生物医用材料论文

生物医用材料论文

学院：材料与化工学院 专业：材料科学与工程 姓名：石玉姜 学号：20090413310082

目录
1 高分子医用材料简要介绍
1.1 定义 1.2高分子医用材料分类 1.2.1按可降解性分为 1.2.2按材料与活体组织的相互作用关系分类 1.2.3按成分组成不同分为 1.3高分子医用材料的特性 1.4医用高分子材料的条件

2 医用高分子材料的发展
2.1高分子材料的诞生 2.2高分子医用材料发展的4个阶段 2.3国内外研究进展 2.4医用高分子材料的发展方向

3 高分子材料的研究及应用
3.1高分子医用材料的生物相容性研究 3.1.1组织相容性 3.1.2血液相容性 3.2高分子医用材料的发展应用 3.2.1 硬组织相容性高分子材料 3.2.2 软组织相容性高分子材料 3.2.3 血液相容性高分子材料 3.2.4高分子药物和药物控释高分子材料

4 医用高分子生物材料的发展前景和趋势 5 结论 6 参考文献

高分子生物医用材料研究进展
石玉姜 材料与化工学院
摘要：医用高分子材料是一门介于现代医学和高分子科学之间
的新兴学科。目前, 在生命科学、医疗器械、药物等领域中已得到广 泛而重要的应用。本文通过对文献的收集和查询，对医用高分子材料 的种类和特性进行了介绍， 概述了生物医用高分子材料的发展状况与 研究现状，并对其应用进行了综述，展望了未来高分子生物材料的发 展前景与趋势。

关键词：生物医用高分子材料 种类 特性 发展状况 研究
现状 应用 发展趋势

前言
医用高分子材料是一类可对有机体组织进行修复、替代与再生, 具有特殊功能作用的合成高分子材料, 可以利用聚合的方法进行制 备, 是生物医用材料的重要组成之一。由于医用高分子材料可以通过 组成和结构的控制而使材料具有不同的物理和化学性质, 以满足不 同的需求, 耐生物老化, 作为长期植入材料具有良好的生物稳定性和 物理、 机械性能, 易加工成型, 原料易得, 便于消毒灭菌, 因此受到人 们普遍关注, 已成为生物材料中用途最广、用量最大的品种, 近年来 发展需求量增长十分迅速。目前全世界应用的有90 多个品种, 西方 国家 消耗的医用高分子材料每年以10% ~ 20% 的速度增长。以美国

为例, 每年有数以百万计的人患有各种组织、 器官的丧失或功能障碍, 需进行800 万次手术进行修复, 年耗资超过400 亿美元, 器官衰竭和 组织缺损所需治疗费占整个医疗费用的一半。 随着人民生活水平的提 高和对生命质量的追求, 我国对医用高分子材料的需求也会不断增 加。

1 高分子医用材料简要介绍
1.1 定义 生物医用材料：生物医用材料（biomedical material）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。 生物高分子医用材料： 生物医用高分子材料指用于生理系统疾病 的诊断、治疗、修复或替换生物体组织或器官,增进或恢复其功能的 高分子材料。研究领域涉及材料学、化学、医学、生命科学[1 ] 。虽 已有四十多年的研究历史,但蓬勃发展始于20 世纪70 年代,随着高分 子化学工业的发展,出现了大量的医用新材料和人工装置,如人工心脏 瓣膜、 人工血管、 人工肾用透析膜、 心脏起博器以及骨生长诱导剂等。 近十年来,由于生物医学工程、材料科学和生物技术的发展,医用高分

