NANJING UNIVERSITYNJUMaterials功能高分子材料 II生物医用高分子材料NANJING UNIVERSITYNJUMaterials什么是生物医用材料？以医疗为目的，用于与组织接触以形成功能的无生命的材料。（ISO）基本要求材料与组织接触无急性毒性、无致敏、致炎、致癌作用和其它不良反应；具备一定的耐腐蚀性；相应的生物力学性能；良好的加工性能。金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料短期使用的一次性高分子材料如塑料针筒、合成纤维纱布、绷带、导管等长期与人体接触的材料NANJING UNIVERSITYNJUMaterials什么是生物相容性 ？生物医用高分子材料除了应该具有一般的物理机械性能外，还必须具有生物功能性和生物相容性。生物功能性（Biofunctionality）是指能够行使机体被代替器官或组织的相关功能，如人工皮肤能覆盖肌肉组织，人工血管能传输血液，人工肾脏能净化血液、清除代谢物，人工心肺能使血液氧合并脱出二氧化碳等；生物相容性（Biocompatibility）是指合成材料与机体组织和血液之间的适应性。材料的相容性欠佳，生物体将显示出排斥异体的本能从而导致发炎、过敏或血液凝固等。 NANJING UNIVERSITYNJUMaterials有什么生物相容性？抗血小板血栓形成抗凝血性抗溶血性抗白细胞减少性抗补体系统亢进性抗血浆蛋白吸附性抗细胞因子吸附性细胞粘附性无抑制细胞生长性细胞激活性抗细胞原生质转化性抗炎症性无抗原性无诱变性无致癌性无致畸性血液相容性组织相容性生物相容性NANJING UNIVERSITYNJUMaterials组织相容性 组织相容性要求材料植入人体后与组织、细胞接触无任何不良反应。NANJING UNIVERSITYNJUMaterials血液相容性凝血：指血液在某种非正常状态时出现的凝固、栓塞现象。（生物体本能的保护反应）除了传统的机械性能、可加工性能之外，抗凝血材料的主要工作是在材料表面的合成设计上 。NANJING UNIVERSITYNJUMaterials材料的生物学评价1982：ASTM（美国材料试验协会）F748-821986：美、英、加拿大三国的标准1992：我国：1997，GB/T16886系列标准接触部位：表面、体外与体内、体内植入接触时间：一时接触（聚原酸酯聚羧酸酯聚氨基甲酸酯聚碳酸酯聚醚聚烃材料对水的渗透性增加比表面积和多孔状结构，可以加快降解速度；交联结构、规整的分子结构、高度取向的结构等使降解速度降低；单体亲水与憎水性分子量的大小不影响降解速度，但分子量越大，达到失重极限的时间越长；NANJING UNIVERSITYNJUMaterials可降解吸收材料的分类天然材料主要是多糖和蛋白质两大类 胶原蛋白、纤维蛋白、甲壳素、壳聚糖以及纤维素衍生物等；合成材料侧链带有易水解基团的聚合物，水解后生成羟基、羧基等亲水性侧基，这些新的基团使聚合物变得易溶于水；立体交联固化的水溶性高分子，植入体内后交联基团被水解还原为可水溶性聚合物；主链中含有易水解链段的聚合物，这些链段被水解后大分子链断开降解为溶于水的齐聚物或单体。 NANJING UNIVERSITYNJUMaterials聚羟基乙酸和聚乳酸 乙交酯或丙交酯本体熔融聚合，用有机金属化合物如辛酸亚锡、氯化锌为催化剂，在140-170C开环聚合。PGA：结晶度一般为40%50%，熔点约225C。不溶于常用的有机溶剂，只溶于六氟异丙醇这样的强溶剂。高强度的缝合线 ；PLA：具有两种光学异构体，形成四种不同构型的聚合物：两种立体规整性构型，右旋聚乳酸（D-PLA）和左旋聚乳酸（L-PLA）：L-PLA形成半结晶聚合物，熔点约185C，具有优良的力学强度并且降解吸收时间很长（年），适用于承载装置；一种外消旋的聚乳酸（DL-PLA）和一种内消旋构型：DL-PLA是无定型聚合物，Tg约65C，降解和吸收速度较快，一般为3到6个月，主要用作药物控制释放的载体和软组织修复材料。 NANJING UNIVERSITYNJUMaterials聚乳酸的应用聚交酯类人工骨： 生物相容性 可选择的强度、降解吸收时间 无需二次手术取出Resomer Resorbable Polyester：Polylactide, Polyglycolide or the copolymersBoehringer Ingelheim KGNANJING UNIVERSITYNJUMaterials聚己内酯 线性的脂肪聚酯，e-己内酯单体在140170C用辛酸亚锡催化熔融本体聚合，分子量从几万到几十万。半结晶态聚合物，结晶度约为45%左右。