分离结构的材料2023/8/13材料 352024/7/8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。2023/8/13材料 美国Ethicon公司推荐的四36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出来。特异识别功能表现不出来。2024/7/8材料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37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肝素是一种硫酸多糖类物物质（见下式），下式），含有SO3-，COO-及NHSO3-等功能基团。是最早被是最早被认识的天然抗凝血的天然抗凝血产物之一。物之一。2024/7/8材料高分子材料的肝素化2023/8/13材料38 将肝素通将肝素通过接枝方法固定在高分子材料表面上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以提高其抗凝血性，是使材料的抗凝血性改变的重的重要途径。在高分子材料要途径。在高分子材料结构中引入肝素后，在使用构中引入肝素后，在使用过程中，肝素慢慢地程中，肝素慢慢地释放，能明放，能明显提高抗血栓性。提高抗血栓性。2024/7/8材料 将肝素通过接枝方法固定在高分子材料表面上以392024/7/8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2023/8/13材料人工合成的仿肝素共聚物，同样具有较好的40使材料表面使材料表面带上上负电荷的基荷的基团例如：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。2024/7/8材料使材料表面带上负电荷的基团例如：将芝加哥酸（1-氨基-8-41材料表面材料表面伪内膜化内膜化 人人们发现，大部分高分子材料的表面容易沉，大部分高分子材料的表面容易沉渍血血纤蛋白而凝血。如果有意将某些高分子的表面制蛋白而凝血。如果有意将某些高分子的表面制成成纤维林立状林立状态，当血液流，当血液流过这种粗糙的表面种粗糙的表面时，迅速形成迅速形成稳定的凝固血栓膜，但不定的凝固血栓膜，但不扩展成血栓，然展成血栓，然后后诱导出血管内皮出血管内皮细胞。胞。这样就相当于在材料表面就相当于在材料表面上覆盖了一上覆盖了一层光滑的生物光滑的生物层伪内膜内膜。这种种伪内膜内膜与人体心与人体心脏和血管一和血管一样，具有光滑的表面，从而达，具有光滑的表面，从而达到永久性的抗血栓。到永久性的抗血栓。2024/7/8材料材料表面伪内膜化2023/8/13材料429.2 生物惰性医用高分子材料生物惰性医用高分子材料聚聚氯乙乙烯有机硅有机硅类涤纶聚四氟乙聚四氟乙烯聚丙聚丙烯高密度聚乙高密度聚乙烯聚丙聚丙烯酸酸酯类聚氨聚氨酯室温固化室温固化环氧氧树酯精制天然橡胶精制天然橡胶无机高分子聚磷无机高分子聚磷腈2024/7/8材料9.2 生物惰性医用高分子材料聚氯乙烯2023/8/13材料432024/7/8材料表表9-2 用于人工用于人工脏器的部分高分子材料器的部分高分子材料人工人工脏器器高分子材料高分子材料心心 脏嵌段聚嵌段聚醚氨氨酯弹性体、硅橡胶性体、硅橡胶肾 