1、L/O/G/O生物醫用材料生物醫用材料定義義1. 定義定義：生物材料是一類具有特殊性能、特殊生物材料是一類具有特殊性能、特殊功能，用于功能，用于人工器官、外科修復、理人工器官、外科修復、理療康復、診斷、檢查、治療疾患療康復、診斷、檢查、治療疾患等醫等醫療保健領域，而對人體療保健領域，而對人體無毒，無副作無毒，無副作用，不凝血，不溶血，不引起人體細用，不凝血，不溶血，不引起人體細胞的突變，畸變和癌變，不引起免疫胞的突變，畸變和癌變，不引起免疫排異反應排異反應的材料。的材料。舉例：形狀記憶生物材料熱彈性馬氏體形狀記憶效應熱彈性馬氏體形狀記憶效應將一定形狀的記憶合金試樣冷卻到Mf點以下，對之進行一定

2、限度的變形，卸去載荷后，變形被保留下來；將變形了的試樣加熱到As以上，試樣開始恢復，加熱到Af點，試樣恢復到變形前的形狀。 （圖中Ms表示冷卻時開始產生熱彈性馬氏體的轉變溫度，Mf表示冷卻時轉變的終止溫度，As表示升溫時逆轉的溫度，Af表示逆轉完全的溫度）。 5醫學應用醫學應用 血栓過濾器：血栓過濾器：預壓縮 受熱擴張后植入腔道內效果醫用腔內支架的應用原理示意醫用腔內支架的應用原理示意 消化道內支架 血管內支架 膽道內支架 腔內內支架臨臨床應應用實實例 記憶合金支架經過預壓縮變形后（a） ，能夠經很小的腔隙安放到人體血管、消化道、呼吸道、膽道、前列腺腔道以及尿道等各種狹窄部位。支架擴展后形成如

3、圖（b）所示的記憶合金骨架，在人體腔內支撐起狹小的腔道，這樣就能起到很好的治療效果。 8固定斷骨的銷和接骨板：固定斷骨的銷和接骨板：尺橈骨骨折尺橈骨骨折 術前術前術后術后9取下方便取下方便 代替傳統石膏繃帶用于代替傳統石膏繃帶用于創傷部位的固定材料創傷部位的固定材料 骨傷傷固定： 手術時，醫生先用低溫（05攝氏度）消毒鹽水冷卻記憶合金器械，然后根據需要改變其抱合部位的形狀，安裝于患者骨傷部位。待患者體溫將其 “ 加熱 ” 到設定的溫度時，器械的變形部分便恢復到原來設計的形狀，從而將傷骨緊緊抱合，起到固定與支撐的作用。這種新技術與傳統的骨傷內固定術相比，大大降低了手術的難度，并可使手術時間縮短三

4、分之二。由于材料自身的記憶功能十分穩定，良好的 “ 抱合力 ” 使病人手術的愈合期也大大縮短。 醫用細絲 牙齒弓絲（方） 二、性 能 要 求 與 分 類： 生物材料實質上是一種特殊的功能材料。是生物材料實質上是一種特殊的功能材料。是一類與人類生命和健康密切相關的新材料。凡是一類與人類生命和健康密切相關的新材料。凡是應用于人體的生物材料都應具有良好的生物應用于人體的生物材料都應具有良好的生物 性性 能，這是保證其臨床安全有效應用的重要技術指能，這是保證其臨床安全有效應用的重要技術指標。標。 生物功能性生物功能性和和生物相容性生物相容性是評價生物醫學是評價生物醫學材料最終能否應用于人體的兩個最基本

5、的標準材料最終能否應用于人體的兩個最基本的標準。生 物 功 能 性： 生物醫學材料應具有良好的物理、生物醫學材料應具有良好的物理、 化學和機械性能，化學和機械性能， 以行使所替代、器官的生理功能。以行使所替代、器官的生理功能。 制造人工心臟材料要考慮在心臟制造人工心臟材料要考慮在心臟 有節律的收縮與舒張壓力有節律的收縮與舒張壓力 變化變化 情況下應力老化。情況下應力老化。 假牙材料必須具有與活體牙相近似的熱膨脹系假牙材料必須具有與活體牙相近似的熱膨脹系 數、低導數、低導 熱性、高硬度以及優良的耐磨性。熱性、高硬度以及優良的耐磨性。表表1-5.1 對材料所要求的生物醫學功能對材料所要求的生物醫學

6、功能表表1-5.2 對材料所要求的生物醫學功能對材料所要求的生物醫學功能材料對機體產生的生物危害性材料對機體產生的生物危害性 機體組織對材料的影響機體組織對材料的影響 致癌性致癌性 致畸性致畸性 刺激性刺激性 毒性毒性 過敏性過敏性 溶血性溶血性 致突性致突性 老化老化 腐蝕腐蝕 降解降解 注意：注意：材料的降解和腐蝕不僅會材料的降解和腐蝕不僅會影響材料的生物功能性，其產物影響材料的生物功能性，其產物也會對機體產生潛在的生物危害也會對機體產生潛在的生物危害。v 現詳細被研究過的生物材料已超現詳細被研究過的生物材料已超過一千多種，被廣泛應用的也達過一千多種，被廣泛應用的也達數十種。數十種。生物材

