第五章 医用高分子 一. 前言 二. 高分子药物 三. 高分子医疗器械 四. 高分子人工器官.

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1 第五章 医用高分子 一. 前言 二. 高分子药物 三. 高分子医疗器械 四. 高分子人工器官

2 思考题： 1.举例说明医用高分子的应用情况。 2.药用高分子的类型及其作用。 3.药用高分子的性能要求。 4.说明人工脏器用高分子材料的性能要求。

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4 一、前言： 医用高分子材料制品种类繁多。从天灵盖到脚趾骨，从内脏到皮肤，从血液到五官都已有人工的高分子代用品。同时，高分子药物及固定化酶、人工细胞、标记细胞、免疫吸附剂等也在迅速发展。

5 医用高分子可分三类： （一）高分子药物 （二）医疗器械、用具：输液输血袋、缝合线、医用胶粘剂、高吸水树脂、塑料注射器等，用量最大。
（三）人工脏器：心、肺、肾、肝、胰、气管、眼、耳、喉等。 人工组织：人工骨、关节、血管、心脏瓣膜、皮肤、血液、神经、肌腱、晶状体等。

6 二 、 医用高分子药物： 1.分类及其作用 可分为两类： 一种是高分子本身就具有药理作用，可以治病，如：（1）天然高分子：明胶，山东的“阿胶”，胰岛素等。（2）合成高分子：

7 可治硅肺 聚乙烯基吡咯烷酮可增补血液

8 第二种是把小分子药物结合到高分子载体上 [1] 把小分子药物以共价键或离子键的形式接到高分子链上。 [2] 把小分子药物包封在高分子材料做成的基质中，使之微胶束化，其真正治病的还是小分子药物。

9 把小分子药物接到高分子上的目的： （1）缓释：使药物能有控制地释放，减少药物的毒性和副作用。
（2）靶向：在高分子载体上接上一定的基团，这些特殊基团对病变部位或靶细胞（病变细胞、细菌等）有特殊亲合作用，这种高分子载体可载着小分子药物，准确地运送到发病部位，集中杀伤，这被称为“定位送达”或“导弹药物” 。 磁性微球

10 2．药用高分子的要求： （1）本身有药理作用的：有药效，副作用小。 （2）高分子载体： a. 无毒，无致癌作用。 b. 高分子本身有水溶性兼有脂溶性，以便使药物有效地转运到患病部位上。 c. 完成药物转运任务能发生生物降解，及时排出体外，不被蓄积于体内。 d. 达到医用标准，避免单体、引发剂、稳定剂等有毒残留物的混入。

11 3.常用作药物载体的高分子有： 水凝胶、聚乙烯醇、聚乙烯基吡啶、聚乙二醇 如：羟乙酸和乳酸的聚合物及其共聚物是生物降解高分子，做成纤维后，用作伤口缝合线可随着伤口的愈合而被吸收，不必拆线，该材料可作为高分子载体用，效果良好。

12 三、医用器械和普通医用品 此方面高分子用量为最大 如：各种胶管、瓶子、注射器、采血瓶等，应注意材料的无毒性。

13 四、人工脏器 1.重要性： 由于高分子科学和医学的发展，人类已达到能修补人体缺损，增进健康，延长寿命，这一实践虽不普及，但已有较大的规模和较高的水平，有着深远的意义。 实施这一活动有三个环节：合成特殊功能材料；做成人工脏器，（成型）；通过高超的手术技术将人工脏器至于人体。此三个环节缺一不可。

14 部分人工脏器的临床应用历史 人工骨： 1940年H.R.Bohlman 人工肾： 1943年W.J.Kolff
人工气管； 年O.Tclaqett 人工血管： 年J.H.Grinndlay 人工食管： 年Z.D.Baronofaky 心脏起搏器：1952年P.M.Iou 人工关节： 年B.Walldius 人工瓣膜： 年J.H.Stuckey 人工肺： 年D.C.Shechter 全人工心肺：1982年W.C.Derries

