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醫(yī)用高分子材料

來源：泰然健康網(wǎng) 時(shí)間：2024年12月08日 12:46

按照材料的性質(zhì)，醫(yī)用高分子材料可分為非降解和可生物降解兩大類。其中非生物降解的材料包括：聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、芳香聚酯、硅橡膠、聚氨酯、聚醚醚酮等，其在生理環(huán)境中能夠長(zhǎng)期保持穩(wěn)定，不發(fā)生降解、交聯(lián)和物理磨損等，并具有良好的力學(xué)性能。該類材料主要用于人體軟、硬組織修復(fù)和制造人工器官、人造血管、接觸鏡和黏結(jié)劑等。可降解生物材料包括：膠原、脂肪族聚酯、甲殼素、纖維素、聚氨基酸、聚乙烯醇、聚乳酸、聚己內(nèi)酯、聚磷腈等，這些材料能在生理環(huán)境中發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞，且降解產(chǎn)物能通過正常的新陳代謝被機(jī)體吸收或排出體外，主要用于藥物釋放載體及非永久性植入器械。

醫(yī)用高分子材料多用于人體，直接關(guān)系到人的生命和健康，一般對(duì)其性能的要求是：①安全性：必須無毒或副作用極少。這就要求聚合物純度高，生產(chǎn)環(huán)境非常清潔，聚合助劑的殘留少，雜質(zhì)含量為 ppm級(jí)，確保無病、無毒傳播條件。同時(shí)其高分子化合物本身以及單體雜質(zhì)、降解或磨損產(chǎn)物不對(duì)身體產(chǎn)生不良影響。②物理、化學(xué)和機(jī)械性能需滿足醫(yī)用所需設(shè)計(jì)和功能的要求。如硬度、彈性、機(jī)械強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、蠕變、磨耗、吸水性、溶出性、耐酶性和體內(nèi)老化性等。以心臟瓣膜為例，最好能使用25萬小時(shí)，要求耐疲勞強(qiáng)度特別好。此外，還要求便于滅菌消毒，能耐受濕熱消毒(120～140°C)、干熱消毒(160～190°C)、輻射消毒或化學(xué)處理消毒，而不降低材料的性能。不同性能的醫(yī)用高分子材料可根據(jù)其具體情況選擇合適的滅菌方式。③適應(yīng)性：包括與醫(yī)療用品中其他材料的適應(yīng)性，材料與人體生物相容性、血液相容性及組織的相容性。材料植入人體后,要求長(zhǎng)時(shí)期對(duì)體液無影響；與血液相容性好,對(duì)血液成分無損害，不凝血，不溶血，不形成血栓；無異物反應(yīng)，在人體內(nèi)不損傷組織，不致癌致畸，不會(huì)導(dǎo)致炎癥壞死、組織增生等。④特殊功能：不同的應(yīng)用領(lǐng)域，要求材料分別具有一定的特殊功能。例如：具有分離透析機(jī)能的人工腎用過濾膜、人工肺用氣體交換膜，以及人造血液用吸脫氣體的物質(zhì)等，都要求有各自特殊的分離透過機(jī)能。在大多數(shù)情況下，現(xiàn)有高分子材料的表面化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)很難滿足上述要求，通常要采用表面改性處理，如接枝共聚，以改進(jìn)其抗凝血性等性能。此外，醫(yī)用高分子材料還需要優(yōu)異的加工成型性，易加工成需要的復(fù)雜形狀的。

1949年，美國(guó)首先發(fā)表了醫(yī)用高分子的展望性論文，第一次介紹了利用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）作為人的頭蓋骨、關(guān)節(jié)和股骨，利用聚酰胺纖維作為手術(shù)縫合線的臨床應(yīng)用情況。20世紀(jì)50年代，有機(jī)硅聚合物被用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，使人工器官的應(yīng)用范圍大大擴(kuò)大，包括器官替代和整容等許多方面。在20世紀(jì)50年代，一大批人工器官試用于臨床，如人工尿道（1950年）、人工血管（1951年）、人工食道（1951年）、人工心臟瓣膜（1952年）、人工心肺（1953年）、人工心肺（1953年）、人工關(guān)節(jié)（1954年）及人工肝（1958年）等。20世紀(jì)60年代，醫(yī)用高分子材料開始進(jìn)入一個(gè)嶄新的發(fā)展時(shí)期。目前較成功的高分子材料制人工器官有人工血管、人工食道、人工尿道、人工心臟瓣膜、人工心臟瓣膜、人工關(guān)節(jié)、人工骨、整形材料等。