7、料生物材料分類按醫用材料的來源按醫用材料的來源按醫用材料的性質按醫用材料的性質按醫用材料在人體使用部位按醫用材料在人體使用部位按醫用材料的使用要求按醫用材料的使用要求按醫用材料的來源分類： 人體自身組織：如自身隱靜脈；人體自身組織：如自身隱靜脈； 同種器官與組織：如人尸體角膜；同種器官與組織：如人尸體角膜； 異種同類器官與組織：如豬腎臟；異種同類器官與組織：如豬腎臟； 天然生物材料的提取與改性：如動物皮天然生物材料的提取與改性：如動物皮、骨膠原的提取，經處理制成縫線；、骨膠原的提取，經處理制成縫線； 合成材料：如硅橡膠制作人工瓣膜。合成材料：如硅橡膠制作人工瓣膜。培養瓶內正在培養的人工表皮培養

8、瓶內正在培養的人工表皮 人造皮膚人造皮膚 人造人造皮膚是利用工程學和細胞生物學的原皮膚是利用工程學和細胞生物學的原理和方法，在體外人工研制的皮膚代用品理和方法，在體外人工研制的皮膚代用品，用來修復、替代缺損的皮膚組織，按成，用來修復、替代缺損的皮膚組織，按成分不同，可分單純人工真皮和具有表皮細分不同，可分單純人工真皮和具有表皮細胞層的活性復合皮。胞層的活性復合皮。人工皮膚人工皮膚1980年哈佛大學的二位教授Yannas及Burke發展二層結構的人工皮膚結構，上層由矽膠組成，似人體的上皮；下層為多孔狀類真皮結構，主要成分為小牛的膠原蛋白及鯊魚的軟骨素交聯而成L/O/G/O人造皮膚的結構及制作人造

9、皮膚的結構及制作人造皮膚有兩層：表層和里層。表層是由一種硅橡膠薄膜制成，能阻擋細菌的進攻。里層是一種特殊的培養基，能幫助受傷的皮膚生長。制作：第一種從病人身上提取膠原蛋白，然后放在培養皿上培養成一塊皮膚。第二種則是從病人身上提取皮膚細胞，只培養細胞，然后把細胞噴在傷口上，讓其生長成皮膚。前者的缺點是平均要等待21天才培養出皮膚。后者雖然可以快速在病人身上生成皮膚，但仍然在實驗階段。這是培養5周的人工復合皮膚組織切片，可見具有與正常皮膚類似的皮層結構L/O/G/O蠶絲人造皮膚蠶絲人造皮膚主要發明人：浙江大學動物科 學學院副教授閔思佳 由科研人員提取蠶絲中的蛋白質生產而成，這種人造皮膚就像用蠶絲做

10、成的服裝面料一樣，具有絲綢般的光滑平整和柔韌特性。而且，與目前治療大面積損傷時最常用的豬皮材料相比，它安全性更高。 步驟步驟依據患者皮膚損傷的尺寸，裁剪合適的絲蛋白材料，然后依據患者皮膚損傷的尺寸，裁剪合適的絲蛋白材料，然后將干細胞植入將干細胞植入通過可控的技術，讓多個干細胞在絲蛋白構成的材料上生通過可控的技術，讓多個干細胞在絲蛋白構成的材料上生長長通過對絲蛋白材料的設計，干細胞可以在其中轉化為不同通過對絲蛋白材料的設計，干細胞可以在其中轉化為不同的功能細胞，如真皮層的成纖維細胞，表皮層的表皮細胞的功能細胞，如真皮層的成纖維細胞，表皮層的表皮細胞等，最后生長成一塊仿生人工皮膚。等，最后生長成一

11、塊仿生人工皮膚。以上都是在一個生物反應器里完成的，時間大約以上都是在一個生物反應器里完成的，時間大約1212周，一周，一塊類似的人體皮膚就形成了，從而可以用于植皮手術塊類似的人體皮膚就形成了，從而可以用于植皮手術。L/O/G/O1. 與其他干細胞制作人工皮膚與其他干細胞制作人工皮膚相比，絲蛋白不會輕易遭到人相比，絲蛋白不會輕易遭到人體排斥體排斥2. 絲蛋白通過技術手段制作的絲蛋白通過技術手段制作的支架結構可以逐步在人體內降支架結構可以逐步在人體內降解，這才是仿生人工皮膚不被解，這才是仿生人工皮膚不被人體保衛系統侵蝕的最大秘密人體保衛系統侵蝕的最大秘密3. 根據測算，要想制作巴掌大根據測算，要想

12、制作巴掌大的一塊仿生人工皮膚，所需要的一塊仿生人工皮膚，所需要的絲蛋白不過在的絲蛋白不過在5克左右，差克左右，差不多不多18個蠶繭就能解決問題個蠶繭就能解決問題優 點L/O/G/O英國英國：ICX-SKN的人造皮膚的人造皮膚研制者：從事細胞療法研究的Intercytex集團 名為ICX-SKN的人造皮膚，這種皮膚在28天后可完全與人體結合，封閉并愈合傷口。 在初步的臨床實驗中，由于質地逼真，耐久性好，人造皮膚移植取得突破性成功。 ICX-SKN是由自體皮膚細胞產生的一種基質，即結締組織細胞構成的。結締組織細胞能在天然皮膚中形成骨膠原。這些結締組織細胞可構成類似于真實皮膚的組織結構。 L/O/G