15 世界 1980年 1990年 医用高分子 需要数（万） 价值 （ 亿元） （亿元） 人工骨、关节 7500 22.5 1 30 人工血管 75 150 240 480 人工心脏瓣膜 45 1125 135 3375 人工心肺 2.25 5.25 2625 人工肾脏 36 14400 81 32400 人工心脏 15 22500 50 75000

16 2、人工脏器用的高分子材料的性能要求 1.组织相容性----无排异、过敏、致畸、致癌 2.血液相容性-----无凝血反应
3.耐生物老化或可生物降解

17 C: 组织反应 生物体对生物材料的响应－宿主反应 5、细胞质的转变 （1）生物学反应 A: 血液反应 1、血小板血栓； B: 免疫反应
1、炎症反应； 2、细胞粘附 3、细胞增殖（异常分化） 4、形成蘘膜 5、细胞质的转变 A: 血液反应 1、血小板血栓； 2、凝血系统激活； 3、纤溶系统激活； 4、溶血反应； 5、白细胞反应； 6、细胞因子反应； 7、蛋白粘附； B: 免疫反应 1、补体激活； 2、体液免疫反应（抗原－抗体反应）； 3、细胞免疫反应。

18 （2）生物体对生物反应的变化 1.急性全身反应 过敏、毒性、溶血、发热、神经麻痹等 2. 慢性全身反应 毒性、致畸、免疫、功能障碍等
3. 急性局部反应 炎症、血栓、坏死、排异等 4. 慢性局部反应 致癌、钙化、炎症、溃疡等

19 高分子材料表面化学改性—提高生物相容性 1.表面化学结构—对细胞依附和生长的影响 2.表面亲水性 3.表面粗糙结构
4.表面电荷分布—细胞表面带负电荷

20 实例： 肝素化聚乙烯醇性能研究 1. 缩醛化聚乙烯醇膜的合成
在500 mL 三口瓶中，加入6 g 聚乙烯醇和180mL水，加热至90℃使其溶解。再加入3g甘油，继续加热0.5 h，降温至30℃左右，加入4g甲醛和12g戊二醛，搅拌均匀，将混合液铺成薄层，放于烘箱60℃处理2 h，70℃处理2h，冷却后取出，即为缩醛化聚乙烯醇膜。 2. 肝素化聚乙烯醇膜的合成 将缩醛化聚乙烯醇膜浸泡在w (肝素钠)=1%的水溶液中得到肝素化聚乙烯醇复合膜。 3. 结论 实验发现，肝素化聚乙烯醇具有较理想的机械性能和生物相容性，是一种极具潜力的生物医用材料。

21 等离子体引发聚乙烯表面肝素化 及其生物相容性
利用等离子体引发在LDPE 膜表面接枝聚乙二醇(PEG) 和肝素，用体外凝血时间及细胞生长试验考察改性LDPE 表面的生物相容性。结果表明PEG和肝素接枝到等离子体引发的LDPE 表面，肝素化LDPE 表面水接触角降低，亲水性增强，表面自由能增大，PEG和肝素接枝的LDPE 表面可以延长凝血时间，对血管壁平滑肌细胞的粘附与生长具有促进作用。 LDPE薄膜置于下电极中央，抽真空至2Pa，通入Ar气，气压稳定后启动电源，进行等离子体处理。处理后，采用液相法(真空条件)，使薄膜与50 ℃0.01mol/L的PEG 水溶液进行接枝反应，反应结束后，再用Ar气等离子体引发与肝素钠水溶液进行接枝反应，反应温度为37℃，反应结束后，用蒸馏水反复冲洗薄膜，洗去未反应物及附着物，于干燥器中烘干至恒重。

22 3、常用的医用高分子材料 ⑴ 有机硅： 生物性能好，目前是最广泛应用于医学的材料。 如：人造骨、人工喉、人工心脏尖瓣、心脏壳体、肌腱、角膜、眼中玻璃体、肺中膜、胆道、膀胱等。

23 ⑵ 聚四氟乙烯： 化学稳定性，不粘性，表面能低，耐腐蚀，耐老化，表面光滑。
聚四氟乙烯人工血管具有人体真正血管同样的憎水、亲水双重性，从而抑制血栓的形成，而且还能与人体周围组织结合起来，形成薄而均匀的新生内膜。 可做：人工关节、心脏瓣膜、心脏壳体、喉、胆道、气管、食道、脑膜、肌腱、肺中膜。

