第九章醫(yī)用高分子材料1.概述1.1醫(yī)用高分子的概念及其發(fā)展簡史生命科學(xué)是21世紀(jì)備受關(guān)注的新型學(xué)科。而與人類健康休戚相關(guān)的醫(yī)學(xué)在生命科學(xué)中占有相當(dāng)重要的地位。醫(yī)用材料是生物醫(yī)學(xué)的分支之一，是由生物、醫(yī)學(xué)、化學(xué)和材料等學(xué)科交叉形成的邊緣學(xué)科。而醫(yī)用高分子材料則是生物醫(yī)用材料中的重要組成部分，主要用于人工器官、外科修復(fù)、理療康復(fù)、診斷檢查、患疾治療等醫(yī)療領(lǐng)域。1

眾所周知，生物體是有機高分子存在的最基本形式，有機高分子是生命的基礎(chǔ)。動物體與植物體組成中最重要的物質(zhì)——蛋白質(zhì)、肌肉、纖維素、淀粉、生物酶和果膠等都是高分子化合物。因此，可以說，生物界是天然高分子的巨大產(chǎn)地。高分子化合物在生物界的普遍存在，決定了它們在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的特殊地位。在各種材料中，高分子材料的分子結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成和理化性質(zhì)與生物體組織最為接近，因此最有可能用作醫(yī)用材料。第九章醫(yī)用高分子材料2醫(yī)用高分子材料發(fā)展的動力來自醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的客觀需求。當(dāng)人體器官或組織因疾病或外傷受到損壞時，需要器官移植。然而，只有在很少的情況下，人體自身的器官（如少量皮膚）可以滿足需要。采用同種異體移植或異種移植，往往具有排異反應(yīng)，嚴(yán)重時導(dǎo)致移植失敗。在此情況下，人們自然設(shè)想利用其他材料修復(fù)或替代受損器官或組織。第九章醫(yī)用高分子材料3

1949年，美國首先發(fā)表了醫(yī)用高分子的展望性論文。在文章中，第一次介紹了利用PMMA作為人的頭蓋骨、關(guān)節(jié)和股骨，利用聚酰胺纖維作為手術(shù)縫合線的臨床應(yīng)用情況。50年代，有機硅聚合物被用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，使人工器官的應(yīng)用范圍大大擴大，包括器官替代和整容等許多方面。

第九章醫(yī)用高分子材料4此后，一大批人工器官在50年代試用于臨床。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）、人工關(guān)節(jié)（1954年）、人工肝（1958年）等。進入60年代，醫(yī)用高分子材料開始進入一個嶄新的發(fā)展時期。第九章醫(yī)用高分子材料5高分子材料雖然不是萬能的，不可能指望它解決一切醫(yī)學(xué)問題，但通過分子設(shè)計的途徑，合成出具有生物醫(yī)學(xué)功能的理想醫(yī)用高分子材料的前景是十分廣闊的。有人預(yù)計，在21世紀(jì)，醫(yī)用高分子將進入一個全新的時代。除了大腦之外，人體的所有部位和臟器都可用高分子材料來取代。仿生人也將比想象中更快地來到世上。第九章醫(yī)用高分子材料7目前用高分子材料制成的人工器官中，比較成功的有人工血管、人工食道、人工尿道、人工心臟瓣膜、人工關(guān)節(jié)、人工骨、整形材料等。巳取得重大研究成果，但還需不斷完善的有人工腎、人工心臟、人工肺、人工胰臟、人工眼球、人造血液等。第九章醫(yī)用高分子材料8

日本醫(yī)用高分子專家櫻井靖久將醫(yī)用高分子分成如下的五大類：（1）與生物體組織不直接接觸的材料

這類材料用于制造雖在醫(yī)療衛(wèi)生部門使用，但不直接與生物體組織接觸的醫(yī)療器械和用品。如藥劑容器、血漿袋、輸血輸液用具、注射器、化驗室用品、手術(shù)室用品等。第九章醫(yī)用高分子材料10（2）與皮膚、粘膜接觸的材料

用這類材料制造的醫(yī)療器械和用品，需與人體肌膚與粘膜接觸，但不與人體內(nèi)部組織、血液、體液接觸，因此要求無毒、無刺激，有一定的機械強度。用這類材料制造的物品如手術(shù)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(dǎo)管和探頭、腔門鏡、導(dǎo)尿管等）、繃帶、橡皮膏等。人體整容修復(fù)材料，例如假肢、假耳、假眼、假鼻等，也都可歸入這一類中。第九章醫(yī)用高分子材料11（3）與人體組織短期接觸的材料

這類材料大多用來制造在手術(shù)中暫時使用或暫時替代病變器官的人工臟器，如人造血管、人工心臟、人工肺、人工腎臟滲析膜、人造皮膚等。這類材料在使用中需與肌體組織或血液接觸，故一般要求有較好的生物體適應(yīng)性和抗血栓性。第九章醫(yī)用高分子材料12（5）藥用高分子這類高分子包括大分子化藥物和藥物高分子。前者是指將傳統(tǒng)的小分子藥物大分子化，如聚青霉素；后者則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(fā)劑。第九章醫(yī)用高分子材料14除此之外，還有以下一些常用的分類方法。（1）按材料的來源分類