脏铜氨法再生氨法再生纤维素，醋酸素，醋酸纤维素，聚甲基丙素，聚甲基丙烯酸甲酸甲酯，聚丙聚丙烯腈，聚，聚砜，乙，乙烯-乙乙烯醇共聚物（醇共聚物（EVA），聚），聚丙丙烯，聚碳酸，聚碳酸酯，聚甲基丙，聚甲基丙烯酸酸-羟乙乙酯肝肝 脏赛璐玢（璐玢（cellophane），聚甲基丙），聚甲基丙烯酸酸-羟乙乙酯胰胰 脏共聚丙共聚丙烯酸酸酯中空中空纤维肺肺硅橡胶，聚丙硅橡胶，聚丙烯中空中空纤维，聚，聚烷砜关关节、骨、骨超高分子量聚乙烯超高分子量聚乙烯，高密度聚乙，高密度聚乙烯，聚甲基丙，聚甲基丙烯酸甲酸甲酯，尼，尼龙，聚，聚酯2023/8/13材料表9-2 用于人工脏器的部分高分子44皮皮 肤肤硝基硝基纤维素，聚硅素，聚硅酮-尼尼龙复合物，聚复合物，聚酯，甲壳素，甲壳素角角 膜膜聚甲基丙聚甲基丙烯酸甲酸甲酯，聚甲基丙，聚甲基丙烯酸酸-羟乙乙酯，硅橡，硅橡胶胶玻璃体玻璃体硅油，聚甲基丙硅油，聚甲基丙烯酸酸-羟乙乙酯鼻、耳鼻、耳硅橡胶，聚乙硅橡胶，聚乙烯血血 管管聚聚酯纤维，聚四氟乙，聚四氟乙烯，嵌段聚，嵌段聚醚氨氨酯人工人工红血球血球 全氟全氟烃人工血人工血浆羟乙基淀粉，聚乙乙基淀粉，聚乙烯基吡咯基吡咯烷酮胆胆 管管硅橡胶硅橡胶2024/7/8材料表表9-2 用于人工用于人工脏器的部分高分子材料器的部分高分子材料皮 肤硝基纤维素，聚硅酮-尼龙复合物，聚酯，甲壳素角 膜452024/7/8材料Biodegradable polymersPoly(anhydride)sPoly(lactide-co-glycolide)PLGAPolylactidePLAPolyglycolidePGAPoly(-caprolactone)PCLPoly(1,3-trimethylene carbonate)PTMCAliphatic polyestersAliphatic polycarbonatesPolyphosphates聚乳酸聚2-羟基乙酸2023/8/13材料Biodegradable polym469.3 可降解生物高分子材料可降解生物高分子材料（biodegradable polymers）结构与性能构与性能合成合成应用用2024/7/8材料9.3 可降解生物高分子材料（biodegradable472024/7/8材料2023/8/13材料482024/7/8材料2023/8/13材料492024/7/8材料2023/8/13材料502024/7/8材料合成可降解高分子材料合成可降解高分子材料（synthetic biodegradable polymers）u 聚酯聚酯u 聚碳酸酯聚碳酸酯u 聚磷酸酯聚磷酸酯u 聚酸酐聚酸酐2023/8/13材料合成可降解高分子材料（syntheti512024/7/8材料聚乳酸聚乳酸聚聚2-羟基乙酸羟基乙酸2023/8/13材料聚乳酸聚2-羟基乙酸522024/7/8材料-羟基丙酸羟基丙酸2023/8/13材料-羟基丙酸532024/7/8材料（乳酸二聚体）（乳酸二聚体）2023/8/13材料（乳酸二聚体）542024/7/8材料2023/8/13材料55用途手手术缝合合线骨固定材料骨固定材料组织修修补材料材料药物控制物控制释放材料放材料2024/7/8材料用途手术缝合线2023/8/13材料56聚2-羟基乙酸（聚乙交酯）商品名：商品名：Dexon，体内降解速度快，用于手，体内降解速度快，用于手术缝合线，适合术缝合线，适合2-4周愈合的伤口周愈合的伤口2024/7/8材料聚2-羟基乙酸（聚乙交酯）商品名