1、1生物医用高分子材料（四）生物医用高分子材料（四）7 生物医用诊断高分子材料 7.1 固定化酶及临床应用1，酶的固定方法：吸附法、共价键结合法、基质法和微胶囊法。2，固定化酶的载体：天然高分子、合成高分子。一般采用多孔性表面积大的材料，不同的固定方法采用的载体也不同。3，临床应用：酶传感器；酶免疫测定法 2生物医用高分子材料（四）生物医用高分子材料（四）天然有机高分子：多糖类衍生物（淀粉、纤维素、葡聚糖、琼脂糖），骨胶原，明胶纤维素纤维素琼脂糖琼脂糖葡萄糖葡萄糖葡聚糖葡聚糖3生物医用高分子材料（四）生物医用高分子材料（四）合成有机高分子：尼龙-66，尼龙-6，聚苯乙烯，聚丙烯酰胺，聚乙烯醇，聚
2、碳酸酯，聚酯，聚氨酯，聚硅氧烷尼龙尼龙-66尼龙尼龙-6聚碳酸酯聚硅氧烷4（一）聚醚（一）聚醚一、非生物降解的医用高分子材料一、非生物降解的医用高分子材料HOCH2CH2OHPEO or PEGHOCH2CH2OCHCH3CH2OCH2CH2OHPEO-PPO-PEO生物医用高分子材料（四）生物医用高分子材料（四）几种重要的医用高分子材料几种重要的医用高分子材料5l PEG与与PPG的嵌段共聚物（的嵌段共聚物（PEO-PPO-PEO）（）（Pluronic）：）：某些具有某些具有反相温敏性反相温敏性，在浓度较高时还可以形成，在浓度较高时还可以形成水凝胶水凝胶。l 其它含其它含PEG的各类嵌段共
3、聚物和接枝共聚物的各类嵌段共聚物和接枝共聚物 PLA-PEG-PLA或或PGA-PEG-PGA三嵌段，或三嵌段，或PEG-PLA和和PEG-PGA二嵌段共聚物，二嵌段共聚物，特别在抗凝血材料中，常在固体植入物表面接枝特别在抗凝血材料中，常在固体植入物表面接枝PEG，改进其，改进其生物相容性。生物相容性。生物医用高分子材料（四）生物医用高分子材料（四）l PEG:不可降解材料、水溶性聚合物、无电荷、生物相容性不可降解材料、水溶性聚合物、无电荷、生物相容性 好、无炎症。在药物缓释载体领域应用较多；好、无炎症。在药物缓释载体领域应用较多；6（二）聚氨酯（二）聚氨酯l 如：氨纶、如：氨纶、Biomer
4、（医用聚氨酯弹性体，线性聚氨酯-脲嵌段聚合物）、）、聚氨酯聚氨酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物、聚氨酯及聚氨酯聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物、聚氨酯及聚氨酯-丙烯酸酯水凝胶丙烯酸酯水凝胶等等 l 应用：人工心脏隔膜及包囊的弹性体、各种医用胶管管材、弹性绷带、应用：人工心脏隔膜及包囊的弹性体、各种医用胶管管材、弹性绷带、医用人造皮、隐形眼镜等。医用人造皮、隐形眼镜等。(n+1)HOOH+(n+2)OCN-R-NCOC OO C NHOR NHONHROCNCOOO CONH R-NCO()n生物医用高分子材料（四）生物医用高分子材料（四）7（三）硅橡胶（三）硅橡胶l 良好的生物相容性、透明性、抗老化性、电
5、绝缘性等良好的生物相容性、透明性、抗老化性、电绝缘性等 l 应用：硅橡胶和硅凝胶在乳房填充物、矫形材料、血管替代物以及包封应用：硅橡胶和硅凝胶在乳房填充物、矫形材料、血管替代物以及包封 材料、医用粘合剂等方面材料、医用粘合剂等方面SiClClCH3CH3H2O-HClHOOHOnSiSiCH3CH3CH3CH3-H2O聚二甲基硅氧烷聚二甲基硅氧烷(PDMS)生物医用高分子材料（四）生物医用高分子材料（四）8（四）聚甲基丙烯酸酯类（四）聚甲基丙烯酸酯类聚甲基丙烯酸甲酯：聚甲基丙烯酸甲酯：PMMA，有机玻璃，具有良好的生物，有机玻璃，具有良好的生物相容性，较高的机械强度和热成型性能。主要用于人工骨
