1、生物医学材料和人工器官1 生物医学材料的发展概况生物医学材料的发展概况 生物医学材料生物医学材料(Biomedical Materials)是生物医学科学中一是生物医学科学中一个较新分支学科，是生物、医学、化学和材料科学交叉个较新分支学科，是生物、医学、化学和材料科学交叉形成的边缘学科。具体涉及到化学、物理学、高分子化形成的边缘学科。具体涉及到化学、物理学、高分子化学、高分子物理学、生物物理学、生物化学、生理学、学、高分子物理学、生物物理学、生物化学、生理学、药物学、基础与临床医学等很多学科药物学、基础与临床医学等很多学科。ISO定义，生物医学材料是指定义，生物医学材料是指“以医疗为目的，用于
2、与组以医疗为目的，用于与组织接触以形成功能的无生命的材料织接触以形成功能的无生命的材料”。另有定义是：具。另有定义是：具有天然器官组织的功能或天然器官部分功能的材料。有天然器官组织的功能或天然器官部分功能的材料。3500年前，古埃及人就利用棉纤维、马鬃作缝合线缝合伤口；年前，古埃及人就利用棉纤维、马鬃作缝合线缝合伤口；印第安人使用木片修补受伤的颅骨。印第安人使用木片修补受伤的颅骨。中国和埃及在中国和埃及在2500年前的墓葬中发现有假牙、假鼻和假耳。年前的墓葬中发现有假牙、假鼻和假耳。人类很早就用黄金来修复缺损的牙齿，并沿用至今。人类很早就用黄金来修复缺损的牙齿，并沿用至今。1775年就有用金属
3、固定体内骨折的记载。年就有用金属固定体内骨折的记载。1851年发明了天然橡胶的硫化方法后，有人采用硬胶木制作年发明了天然橡胶的硫化方法后，有人采用硬胶木制作了人工牙托的颚骨。了人工牙托的颚骨。器官移植取得巨大进展，但存在排异、器官来源、法律、伦器官移植取得巨大进展，但存在排异、器官来源、法律、伦理等难题。因此医学界对生物医学材料和人工器官的要求日理等难题。因此医学界对生物医学材料和人工器官的要求日益增加。益增加。目前被详细研究过的生物材料已超过目前被详细研究过的生物材料已超过1000种，被广泛应用种，被广泛应用的有的有90多种，多种，1800多个制品。西方国家每年耗用生物材料多个制品。西方国家
4、每年耗用生物材料量以量以1015%的速度增长。的速度增长。我国生物材料的研究起步较晚，我国生物材料的研究起步较晚，随着政府的重视和投入的随着政府的重视和投入的不断增加，取得一批较高水平的研究成果，如生物活性骨、不断增加，取得一批较高水平的研究成果，如生物活性骨、关节系统替换材料、人工心脏瓣膜等心血管替换材料以及关节系统替换材料、人工心脏瓣膜等心血管替换材料以及眼科手术用高分子复合材料等。眼科手术用高分子复合材料等。2 生物医学材料安全性评价生物医学材料安全性评价 生物医学材料的安全性评价：生物医学材料的安全性评价：指采用生物学的方法来指采用生物学的方法来检测被检材料对受体的毒副作用，从而预测该
5、材料在检测被检材料对受体的毒副作用，从而预测该材料在医学应用中的安全性。包括对局部组织、血液与整体医学应用中的安全性。包括对局部组织、血液与整体反应及对受体的遗传效应。反应及对受体的遗传效应。生物医学材料的安全性评价本身是一个不断发展的领生物医学材料的安全性评价本身是一个不断发展的领域，域，“安全性安全性”是相对的概念。是相对的概念。根据材料与制品使用目的的不同制定各种安全性评价根据材料与制品使用目的的不同制定各种安全性评价程序。程序。ASTM(美国材料试验标准美国材料试验标准)。3 生物医学材料的基本要求生物医学材料的基本要求 临床医学对生物医学材料有以下基本要求：临床医学对生物医学材料有以
6、下基本要求：无毒性、不致癌、不致畸、不引起人体细胞的突变和组无毒性、不致癌、不致畸、不引起人体细胞的突变和组织细胞的反应；织细胞的反应；与人体组织相容性好，不引起中毒、溶血凝血、发热和与人体组织相容性好，不引起中毒、溶血凝血、发热和过敏等现象；过敏等现象；化学性质稳定，抗体液、酶的作用；化学性质稳定，抗体液、酶的作用；具有与天然组织相适应的物理机械特性；具有与天然组织相适应的物理机械特性；针对不同的使用目的具有特定的功能。针对不同的使用目的具有特定的功能。4 生物医学材料的分类及性能生物医学材料的分类及性能 两种分类方法两种分类方法 按应用性质来分类：按应用性质来分类：抗凝血材料抗凝血材料(心