：Dexon，体内降解速度快57聚（丙交酯-乙交酯）2024/7/8材料聚（丙交酯-乙交酯）2023/8/13材料582024/7/8材料2023/8/13材料59天然可降解高分子材料胶原蛋白，胶原蛋白，纤维蛋白蛋白甲壳素、壳聚糖、淀粉、甲壳素、壳聚糖、淀粉、纤维素海藻酸素海藻酸钠衍生物衍生物可吸收可吸收缝线药物控物控释载体体人工皮肤人工皮肤2024/7/8材料天然可降解高分子材料胶原蛋白，纤维蛋白2023/8/13材料602024/7/8材料甲壳质甲壳质2023/8/13材料甲壳质61甲壳素与壳聚糖甲壳素与壳聚糖 甲壳素是一种的甲壳素是一种的线性多糖。昆虫壳皮、性多糖。昆虫壳皮、虾蟹壳蟹壳中均含有丰富的甲壳素。壳聚糖中均含有丰富的甲壳素。壳聚糖为甲壳素的脱乙甲壳素的脱乙酰衍生物，由甲壳素在衍生物，由甲壳素在4050浓度的度的氢氧化氧化钠水溶液中水溶液中110120下水解下水解24h得到。得到。2024/7/8材料甲壳素与壳聚糖2023/8/13材料62 甲壳素能甲壳素能为肌体肌体组织中的溶菌中的溶菌酶所分解，已用于制所分解，已用于制造造吸收型手吸收型手术缝合合线。其抗拉。其抗拉强度度优于其他于其他类型的手型的手术缝合合线。在兔体内。在兔体内试验观察，甲壳素手察，甲壳素手术缝合合线4个月个月可以完全吸收。可以完全吸收。甲壳素甲壳素还具有促具有促进伤口愈合的功能，可用作口愈合的功能，可用作伤口包口包扎材料扎材料。甲壳素膜用于覆盖外甲壳素膜用于覆盖外伤或新或新鲜烧伤的皮肤的皮肤创伤面面时，具有减具有减轻疼痛和促疼痛和促进表皮形成的作用，因此是一种良好表皮形成的作用，因此是一种良好的的人造皮肤材料人造皮肤材料。2024/7/8材料 甲壳素能为肌体组织中的溶菌酶所分解，已用632024/7/8材料2023/8/13材料642024/7/8材料2023/8/13材料652024/7/8材料2023/8/13材料66胶原胶原 胶原是人体胶原是人体组织中最基本的蛋白中最基本的蛋白质类物物质，至，至今已今已经鉴别出出13种胶原，其中种胶原，其中 IIII、V和和 XI 型胶型胶原原为成成纤维胶原。胶原。I 型胶原在型胶原在动物体内含量最多，物体内含量最多，已被广泛已被广泛应用于生物医用材料和生化用于生物医用材料和生化试剂。牛和猪牛和猪的肌腱、生皮、骨骼是生的肌腱、生皮、骨骼是生产胶原的主要原料。胶原的主要原料。2024/7/8材料胶原 胶原是人体组织中最基本的蛋白质类物质，至672024/7/8材料2023/8/13材料68 由各种物种和肌体由各种物种和肌体组织制制备的胶原差异很小。的胶原差异很小。最基本的胶原最基本的胶原结构构为由三条分子量大由三条分子量大约为1105的的肽链组成的三股螺旋成的三股螺旋绳状状结构，直径构，直径为11.5nm，长约300nm，每条，每条肽链都具有左手螺旋二都具有左手螺旋二级结构。构。胶原分子的两端存在两个小的短胶原分子的两端存在两个小的短链肽，称，称为端端肽，不参与三股螺旋，不参与三股螺旋绳状状结构。研究构。研究证明，端明，端肽是是免疫原性免疫原性识别点，可通点，可通过酶解将其除去。除去端解将其除去。除去端肽的胶原称的胶原称为不全胶原，可用作生物医学材料。不全胶原，可用作生物医学材料。2024/7/8材料 由各种物种和肌体组织制备的胶原差异很小。2069 胶原可以用于制造胶原可以用于制造止血海止血海绵、创伤辅料、料、人工皮肤、手人工皮肤、手术缝合合线、组织工程基工程基质等。