超低玻璃化温度（Tg=-62C）和熔点（Tm=57C），因此室温下表现为橡胶态，由于其良好的药物通透性往往被用作药物控释载体；被制成微球、微胶囊、膜、纤维、棒状以及纳米粒子等制剂。包埋孕酮制成可降解的长效抗生育制剂。NANJING UNIVERSITYNJUMaterials聚酸酐A可以是脂肪族基团、芳香族基团或二者的混合体，通过二羧酸与乙酸酐在一定温度下回流制备预聚物，纯化后在真空下加热缩聚制得。几乎都是高度结晶；分子量几万到二十万。以表面溶蚀方式降解的材料，生物相容性很好，主要应用是药物控制释放载体。 用双-对羧基苯氧基丙烷和癸二酸共聚生成的聚酸酐（P(CPP-SA) ），制成含有卡氮芥（BCNU）的微球，用于治疗致命性的恶性胶质瘤，在美国已经获得FDA批准用于临床试用。 CPPSANANJING UNIVERSITYNJUMaterials聚磷腈 有容易水解的侧基存在时偶磷氮键就不稳定，聚合物主链水解生成磷酸和铵盐，同时释放出侧链基团，可以通过选择不同的侧基制备出所需降解速度的聚合物。用于心血管装置、牙科材料和药物控制释放装置等；含有亲水性侧基的聚磷腈是水溶性的，往往被用于智能型药物控制释放体系的研究 NANJING UNIVERSITYNJUMaterials氨基酸类聚合物 聚氨基酸，是-氨基酸之间由肽键连接组成的合成高分子；聚谷氨酸纤维作为手术缝合线；肌肉与骨骼的修复装置、眼科装置、机械或电感应式药物控释装置等；假性聚氨基酸，是由-氨基酸之间由非肽键相连组成的合成高分子，一般的连接键有羧酸酯、碳酸酯、甲氨键等；用非酰胺键选择性地取代传统酰胺键可明显改善其物理化学和生化性能，同时保留了传统氨基酸的无毒和生物相容性，用于开发药物控制释放制剂和骨科植入装置；氨基酸-非氨基酸共聚物，聚合物主链由氨基酸和非氨基酸单元组成；具有可修饰性 ；聚丙二醇（PPO）或聚甲基硅氧烷（PDMS）与聚谷氨酸共聚制成的A-B-A型嵌段共聚物是一种高透气性的膜材料。NANJING UNIVERSITYNJUMaterials高分子药物释放体系药物缓释体系（Drug Delivery System, DDS），药物控制释放系统（Drug Controlled Release system）；将药物直接输送到病患部位；在达到要求疗效的前提下，尽量减少药物的投放量；药物的毒副作用最小且安全可靠；使用方便，易于被患者接受；在通常环境下具有一定的物理化学稳定性。NANJING UNIVERSITYNJUMaterials药物控制释放的机理扩散控释机理：A, B化学反应控释机理：C, D溶剂激活控释机理：E, F, G；H：外加磁场的靶向给药NANJING UNIVERSITYNJUMaterials化学反应控释机理溶蚀体系的化学反应释药 侧链体系的化学反应释药Surface Erosion or Heterogeneous Erosion Bulk Erosion or Homogeneous Erosion Pendant Chain SysytemNANJING UNIVERSITYNJUMaterialsDDS中的高分子材料 纤维素及其衍生物，如乙基纤维素、羟丙基纤维素等；聚-酯类，如聚-羟基乙酸(PGA)、聚乳酸(PLA)及其共聚物(PLGA)等；聚原酸酯类；聚酸酐类，如1,3-双(对羧基苯氧基)丙烷与癸二酸的共聚物(P(CPP-SA)等；硅橡胶、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚（甲基丙烯酸-2-羟乙基酯）水凝胶等。NANJING UNIVERSITYNJUMaterials生物医用胶粘剂 -氰基丙烯酸酯类 ；R：正丁基（504）、正辛基（508）等。由空气中的氧和微量水引发，以阴离子引发机理聚合。R=CN海洋生物蛋白胶粘剂受海洋软体动物贝壳的启发而开发的新型粘接材料，具有粘接强度高、在自然环境水中固化等优点。 NANJING UNIVERSITYNJUMaterials软组织修复与重建工程材料 将人体某一器官的细胞在体外进行分离培养，种植到三维支架上（可降解的组织工程材料）植入体内，使细胞借助支架和营养物慢慢生长出新的组织或器官。当新生组织或器官成熟后，支架也逐渐降解，排出体外。如I型胶原、氨基葡聚糖、壳聚糖、聚羟基烷基酸酯等，聚羟基酸及其共聚物、聚己内酯等。 NANJING UNIVERSITYNJUMaterials仿生智能凝胶材料 生物组织大都以纵横交错的大分子网络和液体构成的凝胶状态存在，当生物体受到温度、化学物质等刺激时，其形状和物性发生变化进而呈现相应的功能。智能型凝胶已经可以对pH值、温度、化学物质、光、电、磁等外部刺激产生响应。其应用主要集中在蛋白质分离、细胞培养、药物控制释放等方面。而材料对外界刺激的响应特性也促进了其在人工视网膜、生物传感器等方面的应用研究。