1）天然醫(yī)用高分子材料如膠原、明膠、絲蛋白、角質(zhì)蛋白、纖維素、多糖、甲殼素及其衍生物等。

2）人工合成醫(yī)用高分子材料如聚氨酯、硅橡膠、聚酯等。第九章醫(yī)用高分子材料15（2）按材料與活體組織的相互作用關(guān)系分類

1）生物惰性高分子材料在體內(nèi)不降解、不變性、不會引起長期組織反應(yīng)的高分子材料，適合長期植入體內(nèi)。

2）生物活性高分子材料指植入生物體內(nèi)能與周圍組織發(fā)生相互作用，促進肌體組織、細胞等生長的材料。第九章醫(yī)用高分子材料17

3）生物吸收高分子材料這類材料又稱生物降解高分子材料。這類材料在體內(nèi)逐漸降解，其降解產(chǎn)物能被肌體吸收代謝，獲通過排泄系統(tǒng)排出體外，對人體健康沒有影響。如用聚乳酸制成的體內(nèi)手術(shù)縫合線、體內(nèi)粘合劑等。第九章醫(yī)用高分子材料18（3）按生物醫(yī)學(xué)用途分類

1）硬組織相容性高分子材料如骨科、齒科用高分子材料；

2）軟組織相容性高分子材料

3）血液相容性高分子材料

4）高分子藥物和藥物控釋高分子材料第九章醫(yī)用高分子材料19（4）按與肌體組織接觸的關(guān)系分類

1)長期植入材料如人工血管、人工關(guān)節(jié)、人工晶狀體等。

2)短期植入（接觸）材料如透析器、心肺機管路和器件等。

3)體內(nèi)體外連通使用的材料如心臟起搏器的導(dǎo)線、各種插管等。

4)與體表接觸材料及一次性醫(yī)療用品材料第九章醫(yī)用高分子材料20目前在實際應(yīng)用中，更實用的是僅將醫(yī)用高分子分為兩大類，一類是直接用于治療人體某一病變組織、替代人體某一部位或某一臟器、修補人體某一缺陷的材料。如用作人工管道（血管、食道、腸道、尿道等）、人造玻璃體（眼球）、人工臟器（心臟、腎臟、肺、胰臟等）、人造皮膚、人造血管，手術(shù)縫合用線、組織粘合劑、整容材料（假耳、假眼、假鼻、假肢等）的材料。

第九章醫(yī)用高分子材料21另一類則是用來制造醫(yī)療器械、用品的材料，如注射器、手術(shù)鉗、血漿袋等。這類材料用來為醫(yī)療事業(yè)服務(wù)，但本身并不具備治療疾病、替代人體器官的功能，因此不屬功能高分子的范疇。國內(nèi)通常將高分子藥物單獨列為一類功能性高分子，故不在醫(yī)用高分子范圍內(nèi)討論。

本章討論直接用于治療人體病變組織，替代人體病變器官、修補人體缺陷的高分子材料。第九章醫(yī)用高分子材料22（1）化學(xué)隋性，不會因與體液接觸而發(fā)生反應(yīng)

人體環(huán)境對高分子材料主要有以下一些影響：1)體液引起聚合物的降解、交聯(lián)和相變化；2)體內(nèi)的自由基引起材料的氧化降解反應(yīng)；3)生物酶引起的聚合物分解反應(yīng)；4)在體液作用下材料中添加劑的溶出；5)血液、體液中的類脂質(zhì)、類固醇及脂肪等物質(zhì)滲入高分子材料，使材料增塑，強度下降。第九章醫(yī)用高分子材料24（2）對人體組織不會引起炎癥或異物反應(yīng)

有些高分子材料本身對人體有害，不能用作醫(yī)用材料。而有些高分子材料本身對人體組織并無不良影響，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(dāng)材料植入人體以后，這些單體和添加劑會慢慢從內(nèi)部遷移到表面，從而對周圍組織發(fā)生作用，引起炎癥或組織畸變，嚴(yán)重的可引起全身性反應(yīng)。第九章醫(yī)用高分子材料25當(dāng)醫(yī)用高分子材料植入人體后，高分子材料本身的性質(zhì)，如化學(xué)組成、交聯(lián)度、相對分子質(zhì)量及其分布、分子鏈構(gòu)象、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)、高分子材料中所含的雜質(zhì)、殘留單體、添加劑都可能與致癌因素有關(guān)。但研究表明，在排除了小分子滲出物的影響之外，與其他材料相比，高分子材料本身并沒有比其他材料更多的致癌可能性。第九章醫(yī)用高分子材料27（4）具有良好的血液相容性

當(dāng)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(nèi)的血液接觸。因此，醫(yī)用高分子對血液的相容性是所有性能中最重要的。高分子材料的血液相容性問題是一個十分活躍的研究課題，但至今尚未制得一種能完全抗血栓的高分子材料。這一問題的徹底解決，還有待于各國科學(xué)家的共同努力。第九章醫(yī)用高分子材料28（5）長期植入體內(nèi)不會減小機械強度許多人工臟器一旦植入體內(nèi)，將長期存留，有些甚至伴隨人們的一生。因此，要求植入體內(nèi)的高分子材料在極其復(fù)雜的人體環(huán)境中，不會很快失去原有的機械強度。事實上，在長期的使用過程中，高分子材料受到各種因素的影響，其性能不可能永遠保持不變。我們僅希望變化盡可能少一些，或者說壽命盡可能長一些。

