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生物材料生物材料生物医学工程导论生物医学工程导论1第1页 生物材料生物材料生物医学材料发展概况生物医学材料发展概况生物材料分类及性能生物材料分类及性能医用金属材料医用金属材料医用高分子材料医用高分子材料其它生物医学材料其它生物医学材料生物医学材料安全性生物医学材料安全性生物材料发展趋势生物材料发展趋势纳米医学材料介绍纳米医学材料介绍2第2页4.1 生物医学材料发展概况生物医学材料发展概况 生物医学材料是生物医学科学中最新分支学科，生物医学材料是生物医学科学中最新分支学科，是生物、医学、化学和材料科学交叉形成边缘是生物、医学、化学和材料科学交叉形成边缘学科。详细包括到化学、物理学、高分子化学、学科。详细包括到化学、物理学、高分子化学、高分子物理学、生物物理学、生物化学、生理高分子物理学、生物物理学、生物化学、生理学、药品学、基础与临床医学等很多学科学、药品学、基础与临床医学等很多学科。ISO定义，生物材料（定义，生物材料（Biomaterials）即生物医）即生物医学材料（学材料（Biomedical Materials），它是指），它是指“以以医疗为目标，用于与组织接触以形成功效无生医疗为目标，用于与组织接触以形成功效无生命材料命材料”。另有定义是：含有天然器官组织功。另有定义是：含有天然器官组织功效或天然器官部分功效材料。效或天然器官部分功效材料。3第3页生生物物材材料料开开发发和和利利用用可可追追溯溯到到35前前，那那时时古古埃埃及及人人就就开开始始利利用用棉棉纤纤维维、马马鬃鬃作作缝缝合合线线缝缝合合伤伤口口；印印第第安安人人则则使使用用木木片片修修补补受受伤伤颅颅骨骨。25前前，中中国国和和埃埃及及墓墓葬葬中中就就发发觉觉有有假假牙牙、假假鼻鼻和和假假耳耳。人人类类很很早早就就用用黄黄金金来来修修复复缺缺损损牙牙齿齿，并并沿沿用用至至今今。1588年年人人们们用用黄黄金金板板修修复复颚颚骨骨。1775年年就就有有用用金金属属固固定定体体内内骨骨折折记记载载。1851年年创创造造了了天天然然橡橡胶胶硫硫化化方方法法后后，有有些些人人采采取取硬硬胶胶木木制制作作了了人工牙托颚骨。人工牙托颚骨。器器官官移移植植取取得得巨巨大大进进展展，但但有有难难题题：排排异异、器器官官起起源源、法法律律、伦伦理理等等。所所以以医医学学界界对对生生物物医医学材料和人工器官要求日益增加。学材料和人工器官要求日益增加。4第4页当前被详细研究过生物材料已超出当前被详细研究过生物材料已超出1000种，被种，被广泛应用有广泛应用有90各种，各种，1800各种制品。西方国家各种制品。西方国家每年耗用生物材料量以每年耗用生物材料量以1015%速度增加，速度增加，1980年全球医用生物材料及制品销售额为年全球医用生物材料及制品销售额为200亿美元，亿美元，1990年达年达500亿美元，亿美元，1995年近年近1000亿美元。亿美元。我国生物材料研究起步较晚（五十年代），但我国生物材料研究起步较晚（五十年代），但发展很快。发展很快。5第5页4.2 生物材料分类及性能生物材料分类及性能 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：抗抗凝凝血血材材料料（心心血血管管材材料料）、齿齿科科材材料料、骨骨科科材材料料、眼眼科科材材料料、吸吸附附解解毒毒材材料料（血血液液灌灌流流用用）、假假体体材材料料、缓缓释释材材料料、生生物物粘粘合合材材料料、透透析析及及超超滤滤用用膜膜材材料料、一一次次性性医医用用材材料料，等等。