24 ⑶ 聚氨脂： 抗凝血性能好、心脏壳体、心脏瓣膜、喉、关节、手术缝合线。 ⑷ PE ：人工关节、气管、食道、肺中膜。 ⑸ PP：人工指关节。 ⑹PVC：关节、心脏壳体、肌腱、肺中膜。 ⑺PMMA：齿科材料、接触眼镜、头骨、关节、心脏壳体 ⑻ PVA：人工玻璃体、半透膜 其它：碳纤维、kevler、聚砜、聚脂、涤纶、醋酸纤维素膜、环氧树脂

25 高分子材料的人工脏器 1. 人工心脏 美国开发了“左心室同轴对称辅助泵”
聚氨酯橡胶隔膜 美国开发了“左心室同轴对称辅助泵” 此设备是气动的，压缩空气使聚氨酯橡胶球式泵腔张合，帮助输送血液。2 条压缩空气管从腹部引出到体外与心脏驱动装置相连，全套设备均由电子计算机控制，整个系统如同2 个联立的双缸内燃机，交替往复运动不止。 1982年上述双心室人工心脏为一位61岁患者进行了移植。手术后患者很正常，但仅活了112天。

26 2 .人工肾 是一种血液净化装置，它是用高分子材料制成的具有透析过滤作用的膜，完成过滤和排泄功能。把尿素、尿酸以及外来的有毒物质排除体外，使患者的生命得以延缓。 透析膜是透析型人工肾的关键。它必须有相当的强度和对血液的稳定性。能制成极薄片或极细的丝，以增加与血液接触，能随制造工艺不同，控制膜孔大小以满足血液透析或过滤的需要。 用做透析膜的高分子材料主要有再生纤维素、醋酸纤维素、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、EVA、聚砜、聚碳酸酯等。

27 3.人工肝脏 肝脏是人体代谢功能最强的一个脏器，是人体内的一个加工厂和仓库。其结构中有几万种酶，具有贮存肝糖、解毒等功能。模拟肝脏功能的人工肝脏的研制是从1950 年代开始的，1958 年人工肝脏在临床上应用，将肝代谢功能障碍患者的血液进行透析，除去异常代谢物，达到解毒目的。1970 年代国外开发了综合型人工肝，它是由血液透析器、血浆分离器、毒物吸收塔等构成，能起到暂时替代肝脏功能的作用。 人工肝脏所用的透析膜是以聚丙烯腈等高分子材料制成。所用的活性炭以蛋白质涂覆，还有的以多孔型的聚苯乙烯离子交换树脂来取代活性炭。 人工肝脏目前只是采用涂有高分子合成材料的活性炭或高分子材料制成的透析膜，用血液的直接灌流法和透析法，对肝昏迷患者进行急救解毒，只是一个具有解毒功能的辅助性急救装置,只能在体外解决一时的代用问题，植入人体的人工肝还是一个更长远的目标。

28 人工血液

29 聚酰胺266/ 羟基磷灰石复合材料的制备 羟基磷灰石陶瓷具有良好的生物活性，能够和骨体形成较强的键合，但脆性。为了提高其韧性，采用聚合物/ 羟基磷灰石复合。 质量比1 %羟基磷灰石浆液,在140 ℃,013MPa热处理2h ,通过离心沉淀,得到大约24 %的羟基磷灰石纳米晶体( n2HA) 浆液。将1400g 羟基磷灰石纳米晶体浆液,加入3000ml 带有分水装置、搅拌装置和冷凝装置的三颈瓶内, 加入1500ml DMAC ( N , N2dimethyl acetamide) 和50g 聚乙二醇( PEG6000) ,温度逐步升至100 ℃,在100～120 ℃脱水,然后加入PA66 ,在140 ℃保持4h ,得到产品,用热去离子水洗涤6 次,酒精洗涤2 次,于110～120 ℃干燥2d ,复合材料粉末于260～290 ℃通过注塑机注射成型,供分析测试用。制备的复合材料中羟基磷灰石纳米晶体含量比大约从10 %到60 %。