第九章醫(yī)用高分子材料29（6）能經(jīng)受必要的清潔消毒措施而不產(chǎn)生變性高分子材料在植入體內(nèi)之前，都要經(jīng)過嚴(yán)格的滅菌消毒。目前滅菌處理一般有三種方法：蒸汽滅菌、化學(xué)滅菌、γ射線滅菌。國內(nèi)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。第九章醫(yī)用高分子材料30（7）易于加工成需要的復(fù)雜形狀人工臟器往往具有很復(fù)雜的形狀，因此，用于人工臟器的高分子材料應(yīng)具有優(yōu)良的成型性能。否則，即使各項性能都滿足醫(yī)用高分子的要求，卻無法加工成所需的形狀，則仍然是無法應(yīng)用的。此外還要防止在醫(yī)用高分子材料生產(chǎn)、加工工程中引入對人體有害的物質(zhì)。應(yīng)嚴(yán)格控制原料的純度。加工助劑必須符合醫(yī)用標(biāo)準(zhǔn)。生產(chǎn)環(huán)境應(yīng)當(dāng)具有適宜的潔凈級別，符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。第九章醫(yī)用高分子材料31與其他高分子材料相比，對醫(yī)用高分子材料的要求是非常嚴(yán)格的。對于不同用途的醫(yī)用高分子材料，往往又有一些具體要求。在醫(yī)用高分子材料進入臨床應(yīng)用之前，都必須對材料本身的物理化學(xué)性能、機械性能以及材料與生物體及人體的相互適應(yīng)性進行全面評價，然后經(jīng)國家管理部門批準(zhǔn)才能進入臨床使用。第九章醫(yī)用高分子材料322.高分子材料的生物相容性生物相容性是指植入生物體內(nèi)的材料與肌體之間的適應(yīng)性。對生物體來說，植入的材料不管其結(jié)構(gòu)、性質(zhì)如何，都是外來異物。出于本能的自我保護，一般都會出現(xiàn)排斥現(xiàn)象。這種排斥反應(yīng)的嚴(yán)重程度，決定了材料的生物相容性。因此提高應(yīng)用高分子材料與肌體的生物相容性，是材料和醫(yī)學(xué)科學(xué)家們必須面對的課題。第九章醫(yī)用高分子材料33由于不同的高分子材料在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用目的不同，生物相容性又可分為組織相容性和血液相容性兩種。組織相容性是指材料與人體組織，如骨骼、牙齒、內(nèi)部器官、肌肉、肌腱、皮膚等的相互適應(yīng)性，而血液相容性則是指材料與血液接觸是不是會引起凝血、溶血等不良反應(yīng)。第九章醫(yī)用高分子材料342.1高分子材料的組織相容性2.1.1高分子材料植入對組織反應(yīng)的影響高分子材料植入人體后，對組織反應(yīng)的影響因素包括材料本身的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)（如微相結(jié)構(gòu)、親水性、疏水性、電荷等）、材料中可滲出的化學(xué)成分（如殘留單體、雜質(zhì)、低聚物、添加劑等）、降解或代謝產(chǎn)物等。此外，植入材料的幾何形狀也可能引起組織反應(yīng)。第九章醫(yī)用高分子材料35（1）材料中滲出的化學(xué)成分對生物反應(yīng)的影響材料中逐漸滲出的各種化學(xué)成分（如添加劑、雜質(zhì)、單體、低聚物以及降解產(chǎn)物等）會導(dǎo)致不同類型的組織反應(yīng)，例如炎癥反應(yīng)。組織反應(yīng)的嚴(yán)重程度與滲出物的毒性、濃度、總量、滲出速率和持續(xù)期限等密切相關(guān)。一般而言，滲出物毒性越大、滲出量越多，則引起的炎癥反應(yīng)越強。

第九章醫(yī)用高分子材料36例如，聚氨酯和聚氯乙烯中可能存在的殘余單體有較強的毒性，滲出后會引起人體嚴(yán)重的炎癥反應(yīng)。而硅橡膠、聚丙烯、聚四氟乙烯等高分子的毒性滲出物通常較少，植入人體后表現(xiàn)的炎癥反應(yīng)較輕。如果滲出物的持續(xù)滲出時間較長，則可能發(fā)展成慢性炎癥反應(yīng)。如某些被人體分解吸收較慢的生物吸收性高分子材料容易引起慢性無菌性炎癥。第九章醫(yī)用高分子材料37（2）高分子材料的生物降解對生物反應(yīng)的影響高分子材料生物降解對人體組織反應(yīng)的影響取決于降解速度、產(chǎn)物的毒性、降解的持續(xù)期限等因素。降解速度慢而降解產(chǎn)物毒性小，一般不會引起明顯的組織反應(yīng)。但若降解速度快而降解產(chǎn)物毒性大，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的急性或慢性炎癥反應(yīng)。如有報道采用聚酯材料作為人工喉管修補材料出現(xiàn)慢性炎癥的情況。第九章醫(yī)用高分子材料38（3）材料物理形態(tài)等因素對組織反應(yīng)的影響高分子材料的物理形態(tài)如大小、形狀、孔度、表面平滑度等因素也會影響組織反應(yīng)。另外，試驗動物的種屬差異、材料植入生物體的位置等生物學(xué)因素以及植入技術(shù)等人為因素也是不容忽視的。一般來說，植入體內(nèi)材料的體積越大、表面越平滑，造成的組織反應(yīng)越嚴(yán)重。植入材料與生物組織之間的相對運動，也會引發(fā)較嚴(yán)重的組織反應(yīng)。第九章醫(yī)用高分子材料392.1.2高分子材料在體內(nèi)的表面鈣化觀察發(fā)現(xiàn)，高分子材料在植入人體內(nèi)后，再經(jīng)過一段時間的試用后，會出現(xiàn)鈣化合物在材料表面沉積的現(xiàn)象，即鈣化現(xiàn)象。鈣化現(xiàn)象往往是導(dǎo)致高分子材料在人體內(nèi)應(yīng)用失效的原因之一。第九章醫(yī)用高分子材料402.2高分子材料的血液相容性2.2.1高分子材料的凝血作用——血栓的形成