等等。6第6页按生物材料属性分类：按生物材料属性分类：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。合合成成高高分分子子生生物物材材料料硅硅橡橡胶胶、聚聚氨氨脂脂及及其其嵌嵌段段共共聚聚物物、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、玻璃材料杂杂化化生生物物材材料料指指来来自自活活体体天天然然材材料料与与合合成成材材料料杂杂化化，如如胶原与聚乙烯醇交联杂化等胶原与聚乙烯醇交联杂化等复复合合生生物物材材料料用用碳碳纤纤维维增增强强塑塑料料，用用碳碳纤纤维维或或玻玻璃璃纤纤维维增强生物陶瓷、玻璃等增强生物陶瓷、玻璃等7第7页生生物物材材料料是是研研制制人人工工器器官官及及一一些些主主要要医医疗疗技技术术物物质质基基础础，综综观观人人工工器器官官及及医医疗疗装装置置发发展展史史，每每一一个个新新型型生生物物材材料料发发觉觉都都引引发发了了人人工工器器官官及及医医疗疗技技术飞跃。术飞跃。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、人工颌骨等血血液液相相容容性性很很好好各各向向同同性性碳碳被被复复材材料料碟碟片片式式机机械械心心脏瓣膜脏瓣膜血血液液亲亲和和性性及及物物理理机机械械性性能能很很好好聚聚氨氨酯酯嵌嵌段段共共聚聚物物促使人工心脏向临床应用跨越一大步促使人工心脏向临床应用跨越一大步可可形形成成假假生生物物内内膜膜编编织织涤涤纶纶管管人人工工血血管管向向实实用用化化飞飞跃。跃。8第8页 4.3 医用金属材料医用金属材料 在生物医学材料中，金属材料应用最早，已经在生物医学材料中，金属材料应用最早，已经有数百年历史。唐代就用银汞合金（主要成份：有数百年历史。唐代就用银汞合金（主要成份：汞、银、铜、锡、锌）来补牙。汞、银、铜、锡、锌）来补牙。医用金属材料是指一类用作生物材料金属或合医用金属材料是指一类用作生物材料金属或合金，又称外科用金属材料。它是一类生物惰性金，又称外科用金属材料。它是一类生物惰性材料，除含有较高机械强度和抗疲劳性能，含材料，除含有较高机械强度和抗疲劳性能，含有良好生物力学性能及相关物理性质外，还必有良好生物力学性能及相关物理性质外，还必须含有优良抗生理腐蚀性、生物相容性、无毒须含有优良抗生理腐蚀性、生物相容性、无毒性和简易可行及确切手术操作技术性和简易可行及确切手术操作技术.9第9页该材料是临床应用最广泛承力植入材料，因为该材料是临床应用最广泛承力植入材料，因为有较高强度和韧性，已成为骨和牙齿等硬组织有较高强度和韧性，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修复和替换、心血管和软组织修复以及人工器官制造主要材料。官制造主要材料。化学周期表中大部分金属不符合生物材料要求，化学周期表中大部分金属不符合生物材料要求，仅有小部分或经处理过可用于临床。当前在临仅有小部分或经处理过可用于临床。当前在临床使用医用金属材料主要有不锈钢、钴基合金床使用医用金属材料主要有不锈钢、钴基合金和钛基合金三大类，另外还有记忆合金、贵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、铌和锆等。属以及纯金属钽、铌和锆等。