醫用高分子材料

2022-08-31 16:48:06 字數 2820 閱讀 1707

功能高分子材料一般指具有傳遞、轉換或貯存物質、能量和資訊作用的高分子及其複合材料,或具體地指在原有力學效能的基礎上,還具有化學反應活性、光敏性、導電性、催化性、生物相容性、藥理性、選擇分離性、能量轉換性、磁性等功能的高分子及其複合材料。

功能高分子材料是上世紀60年代發展起來的新興領域,是高分子材料滲透到電子、生物、能源等領域後開發湧現出的新材料。近年來,功能高分子材料的年增長率一般都在10%以上,其中高分子分離膜和生物醫用高分子的增長率高達50%。

按照功能分類

(1)化學功能

離子交換樹脂、螯合樹脂、感光性樹脂、氧化還原樹脂、高分子試劑、高分子催化劑、高分子增感劑、分解性高分子,電子交換樹脂.

(2)物理功能

導電性高分子(包括電子型導電高分子、高分子固態離子導體、高分子半導體)、高介電性高分子(包括高分子駐極體、高分子壓電體)、高分子光電導體、高分子光生伏打材料、高分子顯示材料、高分子光致變色材料等.

(3)復合功能

高分子吸附劑、高分子絮凝劑、高分子表面活性劑、高分子染料、高分子穩定劑、高分子相溶劑、高分子功能膜和高分子功能電極等.

(4)生物、醫用功能

抗血栓、控制藥物釋放和生物活性等.

二、按照功能特性分類

(1)分離材料和化學功能材料

(2)電磁功能高分子材料

(3)光功能高分子材料

(4)生物醫用高分子材料

醫用高分子材料是一類根據醫學的需求來研製與生物體結構相適應的、在醫療上使用的材料醫用高分子材料是指用以製造人體內臟、體外器官、藥物劑型及醫療器械的聚合物材料,其**包括天然生物高分子材料和合成生物高分子材料。天然醫用高分子材料**於自然,包括纖維素、甲殼素、透明質酸、膠原蛋白、明膠及海藻酸鈉等;合成醫用高分子材料是通過化學方法,人工合成的用於醫用的高分子材料,目前常用的有聚氨酯、矽橡膠、聚酯纖維、聚乙烯基吡咯烷酮、聚醚醚酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚乙烯等。它近二十年來發展十分迅速,極大的推動了人工器官移植技術及相關醫療技術的進步,對人類戰勝疾病和保護健康具有極其重要的意義。

醫用高分子材料多用於人體,直接關係到人的生命和健康,一般對其效能的要求是:①安全性:必須無毒或***極少。

這就要求聚合物純度高,生產環境非常清潔,聚合助劑的殘留少,雜質含量為 ppm級,確保無病、無毒傳播條件。同時其高分子化合物本身以及單體雜質、降解或磨損產物不對身體產生不良影響。②物理、化學和機械效能需滿足醫用所需設計和功能的要求。

如硬度、彈性、機械強度、疲勞強度、蠕變、磨耗、吸水性、溶出性、耐酶性和體內老化性等。以心臟瓣膜為例,最好能使用25萬小時,要求耐疲勞強度特別好。此外,還要求便於滅菌消毒,能耐受濕熱消毒(120~140°c)、乾熱消毒(160~190°c)、輻射消毒或化學處理消毒,而不降低材料的效能。

不同效能的醫用高分子材料可根據其具體情況選擇合適的滅菌方式。③適應性:包括與醫療用品中其他材料的適應性,材料與人體生物相容性、血液相容性及組織的相容性。

材料植入人體後,要求長時期對體液無影響;與血液相容性好,對血液成分無損害,不凝血,不溶血,不形成血栓;無異物反應,在人體內不損傷組織,不致癌致畸,不會導致炎症壞死、組織增生等。④特殊功能:不同的應用領域,要求材料分別具有一定的特殊功能。

例如:具有分離透析機能的人工腎用過濾膜、人工肺用氣體交換膜,以及人造血液用吸脫氣體的物質等,都要求有各自特殊的分離透過機能。在大多數情況下,現有高分子材料的表面化學組成與結構很難滿足上述要求,通常要採用表面改性處理,如接枝共聚,以改進其抗凝血性等效能。

此外,醫用高分子材料還需要優異的加工成型性,易加工成需要的複雜形狀的。

在實際實驗中,例如2023年楊永超、 談清、 楊萃、 陸芸聯合發表了《新型碳化矽-碳複合材料用於人工小關節假體的實驗研究》,目的通過對新型碳化矽-碳(c/c-si c)複合材料進行生物相容性的相關研究,論證其作為人工小關節假體替代材料上的可行性。方法將滅菌處理後的c/c-si c複合材料製成表面積與浸提介質體積比率分別為1 cm~2/ml、3 cm~2/ml、5 cm~2/ml的c/c-si c複合材料浸提液作為實驗組,觀察小鼠成纖維細胞(3t3)在其中的的生長狀態,並測定各自吸光度(a值),評定其細胞毒性情況。按50 ml/kg的比重每隔24 h分別腹腔注射3 cm~2/ml的浸提液、環磷醯胺溶液及生理鹽水,毒染4次後取股骨骨髓液,制得塗片,觀察含有微核的嗜多染紅細胞,分析其遺傳毒性情況。

沿兔耳緣靜脈取8 ml新鮮兔血,抗凝處理後水浴1 h,觀察並計算溶血率,判定其是否發生溶血反應。將白化豚鼠背部除毛,在其除毛區上半部分別敷蓋c/c-si c材料表面積與浸提介質體積比為3 cm~2/ml、5%甲醛(陽性對照組)和生理鹽水(陰性對照組)的紗布6 h,重複3週後去除,14 d後再於除毛區下半部敷蓋三種材料,觀察24、48 h的**情況並分級。結果生物毒性方面,實驗組中細胞生長情況良好,形態正常,且隨時間延長細胞數量逐漸增加。

遺傳毒性方面,骨髓液中嗜多染紅細胞的微核數逐漸增加,與生理鹽水組無統計學差異(p>0.05)。溶血反應中,實驗組與陰性對照組無統計學差異(p>0.

05),與陽性對照組有統計學差異(p<0.05)。致敏試驗中,實驗組僅1例在24 h內呈現1級反應,且在48 h內消失。

結論 c/c-si c複合材料無細胞毒性及細胞遺傳毒性,無致敏反應及溶血反應,具有較好的生物相容性,可替代傳統的c/c材料成為人工小關節假體的理想材質。陝西師範大學物理化學碩士趙國巍發表了文章《生物醫用高分子材料的表面改性及其抗凝血效能的研究

》。醫用化學高分子材料的發展前景廣闊,這種面向人類身體功能材料的研究,將是生命科學的基礎。

徐軍 《新型功能高分子材料的研究與應用》,紡織高校基礎科學學報2023年15(3);

王磊、 竇巨集儀、 徐士清、 王學敏 《醫用高分子材料的現狀與應用》:[j].熱固性樹脂,2004,(03);

王磊; 竇巨集儀; 徐士清; 王學敏 《醫用高分子材料的現狀與應用》 熱固性樹脂,2004.5.30

1411402058 應用化學唐薇

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