子材料及其制品正以其特有的生物相容性、 无毒性等优异性能而获得 越来越多的医学临床应用。 1.2 高分子医用材料分类 1.2.1 按可降解性分为 (1) 非降解型医用高分子材料:主要是聚氨酯、硅橡胶、聚乙烯、 聚丙烯酸酯等, 广泛用于韧带、肌腱、皮肤、血管、人工脏器、骨和 牙齿等人体软、硬组织及器官的修复和制造、粘合剂、材料涂层、人 工晶体等。其特点是大多数不具有生物活性, 与组织不易牢固结合, 易导致毒性、过敏性等反应; (2) 生物降解型医用高分子材料:主要成分是聚乳酸、 聚乙烯醇及 改性的天然多糖和蛋白质等, 在临床上主要用于暂时执行替换组织 和器官的功能,或作药物缓释系统和送达载体、可吸收性外科缝线、 创伤敷料等。其特点是易降解, 降解产物经代谢排出体外, 对组织生 长无影响, 目前已成为医用高分子材料发展的方向。 1.2.2 按材料与活体组织的相互作用关系分类 (1) 生物惰性高分子材料, 体内不降解、不变性, 不引起长期组 织反应。 (2) 生物活性高分子材料, 植人材料与周围组织发生有益的相互 作用, 如组织爬生。 (3) 生物吸收高分子材料, 在体内逐渐降解, 并被肌体吸收。 1.2.3 按成分组成不同分为 (1) 合成生物医用高分子材料

合成医用高分子材料发展的第一阶段始于1937年,其特点是所用 高分子材料都是已有的现成材料;第二阶段始于1953年,其标志是医用 级有机硅橡胶的出现; 第三个阶段是具有主动诱导、激发人体组织器 官再生修复的新材料的出现[2]。又分为以下种类：①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; ②组织工程用高分子材料。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。分为具有药理活性的高分子药物,低分子药物的高分子化, 药用高分子微胶囊;④医药包装用高分子材料。可为软、硬两种类型。 硬型材料如聚酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯等,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;⑤眼科用高分子材料。隐 形眼镜,人工角膜,人工晶状体;⑥医用粘合剂与缝合线 是指将组织粘 合起来的组织粘合剂;⑦医疗器件用高分子材料。 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。 （2）天然医用高分子材料 天然生物医用高分子原材料源于自然界, 资源丰富、容易获取, 具有很好的生物相容性、可降解性和较低的毒性,因而有着广阔的应 用前景。 又分为以下种类： (1)具有特殊功能和生物活性的天然多糖;(2) 两亲性多糖衍生物;(3)生物大分子前药;(4)天然高分子类水凝胶。 多糖、蛋白质及其衍生物具有非常好的生物相容性、可降解性和

低毒性, 在生物、医学和药学领域有广泛的应用前景。但是,这些天然 高分子结构较为复杂,如何以它们为基质材料构建和合成具有新型结 构和功能的天然生物医用高分子材料仍有待进一步研究[3]。 （3）天然生物组织与器官 ① 取自患者自体的组织，例如采用自身隐静脉作为冠状动脉 搭桥术的血管替代物；② 取自其他人的同种异体组织，例如利用他 人角膜治疗患者的角膜疾病；③ 来自其他动物的异种同类组织，例 如采用猪的心脏瓣膜代替人的心脏瓣膜，治疗心脏病等。 1.3 高分子医用材料的特性 医用高分子材料是在医疗过程中使用,是直接或间接与人体组织 相接触的材料。所以, 医用高分子材料从原料、助剂、聚合物的合成 到制品结构设计和加工都有别于一般工业用的高分子材料, 有它的 特殊要求。以下为医用高分子材料的基本特性： （1）无毒性。材料不会引起异常变态反应,不引起过敏反应, 对人 体无刺激性等。 (2)组织相容性。材料对接触的周围组织不引起炎症和异物反应 等肌体反应。 (3) 血液相容性。当材料与血液接触时, 不会引起血液凝固而成 血栓, 也不破坏血型而发生血溶。 (4) 耐生物老化性。 长期放置体内的材料,其化学特性和物理机械 性能不发生明显变 (5) 消毒性。材料不因煮沸、干燥灭菌、药液和环氧乙烷等方法

的消毒而发生变质。 (6) 易于加工成所需要的复杂的形状[4~5]。 1.4 医用高分子材料的条件 医用高分子材料一般要满足下列基本条件: (1)安全性，必须无毒或副作用极少 (2)物理、化学和机械性能需满足医用所需设计和功能的要求 (3)不会产生遗传毒性和致癌 (4)不会产生免疫毒性 (5)材料与人体各种组织的适应性要好 (6)能经受必要的灭菌过程而不变形 (7)易于加工成所需要的、复杂的形态 (8)不同的应用领域，要求材料分别具有一定的特殊功能

