生物医用材料.docx

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生物医用材料

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吴虎

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本论文简介

我是个材料爱好者，平时比较喜欢关注各种新材料的发展，比如超导材料，能源材料，生态环境材料等等，相比较这些，我又特别专注生物医用材料，因为生物医用材料每一次的进展，每一个小的提升都可能减轻很多患者的疼痛，挽救很多人的生命。

在这篇论文中，我向大家介绍现在在生物医用材料方面取得的新发展以及正在发展中的具有优异性能和特殊功能的，对科学技术尤其是对医学技术的发展具有决定意义的新型生物医用高分子材料。

在论文中，我主要介绍了以下几点：

1.新型生物医用高分子材料的简介

2.新型生物医用材料应符合的要求及常用的生物医用材料

3.生物医用高分子材料目前的需求

4.生物医用高分子材料的种类及发展

5.新型生物医用高分子材料的应用与前景

6.用到的参考资料

生物医用高分子材料的简介

生物医用高分子材料（biomedicalmaterial）是用于对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的新型高技术材料。

它是研究人工器官和医疗器械的基础，己成为材料学科的重要分支，尤其是随着生物技术的莲勃发展和重大突破，生物材料己成为各国科学家竞相进行研究和开发的热点。

当代生物材料已处于实现重大突破的边缘，不远的将来，科学家有可能借助于生物材料设计和制造整个人体器官，生物医用材料和制品产业将发展成为本世纪世界经济的一个支柱产业。

　　由生物分子构成生物材料，再由生物材料构成生物部件。

生物体内各种材料和部件有各自的生物功能。

它们是“活”的，也是被整体生物控制的。

生物材料中有的是结构材料，包括骨、牙等硬组织材料和肌肉、腱、皮肤等软组织；还有许多功能材料所构成的功能部件，如眼球晶状体是由晶状体蛋白包在上皮细胞组成的薄膜内而形成的无散射、无吸收、可连续变焦的广角透镜。

在生物体内生长有不同功能的材料和部件，材料科学的发展方向之一是模拟这些生物材料制造人工材料。

它们可以做生物部件的人工代替物，也可以在非医学领域中使用。

前者如人工瓣膜、人工关节等；后者则有模拟生物黏合剂、模拟酶、模拟生物膜等。

新型生物医用材料高分子应符合的要求及常用的生物医用材料

新型生物医用材料应符合下列要求：

1、化学稳定性好，在人体接触部分不能发生影响而变化；

2、组织相容性好，在人体内不发生炎症和排异反应；

3、不会致癌变；

4、耐生物老化，在人体内材料长期性能无变化；

5、耐煮沸，灭菌、药液消毒等处理方法；

6、材料来源广、易于加工成型。

经多年研究，能较好符合上述要求的高分子化合物主要有两大类，一类是有机硅化合物，第二类是有机氟化物，最主要的两种产品是硅橡胶和聚四氟乙烯，例如美国GE公司开发了一批主要是有机硅方面的用于医学领域的功能高分子化合物。

常用的医学生物材料

　　一、医用硅橡胶

　　医用硅橡胶（siliconerubber）是美容外科中应用较广的生物材料（组织代用品）.它是高分子有机化合物聚硅酮的一种橡胶样固体形态,又称二甲基硅氧烷。

　　二、人工骨

随着生物医学和材料的发展,各种人工制备的生物材料植入骨内替代骨移植,临床应用效果好.这些人工合成或提取的植入材料生物相容性好,对骨形成具有明显的诱导作用,被泛称为人工骨（artificialbone）。

生物医用高分子材料目前的需求

人的健康长寿依赖于医学的发展。

现代医学的进步已经越来越依赖于生物材料和器械的发展,没有医用材料的医学诊断和治疗在现代医学中几乎是不可想象的。

目前全球大量用于医疗器械的生物医学材料主要有20种,其中医用高分子12种,金属4种,陶瓷2种,其他2种。

利用现有的生物医学材料已开发应用的医用植入体、人工器官等近300种,主要包括:

起搏器、心脏瓣膜、人工关节、骨板、骨螺钉、缝线、牙种植体,以及药物和生物活性物质控释载体等。

近年来,西方国家在医学上消耗的高分子材料每年以10%～20%的速度增长,而国内也以20%左右的速度迅速增长。

随着现代科学技术的发展,尤其是生物技术的重大突破,生物材料的应用将更加广泛,需求量也随之越来越大。

生物医用材料产业发展如此迅猛,主要动力来自于人口老龄化、中青年创伤的增多、疑难疾病患者的增加和高新技术的发展。

生物材料的研究与开发被许多国家列入高技术关键新材料发展计划,并迅速成为国际高技术制高点之一。

生物医用高分子材料的种类及发展

生物医用高分子材料按性质可分为非降解和可生物降解两大类。

非生物降解的生物医用高分子包括：

聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、芳香聚酯、聚硅氧烷、聚甲醛等，其在生理环境中能长期保持稳定，不发生降解、交联或物理磨损等，并具有良好的力学性能。