醫(yī)用高分子材料是指用以制造人體內(nèi)臟、體外器官、藥物劑型及醫(yī)療器械的聚合物材料。

根據(jù)其具體用途可分為：（1）與生物體組織不直接接觸的材料；如藥劑容器、血漿袋、輸血輸液用具、注射器、化驗(yàn)室用品、手術(shù)室用品等；（2）與皮膚、粘膜接觸的材料，如手術(shù)用手套、麻醉用品（吸氧管、口罩、氣管插管等）、診療用品（洗眼用具、耳鏡、壓舌片、灌腸用具、腸、胃、食道窺鏡導(dǎo)管和探頭、腔門鏡、導(dǎo)尿管等）、繃帶、橡皮膏等及人體整容修復(fù)材料（假肢、假耳、假眼、假鼻等）；（3）與人體組織短期接觸的材料，如：人造血管、人工心臟、人工肺、人工腎臟、滲析膜人造皮膚等；（4）長(zhǎng)期植入體內(nèi)的材料，如腦積水癥髓液引流管、人造血管、人工瓣膜、人工氣管、人工尿道、人工骨骼、人工關(guān)節(jié)、手術(shù)縫合線及組織粘合劑等；（5）藥用高分子，包括大分子化藥物和藥物高分子。大分子化藥物是指將傳統(tǒng)的小分子藥物大分子化，如聚青霉素；藥物高分子是指本身就有藥理功能的高分子，如陰離子聚合物型的干擾素誘發(fā)劑。不同用途的醫(yī)用高分子材料需要根據(jù)使用環(huán)境以及對(duì)材料的物理、化學(xué)及生物學(xué)性能要求選用合適的材料。

下面就常用的醫(yī)用高分子材料進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹：

甲殼素

甲殼素廣泛存在于低等植物菌類、蝦、蟹、昆蟲等甲殼動(dòng)物的外殼等，是地球上僅次于纖維素的第二大可再生資源，是一種線型的高分子多糖，也是唯一的含氮堿性多糖。甲殼素具有優(yōu)異的生物相容性、生物活性以及生物可降解性。具有消炎、止血、鎮(zhèn)痛和促進(jìn)機(jī)體組織生長(zhǎng)等功能，可促進(jìn)傷口愈合。此外甲殼素及其衍生物還具有醫(yī)療保健功能，如免疫調(diào)節(jié)、降低膽固醇、抗菌、促進(jìn)乳酸菌生長(zhǎng)等。在藥物載體、人造皮膚、外科手術(shù)縫合線等領(lǐng)域具有廣泛的研究及應(yīng)用。

膠原蛋白

膠原是動(dòng)物體內(nèi)含量最多、分布最廣的蛋白質(zhì)，占哺乳動(dòng)物體內(nèi)蛋白質(zhì)總量的25%-30%，它是細(xì)胞外基質(zhì)四大組分之一，廣泛分布于結(jié)締組織、皮膚骨骼、內(nèi)臟細(xì)胞間質(zhì)及肌腔、韌帶、鞏膜等部位。由于膠原是大分子蛋白質(zhì)，其具有良好的理化性質(zhì)和優(yōu)良的生物學(xué)性能，被廣泛用于外科手術(shù)縫合線、止血材料、創(chuàng)傷敷料、人工皮膚、藥物控釋放載體、組織工程等領(lǐng)域。

硅橡膠

硅橡膠是一種以Si-O-Si為主鏈的直鏈狀高分子量的聚有機(jī)硅氧烷為基礎(chǔ)，添加某些特定組分，按照一定的工藝要求加工后，制成具有一定強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的橡膠態(tài)彈性體。硅橡膠具有良好的生物相容性、血液相容性及組織相容性，植入體內(nèi)無毒副反應(yīng)，易于成型加工、適于做成各種形狀的管、片、制品，是目前醫(yī)用高分子材料中應(yīng)用最廣、能基本滿足不同使用要求的一類主要材料。具體應(yīng)用有：靜脈插管、透析管、導(dǎo)尿管、胸腔引流管、輸血、輸液管以及主要的醫(yī)療整容整形材料。

聚乳酸

聚乳酸是以乳酸或丙交酯為單體化學(xué)合成的一類聚合物，屬于生物降解的熱塑性聚酯，具有無毒、無刺激、良好的生物相容性、可生物分解吸收、強(qiáng)度高、可塑性加工成型的合成類生物降解高分子材料。其降解產(chǎn)物是乳酸、CO2和H2O。經(jīng)FDA批準(zhǔn)可用作手術(shù)縫合線、注射用微膠囊、微球及埋置劑等制藥的材料。

聚氨酯

聚氨酯是指高分子主鏈上含有氨基甲酸酯基團(tuán)的聚合物，簡(jiǎn)稱PU，是由異氰酸酯和羥基或氨基化合物通過逐步聚合反應(yīng)制成的，其分子鏈由軟段和硬段組成。聚氨酯具有一個(gè)主要的物理結(jié)構(gòu)特征是微相分離結(jié)構(gòu)，其微相分離表面結(jié)構(gòu)與生物膜相似，由于存在著不同表面自由能分布狀態(tài)，改進(jìn)了材料對(duì)血清蛋白的吸附力，抑制血小板黏附，具有良好的生物相容性和血液相容性。目前醫(yī)用聚氨酯被用于人工心臟、心血導(dǎo)管、血管涂層、人工瓣膜等領(lǐng)域。

[1] 徐曉宇. 生物材料學(xué). 北京：科學(xué)出版社，2006.

[2] 石淑先. 生物材料制備與加工. 化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

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