7、血管材料心血管材料)、齿科材料、骨科材料、眼科、齿科材料、骨科材料、眼科材料、吸附解毒材料材料、吸附解毒材料(血液灌流用血液灌流用)、假体材料、缓释材、假体材料、缓释材料、生物粘合材料、透析及超滤用膜材料、一次性医料、生物粘合材料、透析及超滤用膜材料、一次性医用材料等。用材料等。按材料属性分类：按材料属性分类：天然生物材料天然生物材料再生纤维、胶原、透明质酸、甲壳素等。再生纤维、胶原、透明质酸、甲壳素等。合成高分子生物材料合成高分子生物材料硅橡胶、聚氨脂及其嵌段共聚物、硅橡胶、聚氨脂及其嵌段共聚物、涤纶、尼龙、聚丙烯腈、聚烯烃涤纶、尼龙、聚丙烯腈、聚烯烃 医用金属材料医用金属材料不锈钢、钛及钛
8、合金、钛镍记忆合金等不锈钢、钛及钛合金、钛镍记忆合金等 无机生物医学材料无机生物医学材料碳素材料、生物活性陶瓷、玻璃材料碳素材料、生物活性陶瓷、玻璃材料 杂化生物材料杂化生物材料来自活体的天然材料与合成材料的杂化，来自活体的天然材料与合成材料的杂化，如胶原与聚乙烯醇的交联杂化等如胶原与聚乙烯醇的交联杂化等 复合生物材料复合生物材料用碳纤维增强的塑料，用碳纤维或玻璃纤用碳纤维增强的塑料，用碳纤维或玻璃纤维增强的生物陶瓷、玻璃等维增强的生物陶瓷、玻璃等 生物材料是研制人工器官及一些重要医疗技术的物质基础，生物材料是研制人工器官及一些重要医疗技术的物质基础，综观人工器官及医疗装置的发展史，每一种新型
9、生物材料的综观人工器官及医疗装置的发展史，每一种新型生物材料的发现都引起了人工器官及医疗技术的飞跃。发现都引起了人工器官及医疗技术的飞跃。生物惰性医用硅橡胶生物惰性医用硅橡胶人工耳、人工鼻、人工颌骨等人工耳、人工鼻、人工颌骨等 血液相容性较好的各向同性碳被复材料血液相容性较好的各向同性碳被复材料碟片式机械心脏碟片式机械心脏瓣膜瓣膜 血液亲和性及物理机械性能较好的聚氨酯嵌段共聚物血液亲和性及物理机械性能较好的聚氨酯嵌段共聚物促促使人工心脏向临床应用跨越一大步使人工心脏向临床应用跨越一大步 可形成假生物内膜的编织涤纶管可形成假生物内膜的编织涤纶管人工血管进入实用化人工血管进入实用化5 医用金属材料
10、医用金属材料 在生物医学材料中，金属材料应用最早，唐代就用银汞合在生物医学材料中，金属材料应用最早，唐代就用银汞合金金(主要成份：汞、银、铜、锡、锌主要成份：汞、银、铜、锡、锌)来补牙。来补牙。医用金属材料是指一类用作生物材料的金属或合金，又称医用金属材料是指一类用作生物材料的金属或合金，又称外科用金属材料。外科用金属材料。属于生物惰性材料，除具有较高的机械强度和抗疲劳性能，属于生物惰性材料，除具有较高的机械强度和抗疲劳性能，具有良好的生物力学性能及相关的物理性质外，还必须具具有良好的生物力学性能及相关的物理性质外，还必须具有优良的抗生理腐蚀性、生物相容性、无毒性和简易可行有优良的抗生理腐蚀性
11、、生物相容性、无毒性和简易可行的手术操作技术。的手术操作技术。医用金属材料是临床应用最广泛的医用金属材料是临床应用最广泛的承力植入材料承力植入材料，由于有，由于有较高的强度和韧性，已成为骨和牙齿等硬组织修复和替换、较高的强度和韧性，已成为骨和牙齿等硬组织修复和替换、心血管和软组织修复以及人工器官制造的主要材料。心血管和软组织修复以及人工器官制造的主要材料。大部分金属不符合生物材料的要求，仅有小部分或经处理大部分金属不符合生物材料的要求，仅有小部分或经处理过的可用于临床。目前在临床使用的医用金属材料主要有过的可用于临床。目前在临床使用的医用金属材料主要有不锈钢、钴基合金和钛基合金三大类，另外还有
12、记忆合金、不锈钢、钴基合金和钛基合金三大类，另外还有记忆合金、贵金属以及纯金属钽、铌和铬等。贵金属以及纯金属钽、铌和铬等。常用医用金属材料常用医用金属材料 不锈钢不锈钢 钴钴(Co)基合金基合金 钛钛(Ti)基合金基合金 形状记忆合金形状记忆合金 贵金属贵金属5.1 不锈钢不锈钢 铁基耐蚀合金铁基耐蚀合金(一般由铁、铬、镍、钼、锰、硅组成一般由铁、铬、镍、钼、锰、硅组成)，易，易加工、价格低廉加工、价格低廉。不锈钢的耐蚀性和屈服强度可以通过冷加工而提高，避免不锈钢的耐蚀性和屈服强度可以通过冷加工而提高，避免疲劳断裂。疲劳断裂。不锈钢可制成多种形体，如针、钉、髓内针、齿冠、三棱不锈钢可制成多种形
13、体，如针、钉、髓内针、齿冠、三棱钉等器件和人工假体而用于临床，不锈钢还用于制作各种钉等器件和人工假体而用于临床，不锈钢还用于制作各种医疗仪器和手术器械。医疗仪器和手术器械。颅固定钢板、钢钉颅固定钢板、钢钉手术器械手术器械5.2 钴钴(Co)基合金基合金 含有较高的铬和钼，又称钴铬钼合金，具有极为优异的耐含有较高的铬和钼，又称钴铬钼合金，具有极为优异的耐腐蚀性腐蚀性(比不锈钢高比不锈钢高40倍倍)和耐磨性，综合力学性能和生物相和耐磨性，综合力学性能和生物相容性良好，可通过精密铸造成形状复杂的精密修复体。容性良好，可通过精密铸造成形状复杂的精密修复体。主要用于主要用于 人工关节人工关节(特别是人体