通常，當(dāng)人體的表皮受到損傷時，流出的血液會自動凝固，稱為血栓。實際上，血液在受到下列因素影響時，都可能發(fā)生血栓：①血管壁特性與狀態(tài)發(fā)生變化；②血液的性質(zhì)發(fā)生變化；③血液的流動狀態(tài)發(fā)生變化。第九章醫(yī)用高分子材料412.2.2血液相容性高分于材料的制取（1）使材料表面帶上負(fù)電荷的基團例如將芝加哥酸（1－氨基－8－萘酚－2,4－二磺酸萘）（見下式）引入聚合物表面后，可減少血小板在聚合物表面上的粘附量，抗疑血性提高。第九章醫(yī)用高分子材料42（2）高分子材料的表面接枝改性采用化學(xué)法（如偶聯(lián)法、臭氧化法等）和物理法（等離子體法、高能輻射法、紫外光法等）將具有抗凝血性的天然和化學(xué)合成的化合物，如肝素、聚氧化乙烯接枝到高分子材料表面上。研究表明，血小板不能粘附于用聚氧化乙烯處理過的玻璃上。第九章醫(yī)用高分子材料43添加聚氧化乙烯（分子量為6000）于凝血酶溶液中，可防止凝血酶對玻璃的吸附。因此，在血液相容性高分子材料的研究中，聚氧化乙烯是十分重要的抗凝血材料。

通過接枝改性調(diào)節(jié)高分子材料表面分子結(jié)構(gòu)中的親水基團與疏水基團的比例，使其達到一個最佳值，也是改善材料血液相容性的有效方法。

第九章醫(yī)用高分子材料443.生物吸收性高分子材料許多高分子材料植入人體內(nèi)后只是起到暫時替代作用，例如高分子手術(shù)縫合線用于縫合體內(nèi)組織時，當(dāng)肌體組織痊愈后，縫合線的作用即告結(jié)束，這時希望用作縫合線的高分子材料能盡快地分解并被人體吸收，以最大限度地減少高分子材料對肌體的長期影響。由于生物吸收性材料容易在生物體內(nèi)分解，參與代謝，并最終排出體外，對人體無害，因而越來越受到人們的重視。第九章醫(yī)用高分子材料453.1生物吸收性高分子材料的設(shè)計原理3.1.1生物降解性和生物吸收性生物吸收性高分子材料在體液的作用下完成兩個步驟，即降解和吸收。前者往往涉及高分子主鏈的斷裂，使分子量降低。作為醫(yī)用高分子要求降解產(chǎn)物（單體、低聚體或碎片）無毒，并且對人體無副作用。第九章醫(yī)用高分子材料46高分子材料在體內(nèi)最常見的降解反應(yīng)為水解反應(yīng)，包括酶催化水解和非酶催化水解。能夠通過酶專一性反應(yīng)降解的高分子稱為酶催化降解高分子；而通過與水或體液接觸發(fā)生水解的高分子稱為非酶催化降解高分子。從嚴(yán)格意義上講，只有酶催化降解才稱得上生物降解，但在實際應(yīng)用中將這兩種降解統(tǒng)稱為生物降解。第九章醫(yī)用高分子材料47

吸收過程是生物體為了攝取營養(yǎng)或通過腎臟、汗腺或消化道排泄廢物所進行的正常生理過程。高分子材料一旦在體內(nèi)降解以后，即進入生物體的代謝循環(huán)。這就要求生物吸收性高分子應(yīng)當(dāng)是正常代謝物或其衍生物通過可水解鍵連接起來的。在一般情況下，由C－C鍵形成的聚烯烴材料在體內(nèi)難以降解。只有某些具有特殊結(jié)構(gòu)的高分子材料才能夠被某些酶所降解。第九章醫(yī)用高分子材料483.1.2生物吸收性高分子材料的分解吸收速度

用于人體組織治療的生物吸收性高分子材料，其分解和吸收速度必須與組織愈合速度同步。第九章醫(yī)用高分子材料因此，對植入人體內(nèi)的生物吸收性高分子材料在組織或器官完全愈合之前，必須保持適當(dāng)?shù)臋C械性能和功能。而在肌體組織痊愈之后，植入的高分子材料應(yīng)盡快降解并被吸收，以減少材料長期存在所產(chǎn)生的副作用。49影響生物吸收性高分子材料吸收速度的因素有高分子主鏈和側(cè)鏈的化學(xué)結(jié)構(gòu)、分子量、凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)、疏水/親水平衡、結(jié)晶度、表面積、物理形狀等。其中主鏈結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)對降解吸收速度的影響較大。第九章醫(yī)用高分子材料50酶催化降解和非酶催化降解的結(jié)構(gòu)－降解速度關(guān)系不同。對非酶催化降解高分子而言，降解速度主要由主鏈結(jié)構(gòu)（鍵型）決定。主鏈上含有易水解基團如酸酐、酯基、碳酸酯的高分子，通常有較快的降解速度。對于酶催化降解高分子，如聚酰胺、聚酯、糖苷等，降解速度主要與酶和待裂解鍵的親和性有關(guān)。酶與待裂解鍵的親和性越好，則降解越容易發(fā)生，而與化學(xué)鍵類型關(guān)系不大。

第九章醫(yī)用高分子材料51此外，由于低分子量聚合物的溶解或溶脹性能優(yōu)于高分子量聚合物，因此對于同種高分子材料，分子量越大，降解速度越慢。親水性強的高分子能夠吸收水、催化劑或酶，一般有較快的降解速度。含有羥基、羧基的生物吸收性高分子，不僅因為其較強的親水性，而且由于其本身的自催化作用，所以比較容易降解。相反，在主鏈或側(cè)鏈含有疏水長鏈烷基或芳基的高分子，降解性能往往較差。第九章醫(yī)用高分子材料523.2生物吸收性天然高分子材料已經(jīng)在臨床醫(yī)學(xué)獲得應(yīng)用的生物吸收性天然高分子材料包括蛋白質(zhì)和多糖兩類生物高分子。這些生物高分子主要在酶的作用下降解，生成的降解產(chǎn)物如氨基酸、糖等化合物，可參與體內(nèi)代謝，并作為營養(yǎng)物質(zhì)被肌體吸收。因此這類材料應(yīng)當(dāng)是最理想的生物吸收性高分子材料。