胶等。胶原在原在应用用时必必须交交联，以控制其物理性，以控制其物理性质和生和生物可吸收性。物可吸收性。2024/7/8材料 胶原可以用于制造止血海绵、创伤辅料、人70 纤维蛋白蛋白 纤维蛋白是蛋白是纤维蛋白原的聚合蛋白原的聚合产物物。纤维蛋白原是蛋白原是一种血一种血浆蛋白蛋白质，存在于，存在于动物体的血液中。物体的血液中。纤维蛋蛋白原在人体内的主要功能是参与凝血白原在人体内的主要功能是参与凝血过程程。2024/7/8材料 纤维蛋白2023/8/13材料712024/7/8材料2023/8/13材料72 纤维蛋白具有良好的生物相容性，具有蛋白具有良好的生物相容性，具有止血、止血、促促进组织愈合愈合等功能，在医学等功能，在医学领域有着重要用途。域有着重要用途。纤维蛋白的降解包括蛋白的降解包括酶降解和降解和细胞吞噬两种胞吞噬两种过程，程，降解降解产物可以被肌体完全吸收物可以被肌体完全吸收。降解速度随。降解速度随产品不同从几天到几个月不等。通品不同从几天到几个月不等。通过交交联和改和改变其聚其聚集状集状态是控制其降解速度的重要手段。是控制其降解速度的重要手段。2024/7/8材料 纤维蛋白具有良好的生物相容性，具有止血、20273天然可降解高分子材料的优点 原料来源丰富，便宜易得原料来源丰富，便宜易得 可用常可用常规方法加工成型方法加工成型 具有良好的生物相容性具有良好的生物相容性 不引起异体反不引起异体反应2024/7/8材料天然可降解高分子材料的优点 原料来源丰富，便宜易得2023/74药用高分子高分子高分子药物物高分子高分子药物物载体体靶向靶向药物高分子物高分子导向材料向材料2024/7/8材料药用高分子高分子药物2023/8/13材料75高分子药物1.高分子骨架本身具有药理活性2024/7/8材料 p331聚乙烯N-氧吡啶是一种具有药理活性 的高分子，能溶于水中。注射其水溶液或吸入其烟雾剂，对于治疗因大量吸入含游离二氧化硅粉尘所引起的急性和慢性矽肺病有较好效果并有较好的预防效果高分子药物1.高分子骨架本身具有药理活性2023/8/13762024/7/8材料聚乙烯磺酸钠是一种具有抗凝血作用的聚合物 聚乙烯磺酸钠的聚合单体是乙烯基磺酸钠。由于磺酸钠基团的强烈电斥作用，单体不易靠拢，因此，通过自由基聚合很难得到聚合物。有效的方法是采用等离子引发聚合。2023/8/13材料聚乙烯磺酸钠是一种具有抗凝血作用的聚合772024/7/8材料 血浆增量剂，用于治疗外伤性急性出血及其他原因引起的血浆增量剂，用于治疗外伤性急性出血及其他原因引起的血容量减少血容量减少2023/8/13材料 血浆增量剂，用于治疗外伤782024/7/8材料 将青霉素与乙烯醇-乙烯胺共聚物以酰胺键相结合，得到水溶性的药物高分子。这种高分子青霉素在人体内停留时间比低分子青霉素长30-40倍。高分子载体药物高分子载体药物2023/8/13材料 将青霉素与乙烯醇-792024/7/8材料2023/8/13材料80药物控制物控制释放目的：放目的：使使药物以最小的物以最小的剂量在特定部位量在特定部位产生生疗效；效；优化化药物物释放速率以提高放速率以提高疗效，降低毒副作用；效，降低毒副作用；2024/7/8材料高分子药物缓释材料高分子药物缓释材料药物控制释放目的：2023/8/13材料高分子药物缓释材料81控控释药物的物的剂型与技型与技术口服口服口服口服注射制剂注射制剂注射制剂注射制剂植入制剂植入制剂植入制剂植入制剂喷雾剂喷雾剂喷雾剂喷雾剂经皮给药经皮给药经皮给药经皮给药粘膜贴剂粘膜贴剂粘膜贴剂粘膜贴剂2024/7/8材料l