2 医用高分子材料的发展
2.1 高分子材料的诞生 1920年德国人史道丁格(Standinger) 发表了划时代 的文献 “论聚合” 他提出了 。 “高分子” 、 “长链大分子” 的概念。史道丁格学说在1932年法拉第学会上得到公 认。他预言了一些含有某些官能团的有机物可以通过 官能团间的反应而聚合，比如聚苯乙烯、聚甲醛等， 后来都得到了证实。为了表彰他的杰出贡献，1953年 72岁的他登上了诺贝尔化学奖的领奖台。 史道丁格是高分子科学的奠 图1 高分子科学的奠基人 基人(图1)。 H.Standinger 博士

2.2 高分子医用材料发展的4个阶段 第1阶段：时间大约是7千年前至19世纪中叶，是被动地使用天然 高分子材料阶段。这一时期的高分子材料有，大漆及其制品、蚕丝及 织物、麻、棉、羊皮、羊毛、纸、桐油等。 第2阶段：从19世纪中页到20世纪20年代，是对天然高分子材料 进行化学改性，从而研制新材料阶段。在这阶段中，人类首次研制出 合成高分子材料（酚醛树脂） 。这一时期的高分子材料有，硫化橡胶， 赛璐珞（硝基纤维素脂） 、硝基纤维素酯，人造丝、纤维素粘胶丝、 酚醛树脂清漆和电木等。 第3阶段：20世纪30年代至60年代，是人类大量研制新合成高分 子材料阶段。在这一阶段， “高分子科学”概念已经诞生，大批高分 子化学家投入到新聚合物的合成和新材料开发的研究领域。 从而导致 了至今天仍有重要意义的大批通用高分子材料的诞生。例如顺丁、丁 苯、丁纳等合成橡胶的出现；尼龙66、聚酯（PET） 、聚丙烯腈等合成 纤维的出现；聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚 酰亚胺、有机硅、有机氟、杂环高分子等塑料和树脂的出现。 第4阶段：从20世纪60年代至今，是人类对高分子材料大普及、 大扩展阶段。在这个阶段，人类对上述聚合物的使用更加合理，聚合 物生产的价格更为低廉， 从而使高分子材料渗透到国民经济及人类生 活的各个方面，使高分子材料成为了人类社会继金属材料，无机材料 之后的第3大材料。

2.3 国内外研究进展 近年来,美国、欧洲和日本对生物医用高分子材料的研究与开发 突飞猛进,从人工器官到高效缓释高分子药物都取得了很多成果和巨 大效益。据美国健康工业制造者协会资料报告,1995年世界市场达1 200 亿美元,美国为510亿美元,预计在21世纪将成为国民经济的支柱 产业。 目前,除人脑外的大部分人体器官都可用高分子材料来制作,有 保健作用的功能高分子也在开发之中。 目前植入的人工器官市场已达 30 亿美元/ a ,人工心脏导管市场的年增长率为10 % ,1999年达到6 亿美元。预计药物释放系统的营业额将从1993年的50亿美元增长到 2000 年的70亿美元。目前,生物材料制品的总产值已达40 亿美元, 其中生物高分子及制品的产值为25亿美元。据统计:截至1990年,美 国、 日本和西欧等国发表的有关医用高分子的学术论文和专利已超过 3 万篇。 我国生物医学高分子研究起步较晚。自20世纪70年代末起,北京 大学和南开大学从事这一领域的研究。 “九五”期间由何炳林与卓仁 禧主持的国自然科学基金重大项目组织大批科研力量进行研究,在此 领域取得了显著成绩。1998年“生物医学高分子”项目获教育部科技 进步一等奖。例如,冯新德等设计合成的链段化聚醚氨酯以及由铈离 子引发的接枝聚合物,具有良好的抗凝血性能;通过丙交酯与己内酯 的开环共聚合反应制备了恒速降解的生物降解高分子,可用作药物缓 释材料。 何炳林等根据分子识别原理设计合成的血液净化材料不仅可

