1、1 第八章第八章 医用高分子材料医用高分子材料 1.概述概述 1.1 医用高分子的概念及其发展简史医用高分子的概念及其发展简史 生命科学是生命科学是2121世纪备受关注的新型学科。而与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。要的地位。医用材料医用材料是生物医学的分支之一，是由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生物、医学、化学和材料等学科交叉形成的边缘学 科。而科。而医用高分子材料医用高分子材料则是生物医用材料中的重要则是生物医用材料中的重要 组成部分，主要用于人工器官
2、、外科修复、理疗康组成部分，主要用于人工器官、外科修复、理疗康 复、诊断检查、患疾治疗等医疗领域。复、诊断检查、患疾治疗等医疗领域。2 众所周知，生物体是有机高分子存在的最基本众所周知，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组成中最重要的物质蛋白质、肌肉、纤维素、蛋白质、肌肉、纤维素、淀粉、生物酶和果胶淀粉、生物酶和果胶等都是高分子化合物。因此，等都是高分子化合物。因此，可以说，生物界是天然高分子的巨大产地。高分子可以说，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
3、们在医学领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。近，因此最有可能用作医用材料。第八章第八章 医用高分子材料医用高分子材料 3 医用高分子材料发展的动力来自医学领域的客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，时，需要器官移植。然而，只有在很少的情况下，只有在很少的情况
4、下，人体自身的器官（如少量皮肤）可以满足需要人体自身的器官（如少量皮肤）可以满足需要。采。采 用同种异体移植或异种移植，往往具有排异反应，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。利用其他材料修复或替代受损器官或组织。第八章第八章 医用高分子材料医用高分子材料 4 早在早在公元前公元前35003500年，埃及人就用棉花纤维、马年，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。公元前骨。公元前50
5、0500年的中国和埃及墓葬中发现假牙、年的中国和埃及墓葬中发现假牙、假鼻、假耳假鼻、假耳。进入。进入2020世纪，高分子科学迅速发展，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。更多的选择余地。19361936年发明了有机玻璃后，很快年发明了有机玻璃后，很快 就用于制作假牙和补牙就用于制作假牙和补牙，至今仍在使用。，至今仍在使用。19431943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。第八章第八章 医用高分子材料医用高分子材料 5 19491949年，美国首先发表了医用高分子的展望性年
6、，美国首先发表了医用高分子的展望性 论文。在文章中，第一次介绍了论文。在文章中，第一次介绍了利用利用PMMAPMMA作为人的作为人的 头盖骨、关节和股骨头盖骨、关节和股骨，利用聚酰胺纤维作为手术缝利用聚酰胺纤维作为手术缝 合线合线的临床应用情况。的临床应用情况。5050年代，有机硅聚合物被用年代，有机硅聚合物被用 于医学领域于医学领域，使人工器官的应用范围大大扩大，包，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。括器官替代和整容等许多方面。第八章第八章 医用高分子材料医用高分子材料 6 此后，一大批人工器官在此后，一大批人工器官在5050年代试用于临床。年代试用于临床。如如人
7、工尿道（人工尿道（19501950年）、人工血管（年）、人工血管（19511951年）、年）、人工食道（人工食道（19511951年）、人工心脏瓣膜（年）、人工心脏瓣膜（19521952年）、年）、人工心肺（人工心肺（19531953年）、人工关节（年）、人工关节（19541954年）、人工年）、人工 肝（肝（19581958年）年）等。等。进入进入6060年代，医用高分子材料开始进入一个崭年代，医用高分子材料开始进入一个崭 新的发展时期。新的发展时期。第八章第八章 医用高分子材料医用高分子材料 7 6060年代以前，医用高分子材料的选用主要是根年代以前，医用高分子材料的选用主要是根 据特定需
8、求，从已有的材料中筛选出合适的加以应据特定需求，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，如合成的，在应用中发现了许多问题，如凝血问题、凝血问题、炎症反应、组织病变问题、补体激活与免疫反应问炎症反应、组织病变问题、补体激活与免疫反应问 题题等。人们由此意识到必须针对医学应用的特殊需等。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。要，设计合成专用的医用高分子材料。第八章第八章 医用高分子材料医用高分子材料 8 美国国立心肺研究所在这方面做了开创性的工美国