13、/O白鼠體上移植的人造皮膚白鼠體上移植的人造皮膚+研制者：第四軍醫大學的研究人員 +從新生或出生前的試驗鼠身上取出少量皮膚組織，采用滅菌、消化、分離、培養等手段，獲得了足夠的細胞數量后，再用組織工程的辦法將其重新組合，成功地研制出具有表皮組織和結締組織的皮膚。這個過程用一個形象的比喻就是在器皿中“種皮膚”。試驗人員將這些人造皮膚移植到白鼠身上，經過觀察發現，人造皮膚不僅具有正常皮膚的部分功能，而且具有良好的修復皮膚創傷的作用，到目前為止并未發現有免疫排斥反應。可以說，目前人造“鼠皮”已研制成功。當然，這種皮膚與真正的皮膚還有差距，比如說沒有汗腺和毛發等附屬物我國第一個“人造皮膚”正式進入臨床應

14、用四軍醫大口腔醫院研制的我國組織工程第一個產品實現產業化這項技術的先進性在于，國內目前的這項技術的先進性在于，國內目前的人造皮膚研究僅能進行表皮的復制，人造皮膚研究僅能進行表皮的復制，四軍醫大則發展出帶有結締組織第二四軍醫大則發展出帶有結締組織第二層的皮膚，這種技術目前在國際上只層的皮膚，這種技術目前在國際上只有美國掌握，在國內四軍醫大是第一有美國掌握，在國內四軍醫大是第一家。家。金巖教授展示金巖教授展示組織工程皮膚組織工程皮膚L/O/G/O俄羅斯以納米材料制人造皮膚俄羅斯以納米材料制人造皮膚俄羅斯的生物皮膚和外國的類似產品性質不同。它具有高度的相容性，療效好。特點是用它進行的包扎無需更換。“

15、吉阿馬特里克斯”和恢復的皮膚結合。此外，它有再生的性能，在它上面能繁殖移殖的細胞。還有，俄羅斯的生物皮膚較便宜，這也很重要。斯坦福大學華裔女科學家鮑哲楠(Zhenan Bao，音譯)在已取得人造電子皮膚科研成果的基礎上，再接再厲，研發出更仿真的透明、超彈性的傳感器皮膚，讓人造電子皮膚擁有更接近自然皮膚的觸覺。這項研究已于10月23日發表在自然納米科技雜志上。 由美國宇航局科學家研制的一種新型人造皮膚采用垂直碳納米管層排列在整容手術所使用的橡膠聚合物上，就像是植入一塊皮膚一樣，碳納米管通過金絲的串接固定在一起。這些碳納米管分布在橡膠狀的聚合物上，這種結合橡膠聚合物和碳納米管的人造皮膚能夠將接觸表

16、面的熱量傳遞至傳感器網絡，就如同皮膚能夠及時獲取該信息一樣。碳納米管提取聚合物上的壓電感應后，傳感器能夠向機器人大腦產生一種信號。機器人也需要敏感的皮膚產生一定的觸感。 L/O/G/O人工皮膚的發展人工皮膚的發展+人造皮膚在中國起步較晚，但經過幾十年人造皮膚在中國起步較晚，但經過幾十年的發展，其在各個領域上面都取得的發展，其在各個領域上面都取得 了巨大了巨大的成就。的成就。 在美國、在美國、 加拿大、加拿大、 日本和歐共體日本和歐共體國家組織工程的研究和產業化得到迅速發國家組織工程的研究和產業化得到迅速發展，展， 尤其是美國有尤其是美國有 50 余家公司從事組織工余家公司從事組織工程產品的產業

17、化生產，已經形成價值程產品的產業化生產，已經形成價值 60 億億美元的產業，并以每年美元的產業，并以每年 25%的速度遞增。的速度遞增。初步估計，到初步估計，到 2020 年美國組織工程年美國組織工程 產品市產品市場可達每年場可達每年 180 億美元。億美元。 L/O/G/O人造皮膚的最新研究人造皮膚的最新研究多倫多大學的科研人員通過把單個細胞放入凝膠狀的薄片材料里，使其生長出一種全新的人造皮膚。值得一提的是，這種新的人造皮膚不僅能夠根據實際需要被培育成字母等特殊的形狀，其生長速度也大幅提高，從之前的一次生長幾微米變成現在一次生長幾厘米。 為何能根據需要培育成特殊形狀？L/O/G/O “馬賽克

18、凝膠”是一種薄皮狀的物質，能夠與活體組織的細胞生長兼容，進而確保各種不同的細胞能夠在凝膠里進行精準的、可操控的生長繁殖。 精確控制細胞生長具有非常重大的意義，如此一來，人造皮膚的細胞就能模擬活體組織細胞的自然生長，對燒傷患者的治療十分有利。 控制“馬賽克凝膠”里的細胞生長，令其排列成7個字母、組成單詞“Toronto”。 L/O/G/O未來人造皮膚未來人造皮膚+有觸感+可拉伸+能防彈 可剝落的電子表皮可剝落的電子表皮人造心臟瓣膜的置換 第一個可靠的人工心臟瓣膜，在1961年由美國俄勒岡州波特蘭的外科醫生史塔爾和他的合作者愛德華斯發明，是裝在不銹鋼罩中的塑料球。 按材料的屬性可分為：無機生物材料