10第10页惯用医用金属材料惯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 贵金属贵金属纯金属钽纯金属钽纯金属铌纯金属铌纯金属铬纯金属铬11第11页4.3.1 不锈钢不锈钢铁基耐蚀合金（普通由铁、铬、镍、钼、铁基耐蚀合金（普通由铁、铬、镍、钼、锰、硅组成），易加工、价格低廉锰、硅组成），易加工、价格低廉。不锈钢耐蚀性和屈服强度能够经过冷加不锈钢耐蚀性和屈服强度能够经过冷加工而提升，防止疲劳断裂。工而提升，防止疲劳断裂。普通不锈钢制成各种形体，如针、钉、普通不锈钢制成各种形体，如针、钉、髓内针、齿冠、三棱钉等器件和人工髓内针、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。种医疗仪器和手术器械。12第12页器 械 包13第13页4.3.2 钴（钴（Co）基合金）基合金 含含有有较较高高铬铬和和钼钼，又又称称钴钴铬铬钼钼合合金金，含含有有极极为为优优异异耐耐腐腐蚀蚀性性（比比不不锈锈钢钢高高40倍倍）和和耐耐磨磨性性，综综协协力力学学性性能能和和生生物物相相容容性性良良好好，可可经经过过精精密密铸铸造造成成形形状状复复杂精密修复体，有硬、中、软三种类型。杂精密修复体，有硬、中、软三种类型。临床上主要用于临床上主要用于人工关节（尤其是人体中受载荷最大髋关节）人工关节（尤其是人体中受载荷最大髋关节）人工骨及骨科内处固定器件制造人工骨及骨科内处固定器件制造齿科修复中义齿，各种铸造冠、嵌体及固定桥制造齿科修复中义齿，各种铸造冠、嵌体及固定桥制造心血管外科及整形科等心血管外科及整形科等因为其价格较高，加工困难，应用尚不普及。因为其价格较高，加工困难，应用尚不普及。14第14页 人造髋关节头杆部分。从股骨上端插进人造髋关节头杆部分。从股骨上端插进金属杆，杆头有一个金属头，它嵌在粘金属杆，杆头有一个金属头，它嵌在粘于髋骨窝中一个塑料臼中。于髋骨窝中一个塑料臼中。15第15页16第16页17第17页18第18页4.3.3 钛（钛（Ti）基合金）基合金 临临床床应应用用广广泛泛，其其质质轻轻、比比强强度度高高、力力学学性性质质靠靠近近人人骨骨、强强度度远远低低于于纯纯钛钛，耐耐疲疲劳劳、耐耐蚀蚀性性均均优优于于不不锈锈钢钢和和钴钴基基合合金金，且且生生物物相相容容性性和和表表面面活活性性好好，是是较为理想一个植入材料。较为理想一个植入材料。抗抗断断裂裂强强度度较较低低，耐耐磨磨性性能能不不尽尽人人意意，加加工工困困难难。冶炼及成型工艺复杂，要求条件较高。冶炼及成型工艺复杂，要求条件较高。主主要要用用于于：修修补补颅颅骨骨，制制成成钛钛网网或或钛钛箔箔用用于于修修复复脑脑膜膜和和腹腹膜膜、人人工工骨骨、关关节节、牙牙和和矫矫形形物物、人人工工心心脏脏瓣瓣膜膜支支架架、人人工工心心脏脏部部件件和和脑脑止止血血夹夹、口口腔腔颌颌面面矫矫形颌修补、手术器械、医疗仪器颌人工假肢等。形颌修补、手术器械、医疗仪器颌人工假肢等。19第19页头颅微型钢板20第20页钛钛 板板21第21页4.3.4 形状记忆合金形状记忆合金 自自1951年年美美国国首首次次报报道道Au-Cd（金金-镉镉）合合金金含含有有形形状状记记忆忆效效应应以以来来，当当前前已已发发觉觉有有20各各种种记记忆忆合合金金，其其中中以以镍镍钛钛合合金金在在临临床床上上应应用用最最大大。它它在在不不一一样样温温度度下下表表现现为为不不一一样样金金属属结结构构相相。如如低低温温时时为为单单斜斜结结构构相相，高高温温时时为为立立方方体体结结构构相相，前前者者柔柔软软可可随随意意变变形形，如如拉拉直直式式屈屈曲曲，而而后后者者刚刚硬硬，可可恢恢复复原原来来形形状状，并并在在形形状恢复过程中产生较大恢复力。