通过血液灌流清除肝衰竭[6]、肾衰竭、自免疫疾病患者体内积蓄的 内源性物质[7] ,而且还可以救治安眠药等药物中毒患者,已在临床 试用千余例;在医用固定化酶和高分子修饰酶研究中,发展了若干有 效的反应方法,使生物高分子保持高活性的前提下达到较高的固载 [8]。卓仁禧等不仅设计合成了大量的始于药物控释的生物降解聚磷 酸酯,而且发展了以二甲氨基吡啶催化磷酸酯的缩聚反应制备高分子 量聚磷酸酯和用脂肪酶催化含磷杂环化合物的开环聚合方法,并研究 发现聚磷酸酯的免疫活性[9]。林思聪等提出设计抗凝血材料的表面 结构的“维持正常构象”假说,并发展了聚氨酯、聚硅氧烷、聚烯烃 的表面接枝反应,合成了多种表面抗凝血性能良好的新材料[10] 。 这 些研究成果不仅在国际上产生了重要影响,而且对于我国生物医用高 分子领域的发展奠定了基础。 如1988年在昆明召开了国际高分子生物 材料讨论会,它是继在日本召开的Biomaterial Congress 的 Post2symposium。此外, 在天津、桂林、武汉、昆明也召开过多次国 际生物医学高分子讨论会。目前,国内主要有十几个高校和研究机构 从事生物医用高分子研究,研究队伍不断扩大,研究方向几乎包括生 物医用高分子的各个方面。 2.4 医用高分子材料的发展方向 （1）人工脏器的生物功能化，小型化，体植化:目前使用的人工 脏器，大多数只有“效应器”的功能，即人工脏器必须与有功能缺陷 的生物体共同协作,才能保持体内平衡。研究的方向是使人工脏器永 久性地植入体内,完全取代病变的脏器。这就要求高分子材料本身具

有生物功能。 （2）生物医用纳米材料———药物控释材料及基因治疗载体材 料:高分子药物控制释放体系不仅能提高药效,简化给药方式,大大降 低药物的毒副作用,而且纳米靶向控制释放体系使药物在预定的部位, 按设计的剂量,在需要的时间范围内,以一定的速度在体内缓慢释放, 从而达到治疗某种疾病或调节生育的目的一次性注射或口服的高分 子疫苗制剂的开发,将克服普通疫苗需多次注射方能奏效的缺点,而 深受人们的重视。 高分子避孕疫苗的研制又将为人类的生育调节提供 一个简便、无毒副作用、十分安全的新方法,并有可能成为未来控制 人口增长的重要措施。基因治疗是导入正常基因于特定的细胞(癌细 胞)中,对缺损或致病的基因进行修复,或者导入能够表达出具有治疗 癌症功能的蛋白质基因,或导入能阻止体内致病基因合成蛋白质的基 因片段来组织致病基因发生作用,从而达到治疗的目的。基因疗法的 关键是导入基因的载体,只有借助载体,正常基因才能进入细胞核内。 目前,高分子纳米材料和脂质体是基因治疗的理想载体,它具有承载 容量大、安全性能高的特点。近来新合成的树枝状高分子材料作为基 因导入的载体值得关注。 (3)复合生物材料:作为硬组织修复材料的主体,复合生物材料 受到广泛重视,它具有强度高、韧性好的特点,目前已广泛用于临床。 通过具有不同性能材料的复合,可以达到“取长补短”的效果,可以 有效地解决材料的强度、韧性及生物相容性问题,是生物材料新品种 开发的有效手段。 提高复合材料界面之间的相容性是复合材料研究的