6、、相容性，较高的机械强度和热成型性能。主要用于人工骨、骨水泥、人工关节，特别是在齿科材料、骨骼粘合剂和颅骨水泥、人工关节，特别是在齿科材料、骨骼粘合剂和颅骨修补等方面占有重要地位。骨修补等方面占有重要地位。聚甲基丙烯酸聚甲基丙烯酸2-羟乙酯及水凝胶：羟乙酯及水凝胶：PHEMA，良好的透明，良好的透明性，容易加工成有一定屈率的薄膜镜片（透光率性，容易加工成有一定屈率的薄膜镜片（透光率97%），），湿态下柔软，有弹性，含水量高。湿态下柔软，有弹性，含水量高。（五）聚（五）聚N-异丙基丙烯酰胺，异丙基丙烯酰胺，PNIPAM生物医用高分子材料（四）生物医用高分子材料（四）9（一）天然高分子或生物高分子
7、（一）天然高分子或生物高分子天然高分子材料需要具备以下特点：原料来源丰富，便宜天然高分子材料需要具备以下特点：原料来源丰富，便宜易得；易加工成型；具有适宜的物理力学性能；不引起异易得；易加工成型；具有适宜的物理力学性能；不引起异体免疫反应。体免疫反应。生物医用高分子材料（四）生物医用高分子材料（四）二、生物可降解的医用高分子材料二、生物可降解的医用高分子材料2.1 2.1 天然多糖类材料：天然多糖类材料：纤维素，甲壳素，淀粉，木质素，纤维素，甲壳素，淀粉，木质素，海藻酸等海藻酸等2.1.1 2.1.1 纤维素纤维素以以D D-吡喃式葡萄糖基作为其结构基环，结构如下：吡喃式葡萄糖基作为其结构基环
8、，结构如下：10生物医用高分子材料（四）生物医用高分子材料（四）2.1.2 2.1.2 甲壳素甲壳素制造工艺简单，价格低廉，同时由于它具有良好的可纺性、制造工艺简单，价格低廉，同时由于它具有良好的可纺性、成膜性、可化学修饰性能以及无毒害和生物相容性，因此成膜性、可化学修饰性能以及无毒害和生物相容性，因此在许多领域获得了广泛应用。在许多领域获得了广泛应用。化学名称为（化学名称为（1,41,4）-2-2-乙酰胺基乙酰胺基-2-2-脱氧脱氧-D D-葡聚糖，结葡聚糖，结构如下：构如下：11生物医用高分子材料（四）生物医用高分子材料（四）甲壳素的化学改性：甲壳素的化学改性：酰基化：酰基化：改善了溶解性
9、，膜表面湿润性和凝血性；改善了溶解性，膜表面湿润性和凝血性；羧基化：羧基化：可吸附碱土金属离子，增强了保水性，膜透气性，可吸附碱土金属离子，增强了保水性，膜透气性，能够抑菌，杀菌；能够抑菌，杀菌；酯化：酯化：具有抗凝血，抗癌作用；具有抗凝血，抗癌作用；醚化：醚化：改善水中的溶解度，具有良好的保水性；改善水中的溶解度，具有良好的保水性；N-N-烷基化：易溶于水，且能与阴离子洗涤剂相溶；烷基化：易溶于水，且能与阴离子洗涤剂相溶；水解：水解：具有抗癌作用，对中枢神经有镇静作用，能促进植具有抗癌作用，对中枢神经有镇静作用，能促进植物生长。物生长。甲壳素的主要生物特征：甲壳素的主要生物特征：生物相容性好
10、；生物活性优异，生物相容性好；生物活性优异，生物降解性好。生物降解性好。主要应用：主要应用：可吸收缝合线，人工皮肤，支架材料，缓释材可吸收缝合线，人工皮肤，支架材料，缓释材料。料。122.2 聚聚羟基乙酸和聚乳酸羟基乙酸和聚乳酸聚乙醇酸聚乙醇酸（PGA，聚羟基乙酸，聚羟基乙酸 or 聚乙交酯），是具有最单聚乙交酯），是具有最单一结构单元的脂肪族聚酯，主要由它的二聚物开环聚合得一结构单元的脂肪族聚酯，主要由它的二聚物开环聚合得到：到：生物医用高分子材料（四）生物医用高分子材料（四）（二）合成高分子（二）合成高分子PGA具有规整的分子结构和高度结晶性，其熔点高，机械具有规整的分子结构和高度结晶性，