9、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，如血液接触的人工器官制造，如人工心脏人工心脏等。从等。从7070年年 代始，高分子科学家和医学家积极开展合作研究，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。至使医用高分子材料快速发展起来。至8080年代以来，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。形成了一个崭新的生物材料产业。第八章第八章 医用高分子材料医用高分子材料 9
10、医用高分于作为一门边缘学科，融和了医用高分于作为一门边缘学科，融和了高分子高分子 化学、高分子物理、生物化学、合成材料工艺学、化学、高分子物理、生物化学、合成材料工艺学、病理学、药理学、解剖学和临床医学病理学、药理学、解剖学和临床医学等多方面的知等多方面的知 识，还涉及许多识，还涉及许多工程学工程学问题，如各种医疗器械的设问题，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。完善，功能越来越齐全。第八章第八章 医用高分子材
11、料医用高分子材料 10 高分子材料虽然不是万能的，不可能指望它解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，在十分广阔的。有人预计，在2121世纪，医用高分子将世纪，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。比想象中更快地来
12、到世上。第八章第八章 医用高分子材料医用高分子材料 11 目前用高分子材料制成的人工器官中，比较成目前用高分子材料制成的人工器官中，比较成 功的有功的有人工血管、人工食道、人工尿道、人工心脏人工血管、人工食道、人工尿道、人工心脏 瓣膜、人工关节、人工骨、整形材料瓣膜、人工关节、人工骨、整形材料等。巳取得重等。巳取得重 大研究成果，但还需不断完善的有大研究成果，但还需不断完善的有人工肾、人工心人工肾、人工心 脏、人工肺、人工胰脏、人工眼球、人造血液脏、人工肺、人工胰脏、人工眼球、人造血液等。等。另有一些功能较为复杂的器官，如另有一些功能较为复杂的器官，如人工肝脏、人工人工肝脏、人工 胃、人工子宫
13、胃、人工子宫等。则正处于大力研究开发之中。等。则正处于大力研究开发之中。第八章第八章 医用高分子材料医用高分子材料 12 从应用情况看，人工器官的功能开始从部分取从应用情况看，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。人工感觉器官、人工肢体发展。第八章第八章 医用高分子材料医用高分子材料 13 医用高分子材料研发过
14、程中遇到的一个巨大难医用高分子材料研发过程中遇到的一个巨大难 题是材料的题是材料的抗血栓问题抗血栓问题。当材料用于人工器官植入。当材料用于人工器官植入 体内时，必然要与血液接触。由于人体的自然保护体内时，必然要与血液接触。由于人体的自然保护 性反应将产生排异现象，其中之一即为在材料与肌性反应将产生排异现象，其中之一即为在材料与肌 体接触表面产生凝血，即体接触表面产生凝血，即血栓血栓，结果将造成手术失，结果将造成手术失 败，严重的还会引起生命危险。对高分子材料的抗败，严重的还会引起生命危险。对高分子材料的抗 血栓性研制是医用高分子研究中的关键问题，至今血栓性研制是医用高分子研究中的关键问题，至今
15、 尚未完全突破。将是今后医用高分子材料研究中的尚未完全突破。将是今后医用高分子材料研究中的 首要问题首要问题。第八章第八章 医用高分子材料医用高分子材料 14 1.2 医用高分子的分类医用高分子的分类 医用高分子是一门较年轻的学科，发展历史不医用高分子是一门较年轻的学科，发展历史不 长，因此长，因此医用高分子的定义至今尚不十分明确医用高分子的定义至今尚不十分明确。另。另 外，由于医用高分子是由多学科参与的交叉学科，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。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、应用目的等可以目前医用高
16、分子材料随来源、应用目的等可以 分为多种类型。各种医用高分子材料的名称也很不分为多种类型。各种医用高分子材料的名称也很不 统一。统一。第八章第八章 医用高分子材料医用高分子材料 15 日本医用高分子专家樱井靖久将医用高分子分日本医用高分子专家樱井靖久将医用高分子分 成如下的五大类：成如下的五大类：（1 1）与生物体组织不直接接触的材料）与生物体组织不直接接触的材料 这类材料用于制造虽在医疗卫生部门使用，但这类材料用于制造虽在医疗卫生部门使用，但 不直接与生物体组织接触的医疗器械和用品不直接与生物体组织接触的医疗器械和用品。如药。如药 剂容器、血浆袋、输血输液用具、注射器、化验室剂容器、血浆袋、输血输液用具、注射器、化验室 用品、手术室用品等。用品、手术室用品等。第八章第八章 医用高分子材料医用高分子材料 16（2 2）与皮肤、粘膜接触的材料）与皮肤、粘膜接触的材料 用这类材料制造的医疗器械和用品，需与人体用这类材料制造的医疗器械和用品，需与人体 肌肤与粘膜接触，但不与人体内部组织、血液、体肌肤与粘膜接触，但不与人体内部组织、血液、体 液接触液接触，因此要求无毒、无刺激，有一定的机械强，