主要课题。根据使用方式不同,研究较多的是合金、碳纤维/高分子材 料、无机材料(生物陶瓷、生物活性玻璃)、高分子材料的复合研究。

3 高分子材料的研究及应用
3.1 高分子医用材料的生物相容性研究 生物相容性是指材料活体组织之间相互容纳的程度[12]。 它包含 两层含义： 血液相容性和组织相容性。 生物相容性(Biocompatibility) 是生物医用材料区别于其他材料的最重要的特征， 是评价一种材料能 否在生物医学领域应用的根本依据。因此，生物相容性是生物医用材 料研究的中心课题之一。 3.1.1 组织相容性 组织相容性(Tissue-compatibility)是指材料与生物活体组织 及体液接触后，不引起细胞、组织的功能下降，组织不发生炎症、癌 变以及排异反应等[13]。应用的条件不同，对材料组织相容性的要求 不同。 (1)材料与生物体的相互作用 高分子材料在与生物体组织接触时， 同样发生各种各样的相互作 用。概括起来如图所示[14]。

图中白色箭头表示的是生物体方面发生的反应， 即材料对活系统 的作用，包括局部和全身反应（如炎症、细胞毒性，凝血、过敏、致 癌、畸变等排异反应）以及促进组织形成．免疫系统活化等医疗上的 有效反应。它是由材料本身的化学组分、分子或其部分结构在生理环 境下释放到生物组织以及材料制品对生物组织的机械、 电化学或其它 刺激作用所造成的。 黑色箭头表示的是与生物体接触的材料方面的变 化。高分子材料在生物体内与生物肌体、体液、血液等接触，在各种 无机离子（如K+、Na+、Mg2+、Cl-、HCO3-、PO43-、SO42-等） 、 小分子无机物（如O2、CO2、H2O 等）和大分子有机物（酶、蛋白质 类脂质等）的作用下，发生腐蚀、降解、磨损、失效等物理化学性质 上的变化。 (2)组织相容性材料的设计 材料与生物体的相互作用情况决定了材料组织相容性的程度。 材 料对组织相容性的影响包含着两种特征尺度水平上的因素。 一是微观

分子水平，这类影响主要表现为材料表面的化学组成、形态结构、电 荷性质及其分布等等。另一个是宏观尺度水平，这类影响包括材料的 物理力学性质、材料的宏观形态尺寸等。而且，这类大尺度上的效应 比分子尺度上发生的化学效应更为重要。 生物系统对生物相容性的影响包括生物体种类、植入部位、受体 的健康状况、埋植留存时间、使用的生理环境等。一般说来，材料与 生物体相互作用的反应主要集中于固体生物材料与体液接触形成的 固-液界面上。依据材料与生物体的相互作用关系，设计组织相容性 材料(Tissue-compatibilityMaterials)时应兼顾以上几个方面因 素。 尤其是材料的宏观形态、 尺寸、 表面形貌不容忽视。 在许多场合， 这些因素直接决定了材料生物相容性[15-17]。 研究发现，无论材料的本征结构如何，大体积薄片植入诱发肿瘤 的几率总是最高，而成海绵体、纤维壮和粉术状植入物几乎不诱发肿 瘤[18]。而由同一种化学结构的材料制备的三种不同表面结构的样 品，尽管其毒性分析表明均无可被萃取的物质，但当植入软组织中， 却出现了截然不同的诱发组织增生性。 实验研究发现表面织构为10-20μ m 圆孔的A 样品，允许组织和 血管的长入，组织和聚合物紧密接触；而表面织构为200μ m 拉长孔 的B样品及表面无孔的C 样品，则表现出传统的硬壳层状囊性增生。 总之，组织相容性材料的设计，不但要考虑材料固有的表面化学 结构的相容性， 而且， 材料的宏观结构， 表面拓扑结构是极为重要的。

3.1.2 血液相容性 所谓血液相容性( Blood- compatibility) 是指材料与血液接触 后, 不引起血浆蛋白的变性, 不破坏血液的有效成分, 不导致血液 的凝固和血栓的形成。 （1）材料表面的凝血机理 当血液在以内皮细胞为内壁的血管中正常流动时, 一般不出现 凝血现象。当高分子材料植入体内与血液相接触时,血液的流动状态 和血管壁状态都发生了变化,材料被生物体作为异物而识别, 二者界 面在发生了一系列复杂的相互作用后, 产生疑血现象。 这一过程基本 上可以用下图来简略描述。