14、中受载荷最大的髋关节特别是人体中受载荷最大的髋关节)人工骨及骨科内处固定器件人工骨及骨科内处固定器件 齿科修复中的义齿，各种铸造冠、嵌体及固定桥齿科修复中的义齿，各种铸造冠、嵌体及固定桥 心血管外科及整形科等心血管外科及整形科等 价格较高，加工困难，应用不普及。价格较高，加工困难，应用不普及。人造髋关节的头杆部分人造髋关节的头杆部分5.3 钛钛(Ti)基合金基合金 临床应用广泛，其质轻、强度高、力学性质接近人骨、强度临床应用广泛，其质轻、强度高、力学性质接近人骨、强度远低于纯钛，耐疲劳、耐蚀性均优于不锈钢和钴基合金，且远低于纯钛，耐疲劳、耐蚀性均优于不锈钢和钴基合金，且生物相容性和表面活性好，
15、是较为理想的一种植入材料。生物相容性和表面活性好，是较为理想的一种植入材料。抗断裂强度较低，耐磨性能不尽人意，加工困难。冶炼及成抗断裂强度较低，耐磨性能不尽人意，加工困难。冶炼及成型工艺复杂。型工艺复杂。主要用于：修补颅骨，制成钛网或钛箔用于修复脑膜和腹膜、主要用于：修补颅骨，制成钛网或钛箔用于修复脑膜和腹膜、人工骨、关节、牙和矫形物、人工心脏瓣膜支架、人工心脏人工骨、关节、牙和矫形物、人工心脏瓣膜支架、人工心脏部件和脑止血夹、口腔颌面矫形、颌面修补、手术器械、医部件和脑止血夹、口腔颌面矫形、颌面修补、手术器械、医疗仪器和人工假肢等。疗仪器和人工假肢等。钛钛 板板5.4 形状记忆合金形状记忆合
16、金 1951年美国首次报道年美国首次报道Au-Cd(金金-镉镉)合金具有形状记忆效合金具有形状记忆效应，目前已发现应，目前已发现20多种记忆合金，其中以镍钛合金在临床上多种记忆合金，其中以镍钛合金在临床上应用最广。它在不同的温度下表现为不同的金属结构相。如应用最广。它在不同的温度下表现为不同的金属结构相。如低温时为单斜结构相，高温时为立方体结构相，前者柔软可低温时为单斜结构相，高温时为立方体结构相，前者柔软可随意变形，如拉直式屈曲，而后者刚硬，可恢复原来的形状，随意变形，如拉直式屈曲，而后者刚硬，可恢复原来的形状，并在形状恢复过程中产生较大的恢复力。并在形状恢复过程中产生较大的恢复力。经过高温
17、退火后，加工为一种形状经过高温退火后，加工为一种形状(如螺旋状如螺旋状)，室温，室温下降将其拉直，当加热到一定的下降将其拉直，当加热到一定的“变态温度变态温度”时，这根合金时，这根合金仿佛记起了什么似的，立即恢复到它原来形状仿佛记起了什么似的，立即恢复到它原来形状(螺旋状螺旋状)。来源于动物的天然多糖，普遍存在于虾、蟹等低等动物及昆虫等节肢动物的外壳中。这三种碳在生理环境中化学性质稳定，也不发生疲劳破坏，是生物相容性非常好的一类惰性材料。而水分则从渗透浓度低的一侧向浓度高的一侧转移，最终实现动态平衡，达到清除人体代谢废物和纠正水、电解质和酸碱平衡的治疗目的。新型纳米抗炎敷料，表面结构发生根本性
18、变化，面积显著增大，杀菌效果增加百倍以上。特别是磺化产品，其结构与肝素极其相似，可作为肝素的代用品作抗凝剂。电极的接触面呈长方形，电流传送的方向直接对准听神经元位置。1895年，试制人工心脏泵对机体的组织和器官进行灌流。反之，血液中的二氧化碳分压(PCO2)为40mmHg，氧气中的PCO2为05mmHg，因此CO2经膜由血液向气体侧弥散，最终逸出。模仿的设计，多是对其悬挂系统的小改进，其中最有竞争力的是Medtronic parallel瓣。Jude Mitral Valve生物医学材料(Biomedical Materials)是生物医学科学中一个较新分支学科，是生物、医学、化学和材料科学交
19、叉形成的边缘学科。当心脏瓣膜病变严重而不能用瓣膜分离手术或修补手术恢复或改善瓣膜功能时，则须采用人工心脏瓣膜置换术。胶原来源广泛，广泛应用。表面活性：羟基磷灰石生物活性陶瓷和生物活性玻璃陶瓷，在生理环境中可通过其表面发生的生物化学反应与组织形成化学键性结合，起到了适合新生骨沉积的生理支架作用，也就是所谓的“骨引导”和“骨传导”作用。加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的低温相形状，称为全程记忆效应。在医学中用量最大的是制作塑料输血输液袋，可提高红细胞和血小板的生存率；人工心肺机用于心脏手术的体外循环、肺移植的辅助呼吸、急性呼吸衰竭的辅助治疗等。单斜结构相单斜结构相(低温，柔软低温
