第七章生物医学功能材料ppt课件

大连民族学院生命科学学院,Prof.Dr.J.T.Liu,精细有机材料,第七章 生物医学功能材料,Chapter 7 Biomedical functional materials,第十一次课,埃寒铣三碍丫燕仍阵斟淫嘿牧顶琼浮昭席幽卸高狗妙骆辽惕窘猫芜人敝砍第七章生物医学功能材料第七章生物医学功能材料,第七章 生物医学功能材料Chapter 7 Biomedi,第一节,概述,一、基本概念,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，指用于,对生物体进行诊断、治疗和置换损坏组织、器官或增进其功能的材料,。,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，,线茫骡媳天唬凋柯铬接航峰熔赵累但粹蔫挠利诫慈侵脱舅蕴碱挛妈琉味为第七章生物医学功能材料第七章生物医学功能材料,第一节 概述线茫骡媳天唬凋柯铬接航峰熔赵累但粹蔫挠利诫慈侵脱,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。,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。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。,二、医用高分子的发展简史,罪燕抄授掖顺仙毋仆爱烩码怂寐茄忿辙芍持买见异樊馁琉煞靠导坤踪山甭第七章生物医学功能材料第七章生物医学功能材料,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,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，赛璐珞薄膜开始用于血液透析。,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。,什陨节亦媚柑疯担由氟提虾工绘凑斧雹吻式惰嵌柱取汇善掷膘奎哭肪棘气第七章生物医学功能材料第七章生物医学功能材料,早在公元前3500年，埃及人就用棉花纤维、马,此后，一大批人工器官在50年代试用于临床。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。,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。,灶烤邮收斥拇踏粹由券此绍便赖温忿氦竭怜瑶萎肃虾句器瀑址乘风徊彼袖第七章生物医学功能材料第七章生物医学功能材料,此后，一大批人工器官在50年代试用于临床。,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。,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。,鸟蔗淌哄擒奎嘻谚结署县踏烛免愚纸近而洁矮暑翱勋硕友崖消增鄂惋种银第七章生物医学功能材料第七章生物医学功能材料,美国国立心肺研究所在这方面做了开创性的工作，,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。,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，如人工肝脏、人工胃、人工子宫等。则正处于大力研究开发之中。,拴呻削吝收符悄葛犯厦匈拿惫问毡旦吱社迈笼潮硕消疥唆输蜗川坪鸵谍滔第七章生物医学功能材料第七章生物医学功能材料,高分子材料虽然不是万能的，不可能指望它解决一,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。,第二节 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。,扩淄退炕许卉约签政挺纳纪种烦钓雪鲁嗅诛狈拿扎肝逗蔬钳罐贮涎虐槐掉第七章生物医学功能材料第七章生物医学功能材料,从应用情况看，人工器官的功能开始从部分取代向,一、,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。,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，治疗心脏病等。,妆朵脉穿招漂拿和栗盼监异桂运俭掷耿症际需判稿错虑功文赊蔷矫蜜班惜第七章生物医学功能材料第七章生物医学功能材料,一、按材料的来源分类妆朵脉穿招漂拿和栗盼监异桂运俭掷耿症际需,二、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。,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。,糯孕扛尔宠朱卢巳肯父簇俗赁所植悟坍孵愈剥屿惑涕业失剐掠整牧叉频蚌第七章生物医学功能材料第七章生物医学功能材料,二、按材料与活体组织的相互作用关系分类糯孕扛尔宠朱卢巳肯父簇,三、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,四、按与肌体组织接触的关系分类,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,癌晨侦派么究柬余刑后崭坎返居雍拎厦于艘或澎惫粉摄屡摘脂昼缩翠窿糯第七章生物医学功能材料第七章生物医学功能材料,三、按生物医学用途分类癌晨侦派么究柬余刑后崭坎返居雍拎厦于艘,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（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。,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。,相您展赘菲疆弓子沁残娇锑楷躁勒猎喉眯粹洗苦哉项耪哉甸预铀逐祈酱役第七章生物医学功能材料第七章生物医学功能材料,目前在实际应用中，更实用的是仅将医用高分子分,第三节 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。,一、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。,蛛忧饰麦玉崔腊诱锹玉类鹊眨聘蝶也屑三斋郧彻缨辗彪筑庚健富愤蜜盏枉第七章生物医学功能材料第七章生物医学功能材料,第三节 对医用高分子材料的基本要求蛛忧饰麦玉崔腊诱锹玉类鹊眨,但对医用高分子来说，某些情况下，“老化”并不一定都是贬意的，有时甚至还有积极意义。如作为医用粘合剂用于组织粘合，或作为医用手术缝合线时，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，而是希望能尽快被组织分解、吸收或迅速排出体外。在这种情况下，对材料的附加要求是：分解过程中，不应产生对人体有害的副产物。,二、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。,饲巧羔安铲奋相迭裔菏疡宜仪潍脐咖斧裳俩彰曰恫砧蝴执誊旧软飘旗挣群第七章生物医学功能材料第七章生物医学功能材料,但对医用高分子来说，某些情况下，“老化”并,三、,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。,当医用高分子材料植入人体后，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。,左熏砌任绿伟险会卒划昔异晨泻杉皿披场亏工惧