11、其熔点高，机械性能好，在有机溶剂中难溶。性能好，在有机溶剂中难溶。13聚羟基乙酸聚羟基乙酸(PGA)：分子结构高度规整，故单纯的分子结构高度规整，故单纯的PGA为结晶性聚合物，结晶度为为结晶性聚合物，结晶度为40-50%，熔点为，熔点为225度，难溶于丙酮、氯仿等一般溶剂。度，难溶于丙酮、氯仿等一般溶剂。聚合物晶体聚合物晶体生物医用高分子材料（四）生物医用高分子材料（四）14通过通过熔融纺丝熔融纺丝的方法可以得到高强度的的方法可以得到高强度的PGA纤维纤维，在组织工程，在组织工程中广泛作为中广泛作为组织修复细胞支架组织修复细胞支架，在体内，在体内4个月内可完全吸收。个月内可完全吸收。生物医用高
12、分子材料（四）生物医用高分子材料（四）15聚乳酸聚乳酸（PLA，聚羟基丙酸，聚羟基丙酸 or 聚丙交酯）聚丙交酯）:一种方法是通一种方法是通过乳酸的二聚物在催化剂存在下开环聚合而制得：过乳酸的二聚物在催化剂存在下开环聚合而制得：生物医用高分子材料（四）生物医用高分子材料（四）另一种方法是通过乳酸在溶剂存在下直接脱水缩合，生成另一种方法是通过乳酸在溶剂存在下直接脱水缩合，生成高相对分子质量的高相对分子质量的PLA。具有产品几乎不含杂质的优势。具有产品几乎不含杂质的优势。16聚羟基丙酸聚羟基丙酸(PLA)：有不对称碳原子，存在有不对称碳原子，存在L和和D构型之分，可形成四种不同构型的构型之分，可形
13、成四种不同构型的聚合物：聚合物：PDLA、PLLA、外消旋、外消旋PDLLA和内消旋和内消旋PDLLA，人，人体内的天然乳酸为体内的天然乳酸为L型，而其他构型很少使用。型，而其他构型很少使用。PLLA：等规聚合物：等规聚合物，可形成半结晶聚合物，可形成半结晶聚合物，Tm约为约为185度，度，良好的力学强度，且降解吸收时间长良好的力学强度，且降解吸收时间长(3-3.5年年),故用于故用于 体内体内骨固定装置骨固定装置。PLA：无规无规立构无定形聚合物，降解吸收速度较快（立构无定形聚合物，降解吸收速度较快（3-6个月个月），），故常用于故常用于药物控释载体和组织修复材料药物控释载体和组织修复材料。
14、生物医用高分子材料（四）生物医用高分子材料（四）17L-乳酸乳酸可吸收螺钉可吸收螺钉 PLLA可吸收骨板可吸收骨板PLLA生物医用高分子材料（四）生物医用高分子材料（四）18 聚乙交酯聚乙交酯-丙交酯（丙交酯（PLGA）的降解过程通常包括：）的降解过程通常包括：其其可靠生物安全性可靠生物安全性，被美国，被美国FDA批准应用在医疗领域，如作批准应用在医疗领域，如作骨骨钉、缝合线等。钉、缝合线等。目前，目前，PLGA等聚酯类多孔支架等聚酯类多孔支架，从综合性，从综合性能看，已经成为有希望的组织工程材料。能看，已经成为有希望的组织工程材料。水渗透水渗透酯键断裂酯键断裂齐聚物齐聚物的扩散的扩散碎片溶解
15、碎片溶解降解产物：降解产物：乳酸乳酸 +乙醇酸（具体的降解产物）乙醇酸（具体的降解产物）生物医用高分子材料（四）生物医用高分子材料（四）OCH2COOCH(CH3)COnm19PLGA：一系列共聚物的总称，一部分为半结晶性聚合物，一部分为无一系列共聚物的总称，一部分为半结晶性聚合物，一部分为无定形聚合物。定形聚合物。通过调节通过调节GA与与LA的比例，可以得到力学强度与结晶性不同的的比例，可以得到力学强度与结晶性不同的PLGA共聚物，以满足不同的医疗领域。共聚物，以满足不同的医疗领域。GA/LA=90/10：半结晶性聚合物：半结晶性聚合物，Tm约为约为205度，低温下加工度，低温下加工 成纤维