状恢复过程中产生较大恢复力。22第22页23第23页24第24页形状记忆合金能够分为三种：形状记忆合金能够分为三种：单程记忆效应单程记忆效应双程记忆效应双程记忆效应全程记忆效应全程记忆效应25第25页特特点点：奇奇特特形形状状记记忆忆功功效效、质质轻轻、磁磁性性微微弱弱、强强度度较高、耐疲劳性能、高回弹性和生物相容性好等。较高、耐疲劳性能、高回弹性和生物相容性好等。应用：应用：管管腔腔狭狭窄窄治治疗疗（喉喉气气管管狭狭窄窄、食食管管狭狭窄窄、胆胆道道狭狭窄窄、尿尿道道狭狭窄窄及及闭闭锁锁等等）：支支架架安安入入管管腔腔狭狭窄窄部部位位后后，能能将将狭狭窄窄管管腔腔撑撑开开，并并与与管管壁壁相相贴贴紧紧，固固定定好好；其其生生物物相相容容性性好好，长长久久安安放放对对黏黏膜膜无无显显著著损损伤伤；其其高高回回弹弹性性能能顺顺应应管管道弯曲，对人体刺激小。道弯曲，对人体刺激小。口口腔腔科科：用用这这种种材材料料做做成成种种植植牙牙含含有有齿齿槽槽骨骨切切口口小小，固固定牢靠等优点。定牢靠等优点。骨科：人工关节，断骨连接、弯曲脊柱矫正。骨科：人工关节，断骨连接、弯曲脊柱矫正。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。26第26页27第27页28第28页29第29页4.3.5 贵金属（贵金属（noble metal）是是一一个个金金属属或或合合金金，如如金金子子含含有有极极高高抗抗氧氧化化性性和和抗抗腐腐蚀蚀性性。贵贵金金属属含含有有独独特特稳稳定定物物理理和和化化学学性性能能、优优异异加加工工特特征征、对对人人体体组组织织无无毒毒副副作作用用、刺刺激激小小等等优优良良生生物物学学性性能能。主主要要用用于于口口腔腔科科齿齿科科修修复复，也也可可用用于于小小型型植植入入式式电电子医疗器械。子医疗器械。30第30页4.3.6 纯金属钽（纯金属钽（Ta）含含有有良良好好抗抗生生理理腐腐蚀蚀性性和和可可塑塑性性，独独特特表表面面负负电电性性使使其其含含有有优优良良抗抗血血栓栓性性能能和和生生物物相相容容性性，还还有有很很高高抗抗缺缺口口裂裂纹纹能能力力。植植入入骨骨内内能能和和周周围围新新骨骨形形成成骨骨性性结结合合；植入软组织中，肌肉等组织可依附在钽条上正常生长。植入软组织中，肌肉等组织可依附在钽条上正常生长。退退火火后后纯纯钽钽很很软软，可可加加工工成成板板、带带、箔箔、丝丝等等使使用用。主主要要用用作作接接骨骨板板、颅颅骨骨板板、骨骨螺螺钉钉、种种植植牙牙根根、颌颌面面修修复复体体、义义齿齿及及外外科科手手术术缝缝线线和和缝缝合合针针；钽钽网网可可用用于于肌肌肉肉缺缺损损修修补补；钽钽丝丝和和箔箔用用于于缝缝合合修修补补受受损损神神经经、肌肌腱腱和和血血管管；钽钽还还能能够够用用于于血血管管内内支支架架及及人人工工心心脏脏、植植入入型型电电子子装装置置；钽钽同同位位素素可可用用于于放放射射治治疗疗。只只是是因因为钽资源少、价格较高，使其推广受很大限制。为钽资源少、价格较高，使其推广受很大限制。31第31页4.3.7 纯金属铌（纯金属铌（Nb）性性能能和和应应用用范范围围与与钽钽非非常常相相同同，用用于于修修补补颅颅骨骨和和制制作作医医疗疗器器械械。但但因因为为起起源源困困难难，价价格格昂昂贵贵，使使用用受受到到限限制制，主主要要用用于制造髓内钉等。于制造髓内钉等。32第32页4.3.8 纯金属铬（纯金属铬（Cr）化化学学性性能能与与金金属属钛钛相相同同，耐耐蚀蚀性性能能、加加工工性性能能、稳稳定定性性和和生生物物相相容容性性都都很很好好，主主要要用用于于人人工工骨骨和和修修补补颅颅骨骨，可可加加工工成成各各种种板板、带带、线线材材在在临临床床上上使使用用。