19、；無機生物材料；有機生物材料；有機生物材料；復合生物材料；復合生物材料；天然生物材料；天然生物材料；雜化生物材料雜化生物材料。無 機 生 物 材 料：金屬與合金材料；金屬與合金材料；碳素材料；碳素材料；生物活性陶瓷；生物活性陶瓷；玻璃材料玻璃材料。普通金屬烤瓷牙普通金屬烤瓷牙 貴金屬烤瓷牙貴金屬烤瓷牙齒科材料齒科材料 修復牙齒用的合金除修復牙齒用的合金除銀銀之外主要有之外主要有鎳鉻鎳鉻、鈷鉻鈷鉻和和烤瓷合金烤瓷合金。 鎳鉻合金（軟質）適于制作齒冠、冠橋等部件；鎳鉻合金（軟質）適于制作齒冠、冠橋等部件； 鈷鉻合金（中硬質）適于作齒環、基托，硬質者鈷鉻合金（中硬質）適于作齒環、基托，硬質者則適于作

20、舌桿、整體部件則適于作舌桿、整體部件 烤瓷合金是用于制造烤瓷固定修復體的底層合金。烤瓷合金是用于制造烤瓷固定修復體的底層合金。先用緊密鑄造制成帽狀冠，在表面涂上烤瓷，高溫先用緊密鑄造制成帽狀冠，在表面涂上烤瓷，高溫燒結。強度與耐磨性高于塑料牙，又能按牙齒色調燒結。強度與耐磨性高于塑料牙，又能按牙齒色調配制。配制。 高銅銀合金粉系用于齲齒治療。為了解決銀合金粉高銅銀合金粉系用于齲齒治療。為了解決銀合金粉與汞調和中汞蒸氣的危害，已制成銀汞膠囊，效應與汞調和中汞蒸氣的危害，已制成銀汞膠囊，效應更佳更佳。牙槽骨內種植體牙槽骨內種植體種植牙并不是真的種上一棵或幾棵與天然牙一樣的牙齒，而是以種植材料埋植到

21、牙槽骨內（種植體），再在其上做假牙的一種“假牙”修復方法。它是一種以植入骨組織內的下部結構為基礎來支持、固位上部牙修復體的缺牙修復方式。主要包括下部的支持種植體和上部的牙修復體兩部分。 有 機 生 物 材 料：是具有一定生物相容性的合成高聚物材料是具有一定生物相容性的合成高聚物材料： 硅橡膠；硅橡膠；聚胺酯及其嵌段共聚物；聚胺酯及其嵌段共聚物；尼龍；尼龍；聚丙稀晴；聚丙稀晴；聚稀烴；聚稀烴；聚碳酸酯；聚碳酸酯；聚醚；聚醚；聚砜；聚砜；聚氯乙烯；聚氯乙烯；聚丙稀酸酯等。聚丙稀酸酯等。人工皮膚的材料分合成高分子和生物高分子兩類產品及組織工程相關產業產品及組織工程相關產業PLGA：聚乳酸-羥基乙酸共

22、聚物天 然 生 物 材 料：再生纖維再生纖維膠原膠原彈性纖維元彈性纖維元透明質酸透明質酸甲殼素甲殼素軟骨素等軟骨素等纖維蛋白纖維蛋白 Cusp：一端尖細的突出物，尤指心瓣的三角形段Vascular：血管的基于模塑的纖維蛋白凝膠載體的心臟瓣膜導管模型肌腱組織肌腱組織珊瑚羥基磷灰石人造骨復 合 生 物 材 料：用碳纖維增強的塑料；用碳纖維增強的塑料；用碳纖維或玻璃纖維增強的生物用碳纖維或玻璃纖維增強的生物陶瓷；陶瓷；用碳纖維或玻璃纖維增強的玻璃用碳纖維或玻璃纖維增強的玻璃等等。Hydrogel，水凝膠；透明質酸(Hyaluronic acid HA)、雜 化 生 物 材 料： 指來自活體的指來自活

23、體的天然材料天然材料與與合成材料合成材料 的雜化，如：的雜化，如： 膠原與聚乙烯醇的交聯雜化；膠原與聚乙烯醇的交聯雜化； 甲殼糖與聚乙烯醇的交聯雜化等甲殼糖與聚乙烯醇的交聯雜化等。按應用部位分類：硬組織材料：齒科材料、骨科材料；硬組織材料：齒科材料、骨科材料；軟組織材料：各種充填、整復材料；軟組織材料：各種充填、整復材料；心血管材料（抗凝血材料）：心血管材料（抗凝血材料）： 人工血管、人工導管等。人工血管、人工導管等。血液代用材料：血液代用材料： 人工紅血球、代用血漿。人工紅血球、代用血漿。透析及超濾用膜材料：透析及超濾用膜材料： 血液凈化、血漿分離用膜材料。血液凈化、血漿分離用膜材料。德國D

24、ensply Dyract Ap全功能復合體合體的所有優點，放氟功能更強耐磨性能更優異，表面更光滑。這種復合體在操作中簡單、快速患者無痛苦，沒有任何副作用，而修復質量又極好。 德國Degussa Definite 新型齒科陶瓷材料 具有很好的生物相容性，是汞合金、復合樹脂和復合體等材料的代用品。適用于前牙和側牙區的所有適應癥 德國Degussa Definite flow流質型填充材料 新型的流質標準這是一種新型產品，可流動，成形后又堅固無比。它適用于V類齲洞的填充、各類裂隙 封閉、微小的齲壞控制以及用陶瓷、復合樹脂作為修復材料的粘固德國Densply 牙膠尖硬度大、彈性好、充填徹底、操作容易