16、，降解和吸收速度加快，成纤维，降解和吸收速度加快，90d内在内在体内体内 可完全吸收，做手术缝合线。可完全吸收，做手术缝合线。GA/LA=50/50：无规立构聚合物：无规立构聚合物，降解吸收速度最快，降解吸收速度最快(d)，可，可 溶于氯仿、甲苯、乙酸乙酯等有机溶剂，易于加工。溶于氯仿、甲苯、乙酸乙酯等有机溶剂，易于加工。生物医用高分子材料（四）生物医用高分子材料（四）20PGA,PLA和和PLGA的临床应用：的临床应用：降解产物无毒，易于参加体内代谢而排出体外，而降解产物无毒，易于参加体内代谢而排出体外，而且具有良好的生物相容性。且具有良好的生物相容性。作为医用缝合线，暂时性支架和药物控释载
17、体。作为医用缝合线，暂时性支架和药物控释载体。PGA棒，主要用于固定骨折部位；微球体可作为载棒，主要用于固定骨折部位；微球体可作为载体的疫苗传输体系；体的疫苗传输体系；PEG-PLGA-PEG，非常适合，非常适合用做可注射药物释放材料。用做可注射药物释放材料。生物医用高分子材料（四）生物医用高分子材料（四）212.3 聚己内酯（聚己内酯（PCL）为另一类常见的可降解聚酯，高分子量的为另一类常见的可降解聚酯，高分子量的PCL由由己内酯单体己内酯单体开环聚合得到。开环聚合得到。主要特点：主要特点：降解速度较慢降解速度较慢(2-4年年),通过与通过与PLA等共聚改性可加快降解速度。等共聚改性可加快降
18、解速度。PCL对小分子药物具有良好的通透性，广泛用于药物控释载体。对小分子药物具有良好的通透性，广泛用于药物控释载体。生物医用高分子材料（四）生物医用高分子材料（四）222.4 聚酸酐聚酸酐 成纤和机械性好成纤和机械性好键不稳定键不稳定药物控制释放领域药物控制释放领域190920世纪世纪30年代年代20世纪世纪60年代年代20世纪世纪80年代年代熔点高熔点高溶解性差溶解性差聚对苯二甲酸酐（聚对苯二甲酸酐（PTA）聚间苯二甲酸酐（聚间苯二甲酸酐（PIPA）聚癸二酸酐（聚癸二酸酐（PSA）成纤和成膜性好成纤和成膜性好水解稳定性适中水解稳定性适中一系列聚酸酐一系列聚酸酐可生物降解性可生物降解性聚聚1
19、,3-双双(对羧基苯氧基对羧基苯氧基)丙烷丙烷-癸二酸癸二酸P(CPP-SA）生物医用高分子材料（四）生物医用高分子材料（四）23（一）脂肪族聚酸酐（一）脂肪族聚酸酐-水解性很强，降解速率过快水解性很强，降解速率过快（二）芳香族聚酸酐（二）芳香族聚酸酐-熔融非常困难，且溶解性很差，很少应用。熔融非常困难，且溶解性很差，很少应用。（三）芳香脂肪聚酸酐（三）芳香脂肪聚酸酐-药物载体较多应用。药物载体较多应用。-CO-(CH2)m-COO-nM=4，6，10聚酸酐聚酸酐(P(CPP-SA)-几天几天-几月内降解几月内降解（聚（聚1,3-双（对羧基苯氧基）丙烷葵二酸双（对羧基苯氧基）丙烷葵二酸共聚物）
20、共聚物）生物医用高分子材料（四）生物医用高分子材料（四）24 对该类材料进行了深入而广泛的基础对该类材料进行了深入而广泛的基础与应用基础研究，探索了其作为与应用基础研究，探索了其作为粘膜给粘膜给药载体以及体内成像药载体以及体内成像等方面的潜在应用。等方面的潜在应用。相关研究形成了特色鲜明的研究体系，相关研究形成了特色鲜明的研究体系，开拓出一类生物医用新材料开拓出一类生物医用新材料。不同激发波长下生物可降解不同激发波长下生物可降解聚酸酐的不同荧光发射颜色聚酸酐的不同荧光发射颜色（四）其它混合类型聚酸酐（四）其它混合类型聚酸酐-如聚酰亚胺酸酐用于外科缝合线、如聚酰亚胺酸酐用于外科缝合线、发荧光，且