医医用用铬铬可可与与钛钛等等同同使使用用，但但其其价价格格较较贵贵，在在临床中较难推广。临床中较难推广。33第33页4.4 医用高分子材料医用高分子材料低分子：分子量低于一千低分子：分子量低于一千,如煤、糖、油、水泥、如煤、糖、油、水泥、和抗菌素等。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、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。毛、木材、松香、橡胶、塑料、合成纤维。医用高分子材料：在医学上应用、尤其能在机体医用高分子材料：在医学上应用、尤其能在机体内使用高分子材料。内使用高分子材料。天然树脂：如松香。天然树脂：如松香。合成树脂：由低分子量化合物经过各种化学反应合成树脂：由低分子量化合物经过各种化学反应而制得高分子量树脂状物质，如聚氯乙烯、聚乙而制得高分子量树脂状物质，如聚氯乙烯、聚乙烯。塑料主要成份就是合成树脂。烯。塑料主要成份就是合成树脂。34第34页一些高分子与低分子化合物分子量 一些高分子与低分子化合物分子量 一些高分子与低分子化合物分子量一些高分子与低分子化合物分子量 35第35页命名：命名：通俗命名法，最简单命名法，是依据制作高分子化通俗命名法，最简单命名法，是依据制作高分子化合物单体名称，前面冠以合物单体名称，前面冠以“聚聚”字而成。如聚乙烯、字而成。如聚乙烯、聚丙烯聚丙烯习惯名称或商品名称来命名：如有机玻璃（聚甲基习惯名称或商品名称来命名：如有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯）、涤纶（聚对苯二甲酸乙二醇酯）等。丙烯酸甲酯）、涤纶（聚对苯二甲酸乙二醇酯）等。医用高分子制品研究，包含医用高分子制品研究，包含人工器官人工器官、医疗用医疗用具具（输血输液用具、注射器、心导管、主动脉（输血输液用具、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、医用粘合剂以及各种医用导管、医胱造瘘管、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、护理用具等用膜、创伤包扎材料和各种手术、护理用具等）和）和药用高分子药用高分子（作为赋形剂（作为赋形剂、合成新型药品、合成新型药品）三大类。）三大类。36第36页4.4.1 天然高分子生物材料天然高分子生物材料 人人类类机机体体皮皮肤肤、肌肌肉肉、组组织织和和器器官官都都是是由由高高分分子子化化合合物物组组成成，天天然然高高分分子子生生物物材材料料是是人人类类最最早使用医用材料之一。早使用医用材料之一。天天然然材材料料含含有有不不可可替替换换优优点点：功功效效多多样样性性、与与机机体体相相容容性性、生生物物可可降降解解性性以以及及对对其其进进行行改改性性与复合和杂化等研究。与复合和杂化等研究。当前天然高分子生物材料主要有：当前天然高分子生物材料主要有：天然蛋白质材料：天然蛋白质材料：胶原蛋白胶原蛋白和和纤维蛋白纤维蛋白两种两种天然多糖类材料天然多糖类材料：纤维素、甲壳素和壳聚糖等：纤维素、甲壳素和壳聚糖等它它们们因因为为结结构构和和组组成成差差异异，表表现现出出不不一一样样性性质质，应用于不一样方面。应用于不一样方面。