25、是本牙膠尖的優點。 德國DMG樹脂材料 各種比色，可適用于修補、充填，也可作為光固化材料。 德國VIVADENT Tetric瓷化樹脂德國OMPOGLGS光固化玻璃離子2、國外的一些口腔材料、國外的一些口腔材料按使用要求分類： 非植入性材料和制品：非植入性材料和制品： 聚丙稀聚乙烯，一次性注射器聚丙稀聚乙烯，一次性注射器 植入性材料和制品植入性材料和制品： 聚四氟乙烯，心臟修補片；聚四氟乙烯，心臟修補片； 血液接觸性材料和制品：血液接觸性材料和制品： 聚氨酯，心臟反博氣囊；聚氨酯，心臟反博氣囊； 降解和吸收性材料與制品；降解和吸收性材料與制品； 聚乳酸，手術縫線；聚乳酸，手術縫線； 其他：聚苯

26、乙烯，乳膠。其他：聚苯乙烯，乳膠。四種分類法特點：1. 較粗糙較粗糙,實際意義不大實際意義不大;2. 缺乏對材料缺乏對材料 的個性認識的個性認識;3. 前后重復前后重復;4. 區分不明確。區分不明確。 類 別 定 義 舉 例 非接觸材料與制品不直接又不間接接觸患者細胞分離用磁性高分子微球、凝集實驗用聚苯乙烯乳液、一次性使用的醫用器皿與體表接觸ABC材料與制品僅接觸體表體外修復物、創口貼、監護儀導電膏、超聲傳導凝膠 材 料 及 制 品 在 體 外與損傷或破損體接觸ABC材料與制品和損傷或已破壞的體表接觸與潰瘍、燒傷和肉芽組織接觸的各類繃帶或裝置、敷料 注：A-暫時（ 5分鐘 B-短期（5分鐘19

27、天） C-長期（超過30天） 表表1-6.1 醫用材料與制品分類表醫用材料與制品分類表 類 別 定義 舉 例與 體腔 接觸ABC材料和制品與體腔相通接觸眼 鏡、 導尿 管、 氣管 內導管、支 氣管 鏡套與 血液 間接 接觸ABC材料與制品在人體某一部分和血液接觸或通過裝置將液體、血液輸入血管體系輸血管 、 輸 液管 、 靜 脈高 營養 、留置導 管、 注射 器 材 料 及 制 品 在 體 外 與 體 內 接 觸與 血液 直接 接觸ABC材料與制品和循環血液接 觸靜脈內 插管 、氧 合袋 、體 外氧合器和 附件 、透 析器 、血 漿分離器、 透析 器管 道與 附件 注：A-暫時（ 5分鐘 B-短

28、期（5分鐘19天） C-長期（超過30天） 類 別 定 義 舉 例與骨接觸ABC材料與制品主要和骨接觸矯形釘、矯形板、人工關節、人工骨、骨水泥與組織和組織液接觸ABC材料與制品主要與組織和組織液接觸，或與肌肉膜接觸藥物釋放裝置、人工肌腱、人工乳房、人工喉、女性節育裝置和宮內節育器、腦積水引流器 材 料 與 制 品 植 入 體 內與血液接觸ABC材料與制品主要與血液接觸人工血管、人工心臟瓣膜、動靜脈瘺管、左心輔助泵、反搏氣囊、靜脈內藥物釋放裝置 注：A-暫時（ 5分鐘 B-短 期（ 5分鐘 19天） C-長期 （超 過30天）其它生物醫用材料：納米生物材料納米生物材料組織工程材料組織工程材料基因

29、芯片材料基因芯片材料智能材料，等等智能材料，等等合成聚合物制成的一個鼻狀支架新種軟骨細胞，體外培養育出的人造鼻植入物培養出的組織工程化的人耳人造鼻骨組織 人造神經組織 培養組織 生物醫學高分子材料生物醫學高分子材料按用途分類按用途分類 手術治療用高分子材料手術治療用高分子材料 縫合線，黏膠劑，止血劑，各種導管，引流管，一次性輸血輸液器材縫合線，黏膠劑，止血劑，各種導管，引流管，一次性輸血輸液器材 藥用及藥物傳遞用高分子材料藥用及藥物傳遞用高分子材料靶向性高分子載體（肝靶向性，腫瘤靶向性），高分子藥物（干擾素靶向性高分子載體（肝靶向性，腫瘤靶向性），高分子藥物（干擾素，降膽敏），高分子控制釋放載

30、體（膠囊，水凝膠，脂質體），降膽敏），高分子控制釋放載體（膠囊，水凝膠，脂質體） 人造器官或組織人造器官或組織人造皮膚，血管，骨，關節，腸道，心臟，腎等人造皮膚，血管，骨，關節，腸道，心臟，腎等1. 分類類制備制備生物醫用高分子材料？生物醫用高分子材料？化學學家來來做第一步 化學家合成原始材料并檢測各項理化指標化學家合成原始材料并檢測各項理化指標 生物學家檢測材料生物毒性及生物相容性生物學家檢測材料生物毒性及生物相容性 醫學家做臨床動物試驗醫學家做臨床動物試驗-人體試驗人體試驗 化學工程師制造生物醫用高分子材料化學工程師制造生物醫用高分子材料 臨床應用臨床應用材料 生物高分子材料發展史生物高分