首先, 小分子( 水和无机盐等) 和血浆蛋白( 包括部分凝血因 子、抗凝血因子) 相继吸附在材料表面, 形成一蛋白质吸附层。这一 过程十分迅速, 大约只需几秒。 材料的表面性质极大地影响着吸附蛋 白层的数量、组成、结构, 这对血栓的形成起重要作用。其次, 吸附

在材料表面的蛋白质变性、活化, 在Ca2+存在的条件下,通过激活凝 血因子、血小板粘附、红血球粘附三条途径, 最终导致血栓的形成。 其中以凝血因子的激活和血小板粘附起主导作用, 而这两者之间又 相互影响, 相互促进。 同时, 由于生物体系还存在着抗凝血系统负反 馈机制, 如抗凝血因子体系、抗血小板体系、纤维蛋白溶解体系等, 也将受到材料表面性质的影响, 与凝血系统协同作用, 决定材料表 面凝血反应的速度与程度。 （2）抗凝血材料的设计 材料与血液接触后, 不形成不可逆的血栓过程, 称为具有抗凝 血性( Antithromboeicity) 。依据材料表面的凝血机制, 形成血栓 的任何一个环节受到抑制或阻断, 都可得到良好的抗凝血性。 就目前 而言, 抗凝血高分子生物材料( Antithromboeicity Biomedicine Materials) 的设计[ 19-24] 大致可概括为以下几个方面： ① 材料表面的接技改性。材料表面的接枝改( Graftmodified) 是从减少材料与血液成分相互作用, 阻抗血浆蛋白吸附的角度, 通 过接枝亲水性基团或疏水性基团来改善血液相容性的。 极端亲水性表 面的材料, 由于界面自由能大大降低, 减少了材料表面对血液中多 种组分的作用, 因而呈现优良的抗凝血性。 而极端疏水性表面的材料, 由于表面能低, 与血液各组分作用小, 同样可呈现优良的抗凝血性。 因此, 以表面接枝来改变材料表面的亲/疏水性是提高材料抗凝血性 的一个重要途径。 ② 材料表面负载电荷。由于血液中多种组分(如血红蛋白、血小

板、 部分血浆蛋白质等)在血液环境中呈负电性,血管内壁也呈负电性 [ 24- 25] , 因此人们认为静电排斥作用可以阻碍血浆蛋白及血小板 等物质的吸附,从而有利于抗凝血。用阴离子修饰材料表面来提高抗 凝血性能已被广泛研究。但事实上,由于材料表面吸附蛋白质层及血 液中阳离子的存在,以材料-血液的静电作用理论来设计抗凝血材料 表面有很大欠缺。 ③ 材料表面生物化。生物内的凝血与抗凝血是一个相互制约的 平衡系统,许多生物活性物质都有较高的抗凝血活性。 因而,将这些具 有抗凝血功能的生物活性物质通过共价键合、离子键合、交联、吸附 等方式负载到材料表面是提高血液相容性( Blood- Compatibility) 的有效手段。依据表面负载生物活性物质不同的抗凝血机理,这类材 料可分为两类: 一类是抗凝材料。表面负载肝素、前列腺素、白蛋白 等活性物质,能抑制多凝血酶原的活化,阻抗血小板粘附。 其中以肝素 化高分子材料的研究最多。另一类是纤溶材料。表面负载尿激酶、纤 维蛋白溶酶、链激酶等活性物质, 具有纤溶作用,可溶解材料表面已 形成的血栓。这类生物活性材料的研究相对较少,但纤溶在抗凝血方 面的作用正日益受到重视。 由于抗凝( 阻止血栓形成) 和纤溶( 溶解 已形成的血栓)是理想血液相容性材料的两个不可分割的重要方面。 因此, 最近的研究已经开始尝试将这两种活性物质集于同一高分子 材料, 制得一种同时具有抗凝血和纤溶活性的新型血液相容性材料。 ④ 材料表面微相分离。与血液接触的血管内膜是由上皮细胞构 成的,细胞膜是细胞表面结构的“核心”部分。按照生物膜流动镶嵌