第九章醫(yī)用高分子材料53

白蛋白、葡聚糖和羥乙基淀粉在水中是可溶的，臨床用作血容量擴充劑或人工血漿的增稠劑。膠原、殼聚糖等在生理條件下是不溶性的，因此可作為植入材料在臨床應(yīng)用。第九章醫(yī)用高分子材料543.3生物吸收性合成高分子材料雖然生物吸收性天然高分子材料具有良好的生物相容性和生物活性，但畢竟來源有限，遠遠不能適應(yīng)快速發(fā)展的現(xiàn)代醫(yī)療事業(yè)的需求。因此，人工合成的生物吸收性高分子材料有了快速發(fā)展的時間和空間。

生物吸收合成高分子材料多數(shù)屬于能夠在溫和生理條件下發(fā)生水解的生物吸收性高分子，降解過程一般不需要酶的參與。第九章醫(yī)用高分子材料553.3.1聚α－羥基酸酯及其改性產(chǎn)物聚酯主鏈上的酯鍵在酸性或者堿性條件下均容易水解，產(chǎn)物為相應(yīng)的單體或短鏈段，可參與生物組織的代謝。聚酯的降解速度可通過聚合單體的選擇調(diào)節(jié)。例如隨著單體中碳/氧比增加，聚酯的疏水性增大，酯鍵的水解性降低。第九章醫(yī)用高分子材料56

乙醇酸和乳酸是典型的α－羥基酸，其縮聚產(chǎn)物即為聚α－羥基酸酯，即聚乙醇酸（PGA）和聚乳酸（PLA）。乳酸中的α－碳是不對稱的，因此有D－乳酸和L－乳酸兩種光學(xué)異構(gòu)體。由單純的D－乳酸或L－乳酸制備的聚乳酸是光學(xué)活性的，分別稱為聚D－乳酸（PDLA）和聚L－乳酸（PLLA）。第九章醫(yī)用高分子材料57由兩種異構(gòu)體乳酸的混合物消旋乳酸制備的聚乳酸稱為聚DL－乳酸（PLA），無光學(xué)活性。PDLA和PLLA的物理化學(xué)性質(zhì)基本上相同，而PLA的性質(zhì)與兩種光學(xué)活性聚乳酸有很大差別。在自然界存在的乳酸都是L乳酸，故用其制備的PLLA的生物相容性最好。第九章醫(yī)用高分子材料58聚α－羥基酸酯可通過如下兩種直接方法合成。①羥基酸在脫水劑（如氧化鋅）的存在下熱縮合；②鹵代酸脫鹵化氫而聚合。但是用這些方法合成的聚α－羥基酸酯的分子量往往只有幾千，很難超過20000。而通常只有分子量大于25000的聚α－羥基酸酯才具有較好的機械性能。因此，直接聚合得到的聚α－羥基酸酯一般只能用于藥物釋放體系，而不能用于制備手術(shù)縫合線、骨夾板等需要較高機械性能的產(chǎn)品。第九章醫(yī)用高分子材料59為了制備高分子量的聚α－羥基酸酯，目前采用環(huán)狀內(nèi)酯開環(huán)反應(yīng)的技術(shù)路線。根據(jù)聚合機理，環(huán)狀內(nèi)酯的開環(huán)聚合有三種類型，即陰離子開環(huán)聚合、陽離子開環(huán)聚合和配位開環(huán)聚合。目前，商品聚α－羥基酸酯一般采用陽離子開環(huán)聚合制備。由于醫(yī)用高分子材料對生物毒性要求十分嚴(yán)格，因此要求催化劑是非毒性的。目前最常用的催化劑是二辛酸錫，其安全性是可靠的。第九章醫(yī)用高分子材料60

由乙交酯或丙交酯開環(huán)聚合得到的聚酯PGA或PLA的反應(yīng)式如下式所示。第九章醫(yī)用高分子材料61由乙交酯或丙交酯開環(huán)聚合得到的PGA或PLA也稱為聚乙交酯或聚丙交酯。由兩種交酯共聚得到的聚酯，叫聚乙丙交酯。