31、子材料發展史1943年 賽璐賽璐珞薄膜開開始用于血液透析1949年 美國國首先發發表了醫醫用高分子的展望性論論文。在文章 中，第一次介紹紹了利用PMMA作為為人的頭頭蓋骨、關關 節節和股骨，利用聚酰胺纖維酰胺纖維作為為手術縫術縫合線線的臨臨床 應應用情況況。50年代，有機硅聚合物被用于醫學領醫學領 域，使人工器官的應應用范圍圍大大擴擴大，包括器官替 代和整容等許許多方面。 Drug controlled releaseTissue engineeringGene therapy 此后，一大批人工器官在此后，一大批人工器官在50年代試用于臨床。如年代試用于臨床。如人工人工尿道（尿道（1950年）

32、年）、人工血管（人工血管（1951年）年）、人工食道（人工食道（1951年）年）、人工心臟瓣膜（人工心臟瓣膜（1952）、人工心肺（人工心肺（1953年）年）、人工關節（人工關節（1954年）年）、人工肝（人工肝（1958年）年）等。進等。進入入60年代，醫用高分子材料開始進入一個嶄新的發展時年代，醫用高分子材料開始進入一個嶄新的發展時期。期。 1960s 可生物降解聚合物，如：可生物降解聚合物，如：Polylactide(PLA) 1970-80s 隱形眼鏡（隱形眼鏡（Contact lens），藥物控制釋放），藥物控制釋放(drug controlled release) 1990s-19

33、90s-聚合物在生物醫用材料中的占有率超過一聚合物在生物醫用材料中的占有率超過一半半2022-7-5材料 高分子材料雖然不是萬能的，不可能指望它解高分子材料雖然不是萬能的，不可能指望它解決一切醫學問題，但決一切醫學問題，但通過分子設計的途徑通過分子設計的途徑，合成出，合成出具有生物醫學功能的理想醫用高分子材料的前景是具有生物醫學功能的理想醫用高分子材料的前景是十分廣闊的。有人預計，在十分廣闊的。有人預計，在21世紀，醫用高分子將世紀，醫用高分子將進入一個全新的時代。除了大腦之外，人體的所有進入一個全新的時代。除了大腦之外，人體的所有部位和臟器都可用高分子材料來取代。仿生人也將部位和臟器都可用高

34、分子材料來取代。仿生人也將比想象中更快地來到世上。比想象中更快地來到世上。2022-7-5材料（Requirements for biomedical polymers） Basic requirements 安全性安全性 Biocompatibility/Biostability / Biodegradability 滅菌性滅菌性 Sterilizability醫用高分子材料的要求醫用高分子材料的要求2022-7-5材料Requirements for biomedical polymersOther requirements according to specific applicatio

35、ns加工成型性 machine-shaping properties機械性能與穩與穩定性 Mechanical properties環環境敏感性 Environmental sensitivity表面性能與結構與結構多空性 Surface properties/Porosity親親疏水性 Hydrophilicity / hydrophobicity 2022-7-5材料 不會會致癌 根據現現代醫學醫學理論認為論認為，人體致癌的原因是由于正常細細胞發發生了變異變異。當這當這些變異細變異細胞以極極其迅速的速度增長并擴長并擴散時時，就形成了癌。而引起細細胞變異變異的因素是多方面的，有化學學因素、物

36、理因素，也有病毒引起的原因。安全性 具有良好的血液相容性具有良好的血液相容性 當高分子材料用于人工臟器植入人體后，必然要長時當高分子材料用于人工臟器植入人體后，必然要長時間與體內的血液接觸。因此，間與體內的血液接觸。因此，應用高分子對血液的相容性應用高分子對血液的相容性是所有性能中最重要的是所有性能中最重要的。 血液相容性血液相容性就是指血液對與它接觸的非存活材料和器件產生合乎要求的反應的一種性能；具體來說應具備以下性質：不凝血、不溶血、不破壞血細胞、不致使血漿蛋白變性及酶系統破壞，不擾亂電解質平衡。其中，不凝血是血液相容性最重要，也是最不易做到的要求。 2022-7-5材料 通常，當人體的表

37、皮受到損傷時，流出的血液會通常，當人體的表皮受到損傷時，流出的血液會自動凝固，稱為自動凝固，稱為血栓血栓。 血液相容性指材料在體內與血液接觸后不發生凝血、溶血現象，不形成血栓。 實際上，血液在受到下列因素影響時，都可能發實際上，血液在受到下列因素影響時，都可能發生血栓：生血栓： 血管壁特性與狀態發生變化；血管壁特性與狀態發生變化； 血血液的性質發生變化；液的性質發生變化； 血液的流動狀態發生變化血液的流動狀態發生變化。2022-7-5材料 具有良好的組織相容性具有良好的組織相容性 有些高分子材料本身對人體有害，不能用作有些高分子材料本身對人體有害，不能用作醫用材料。而有些高分子材料本身對人體組