模型, 这层生物膜骨架为脂质双分子层, 蛋白质镶嵌其中。 脂质双分 子层以非极性基团相对,极性基团向外,形成亲水区,与蛋白质疏水区 共同形成微观非均相结构。因此,材料表面微相分离也是获得良好血 液相容性的有效途径。 ⑤ 材料表面内皮化。 材料表面内皮化是抗凝血的研究的新动向。 内皮化的表面主要是指伪内膜化表面或内皮细胞和高分子的杂化表 面。 伪内膜化表面是指当材料与血液接触时, 在两者界面上会先形 成一层稳定的红色血栓膜, 成分为血浆蛋白质、血小板、纤维蛋白、 白细胞等。进而有成纤细胞、内皮细胞在此膜上生长,形成了一种结 构与血管壁类同的内膜, 即所谓伪内膜( pseudointima)。目前, 表 皮伪内膜的聚四氟乙烯人工血管已在临床上得到了应用[25-26] 。 3.2 高分子医用材料的发展应用 生物医用高分子材料作为用于诊断、治疗和器官再生的材料,具 有延长病人生命、提高病人生存质量等作用。医用高分子材料涉及到 多个学科， 根据不同的需要医用高分子材料有不同的分类方法和在不 同领域的应用。利用现有的医学材料已开发应用的医用植入体、人工 器官等近300种，[27]生物材料是一个巨大的产业，生物材料的不可 缺少性， 尤其是进口材料动辄上万元的价格决定了我国必须加强具有 自主知识产权的生物材料的研究发展 [28]。 3.2.1 硬组织相容性高分子材料 硬组织相容性高分子材料（如各种人工骨、人工关节、牙根等）

是医学临床上应用量很大的一类产品，涉及医学临床的骨科、颌面外 科、口腔科、颅脑外科和整形外科等多个专科，往往要求具有或替代 组织类似的机械性能，同时能够与周围组织结合在一起。如牙科材料 （蛀牙填补用树脂、假牙和人工牙根、人工齿冠材料和硅橡胶牙托软 衬垫等） ；人造骨、关节材料聚甲基丙烯酸甲酯等。随着生命科学、 材料科学、医学临床的发展和人们生活水平的不断提高，此类材料具 有越来越广阔的临床应用前景和巨大的经济效亦。 3.2.2 软组织相容性高分子材料 软组织相容性高分子材料主要用于软组织的替代和修复， 如隆鼻 丰胸材料、人工肌肉[29]（硅橡胶和涤纶织物）等。这类材料往往要 求具有适当的强度和弹性以及软组织相容性，在发挥其功能的同时， 不对临近软组织（如肌肉、肌腱、皮肤、皮下等）产生不良影响，不 引起严重的组织病变。 3.2.3 血液相容性高分子材料 血液相容性高分子材料在医用高分子材料的应用方面， 有相当多 的器件必须与血液相接触，例如:各种体循环系统、介入治疗系统、 人工血管（聚对苯二甲酸乙二酯）和人工心瓣膜等人工脏器。血液相 容性高分子材料必须不引起凝血、溶血等生理反应，与活组织有良好 的相互适应性。 3.2.4 高分子药物和药物控释高分子材料 高分子药物指带有高分子链的药物和具有药效的高分子，如：抗 癌高分子药物（非靶向、靶向） 、用于心血管疾病的高分子药物（治

疗动脉硬化、抗血栓、凝血） 、抗菌和抗病毒高分子药物（抗菌、抗 病毒） 、抗辐射高分子药物和高分子止血剂等。高分子材料制备药物 控制释放制剂主要有两个目的:1） 为了使药物以最小的剂量在特定的 部位产生治疗药效；2）优化药物释放速率以提高疗效，降低毒副作 用。高分子控制释放体系包括时间控制缓释体系（如康泰克等，理想 情形为零级释放） 、部位控制缓释体系（靶向药物）和脉冲释放方式 （智能药物） 。[30,31]