20、，柔软)立方体结构相立方体结构相(高温，高温，刚硬刚硬)形状记忆合金可以分为三种：形状记忆合金可以分为三种：单程记忆效应单程记忆效应形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。双程记忆效应双程记忆效应某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称为双程记忆效应。为双程记忆效应。全程记忆效应全程记忆效应加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的低温
21、相形状加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的低温相形状，称为全程记忆效应。，称为全程记忆效应。特点：奇特的形状记忆功能、质轻、磁性微弱、强度较高、特点：奇特的形状记忆功能、质轻、磁性微弱、强度较高、耐疲劳性能、高回弹性和生物相容性好等。耐疲劳性能、高回弹性和生物相容性好等。应用：应用：管腔狭窄的治疗管腔狭窄的治疗(喉气管狭窄、食管狭窄、胆道狭窄、尿喉气管狭窄、食管狭窄、胆道狭窄、尿道狭窄及闭锁等道狭窄及闭锁等)：支架安入管腔狭窄的部位后，能将狭：支架安入管腔狭窄的部位后，能将狭窄管腔撑开，并与管壁相贴紧，固定好。窄管腔撑开，并与管壁相贴紧，固定好。血栓过滤器、脊柱矫形棒、牙齿矫形
22、丝、脑动脉瘤夹、接血栓过滤器、脊柱矫形棒、牙齿矫形丝、脑动脉瘤夹、接骨板、髓内针、人工关节、避孕器、心脏修补元件、人造骨板、髓内针、人工关节、避孕器、心脏修补元件、人造肾脏用微型泵等。肾脏用微型泵等。血管外科：治疗主动脉瘤、冠状动脉和椎动脉狭窄等。血管外科：治疗主动脉瘤、冠状动脉和椎动脉狭窄等。5.5 贵金属贵金属(noble metal)是一种金属或合金，如金具有极高的抗氧化性和是一种金属或合金，如金具有极高的抗氧化性和抗腐蚀性。贵金属具有独特稳定的物理和化学性能、优抗腐蚀性。贵金属具有独特稳定的物理和化学性能、优异的加工特性、对人体组织无毒副作用、刺激小等优良异的加工特性、对人体组织无毒副
23、作用、刺激小等优良的生物学性能。主要用于口腔科的齿科修复，也可用于的生物学性能。主要用于口腔科的齿科修复，也可用于小型植入式电子医疗器械等。小型植入式电子医疗器械等。6 医用高分子材料医用高分子材料 低分子：分子量低于一千，如煤、糖、油、水泥和抗菌素等。低分子：分子量低于一千，如煤、糖、油、水泥和抗菌素等。中分子：分子量在数千范围，如维生素中分子：分子量在数千范围，如维生素B12等。等。高分子：分子量在几万至几百万，如蛋白质、棉、毛、木材、高分子：分子量在几万至几百万，如蛋白质、棉、毛、木材、松香、橡胶、塑料、合成纤维。松香、橡胶、塑料、合成纤维。医用高分子材料：在医学上应用的、尤其能在机体内
24、使用的医用高分子材料：在医学上应用的、尤其能在机体内使用的高分子材料。高分子材料。天然树脂：如松香。天然树脂：如松香。合成树脂：由低分子量的化合物经过各种化学反应而制得的合成树脂：由低分子量的化合物经过各种化学反应而制得的高分子量的树脂状物质，如聚氯乙烯、聚乙烯。塑料的主要高分子量的树脂状物质，如聚氯乙烯、聚乙烯。塑料的主要成分就是合成树脂。成分就是合成树脂。一些高分子与低分子化合物的分子量一些高分子与低分子化合物的分子量 命名：命名：通俗命名法，根据制作高分子化合物的单体名称，前通俗命名法，根据制作高分子化合物的单体名称，前面冠以面冠以“聚聚”字而成。如聚乙烯、聚丙烯字而成。如聚乙烯、聚丙烯
25、 习惯名称或商品名称来命名：如有机玻璃习惯名称或商品名称来命名：如有机玻璃(聚甲基丙烯聚甲基丙烯酸甲酯酸甲酯)、涤纶、涤纶(聚对苯二甲酸乙二醇酯聚对苯二甲酸乙二醇酯)等。等。医用高分子制品的研究，包括医用高分子制品的研究，包括人工器官人工器官、医疗用品医疗用品(输血输血输液用具、注射器、心导管、主动脉气囊反搏器、角膜输液用具、注射器、心导管、主动脉气囊反搏器、角膜接触镜、中心静脉插管、膀胱造瘘管、医用粘合剂以及接触镜、中心静脉插管、膀胱造瘘管、医用粘合剂以及各种医用导管、医用膜、创伤包扎材料和各种手术、护各种医用导管、医用膜、创伤包扎材料和各种手术、护理用品等理用品等)和和药用高分子药用高分子