37第37页4.4.1.1 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主要结构蛋白，是支持组织和结构组织脊椎动物主要结构蛋白，是支持组织和结构组织（皮肤、肌腱和骨骼有机质）主要组成成份。（皮肤、肌腱和骨骼有机质）主要组成成份。胶原起源广泛，被广泛应用。胶原起源广泛，被广泛应用。因为胶原与人体组织相容性好，不易引发抗体产生，因为胶原与人体组织相容性好，不易引发抗体产生，植入人体后无刺激性无毒性反应，能促进细胞增植入人体后无刺激性无毒性反应，能促进细胞增殖，加紧创口愈合并含有可降解性，可被人体吸收，殖，加紧创口愈合并含有可降解性，可被人体吸收，降解产物也无毒副作用。降解产物也无毒副作用。基本单位为原胶原蛋白，由三条基本单位为原胶原蛋白，由三条肽链相互拧成肽链相互拧成三股螺旋状结构蛋白质，其分子量为三股螺旋状结构蛋白质，其分子量为30万左右。由万左右。由不一样种类动物分离出来胶原结构极其相同。不一样种类动物分离出来胶原结构极其相同。38第38页胶原分散体含有再生特征，能够将其加工成胶原分散体含有再生特征，能够将其加工成不一样形状制品而用于临床，并越来越受到不一样形状制品而用于临床，并越来越受到人们重视。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品释放系统粉末用于止血剂和药品释放系统纺丝纤维用作人工血管、人工皮、人工肌腱和外纺丝纤维用作人工血管、人工皮、人工肌腱和外科缝线科缝线薄膜用于角膜、药品释放系统和组织引导再生材薄膜用于角膜、药品释放系统和组织引导再生材料料管用于人工血管、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。39第39页4.4.1.1 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一个材料。是纤维蛋白原在生理条件下凝固而成一个材料。纤维蛋白可用不一样方法进行化学改性，其中包纤维蛋白可用不一样方法进行化学改性，其中包含放射性碘化法、与合成高分子进行接枝和在纤含放射性碘化法、与合成高分子进行接枝和在纤维蛋白上进行酶固定等。维蛋白上进行酶固定等。纤维蛋白主要起源于血浆蛋白，所以含有显著血纤维蛋白主要起源于血浆蛋白，所以含有显著血液和组织相容性，无毒副作用和其它不良影响。液和组织相容性，无毒副作用和其它不良影响。作为止血剂、创伤愈合剂和可降解生物材料在临作为止血剂、创伤愈合剂和可降解生物材料在临床上已经应用很久；它床上已经应用很久；它主要生理功效为止血主要生理功效为止血，另，另外还可显著促进创伤愈合；还可作为一个骨架，外还可显著促进创伤愈合；还可作为一个骨架，促进细胞生长；并含有一定杀菌作用。促进细胞生长；并含有一定杀菌作用。40第40页纤维蛋白在临床上比较普遍使用应用形式：纤维蛋白在临床上比较普遍使用应用形式：纤纤维维蛋蛋白白原原就就地地凝凝固固，用用于于眼眼科科手手术术组组织织粘粘合合剂剂，肺切除后胸腔填充物和外科手术中止血肺切除后胸腔填充物和外科手术中止血纤纤维维蛋蛋白白粉粉末末，用用作作止止血血剂剂，能能够够与与抗抗菌菌素素共共用用，用作充填慢性骨炎和骨髓炎手术后骨缺损用作充填慢性骨炎和骨髓炎手术后骨缺损纤纤维维蛋蛋白白海海绵绵，用用作作止止血血剂剂、扁扁平平瘢瘢治治疗疗和和唾唾液液腺外科手术后填充物腺外科手术后填充物组组织织代代用用具具，商商品品名名Bioplast，主主要要用用于于关关节节成成型型术术、视视网网膜膜脱脱离离、眼眼外外科科治治疗疗、肝肝脏脏止止血血及及疝疝气修复等气修复等纤纤维维蛋蛋白白薄薄膜膜，用用于于神神经经外外科科：替替换换硬硬脑脑膜膜和和保保护护末末梢梢神神经经缝缝线线；用用于于烧烧伤伤治治疗疗：消消除除颌颌面面窦窦和和口腔间穿孔。