38、織并醫用材料。而有些高分子材料本身對人體組織并無不良的影響，但在合成、加工過程中不可避免無不良的影響，但在合成、加工過程中不可避免地會殘留一些單體，或使用一些添加劑。當材料地會殘留一些單體，或使用一些添加劑。當材料植入人體以后，這些單體和添加劑會慢慢從內部植入人體以后，這些單體和添加劑會慢慢從內部遷移到表面，從而對周圍組織發生作用，遷移到表面，從而對周圍組織發生作用，引起炎引起炎癥或組織畸變癥或組織畸變，嚴重的可引起全身性反應。，嚴重的可引起全身性反應。2022-7-5材料滅菌性滅菌性 高分子材料在植入體內之前，都要經過嚴格的高分子材料在植入體內之前，都要經過嚴格的滅菌消毒。目前滅菌處理一般有

39、三種方法：滅菌消毒。目前滅菌處理一般有三種方法：蒸汽滅蒸汽滅菌、化學滅菌、菌、化學滅菌、射線滅菌射線滅菌。國內大多采用前兩種。國內大多采用前兩種方法。因此在選擇材料時，要考慮能否耐受得了。方法。因此在選擇材料時，要考慮能否耐受得了。能經經受必要的清潔清潔消毒措施而不產產生變變性生物醫用高分子材料用途生物醫用高分子材料用途 手術縫合線手術縫合線 骨固定材料骨固定材料 組織修補材料組織修補材料 藥物控制釋放材料藥物控制釋放材料2022-7-5材料人工心臟瓣膜人工心臟瓣膜組織工程人工骨缺損修復示意圖組織工程人工骨缺損修復示意圖2022-7-5材料1、天然可降解高分子材料、天然可降解高分子材料 膠原蛋

40、白，纖維蛋白膠原蛋白，纖維蛋白 甲殼素、殼聚糖、淀粉、纖維素海藻酸甲殼素、殼聚糖、淀粉、纖維素海藻酸鈉衍生物鈉衍生物可吸收縫線可吸收縫線藥物控釋載體藥物控釋載體人工皮膚人工皮膚天然可降解高分子材料的優點天然可降解高分子材料的優點 原料來源豐富，便宜易得原料來源豐富，便宜易得 可用常規方法加工成型可用常規方法加工成型 具有良好的生物相容性具有良好的生物相容性 不引起異體反應不引起異體反應（1）膠原蛋白）膠原蛋白 膠原是人體組織中最基本的膠原是人體組織中最基本的蛋白質類蛋白質類物質，至今已經鑒別出物質，至今已經鑒別出13種膠原，其種膠原，其中中 IIII、V和和 XI 型膠原為成纖維膠型膠原為成纖

41、維膠原。原。I 型膠原在動物體內含量最多，已型膠原在動物體內含量最多，已被廣泛應用于生物醫用材料和生化試被廣泛應用于生物醫用材料和生化試劑。劑。結構：結構： 由各種物種和肌體組由各種物種和肌體組織制備的膠原差異很小織制備的膠原差異很小。最基本的膠原結構為。最基本的膠原結構為由 三 條 分 子 量 大 約 為由 三 條 分 子 量 大 約 為1105的肽鏈組成的的肽鏈組成的三三股螺旋繩狀股螺旋繩狀結構，直徑結構，直徑為為 1 1 . 5 n m ， 長 約， 長 約300nm。制備來源：制備來源： 牛和豬的肌腱、生皮、骨骼是生產膠原的牛和豬的肌腱、生皮、骨骼是生產膠原的主要原料。主要原料。 生產

42、：生產： 醫用膠原制備的醫用膠原制備的主要目的主要目的是除去組織中的是除去組織中的非膠原成分和抗原物質，獲得高純度的膠非膠原成分和抗原物質，獲得高純度的膠原肽、膠原纖維或膠原組織。原肽、膠原纖維或膠原組織。 膠原在應用時必須膠原在應用時必須交聯交聯，以控制其物理性，以控制其物理性質和生物可吸收性。同時也必須考慮所用質和生物可吸收性。同時也必須考慮所用交聯方法的強度、穩定性、毒性、趨鈣化交聯方法的強度、穩定性、毒性、趨鈣化以及抗酶降解性能等。以及抗酶降解性能等。特點：特點： 優點：膠原材料具有優點：膠原材料具有生物力學性能好生物力學性能好, ,免疫免疫原性低原性低等優點等優點, ,被制造成為各種

43、生物醫學材被制造成為各種生物醫學材料料, ,在醫療器械產品制造領域有著不可替代在醫療器械產品制造領域有著不可替代的優勢和相當廣泛的應用。的優勢和相當廣泛的應用。 缺點：缺點：要通過對實際生產過程的要通過對實際生產過程的嚴格控制嚴格控制才能達到動物源性膠原的人用標準才能達到動物源性膠原的人用標準。 膠原可以用于制造膠原可以用于制造心臟瓣膜、支架、心臟瓣膜、支架、血管修復材料、止血海綿、創傷輔料、血管修復材料、止血海綿、創傷輔料、明膠、化妝品、人工皮膚、手術縫合線明膠、化妝品、人工皮膚、手術縫合線、組織工程基質、組織工程基質等。等。應用：應用：2022-7-5材料 纖維蛋白纖維蛋白 纖維蛋白是纖維