26、(作为赋形剂作为赋形剂、合成新型药物、合成新型药物)三三大类。大类。6.1 天然高分子生物材料天然高分子生物材料 人体的皮肤、肌肉、组织和器官都是由高分子化合物组成人体的皮肤、肌肉、组织和器官都是由高分子化合物组成的，天然高分子生物材料是人类最早使用的医用材料之一。的，天然高分子生物材料是人类最早使用的医用材料之一。天然材料具有不可替代的优点：功能多样性、与机体的相天然材料具有不可替代的优点：功能多样性、与机体的相容性、生物可降解性以及对其进行改性与复合和杂化等。容性、生物可降解性以及对其进行改性与复合和杂化等。目前天然高分子生物材料主要有：目前天然高分子生物材料主要有：天然蛋白质材料：胶原蛋
27、白和纤维蛋白两种天然蛋白质材料：胶原蛋白和纤维蛋白两种 天然多糖类材料：纤维素、甲壳素和壳聚糖等天然多糖类材料：纤维素、甲壳素和壳聚糖等 由于结构和组成差异，表现出不同性质，应用于不同方面。由于结构和组成差异，表现出不同性质，应用于不同方面。6.1.1 天然蛋白质材料天然蛋白质材料胶原蛋白胶原蛋白 脊椎动物的蛋白，是支持组织和结构组织脊椎动物的蛋白，是支持组织和结构组织(皮肤、肌腱和骨皮肤、肌腱和骨骼的有机质骼的有机质)的主要组成成分。的主要组成成分。胶原来源广泛，广泛应用。胶原来源广泛，广泛应用。胶原与人体组织相容性好，不易引起抗体产生，植入人体胶原与人体组织相容性好，不易引起抗体产生，植入
28、人体后无刺激性、无毒性反应，能促进细胞增殖，加快创口愈后无刺激性、无毒性反应，能促进细胞增殖，加快创口愈合并具有可降解性，可被人体吸收，降解产物也无毒副作合并具有可降解性，可被人体吸收，降解产物也无毒副作用。用。胶原分散体具有再生特性，可以将其加工成不同形状的制品胶原分散体具有再生特性，可以将其加工成不同形状的制品而用于临床，越来越受到人们重视。而用于临床，越来越受到人们重视。胶原凝胶用作创伤敷料胶原凝胶用作创伤敷料 粉末用于止血剂和药物释放系统粉末用于止血剂和药物释放系统 纺丝纤维用作人工血管、人工皮肤、人工肌腱和外科缝线纺丝纤维用作人工血管、人工皮肤、人工肌腱和外科缝线 薄膜用于角膜、药物
29、释放系统和组织引导再生材料薄膜用于角膜、药物释放系统和组织引导再生材料 管用于人工血管、人工胆管和管状器官管用于人工血管、人工胆管和管状器官 空心纤维用于血液透析膜和人工肺膜空心纤维用于血液透析膜和人工肺膜 海绵用于创伤敷料和止血剂等。海绵用于创伤敷料和止血剂等。6.1.1 天然蛋白质材料天然蛋白质材料纤维蛋白纤维蛋白 是纤维蛋白原在生理条件下凝固而成的一种材料。是纤维蛋白原在生理条件下凝固而成的一种材料。纤维蛋白可用不同方法进行化学改性，其中包括放射性碘化纤维蛋白可用不同方法进行化学改性，其中包括放射性碘化法、与合成高分子进行接枝和在纤维蛋白上进行酶固定等。法、与合成高分子进行接枝和在纤维蛋
30、白上进行酶固定等。纤维蛋白主要来源于血浆蛋白，具有明显的血液和组织相容纤维蛋白主要来源于血浆蛋白，具有明显的血液和组织相容性，无毒副作用和其他不良影响。作为止血剂、创伤愈合剂性，无毒副作用和其他不良影响。作为止血剂、创伤愈合剂和可降解生物材料在临床上已经应用很久；其主要生理功能和可降解生物材料在临床上已经应用很久；其主要生理功能为止血，另外还可明显促进创伤的愈合；还可作为一种骨架，为止血，另外还可明显促进创伤的愈合；还可作为一种骨架，促进细胞的生长；并具有一定的杀菌作用促进细胞的生长；并具有一定的杀菌作用。纤维蛋白在临床上常见的应用形式：纤维蛋白在临床上常见的应用形式：纤维蛋白原的就地凝固，用
31、于眼科手术的组织粘合剂，肺切除后胸纤维蛋白原的就地凝固，用于眼科手术的组织粘合剂，肺切除后胸腔填充物和外科手术中的止血腔填充物和外科手术中的止血 纤维蛋白粉末，用作止血剂，可以与抗菌素共用，用作填充慢性骨纤维蛋白粉末，用作止血剂，可以与抗菌素共用，用作填充慢性骨炎和骨髓炎手术后的骨缺损炎和骨髓炎手术后的骨缺损 纤维蛋白海绵，用作止血剂、扁平瘢的治疗和唾液腺外科手术后的纤维蛋白海绵，用作止血剂、扁平瘢的治疗和唾液腺外科手术后的填充物填充物 组织代用品，用于关节成型术、视网膜脱离、眼外科治疗、肝脏止组织代用品，用于关节成型术、视网膜脱离、眼外科治疗、肝脏止血及疝气修复等血及疝气修复等 纤维蛋白薄膜