口腔间穿孔。41第41页4.4.1.2 天然多糖类材料天然多糖类材料 多多糖糖是是由由许许多多单单糖糖分分子子经经失失水水缩缩聚聚，经经过过糖糖苷苷键键结结合而成天然高分子化合物。合而成天然高分子化合物。均聚糖：多糖水解后只产生一个单糖，如纤维素、淀粉均聚糖：多糖水解后只产生一个单糖，如纤维素、淀粉杂聚糖：水解产物是两种或两种以上单糖，如菊粉等。杂聚糖：水解产物是两种或两种以上单糖，如菊粉等。自然界广泛存在多糖主要有：自然界广泛存在多糖主要有：植物多糖，如植物多糖，如纤维素纤维素、半纤维素、淀粉、果胶等；、半纤维素、淀粉、果胶等；动物多糖，如动物多糖，如甲壳素甲壳素、壳聚糖壳聚糖、肝素、硫酸软骨素等；、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。研究较多多糖类材料为纤维素、甲壳素和壳聚糖。研究较多多糖类材料为纤维素、甲壳素和壳聚糖。42第42页4.4.1.2 天然多糖类材料天然多糖类材料 纤维素纤维素 葡葡萄萄糖糖经经由由糖糖苷苷键键连连结结高高分分子子化化合合物物。它它含含有有不不一一样样构构型型和和结结晶晶形形式式，是是组组成成植植物物细细胞胞壁壁主主要要成成份份，是是存存在在于于自自然然界界中中数数量量最最多多碳碳水水化化合合物。结构复杂，至今仍未被完全了解。物。结构复杂，至今仍未被完全了解。天天然然纤纤维维素素属属于于纤纤维维型型，再再生生纤纤维维素素属属于于纤纤维维型型，后后者者结结构构更更为为稳稳定定。不不一一样样天天然然纤纤维维素素其其结结晶晶度度有有显显著著差差异异，伴伴随随结结晶晶度度提提升升，其其抗抗张张强强度度、硬硬度度、密密度度增增加加，但但弹弹性性、韧韧性性、膨膨胀性、吸水性和化学反应性下降。胀性、吸水性和化学反应性下降。43第43页在医学上应用形式主要是制造各种医用膜：在医学上应用形式主要是制造各种医用膜：硝硝酸酸纤纤维维素素膜膜：用用于于血血液液透透析析和和过过滤滤，但但因因为为制制膜困难及不稳定等缺点，已逐步被其它材料取代膜困难及不稳定等缺点，已逐步被其它材料取代粘粘胶胶纤纤维维（人人造造丝丝）或或赛赛珞珞玢玢（玻玻璃璃纸纸）管管：用用于于透透析析，但但因因为为含含有有磺磺化化物物及及尿尿素素、肌肌酐酐透透析析性性不好等原因，作为透析用赛珞玢逐步被淘汰不好等原因，作为透析用赛珞玢逐步被淘汰再再生生纤纤维维素素（铜铜珞珞玢玢）：是是当当前前人人工工肾肾使使用用较较多多透透析析膜膜材材料料，对对溶溶质质传传递递，纤纤维维素素膜膜起起到到筛筛网网和和微孔壁垒作用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全氟氟代代酰酰基基纤纤维维素素：用用于于制制造造代代膜膜式式肺肺、人人工工心心瓣瓣膜膜、人人工工细细胞胞膜膜层层，各各种种导导管管、插插管管和和分分流流管管等等44第44页4.4.1.2 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，是仅有含，属于氨基多糖，是仅有含有显著碱性天然多糖。有显著碱性天然多糖。广泛存在于低等植物及甲壳动物外壳中，其每广泛存在于低等植物及甲壳动物外壳中，其每年生物合成资源最高达年生物合成资源最高达1000亿吨，是地球上仅亿吨，是地球上仅次于植物纤维第二大生物资源。次于植物纤维第二大生物资源。是一个起源于动物天然多糖，普遍存在于虾、是一个起源于动物天然多糖，普遍存在于虾、蟹等低等动物及昆虫等节肢动物外壳中。