PGA在室溫下為結(jié)晶態(tài),PLA在室溫下為無定形體。當(dāng)其組成(摩爾比)在25:75～75:25之間時，共聚產(chǎn)物為無定形玻璃態(tài)高分子，性能接近于PLA，玻璃轉(zhuǎn)化溫度在50～60℃。組成為90:10的聚乙丙交酯的性質(zhì)接近于PGA，但柔順性改善，可作為生物吸收材料在臨床上應(yīng)用。第九章醫(yī)用高分子材料62通過改變其結(jié)晶度和親水性可改變或控制聚α－羥基酸酯的降解性和生物吸收性。例如將丙交酯與己內(nèi)酯共聚，得到的共聚物比PLLA具有更好的柔順性。第九章醫(yī)用高分子材料633.3.2聚酯醚及其相似聚合物PGA和PLLA為高結(jié)晶性高分子，質(zhì)地較脆而柔順性不夠。因此人們設(shè)計開發(fā)了一類具有較好柔順性生物吸收性高分子—聚醚酯，以彌補PGA和PLLA的不足。聚醚酯可通過含醚鍵的內(nèi)酯為單體通過開環(huán)聚合得到。如由二氧六環(huán)開環(huán)聚合制備的聚二氧六環(huán)可用作單纖維手術(shù)縫合線。第九章醫(yī)用高分子材料64將乙交酯或丙交酯與聚醚二醇共聚，可得到聚醚聚酯嵌段共聚物。例如由乙交酯或丙交酯與聚乙二醇或聚丙二醇共聚，可得到聚乙醇酸—聚醚嵌段共聚物和聚乳酸—聚醚嵌段共聚物。在這些共聚物中，硬段和軟段是相分離的，結(jié)果其機械性能和親水性均得以改善。據(jù)報道，由PGA和聚乙二醇組成的低聚物可用作骨形成基體。第九章醫(yī)用高分子材料654.高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用4.1高分子人工臟器及部件的應(yīng)用現(xiàn)狀高分子材料作為人工臟器、人工血管、人工骨骼、人工關(guān)節(jié)等的醫(yī)用材料，正在越來越廣泛地得到運用。人工臟器的應(yīng)用正從大型向小型化發(fā)展，從體外使用向內(nèi)植型發(fā)展，從單一功能向綜合功能型發(fā)展。第九章醫(yī)用高分子材料66根據(jù)人工臟器和部件的作用及目前研究進展，可將它們分成五大類。

第一類：能永久性地植入人體，完全替代原來臟器或部位的功能，成為人體組織的一部分。屬于這一類的有人工血管、人工心臟瓣膜、人工食道、人工氣管、人工膽道、人工尿道、人工骨骼、人工關(guān)節(jié)等。第九章醫(yī)用高分子材料67用于人工臟器的部分高分子材料人工臟器高分子材料心臟嵌段聚醚氨酯彈性體、硅橡膠腎臟銅氨法再生纖維素，醋酸纖維素，聚甲基丙烯酸甲酯，聚丙烯腈，聚砜，乙烯－乙烯醇共聚物（EVA），聚氨酯豪，聚丙烯，聚碳酸酯，聚甲基丙烯酸－β－羥乙酯肝臟賽璐玢（cellophane），聚甲基丙烯酸—β—羥乙酯胰臟共聚丙烯酸酯中空纖維肺硅橡膠，聚丙烯中空纖維，聚烷砜關(guān)節(jié)、骨超高分子量聚乙烯，高密度聚乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，尼龍，聚酯第九章醫(yī)用高分子材料68皮膚硝基纖維素，聚硅酮—尼龍復(fù)合物，聚酯，甲殼素角膜聚甲基丙烯酸甲酯，聚甲基丙烯酸－β－羥乙酯，硅橡膠玻璃體硅油，聚甲基丙烯酸－β－羥乙酯鼻、耳硅橡膠，聚乙烯乳房聚硅酮血管聚酯纖維，聚四氟乙烯，嵌段聚醚氨酯人工紅血球全氟烴人工血漿羥乙基淀粉，聚乙烯基吡咯烷酮膽管硅橡膠第九章醫(yī)用高分子材料69鼓膜硅橡膠食道聚硅酮喉頭聚四氟乙烯，聚硅酮，聚乙烯氣管聚乙烯，聚四氟乙烯，聚硅酮，聚酯纖維腹膜聚硅酮，聚乙烯，聚酯纖維尿道硅橡膠，聚酯纖維第九章醫(yī)用高分子材料70

第二類：在體外使用的較為大型的人工臟器裝置、主要作用是在手術(shù)過程中暫時替代原有器官的功能。例如人工腎臟、人工心臟、人工肺等。這類裝置的發(fā)展方向是小型化和內(nèi)植化，最終能植入體內(nèi)完全替代原有臟器的功能。據(jù)報道，能夠內(nèi)植的人工心臟已獲得相當(dāng)年份的考驗，在不遠的將來可正式投入臨床應(yīng)用。第九章醫(yī)用高分子材料71

第三類：功能比較單一，只能部分替代人體臟器的功能，例如人工肝臟等。這類人工臟器的研究方向是多功能化，使其能完全替代人體原有的較為復(fù)雜的臟器功能。

第四類：正在進行探索的人工臟器。這是指那些功能特別復(fù)雜的臟器，如人工胃、人工子宮等。這類人工臟器的研究成功，將使現(xiàn)代醫(yī)學(xué)水平有一重大飛躍。第九章醫(yī)用高分子材料72