32、，用于神经外科，替代硬脑膜和保护末梢神经缝线；纤维蛋白薄膜，用于神经外科，替代硬脑膜和保护末梢神经缝线；用于烧伤治疗，消除颌面窦和口腔间的穿孔。用于烧伤治疗，消除颌面窦和口腔间的穿孔。6.1.2 天然多糖类材料天然多糖类材料 多糖是由许多单糖分子经失水缩聚，通过糖苷键结合而成多糖是由许多单糖分子经失水缩聚，通过糖苷键结合而成的天然高分子化合物。的天然高分子化合物。均聚糖：多糖水解后只产生一种单糖，如纤维素、淀粉均聚糖：多糖水解后只产生一种单糖，如纤维素、淀粉 杂聚糖：水解产物是两种或两种以上的单糖，如菊粉等。杂聚糖：水解产物是两种或两种以上的单糖，如菊粉等。自然界广泛存在的多糖主要有：自然界广
33、泛存在的多糖主要有：植物多糖，如纤维素、半纤维素、淀粉、果胶等；植物多糖，如纤维素、半纤维素、淀粉、果胶等；动物多糖，如甲壳素、壳聚糖、肝素、硫酸软骨素等；动物多糖，如甲壳素、壳聚糖、肝素、硫酸软骨素等；琼脂多糖，如琼脂、海藻酸、角叉藻聚糖等；琼脂多糖，如琼脂、海藻酸、角叉藻聚糖等；菌类多糖，如菌类多糖，如D-葡聚糖、葡聚糖、D-半乳聚糖、甘露聚糖等；半乳聚糖、甘露聚糖等；微生物多糖，如右旋糖酐、凝乳糖、出芽短梗孢糖等。微生物多糖，如右旋糖酐、凝乳糖、出芽短梗孢糖等。研究较多的多糖类材料为研究较多的多糖类材料为纤维素、甲壳素和壳聚糖纤维素、甲壳素和壳聚糖。6.1.2 天然多糖类材料天然多糖类材
34、料纤维素纤维素 具有不同的构型和结晶形式，是构成植物细胞壁的主要成具有不同的构型和结晶形式，是构成植物细胞壁的主要成分，存在于自然界中数量最多的碳水化合物。结构复杂，分，存在于自然界中数量最多的碳水化合物。结构复杂，至今仍未被完全了解。至今仍未被完全了解。天然的纤维素属于纤维天然的纤维素属于纤维型，再生纤维素属于纤维型，再生纤维素属于纤维型，型，后者结构更为稳定。不同的天然纤维素其结晶度有明显差后者结构更为稳定。不同的天然纤维素其结晶度有明显差异，随着结晶度的提高，其抗张强度、硬度、密度增加，异，随着结晶度的提高，其抗张强度、硬度、密度增加，但弹性、韧性、膨胀性、吸水性和化学反应性下降。但弹性
35、、韧性、膨胀性、吸水性和化学反应性下降。应用形式主要是制造各种医用膜：应用形式主要是制造各种医用膜：硝酸纤维素膜：用于血液透析和过滤，但由于制膜困难及不稳定等硝酸纤维素膜：用于血液透析和过滤，但由于制膜困难及不稳定等缺点，已逐渐被其他材料取代缺点，已逐渐被其他材料取代 粘胶纤维粘胶纤维(人造丝人造丝)或赛珞玢或赛珞玢(玻璃纸玻璃纸)管：用于透析，但由于含有磺化管：用于透析，但由于含有磺化物及尿素、肌酐的透析性不好等原因，作为透析用的赛珞玢逐渐被物及尿素、肌酐的透析性不好等原因，作为透析用的赛珞玢逐渐被淘汰淘汰 再生纤维素再生纤维素(铜珞玢铜珞玢)：是目前人工肾使用较多的透析膜材料，对溶质：是目
36、前人工肾使用较多的透析膜材料，对溶质的传递，纤维素膜起到筛网和微孔壁垒作用的传递，纤维素膜起到筛网和微孔壁垒作用 醋酸纤维素膜，主要用于血透析系统醋酸纤维素膜，主要用于血透析系统 全氟代酰基纤维素：用于制造代膜式肺、人工心瓣膜、人工细胞膜全氟代酰基纤维素：用于制造代膜式肺、人工心瓣膜、人工细胞膜层，各种导管、插管和分流管等层，各种导管、插管和分流管等6.1.2 天然多糖类材料天然多糖类材料甲壳素甲壳素 化学名称为聚化学名称为聚N-乙酰乙酰-D葡萄糖胺，分子式为葡萄糖胺，分子式为(C3H13NO5)n，属于氨基多糖，是仅有的具有明显碱性的天然多糖。属于氨基多糖，是仅有的具有明显碱性的天然多糖。广
37、泛存在于低等植物及甲壳动物的外壳中，每年生物合广泛存在于低等植物及甲壳动物的外壳中，每年生物合成资源最高达成资源最高达1000亿吨，是地球上仅次于植物纤维的第亿吨，是地球上仅次于植物纤维的第二大生物资源。二大生物资源。来源于动物的天然多糖，普遍存在于虾、蟹等低等动物来源于动物的天然多糖，普遍存在于虾、蟹等低等动物及昆虫等节肢动物的外壳中。将甲壳动物的外壳通过酸及昆虫等节肢动物的外壳中。将甲壳动物的外壳通过酸碱处理，脱去钙、盐和蛋白质，即得到甲壳素。碱处理，脱去钙、盐和蛋白质，即得到甲壳素。被科学家誉为继蛋白质、糖、脂肪、维生素、矿物质以外被科学家誉为继蛋白质、糖、脂肪、维生素、矿物质以外的第六