4 医用高分子生物材料的发展前景和趋势
据统计,世界上已用的医用高分子材料有90多个品种, 1800余种 制品,医用塑料年消售额达31亿美元。西方国家医用高分子材料的年 增长率为10% ～15%[32]。另据5生物技术通报6报道[33] ,现在美国 商业化的生物技术是以医药品为主的。 加拿大的生物技术的优势领域 在医疗器材和制药业。在欧洲,英国的生物技术市场达到36亿欧洲货 币单位。 德国1997年投入生物技术研究与开发的总经费大约为33亿马 克。生物技术是日本21世纪创新产业的主要技术领域之一。在生物技 术立国的口号下,日本政府5年内投资2万亿日元,其中生物降解材料 和药物生产商业化是其重点支持的领域。韩国制定了《韩国生物技术 2000 纲要》 ,在实施纲要的14年期间,政府和企业将投资200 亿美元。 我国从上世纪50年代就开展了人工器官的研究,经过50多年的发 展,已经取得了很大的成就,现有医用高分子材料60多种,制品达400 余种。 早在1999年6月,科技部生物领域专家组就在南京和上海召开了 生物芯片技术和组织工程技术研讨会,会议决定启动这2个研究项目,

并作为该领域的重点课题。东南大学、清华大学、华中农业大学、上 海第二医科大学、 第一军医大学和华东理工大学等单位承担了这些课 题, 其某些研究成果已见报道。此外, 中科院化学所、天津大学、中 国科技大学、浙江大学、四川大学、军事医学科学院等单位也分别在 组织工程、 药物控释等方面展开了研究工作, 使我国医用高分子材料 的研究呈现出欣欣向荣的景象。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。我认为,今后的发展趋势将主要体现 在以下几个方面: ( 1) 医用可生物降解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[34-37] 。 ( 2) 复制具有人体各部天然组织的物理力学性质和生物学性质 的生物医用材料,达到高分子的生物功能化和生物智能化[35] ,是医 用高分子材料发展的重要方向。 生物高分子的研究从以人工合成为主 转向生物材料的软合成和自组装。此外,用生物技术合成高分子的反 应条件更温和、产物的生物降解性能更好, 因而具有诱人的前景。 ( 3) 人工代用器官在材料本体及表面结构的有序化、复合化方 面将取得长足进步, 以达到与生物体相似的结构和功能, 其生物相 容性将大大提高。 ( 4) 药用高分子及医药包装用高分子材料的应用将继续扩大。 由于医用高分子材料的研究对探索人类生命的秘密, 保障人体健康

和促进人类文明的发展都相当重要, 世界各国都十分重视并大力研 究开发, 正形成新的高科技产业, 因此, 继续大力发展我国医用高 分子材料的研究和开发意义重大。

5 结论
生物技术将是21世纪最有前途的技术， 医用高分子材料将在其中 起到重要的作用，其性能将不断提高，应用领域也将进一步拓宽，尤 其在医疗卫生领域。医用高分子材料在生命科学、医疗器械、药物等 领域中已得到广泛而重要的应用 , 但还有巨大潜力可挖 ,医用高分 子材料的研究对保障人体健康、 促进人类文明的发展具有重要的现实 意义。展望未来，高新技术的注入将极大的增强医用高分子材料产业 的活动力。 常规医学材料的应用中所面临的人工关节失效的磨损碎屑 问题，心血管器件的抗凝血问题，材料的降解机制问题，评价材料和 植入体长期安全性、可靠性的可靠方法和模型等问题有望得到改善。 但同发达国家相比我国的医用高分子材料产业和研究开发水平都还 有较大的差距。我国加入WTO后，医用高分子材料产业面临极大的机 遇与挑战。 所以， 应在国家的大力支持下， 跨部门， 跨学科通力合作， 走自力更生与技术引进相结合的道路，在生物材料、分子设计、仿生 模拟、智能化药物控施等方面重点投入。医用高分子材料必将为造福 我们人类做出更大的贡献。

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