第五類：整容性修復(fù)材料，如人工耳朵、人工鼻子、人工乳房、假肢等。這些部件一般不具備特殊的生理功能，但能修復(fù)人體的殘缺部分，使患者重新獲得端正的儀表。從社會學(xué)和心理學(xué)的角度來看，也是具有重大意義的。要制成一個完整的人工臟器，必須有能源，傳動裝置、自動控制系統(tǒng)及輔助裝置或多方面的配合。然而，不言而喻，其中高分子材料乃是目前制造人工臟器的關(guān)鍵材料。第九章醫(yī)用高分子材料734.2醫(yī)用高分子材料的應(yīng)用4.2.1血液相容性材料與人工心臟許多醫(yī)用高分子在應(yīng)用中需長期與肌體接觸，必須有良好的生物相容性，其中血液相容性是最重要的性能。人工心臟、人工腎臟、人工肝臟、人工血管等臟器和部件長期與血液接觸，因此要求材料必須具有優(yōu)良的抗血栓性能。第九章醫(yī)用高分子材料74近年來，在對高分子材料抗血栓性研究中，發(fā)現(xiàn)具有微相分離結(jié)構(gòu)的聚合物往往具有優(yōu)良的血液相容性，因而引起人們極大的興趣。例如在聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯的結(jié)構(gòu)中接枝上親水性的甲基丙烯酸－β－羥乙酯，當(dāng)接枝共聚物的微區(qū)尺寸在20～30nm范圍內(nèi)時，就有優(yōu)良的抗血栓性。第九章醫(yī)用高分子材料75在微相分離高分子材料中，國內(nèi)外研究得最活躍的是聚醚型聚氨酯，或稱聚醚氨酯。聚醚氨酯是一類線型多嵌段共聚物，宏觀上表現(xiàn)為熱塑性彈性體，具有優(yōu)良的生物相容性和力學(xué)性能，因而引起人們廣泛的重視。作為醫(yī)用高分子材料的嵌段聚醚氨酯（SegmentedPolyetherurethane，SPEU）的一般結(jié)構(gòu)式如下：第九章醫(yī)用高分子材料76第九章醫(yī)用高分子材料美國Ethicon公司推薦的四種醫(yī)用聚醚氨酯：Biomer，Pellethane，Tecoflex和Cardiothane基本上都屬于這一類聚合物。77這類聚合物的共同特點是分子結(jié)構(gòu)都是由軟鏈段和硬鏈段兩部分組成的，分子間有較強的氫鍵和范得華力。聚醚軟段聚集形成連續(xù)相，而由聚氨酯和聚脲組成的硬鏈段聚集而成的分散相微區(qū)則分散在連續(xù)相中，因此具有足夠的強度和理想的彈性。同時分子鏈中的聚醚鏈段和聚氨酯、聚脲鏈段分別提供了材料的水、疏水平衡。第九章醫(yī)用高分子材料78

聚離子絡(luò)合物（PolyionComplex）是另一類具有抗血栓性的高分子材料。它們是由帶有相反電荷的兩種水溶性聚電解質(zhì)制成的。例如美國Amicon公司研制的離子型水凝膠Ioplexl01是由聚乙烯基芐基三甲基銨氯化物與聚苯乙烯磺酸鈉通過離子鍵結(jié)合得到的。

第九章醫(yī)用高分子材料794.2.2人造皮膚材料治療大面積皮膚創(chuàng)傷的病人，需要將病人的正常皮膚移植在創(chuàng)傷部位上。但在移植之前，創(chuàng)傷面需要清洗，被移植皮膚需要養(yǎng)護，因此需要一定時間。在這段時間內(nèi)，許多病人由于體液的大量損耗以及蛋白質(zhì)與鹽分的丟失而喪失生命。因此，人們用高親水性的高分子材料作為人造皮膚，暫時覆蓋在深度創(chuàng)傷的創(chuàng)面上，以減少體液的損耗和鹽分的丟失，從而達到保護創(chuàng)面的目的。第九章醫(yī)用高分子材料80

聚乙烯醇微孔薄膜和硅橡膠多孔海綿是制作人造皮膚的兩種重要材料。這兩種人造皮膚使用時手術(shù)簡便，抗排異性好，移植成活率高，已應(yīng)用于臨床。高吸水性樹脂用于制作人造皮膚方面的研究，亦已取得很多成果。此外，聚氨基酸、骨膠原、角蛋白衍生物等天然改性聚合物也都是人造皮膚的良好材料。第九章醫(yī)用高分子材料81據(jù)報道，日本市場上近年出現(xiàn)一種高效人造皮膚，對嚴(yán)重?zé)齻幕颊呤钟行А＿@種人造皮膚的原料是甲殼質(zhì)材料，從螃蟹殼、蝦殼等物質(zhì)中萃取出來，經(jīng)過抽制成絲，再進行編織。這種人造皮膚具有生理活性，可代替正常皮膚進行移植，因此可減少患者再次取皮的痛苦。臨床試驗表明，這種皮膚的移植成活率達90％以上。第九章醫(yī)用高分子材料82將人體的表皮細胞在高分子材料上粘附、增殖，從而制備有生理活性的人工皮膚，是近年來的又一研究動向，并已取得相當(dāng)?shù)某删汀＠鐚⒂晒悄z原和葡糖胺聚糖組成的多孔層與有機硅材料復(fù)合形成雙層膜。將少量取自患者皮膚的表面細胞置于多孔層中，覆在創(chuàng)傷面上。不久表皮細胞即在多孔層中增殖而形成皮膚。然后將有機硅膜剝下，多孔層則分解，被人體所吸收。第九章醫(yī)用高分子材料834.2.3醫(yī)用粘合劑粘合劑作為高分子材料中的一大類別，近年來已擴展到醫(yī)療衛(wèi)生部門，并且其適用范圍正隨著粘合劑性能的提高、使用趨于簡便而不斷擴大。醫(yī)用粘合劑在醫(yī)學(xué)臨床中有十分重要的作用。在外科手術(shù)中，醫(yī)用粘合劑用于某些器官和組織的局部粘合和修補；手術(shù)后縫合處微血管滲血的制止；骨科手術(shù)中骨骼、關(guān)節(jié)的結(jié)合與定位；齒科手術(shù)中用于牙齒的修補等。