38、生命要素。甲壳素有强化免疫、降血糖、降血脂、的第六生命要素。甲壳素有强化免疫、降血糖、降血脂、降血压、强化肝脏机能、活化细胞、调节植物神经系统及降血压、强化肝脏机能、活化细胞、调节植物神经系统及内分泌系统等功能，还可作为保健材料，用于健康无害烟、内分泌系统等功能，还可作为保健材料，用于健康无害烟、护肤产品、保健内衣等。护肤产品、保健内衣等。作为医用生物材料可用于：作为医用生物材料可用于：医用敷料：甲壳素具有良好的组织相容性，可灭菌、促进伤口愈合、医用敷料：甲壳素具有良好的组织相容性，可灭菌、促进伤口愈合、吸收伤口渗出物且不脱水收缩吸收伤口渗出物且不脱水收缩 药物缓释剂：药物缓释剂：基本为中性，
39、可与任何药物配伍基本为中性，可与任何药物配伍 止血棉、止血剂：在血管内注射高粘度甲壳素，可形成血栓口愈合止血棉、止血剂：在血管内注射高粘度甲壳素，可形成血栓口愈合剂，使血管闭塞，从而在手术中达到止血目的，较注射明胶海绵等剂，使血管闭塞，从而在手术中达到止血目的，较注射明胶海绵等常规止血方法，操作容易，感染少。常规止血方法，操作容易，感染少。甲壳素缝线的电镜照片甲壳素缝线的电镜照片 甲壳素人工皮的电镜照片甲壳素人工皮的电镜照片 6.1.2 天然多糖类材料天然多糖类材料壳聚糖壳聚糖 是甲壳素去除部分乙酸基后的产物是甲壳素去除部分乙酸基后的产物(甲壳素的衍生物甲壳素的衍生物)，甲壳素继续用浓碱乙酸基
40、化则得到壳聚糖，具有一定的甲壳素继续用浓碱乙酸基化则得到壳聚糖，具有一定的粘度，无毒、无害、无副作用。粘度，无毒、无害、无副作用。不溶于水和碱液，但可溶于多种酸溶液中。不溶于水和碱液，但可溶于多种酸溶液中。可进行酯化、醚化、氧化、磺化以及接枝交联等反应对可进行酯化、醚化、氧化、磺化以及接枝交联等反应对其进行改性。特别是磺化产品，其结构与肝素极其相似，其进行改性。特别是磺化产品，其结构与肝素极其相似，可作为肝素的代用品作抗凝剂。可作为肝素的代用品作抗凝剂。医学多上用于：医学多上用于：可吸收性缝合线，用于消化道和整形外科可吸收性缝合线，用于消化道和整形外科 人工皮，用于整形外科、皮肤外科，用于人工
41、皮，用于整形外科、皮肤外科，用于、度烧伤，采度烧伤，采皮伤和植皮伤等皮伤和植皮伤等 细胞培养，制备不同形状的微胶囊，培养高浓度细胞，如包细胞培养，制备不同形状的微胶囊，培养高浓度细胞，如包封的是活细胞，则构成人工生物器官封的是活细胞，则构成人工生物器官 海绵，用于拔牙患者海绵，用于拔牙患者、囊肿切除、齿科切除部分的保护材料、囊肿切除、齿科切除部分的保护材料 眼科敷料，可生成较多的成胶原和成纤维细胞眼科敷料，可生成较多的成胶原和成纤维细胞 隐形眼镜隐形眼镜 膜，用于药物释放系统和组织引导再生材料膜，用于药物释放系统和组织引导再生材料 固相酶载体固相酶载体 6.2 合成高分子生物材料合成高分子生物
42、材料 迅速地取代了除了食品以外的许多宝贵天然资源。迅速地取代了除了食品以外的许多宝贵天然资源。利用聚合方法制备的一类生物材料。由于合成高分子可以利用聚合方法制备的一类生物材料。由于合成高分子可以通过组成和结构控制而具有多种多样的物理和化学性质。通过组成和结构控制而具有多种多样的物理和化学性质。是一门新兴的边缘学科，合成高分子材料已成为制造各种是一门新兴的边缘学科，合成高分子材料已成为制造各种人工器官、软硬组织修复体、医用粘结剂、缝合线、人造人工器官、软硬组织修复体、医用粘结剂、缝合线、人造血液等的最主要的也是用量最大的生物材料。血液等的最主要的也是用量最大的生物材料。合成高分子材料的组成物合成
43、高分子材料的组成物(单体，添加剂等单体，添加剂等)可能向生物环可能向生物环境释放，有可能导致毒性反应。境释放，有可能导致毒性反应。弹性模量低，不能用于承受较大负荷的体位修复。弹性模量低，不能用于承受较大负荷的体位修复。可分为：可分为：生物不可降解的：硅橡胶、聚氨酯、环氧树脂、聚氯生物不可降解的：硅橡胶、聚氨酯、环氧树脂、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸酯水凝胶、甲酯、丙烯酸酯水凝胶、-氰基丙烯酸酯类、聚酸胺氰基丙烯酸酯类、聚酸胺和饱和聚酯等。和饱和聚酯等。生物可降解的：聚乙烯醇、聚乳酸、聚乙内酯、乳酸生物可降解的：聚乙
44、烯醇、聚乳酸、聚乙内酯、乳酸-乙醇酸共聚物和聚乙醇酸共聚物和聚-羟基丁酸酯等。羟基丁酸酯等。6.2 合成高分子生物材料合成高分子生物材料硅橡胶硅橡胶 平均分子量平均分子量40万，是含有硅原子的特种合成橡胶的总称。万，是含有硅原子的特种合成橡胶的总称。具有优异的生理特性：无毒无味、生物相容性好、耐生物具有优异的生理特性：无毒无味、生物相容性好、耐生物老化、较好的抗凝血性、长期植入体内物理性能下降甚微、老化、较好的抗凝血性、长期植入体内物理性能下降甚微、耐高温严寒耐高温严寒(-90 250)、良好的电绝缘性、耐氧老化、良好的电绝缘性、耐氧老化性、耐光老化性以及防霉性、化学稳定性等。性、耐光老化性以