l缓释技术缓释技术时间控时间控制体系制体系l l靶向技术靶向技术部位控部位控制体系制体系l l智能控制释放智能控制释放反馈控制体系反馈控制体系l l控释药物的剂型与技术口服2023/8/13材料缓释技术时间控82缓释机理机理扩散控制散控制化学反化学反应控制控制溶溶剂活化控制体系活化控制体系磁控制体系磁控制体系2024/7/8材料缓释机理扩散控制2023/8/13材料83口服缓释制剂：新康泰克2024/7/8材料口服缓释制剂：新康泰克2023/8/13材料842024/7/8材料2023/8/13材料852024/7/8材料纳米米树形高分子形高分子（纳米在米在药物物输运中的运中的应用）用）作作为药物物载体的体的树状高分子状高分子把把树形高分子形高分子设计得只在得只在适当的触适当的触发分子存在的情分子存在的情况下自况下自动地膨地膨胀并并释放出放出药物物使定制的使定制的树形高分子恰好形高分子恰好在需要治在需要治疗的的组织或器官或器官内内释放出其运放出其运载的的药物物。2023/8/13材料纳米树形高分子作为药物载体的树状高分子86代表性代表性药物控物控释系系统及公司及公司2024/7/8材料产产 品品 领领 域域公公 司司POLYOX WSR控制药物释放载体控制药物释放载体Dow Chem.Co,USA抗癌药物增效系统抗癌药物增效系统Johnson&Johnson，USA(原原Alza)吸收增效剂吸收增效剂Eastman Chem.Co,USA蛋白质药物释放蛋白质药物释放Altus Biologies Inc.USA靶向释放端粒治疗靶向释放端粒治疗Targesome Inc.USA注射制剂注射制剂Pharmaceutical Profiles,UK治疗细胞治疗细胞,生长因子释放生长因子释放Regen Tec Ltd.UK吸入药物释放吸入药物释放Acrux Ltd.Australia基因转染的新脂质体释放系统基因转染的新脂质体释放系统Novosom AG,German代表性药物控释系统及公司2023/8/13材料产 品 领 域872024/7/8材料 壁虎胶带壁虎胶带仿生干型高分子粘合材料仿生干型高分子粘合材料 聚酰亚胺薄膜聚酰亚胺薄膜 利用全范德华力作用原理微制造而成利用全范德华力作用原理微制造而成 具有紧密排列的规整微突起结构具有紧密排列的规整微突起结构 1cm2:3N(300g)蜘蛛人玩具蜘蛛人玩具:高高15cm15cm重重40g40g覆盖覆盖0.5cm0.5cm2 2壁虎胶带壁虎胶带Autumn K.,et al,Nature,2000,405:681-685Autumn K.,et al,Proc.Natl.Acad.Sci.,USA,2002,99:12252-122562023/8/13材料 壁虎胶带仿生干型高分子粘合材料882024/7/8材料壁虎的脚上壁虎的脚上覆盖了一层非常细小的绒毛覆盖了一层非常细小的绒毛 壁虎及其脚趾的壁虎及其脚趾的“英姿英姿”壁虎飞檐走壁的奥秘完全的范德华力壁虎飞檐走壁的奥秘完全的范德华力2023/8/13材料壁虎的脚上壁虎及其脚趾的“英姿”壁虎892024/7/8材料聚酰亚胺聚酰亚胺(PI)微突起的电镜照片微突起的电镜照片（单个微突起：直径（单个微突起：直径0.5m，高，高2m，间隔，间隔1.6m）单个微突起单个微突起:200nN PI胶带胶带:1cm2 3N(300g)，200cm2 600N(60Kg)干型粘合，反复使用干型粘合，反复使用2023/8/13材料聚酰亚胺(PI)微突起的电镜照片单个微90干型高分子粘合干型高分子粘合剂的的仿生探索仿生探索设计：2024/7/8材料可能获得类似于刚毛的粘合力可能获得类似于刚毛的粘合力壁虎的刚毛结构壁虎的刚毛结构大量的规整微突起结构大量的规整微突起结构a b a.