第九章醫(yī)用高分子材料84從醫(yī)用粘合劑的使用對象和性能要求來區(qū)分，可分成兩大類，一類是齒科用粘合劑，另一類則是外科用（或體內(nèi)用）粘合劑。由于口腔環(huán)境與體內(nèi)環(huán)境完全不同，對粘合劑的要求也不相同。此外，齒科粘合劑用于修補牙齒后，通常需要長期保留，因此，要求具有優(yōu)良的耐久性能。而外科用粘合劑在用于粘合手術(shù)創(chuàng)傷后，一旦組織愈合，其作用亦告結(jié)束，此時要求其能迅速分解，并排出體外或被人體所吸收。第九章醫(yī)用高分子材料85（1）齒科用粘合劑齒科用粘合劑的歷史可追溯到半個世紀(jì)以前。1940年，首次用于齒科修補手術(shù)的高分子材料是聚甲基丙烯酸甲酯。它是將甲基丙烯酸甲酯乳液與甲基丙烯酸甲酯單體混合，然后在修補過程中聚合固化。這種粘合劑的硬度與粘結(jié)力均不夠高，所以很快被淘汰。1965年出現(xiàn)了以多官能度甲基丙烯酸酯為基料，無機粉末為填料的復(fù)合粘合劑，性能大大提高，至今仍在齒科修復(fù)中廣泛應(yīng)用。第九章醫(yī)用高分子材料86牙科中使用的粘合劑，按照其被粘物的不同，可分為軟組織用粘合劑和硬組織用粘合劑兩大類。1)軟組織用粘合劑這是一類用于齒齦或口腔粘膜等軟組織的粘合劑。以前軟組織的縫合是通過縫合線手術(shù)完成的。粘合劑用于口腔內(nèi)軟組織的粘合，不僅快速，無痛苦，而且能促進肌體組織的自愈能力，因此這方面的應(yīng)用越來越受到歡迎。第九章醫(yī)用高分子材料87軟組織的粘合目的是促進組織本身的自然愈合，所以通常只要保持一星期到10天左右的粘結(jié)力就可以了。但是它必須能迅速粘結(jié)，能與水分，脂肪等共存，無毒，不會產(chǎn)生血栓，而且不妨礙創(chuàng)傷的愈合過程，分解產(chǎn)物對肌體無影響。遺憾的是至今尚無能全面符合這些條件的理想粘合劑。因此，目前在進行口腔軟組織手術(shù)時，都是粘合與縫合并用的。第九章醫(yī)用高分子材料88最早用于齒科軟組織粘合的粘合劑是α－氰基丙烯酸烷基酯。但這種粘合劑在有大量水分存在的口腔中粘結(jié)比較團難，所以現(xiàn)在已不再使用。取而代之的是稱為EDH的組織粘合劑。EDH組織粘合劑的組成是α－氰基丙烯酸甲酯、丁腈橡膠和聚異氰酸酯按100:100:10～20（重量比）的比例配制而成，再制成6％～7％的硝基甲烷溶液。

第九章醫(yī)用高分子材料89這種粘合劑具有較好的撓屈性和活體組織粘結(jié)性，最早是用作預(yù)防腦動脈瘤破裂的涂層的，后來發(fā)現(xiàn)對齒科軟組織的粘合也有很好的效果。如用作齒槽膿漏癥手術(shù)創(chuàng)面的粘合、牙根切除手術(shù)中牙根斷端部分的包覆等。第九章醫(yī)用高分子材料902)牙齒硬組織用粘合劑牙齒的主要組成物為牙釉質(zhì)、牙骨質(zhì)、牙本質(zhì)和齒髓。牙釉質(zhì)和牙骨質(zhì)構(gòu)成齒冠的外層，最硬，莫氏硬度為6～7，主要成分為羥基磷灰石。牙本質(zhì)稍軟，莫氏硬度為4～5，含較多的有機質(zhì)和水分。牙齒中心部位的齒髓則含有豐富的血管和神經(jīng)活組織。牙釉質(zhì)、牙本質(zhì)和齒髓的材性差別很大，故粘結(jié)比較困難。雖經(jīng)人們經(jīng)過長期的努力，但至今尚無十分理想的粘合劑。第九章醫(yī)用高分子材料91

目前常用的齒科粘合劑主要有以下品種：①磷酸鋅粘固劑②羧基化粘固劑③玻璃離子鍵聚合物粘固劑④聚甲基丙烯酸酯粘合劑第九章醫(yī)用高分子材料92目前最重要的齒科粘合劑是雙酚A—雙(3—甲基丙烯酰氧基—2—羥丙基)醚,簡稱Bis—GMA。它的分子中同時具有親水基和疏水基，因此，粘結(jié)性能優(yōu)良，可用作補牙用復(fù)合充填樹脂。它是一種雙官能團單體，聚合時放熱少，體積收縮小，聚合后成體型結(jié)構(gòu)，耐磨，膨脹系數(shù)小。用紫外光照射或用過氧化苯甲酰—N,N—雙（β—羥乙基）對甲苯胺引發(fā)體系引發(fā)，可在室溫下快速聚合。第九章醫(yī)用高分子材料93Bis—GMA的化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下：第九章醫(yī)用高分子材料94(2)外科用粘合劑外科用粘合劑的應(yīng)用范圍很廣，如胃、腸道、膽囊等消化器官的吻合；血管、氣管、食道、尿道的修補和連接；皮膚、腹膜的粘合；神經(jīng)的粘合；肝、腎、胰臟切除手術(shù)后的粘合；肝、腎、胰、肺等器官的止血；缺損組織的修復(fù)；骨骼的粘合等。其中大部分是對軟組織的粘合。第九章醫(yī)用高分子材料95外科用粘合劑經(jīng)過50多年的發(fā)展，至今已有幾十種品種。但根據(jù)使用要求，仍以較早開發(fā)的α—氰基丙烯酸酯最為合適。α-氰基丙烯酸酯是一類瞬時粘合劑，單組分無溶劑，粘結(jié)時無需加壓，可常溫固化，粘結(jié)后無需特殊處理。由于其粘度低，鋪展性好，固化后無色透明，有一定的耐熱性和耐溶劑性。第九章醫(yī)用高分子材料96尤其可貴的是α-氰基丙烯酸酯能與比較潮濕的人體組織強烈結(jié)合，因而被選作理想的外科用粘合劑