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    醫用高分子材料

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    本文來源 | 微注塑

     

    醫用高分子材料

    包括天然生物高分子材料和合成生物高分子材料。天然醫用高分子材料來源于自然,包括纖維素、甲殼素、透明質酸、膠原蛋白、明膠及海藻酸鈉等;合成醫用高分子材料是通過化學方法,人工合成的用于醫用的高分子材料,目前常用的有聚氨酯、硅橡膠、聚酯纖維、聚乙烯基吡咯烷酮、聚醚醚酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚乙烯等。

     

    材料性質

     

    按照材料的性質,醫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,其在生理環境中能夠長期保持穩定,不發生降解、交聯和物理磨損等,并具有良好的力學性能。該類材料主要用于人體軟、硬組織修復和制造人工器官、人造血管、接觸鏡和黏結劑等??山到馍锊牧习ǎ耗z原、脂肪族聚酯、甲殼素、纖維素、聚氨基酸、聚乙烯醇、聚乳酸、聚己內酯、聚磷腈等,這些材料能在生理環境中發生結構性破壞,且降解產物能通過正常的新陳代謝被機體吸收或排出體外,主要用于藥物釋放載體及非永久性植入器械。

     

     
    基本要求
     

     

    醫用高分子材料多用于人體,直接關系到人的生命和健康,一般對其性能的要求是:

     

    ①安全性:必須無毒或副作用極少。這就要求聚合物純度高,生產環境非常清潔,聚合助劑的殘留少,雜質含量為 ppm級,確保無病、無毒傳播條件。同時其高分子化合物本身以及單體雜質、降解或磨損產物不對身體產生不良影響。

     

    ②物理、化學和機械性能需滿足醫用所需設計和功能的要求。如硬度、彈性、機械強度、疲勞強度、蠕變、磨耗、吸水性、溶出性、耐酶性和體內老化性等。以心臟瓣膜為例,最好能使用25萬小時,要求耐疲勞強度特別好。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)、輻射消毒或化學處理消毒,而不降低材料的性能。不同性能的醫用高分子材料可根據其具體情況選擇合適的滅菌方式。

     

    ③適應性:包括與醫療用品中其他材料的適應性,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,要求長時期對體液無影響;與血液相容性好,對血液成分無損害,不凝血,不溶血,不形成血栓;無異物反應,在人體內不損傷組織,不致癌致畸,不會導致炎癥壞死、組織增生等。

     

    ④特殊功能:不同的應用領域,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等,都要求有各自特殊的分離透過機能。

     

    在大多數情況下,現有高分子材料的表面化學組成與結構很難滿足上述要求,通常要采用表面改性處理,如接枝共聚,以改進其抗凝血性等性能。此外,醫用高分子材料還需要優異的加工成型性,易加工成需要的復雜形狀的。

     

    發展概述

     

    1949年,美國首先發表了醫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、關節和股骨,利用聚酰胺纖維作為手術縫合線的臨床應用情況。20世紀50年代,有機硅聚合物被用于醫學領域,使人工器官的應用范圍大大擴大,包括器官替代和整容等許多方面。在20世紀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)、人工關節(1954年)及人工肝(1958年)等。20世紀60年代,醫用高分子材料開始進入一個嶄新的發展時期。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、人工關節、人工骨、整形材料等。

     

    用途

     

    醫用高分子材料是指用以制造人體內臟、體外器官、藥物劑型及醫療器械的聚合物材料。

    根據其具體用途可分為:

     

    (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、化驗室用品、手術室用品等;

     

    (2)與皮膚、粘膜接觸的材料,如手術用手套、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、食道窺鏡導管和探頭、腔門鏡、導尿管等)、繃帶、橡皮膏等及人體整容修復材料(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)長期植入體內的材料,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、人工關節、手術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劑。

    不同用途的醫用高分子材料需要根據使用環境以及對材料的物理、化學及生物學性能要求選用合適的材料。

     

    常用種類

     

     

    1.甲殼素

    甲殼素廣泛存在于低等植物菌類、蝦、蟹、昆蟲等甲殼動物的外殼、高等動物的細胞壁等,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、鎮痛和促進機體組織生長等功能,可促進傷口愈合。此外甲殼素及其衍生物還具有醫療保健功能,如免疫調節、降低膽固醇、抗菌、促進乳酸菌生長等。在藥物載體、人造皮膚、外科手術縫合線等領域具有廣泛的研究及應用。

     

    2.膠原蛋白

    膠原是動物體內含量最多、分布最廣的蛋白質,占哺乳動物體內蛋白質總量的25%-30%,它是細胞外基質四大組分之一,廣泛分布于結締組織、皮膚骨骼、內臟細胞間質及肌腔、韌帶、鞏膜等部位。由于膠原是大分子蛋白質,其具有良好的理化性質和優良的生物學性能,被廣泛用于外科手術縫合線、止血材料、創傷敷料、人工皮膚、藥物控釋放載體、組織工程等領域。

     

    3.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硅氧烷為基礎,添加某些特定組分,按照一定的工藝要求加工后,制成具有一定強度和伸長率的橡膠態彈性體。硅橡膠具有良好的生物相容性、血液相容性及組織相容性,植入體內無毒副反應,易于成型加工、適于做成各種形狀的管、片、制品,是目前醫用高分子材料中應用最廣、能基本滿足不同使用要求的一類主要材料。具體應用有:靜脈插管、透析管、導尿管、胸腔引流管、輸血、輸液管以及主要的醫療整容整形材料。

     

    4.聚乳酸

    聚乳酸是以乳酸或丙交酯為單體化學合成的一類聚合物,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。其降解產物是乳酸、CO2和H2O。經FDA批準可用作手術縫合線、注射用微膠囊、微球及埋置劑等制藥的材料。

     

    5.聚氨酯

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

     

     



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