44、蛋白原的聚合產物纖維蛋白是纖維蛋白原的聚合產物。纖維蛋。纖維蛋白原是一種血漿蛋白質，存在于動物體的血白原是一種血漿蛋白質，存在于動物體的血液中。液中。纖維蛋白原在人體內的主要功能是參纖維蛋白原在人體內的主要功能是參與凝血過程與凝血過程。2022-7-5材料2022-7-5材料 纖維蛋白具有良好的生物相容性，具有纖維蛋白具有良好的生物相容性，具有止血、止血、促進組織愈合促進組織愈合等功能，在醫學領域有著重要用途。等功能，在醫學領域有著重要用途。 纖維蛋白的降解包括酶降解和細胞吞噬兩種過纖維蛋白的降解包括酶降解和細胞吞噬兩種過程，程，降解產物可以被肌體完全吸收降解產物可以被肌體完全吸收。降解速度隨

45、產。降解速度隨產品不同從幾天到幾個月不等。通過交聯和改變其聚品不同從幾天到幾個月不等。通過交聯和改變其聚集狀態是控制其降解速度的重要手段。集狀態是控制其降解速度的重要手段。2022-7-5材料甲殼素與殼聚糖甲殼素與殼聚糖 甲殼素是一種的線性多糖。昆蟲殼皮、蝦蟹甲殼素是一種的線性多糖。昆蟲殼皮、蝦蟹殼中均含有豐富的甲殼素。殼聚糖為甲殼素的脫乙殼中均含有豐富的甲殼素。殼聚糖為甲殼素的脫乙酰衍生物，由甲殼素在酰衍生物，由甲殼素在4050濃度的氫氧化鈉濃度的氫氧化鈉水溶液中水溶液中110120下水解下水解24h得到。得到。 甲殼素能為肌體組織中的溶菌酶所分解，已用于制造甲殼素能為肌體組織中的溶菌酶所分

46、解，已用于制造吸收型手術縫合線吸收型手術縫合線。其抗拉強度優于其他類型的手術縫合。其抗拉強度優于其他類型的手術縫合線。在兔體內試驗觀察，甲殼素手術縫合線線。在兔體內試驗觀察，甲殼素手術縫合線4個月可以完全個月可以完全吸收。吸收。 甲殼素還具有促進傷口愈合的功能，可用作甲殼素還具有促進傷口愈合的功能，可用作傷口包扎傷口包扎材料材料。 甲殼素膜用于覆蓋外傷或新鮮燒傷的皮膚創傷面時，甲殼素膜用于覆蓋外傷或新鮮燒傷的皮膚創傷面時，具有減輕疼痛和促進表皮形成的作用，因此是一種良好的具有減輕疼痛和促進表皮形成的作用，因此是一種良好的人造皮膚材料人造皮膚材料。甲殼質縫線2.2.藥用高分子材料藥用高分子材料高

47、分子化合物主要的三個方面：（1 1）作為控制釋放藥物的載體。）作為控制釋放藥物的載體。（2 2）作為藥物使用。）作為藥物使用。（3 3）作為藥物制劑的輔助材料。）作為藥物制劑的輔助材料。 特別是采用智能高分子材料，可使藥物釋放體系特別是采用智能高分子材料，可使藥物釋放體系 （DDSDDS）智能化。此體系的特點是藥物是否需要可由藥劑）智能化。此體系的特點是藥物是否需要可由藥劑本身判斷，它可感知疾病引起的化學物質及物理量變化的本身判斷，它可感知疾病引起的化學物質及物理量變化的信號，藥劑能對信號響應并自主地控制藥物的釋放。信號，藥劑能對信號響應并自主地控制藥物的釋放。高分子藥物高分子藥物 1. 高分

48、子骨架本身具有藥理活性高分子骨架本身具有藥理活性 聚乙烯聚乙烯N-氧吡啶是一種具有氧吡啶是一種具有藥理活性藥理活性 的高分子，能溶于水的高分子，能溶于水中。注射其水溶液或吸入其煙中。注射其水溶液或吸入其煙霧劑，對于治療因大量吸入含霧劑，對于治療因大量吸入含游離二氧化硅粉塵所引起的急游離二氧化硅粉塵所引起的急性和慢性矽肺病有較好效果性和慢性矽肺病有較好效果并有較好的預防效果。并有較好的預防效果。2022-7-5材料 將青霉素與乙烯醇將青霉素與乙烯醇-乙烯胺共聚物以酰胺鍵相結乙烯胺共聚物以酰胺鍵相結合，得到水溶性的藥物高分子。這種高分子青霉素合，得到水溶性的藥物高分子。這種高分子青霉素在人體內停留

49、時間比低分子青霉素長在人體內停留時間比低分子青霉素長30-40倍倍。高分子載載體藥藥物2022-7-5材料高分子藥藥物緩釋緩釋材料 藥物控制釋放目的：藥物控制釋放目的： 使藥物以最小的劑量在特定部位產生療效；使藥物以最小的劑量在特定部位產生療效； 優化藥物釋放速率以提高療效，降低毒副作用；優化藥物釋放速率以提高療效，降低毒副作用； 口服緩釋制劑：新康泰克口服緩釋制劑：新康泰克2022-7-5材料納納米樹樹形高分子（納納米在藥藥物輸運輸運中的應應用）作為藥為藥物載載體的樹狀樹狀高分子 把樹樹形高分子設計設計得只在適當當的觸發觸發分子存在的情況況下自動動地膨脹并釋脹并釋放出藥藥物 使定制的樹樹形高分子恰好在需要治療療的組織組織或器官內釋內釋放出其運載運載的藥藥物。 生物醫