45、及防霉性、化学稳定性等。在医学上主要用于粘合剂、导管、整形和修复外科在医学上主要用于粘合剂、导管、整形和修复外科(人工人工关节、皮肤扩张、烧伤的皮肤创面保护、人工鼻梁、人工关节、皮肤扩张、烧伤的皮肤创面保护、人工鼻梁、人工耳廓和人工眼环耳廓和人工眼环)、缓释和控释等。、缓释和控释等。防噪音耳塞：佩戴舒适，阻隔噪音，保护耳膜。防噪音耳塞：佩戴舒适，阻隔噪音，保护耳膜。胎头吸引器：操作简便，使用安全，可根据胎儿头部大小变形，吸胎头吸引器：操作简便，使用安全，可根据胎儿头部大小变形，吸引时胎儿头皮不会被吸起，可避免头皮血肿和颅内损伤等弊病，能引时胎儿头皮不会被吸起，可避免头皮血肿和颅内损伤等弊病，能
46、大大减轻难产孕妇分娩时的痛苦。大大减轻难产孕妇分娩时的痛苦。人造血管：具有特殊的生理机能，能做到与人体人造血管：具有特殊的生理机能，能做到与人体“亲密无间亲密无间”，人，人的机体也不排斥它，经过一定时间，就会与人体组织完全结合起来，的机体也不排斥它，经过一定时间，就会与人体组织完全结合起来，稳定性极为良好。稳定性极为良好。鼓膜修补片：其片薄而柔软，光洁度和韧性都良好。是修补耳膜的鼓膜修补片：其片薄而柔软，光洁度和韧性都良好。是修补耳膜的理想材料，且操作简便，效果颇佳。理想材料，且操作简便，效果颇佳。此外还有硅橡胶人造气管、人造肺、人造骨、硅橡胶十二指肠管等，此外还有硅橡胶人造气管、人造肺、人造
47、骨、硅橡胶十二指肠管等，功效都十分理想。功效都十分理想。硅橡胶医用导管类硅橡胶医用导管类 6.2 合成高分子生物材料合成高分子生物材料聚氨酯聚氨酯(PU，Polyurethane)是聚醚、聚酯和二异氰酸酯的总称。是聚醚、聚酯和二异氰酸酯的总称。具有良好的延伸性和抗挠曲性，强度高、耐磨损，血液相具有良好的延伸性和抗挠曲性，强度高、耐磨损，血液相容性、抗血栓性能好，且不损伤血液成分，使其在医疗领容性、抗血栓性能好，且不损伤血液成分，使其在医疗领域得到广泛应用。域得到广泛应用。主要用于人工心脏搏动膜、心血管医学元件、人工心脏、主要用于人工心脏搏动膜、心血管医学元件、人工心脏、辅助循环、人工血管、体外
48、循环血液路、药物释放体系、辅助循环、人工血管、体外循环血液路、药物释放体系、缝合线与软组织粘合剂绷带、敷料、吸血材料、人工软骨缝合线与软组织粘合剂绷带、敷料、吸血材料、人工软骨和血液净化器具的密封剂等。和血液净化器具的密封剂等。6.2 合成高分子生物材料合成高分子生物材料环氧树脂环氧树脂(Epoxy Resin)基本特性是所用单体中至少含有一个环氧基团。环氧基可基本特性是所用单体中至少含有一个环氧基团。环氧基可与含有与含有“活泼氢活泼氢”的化合物发生反应，因此可用适当的胺的化合物发生反应，因此可用适当的胺或某些酸类催化作均聚反应。或某些酸类催化作均聚反应。主要用途：与玻璃布一起用于骨折的开放性
49、复位和固定，主要用途：与玻璃布一起用于骨折的开放性复位和固定，粘合骨头加强髋关节髁，牙科充填材料，电子起搏器与体粘合骨头加强髋关节髁，牙科充填材料，电子起搏器与体液分开的保护层液分开的保护层(灌封灌封)。眼睑修补术和加固颅动脉瘤和脑。眼睑修补术和加固颅动脉瘤和脑电极探针的绝缘等。电极探针的绝缘等。合成高分子生物材料合成高分子生物材料聚氯乙烯聚氯乙烯(PVC，氯纶，氯纶)是由单体氯乙烯聚合而成的合成树脂，是用量最大的医用是由单体氯乙烯聚合而成的合成树脂，是用量最大的医用高分子材料。高分子材料。原料丰富、聚合容易、抗凝血性能良好，但耐热性不高原料丰富、聚合容易、抗凝血性能良好，但耐热性不高(70)
50、。通过添加物的应用可使改变为具有可屈挠性能。通过添加物的应用可使改变为具有可屈挠性能。在医学中用量最大的是制作塑料输血输液袋，可提高红细在医学中用量最大的是制作塑料输血输液袋，可提高红细胞和血小板的生存率；还可用于医用导管、人工输尿管、胞和血小板的生存率；还可用于医用导管、人工输尿管、胆管和心脏瓣膜、血泵隔膜、增补面部组织、青光眼引流胆管和心脏瓣膜、血泵隔膜、增补面部组织、青光眼引流管和中耳孔等。软质管和中耳孔等。软质PVC的毒性问题仍有争议，目前只能的毒性问题仍有争议，目前只能用于制造与人体短期接触的制品。用于制造与人体短期接触的制品。聚氯乙烯树脂聚氯乙烯树脂合成高分子生物材料合成高分子生物