21、强度与分子量呈正相关。发荧光，且强度与分子量呈正相关。生物医用高分子材料（四）生物医用高分子材料（四）252.5 2.5 聚膦腈聚膦腈 聚磷腈的主链包含无机杂原子，由磷和氮原子交替组成聚合物。聚磷腈的主链包含无机杂原子，由磷和氮原子交替组成聚合物。特点：特点：改变侧基调控聚合物的降解性能；改变侧基调控聚合物的降解性能；炎症反应很小；炎症反应很小；降解机制为侧链的水解。降解机制为侧链的水解。RONa，RM，RNH2高分子量高分子量的聚磷腈的聚磷腈生物医用高分子材料（四）生物医用高分子材料（四）262.6 2.6 聚氨基酸聚氨基酸氨基酸：氨基酸：结构中的氨基（结构中的氨基（-NH2）或亚氨基）或亚
22、氨基(=NH）都与邻接羧）都与邻接羧基（基（-COOH）的）的-碳原子相连接，故都属于碳原子相连接，故都属于-氨基酸氨基酸。聚氨基酸：聚氨基酸：常指聚丙氨酸、聚赖氨酸等合成的高分子。此外，还常指聚丙氨酸、聚赖氨酸等合成的高分子。此外，还包括假聚氨基酸，即以氨基酸为起始原料，但不以肽键包括假聚氨基酸，即以氨基酸为起始原料，但不以肽键（-CO-NH-）。）。相互连接，而以相互连接，而以酯键酯键和和脲键脲键等连接等连接。生物医用高分子材料（四）生物医用高分子材料（四）272.7 2.7 其它可降解的合成高分子其它可降解的合成高分子聚碳酸酯聚碳酸酯、新型聚富马酸酯可注射性水凝胶、新型聚富马酸酯可注射性
23、水凝胶、聚二氧化碳等聚二氧化碳等。聚碳酸酯聚碳酸酯 生物医用高分子材料（四）生物医用高分子材料（四）28聚二氧化碳：聚二氧化碳：一种正在研究的新型合成材料，以一种正在研究的新型合成材料，以二氧化碳为单体原料二氧化碳为单体原料在双在双金属配位金属配位催化剂催化剂作用下，被活化到较高的程度时，作用下，被活化到较高的程度时，与环氧化与环氧化物发生共聚物发生共聚反应，反应，生成脂肪族聚碳酸酯（生成脂肪族聚碳酸酯（PPC），经过后处），经过后处理，就得到理，就得到二氧化碳树脂二氧化碳树脂材料。材料。应用：应用：二氧化碳、环氧乙烷等的共聚物，二氧化碳、环氧丙烷和琥二氧化碳、环氧乙烷等的共聚物，二氧化碳、环
24、氧丙烷和琥珀酸酐的三元共聚物能被微生物珀酸酐的三元共聚物能被微生物彻底分解彻底分解，不留残渣，是一，不留残渣，是一类有类有希望的生物降解材料希望的生物降解材料。二氧化碳共聚物有优异的生物体相容性。特别设计的共聚物二氧化碳共聚物有优异的生物体相容性。特别设计的共聚物可望用作可望用作抗凝血材料或用作药物缓释剂抗凝血材料或用作药物缓释剂。生物医用高分子材料（四）生物医用高分子材料（四）中央电视台报道，中央电视台报道，2004年年3月中国科学院首创用二氧化碳月中国科学院首创用二氧化碳合成可降解塑料聚二氧化碳。合成可降解塑料聚二氧化碳。29生物医用高分子材料（四）生物医用高分子材料（四）医用高分子材料的
25、发展趋势医用高分子材料的发展趋势（一）生物相容性材料（一）生物相容性材料1，血液相容性材料；，血液相容性材料；2，组织相容性材料；，组织相容性材料；3，生物降解吸收性材料。，生物降解吸收性材料。（二）硬组织生物医用材料（二）硬组织生物医用材料1，硬组织材料和生物复合材料；，硬组织材料和生物复合材料；2，生物医用材料的现场固化。，生物医用材料的现场固化。30（三）药物释放和送达体系高分子材料（三）药物释放和送达体系高分子材料1，时间控制型释放体系；，时间控制型释放体系；2，部位控制送达体系；，部位控制送达体系；3，智能型药物释放体系。，智能型药物释放体系。（四）血液净化材料（四）血液净化材料生物医用高分子材料（四）生物医用高分子材料（四）