可生物降解的生物医用高分子材料则包括胶原、脂肪族聚酯、聚氨基酸、聚己内酯等，这些材料能在生理环境中发生结构性破坏，且降解产物能通过正常的新陈代谢被基体吸收或排出体外。

非降解和可生物降解生物医用高分子材料在生物医学领域各具有自己独特的发展地位，然而，随着生物医学和材料科学的发展，人们对生物医用高分子材料提出了更高的要求，可生物降解生物医用高分子材料越来越得到人们的亲睐。

因此，在这里主要讨论可生物降解医用高分子材料的种类。

根据来源来划分，可生物降解医用高分子材料可分为天然可生物降解和合成可生物降解两大类。

新型生物医用高分子材料的应用与前景

生物技术将是21世纪最有前途的技术,生物医用高分子材料将在其中扮演重要角色,其性能将不断提高,应用领域也将进一步拓宽。

生物医用高分子材料应用主要有以下几个方面：

（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。

（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。

（3）药用高分子材料。

与低分子药物相比,药用高分子具有低毒、高效、缓释、长效、可定点释放等优点。

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:

a.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。

b.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。

C.药用高分子微胶囊,即将细微的药粒用高分子膜包覆起来形成微小的胶囊，其作用有：

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。

（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。

（5）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。

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。

（6）医疗器件用高分子材料。

高分子材料制的医疗器件有一次性医疗用品（注射器、输液器、检查器具、护理用具、麻醉及手术室用具等）、血袋、尿袋及矫形材料等。

一次性医疗用品多采用常见高分子材料如聚丙烯和聚4-甲基-1-戊烯制造。

血袋一般由软PVC或LDPE制成。

由PU制的绷带固化速度快,质轻层薄,不易使皮肤发炎,可取代传统的固定材料———石膏用于骨折固定。

硅橡胶、聚酯、聚四氟乙烯、聚酸酐及聚乙烯醇等都是性能良好的矫形材料,已广泛用于假肢制造及整形外科等领域。

医用高分子材料的发展方向主要包括：

（1）可生物降解医用高分子材料因其具有良好的生物降解性和生物相容性而受到高度重视,无论是作为缓释药物还是作为促进组织生长的骨架材料,都将得到巨大的发展。

（2）　1906年Enrililich首次提出药物选择性地分布于病变部位以降低其对正常组织的毒副作用,使病变组织的药物浓度增大,从而提高药物利用率这一靶向给药的概念。

此后一个世纪以来,靶向药物的载体材料一直吸引了医药工作者的兴趣。

其中高分子纳米粒子以其特有的优点是近年来国内外一个极为重要的研究热点。

（3）任何一种材料都是通过其表面与环境介质相接触的,因此材料的开发与应用必然涉及其表面问题的研究。

一般高分子材料的表面对外界响应性较弱,但有些高分子表面的结构形态会因外界条件（如pH、温度、应力、光及电场等）的改变在极短时间内发生相应的变化,从而造成表面性质的改变,此乃智能高分子表面。

因此设计这类智能表面将是生物医用高分子材料发展的一个重要方面。

（4）随着科学的发展,由高分子材料制成的人工脏器正在从体外使用型向内植型发展,为满足医用功能性、生物相容性的要求,把酶和生物细胞固定在合成高分子材料上,从而制成各种脏器，将使生物医用高分子材料发展前景越来越广阔。

（5）通常,在组织工程的应用中,高分子材料支架要负载上生长因子,以促进组织在生物体内的再生,另一方面,把特殊的粘附因子,如粘连蛋白结合到支架上,可使聚合物表面能够促进对某种细胞的粘附,而排斥其它种类的细胞,即支架对细胞进行有选择的粘附。

为了使生长因子和粘附因子能够结合到可降解高分子材料上,就需要对材料进行表面改性,而有时表面改性很困难,因此，可利用与天然聚合物杂化的方法来达到上述目的,同时由于这些材料有良好的机械性能,又可以弥补天然聚合物强度不高、稳定性差的缺点。

可见，生物杂化材料在这方面的表现是相当突出的,必将成为医用生物高分子材料发展的一个主要趋势。

用到的参考资料

1.温树林.现代功能材料导论.北京出版社，1983

2.谢希文，过梅丽.材料科学与工程导论.北京：

北京航空航天大学出版社，1991

3.功能材料及应用手册编写组.功能材料及应用手册.北京：

机械工业出版社，1991

4.俞耀庭,张兴栋等.生物医用材料.天津：

天津大学出版社,2000.

5.崔福斋,冯庆玲编著.生物材料学,北京:

科学出版社,1996

6.李见.新型材料导论.北京：

冶金工业出版社，1987

7.乔松楼等.新材料技术.北京：

中国科学技术出版社，1994

8.邬润德,童筱莉.高分子材料科学与工程,1997.

9.林尚安，陆耘.高分子化学.北京：

科学出版社，1982

10.李青山，石祥.功能高分子材料在医疗保健中的应用.哈尔滨：

哈尔滨工程大学出版社，1993