壁虎脚单根刚毛壁虎脚单根刚毛 b.每根刚毛末端的细分叉每根刚毛末端的细分叉干型高分子粘合剂的仿生探索设计：2023/8/13材料可912024/7/8材料蜘蛛丝蜘蛛丝人造蜘蛛丝人造蜘蛛丝生物钢丝生物钢丝2023/8/13材料蜘蛛丝人造蜘蛛丝生物钢丝922024/7/8材料蜘蛛丝的弹性与韧性为什么都好？蜘蛛丝的弹性与韧性为什么都好？蜘蛛丝虽细，但承受的张力可达蜘蛛丝虽细，但承受的张力可达3克重克重即使拉伸即使拉伸10倍以上也不会断掉倍以上也不会断掉它的强度是同样粗细的钢丝的它的强度是同样粗细的钢丝的5倍倍是强度最大的天然高分子化合物是强度最大的天然高分子化合物主要成份是氨基酸组成的蛋白质类高分子化合物主要成份是氨基酸组成的蛋白质类高分子化合物由于它呈酸性而且含有杀菌物质，故不易发霉由于它呈酸性而且含有杀菌物质，故不易发霉蜘蛛丝含有吸湿的吡咯烷酮，尽管在自然界免不了遭蜘蛛丝含有吸湿的吡咯烷酮，尽管在自然界免不了遭受风吹、雨打和日晒，却仍然保持一定的粘着力受风吹、雨打和日晒，却仍然保持一定的粘着力蜘蛛网还具有优美的对称性，怎么看都是生物建筑学蜘蛛网还具有优美的对称性，怎么看都是生物建筑学上的重要成果上的重要成果2023/8/13材料蜘蛛丝的弹性与韧性为什么都好？蜘蛛丝虽932024/7/8材料在纳米尺度上蜘蛛丝结构形同一根极细的螺旋在纳米尺度上蜘蛛丝结构形同一根极细的螺旋线线看上去像长长的浸泡过某种液体的看上去像长长的浸泡过某种液体的“弹簧弹簧”当它被拉伸时，像当它被拉伸时，像“弹簧弹簧”一样会竭力返回原一样会竭力返回原来的长度来的长度而当它缩短时，本身又会吸收振动能量并转变而当它缩短时，本身又会吸收振动能量并转变为热能为热能奥妙被揭开：奥妙被揭开：2023/8/13材料在纳米尺度上蜘蛛丝结构形同一根极细的螺942024/7/8材料蜘蛛和蚕不同，很难进行大规模的人蜘蛛和蚕不同，很难进行大规模的人工饲养工饲养要在化工厂中造出有蛛丝特性的人造要在化工厂中造出有蛛丝特性的人造纤维，人类目前的技术与工艺均无可能纤维，人类目前的技术与工艺均无可能采用基因工程的办法，将蜘蛛的基因采用基因工程的办法，将蜘蛛的基因植进入山羊细胞的植进入山羊细胞的DNA中，培育出了能中，培育出了能在乳汁中分泌蜘蛛丝蛋白的新品种山羊在乳汁中分泌蜘蛛丝蛋白的新品种山羊使使“生物钢材生物钢材”的大规模生产成为可的大规模生产成为可能能用其组合成牢固的复合材料用于宇航用其组合成牢固的复合材料用于宇航和汽车工业和汽车工业制造外科手术缝合线和防弹背心的理制造外科手术缝合线和防弹背心的理想材料想材料基因工程让我们基因工程让我们“种豆得瓜种豆得瓜”了了种豆得瓜种豆得瓜能在乳汁中分泌丝蛋白的新品种山羊能在乳汁中分泌丝蛋白的新品种山羊2023/8/13材料蜘蛛和蚕不同，很难进行大规模的人工饲养95思考、查资料自然界中有哪些物体具有超疏水的表面？2024/7/8材料思考、查资料自然界中有哪些物体具有超疏水的表面？2023/896