将甲蟹等低等动物及昆虫等节肢动物外壳中。将甲壳动物外壳经过酸碱处理，脱去钙、盐和蛋白壳动物外壳经过酸碱处理，脱去钙、盐和蛋白质，即得到甲壳质。质，即得到甲壳质。45第45页被被科科学学家家誉誉为为继继蛋蛋白白质质、糖糖、脂脂肪肪、维维生生素素、矿矿物物质质以以外外第第六六生生命命要要素素。甲甲壳壳素素有有强强化化免免疫疫、降降血血糖糖、降降血血脂脂、降降血血压压、强强化化肝肝脏脏机机能能、活活化化细细胞胞、调调整整植植物物神神经经系系统统及及内内分分泌泌系系统统等等功功效效，还还可可作作为为保保健健材材料料，用用于于健健康康无无害害烟烟、护护肤产品、保健内衣等。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：医医用用敷敷料料：甲甲壳壳素素含含有有良良好好组组织织相相容容性性，可可灭灭菌菌、促进伤口愈合、吸收伤口渗出物且不脱水收缩促进伤口愈合、吸收伤口渗出物且不脱水收缩药品缓释剂：药品缓释剂：基本为中性，可与任何药品配伍基本为中性，可与任何药品配伍止止血血棉棉、止止血血剂剂：在在血血管管内内注注射射高高粘粘度度甲甲壳壳素素，可可形形成成血血栓栓口口愈愈合合剂剂，使使血血管管闭闭塞塞，从从而而在在手手术术中中到到达达止止血血目目标标，较较注注射射明明胶胶海海绵绵等等常常规规止止血血方方法法，操操作轻易，感染少。作轻易，感染少。46第46页47第47页 甲壳素缝线电镜照片甲壳素缝线电镜照片 48第48页甲壳素人工皮电镜照片甲壳素人工皮电镜照片 49第49页4.4.1.2 天然多糖类材料天然多糖类材料 壳聚糖壳聚糖是是甲甲壳壳素素去去除除部部分分乙乙酸酸基基后后产产物物（甲甲壳壳素素衍衍生生物物），甲甲壳壳素素继继续续用用浓浓碱碱乙乙酸酸基基化化则则得得到到壳壳聚聚糖，含有一定粘度，无毒、无害、无副作用。糖，含有一定粘度，无毒、无害、无副作用。不溶于水和碱液，但可溶于各种酸溶液中。不溶于水和碱液，但可溶于各种酸溶液中。它它含含有有较较多多侧侧基基官官能能团团，可可进进行行酯酯化化、醚醚化化、氧氧化化、磺磺化化以以及及接接枝枝交交联联等等反反应应对对其其进进行行改改性性。尤尤其其是是磺磺化化产产品品，其其结结构构与与肝肝素素极极其其相相同同，可可作为肝素代用具作抗凝剂。作为肝素代用具作抗凝剂。50第50页适适用用广广，生生物物相相容容性性良良好好新新型型生生物物材材料料正正在在受受到人们普遍重视，当前在医学多上用于：到人们普遍重视，当前在医学多上用于：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人工工皮皮，用用于于整整形形外外科科、皮皮肤肤外外科科，用用于于、度度烧伤，采皮伤和植皮伤等烧伤，采皮伤和植皮伤等细细胞胞培培养养，制制备备不不一一样样形形状状微微胶胶囊囊，培培养养高高浓浓度度细细胞，如包封是活细胞，则组成人工生物器官胞，如包封是活细胞，则组成人工生物器官海海绵绵，用用于于拔拔牙牙患患、囊囊肿肿切切除除、齿齿科科切切除除部部分分保保护护材料材料眼科敷料，可生成较多成胶原和成纤维细胞眼科敷料，可生成较多成胶原和成纤维细胞隐形眼镜隐形眼镜膜，用于药品释放系统和组织引导再生材料膜，用于药品释放系统和组织引导再生材料固相酶载体固相酶载体 51第51页52第52页4.4.2 合成高分子生物材料合成高分子生物材料合合成成高高分分子子材材料料已已经经快快速速地地取取代代了了除除了了食食品品以以外外许许多宝贵天然资源。多宝贵天然资源。合合成成高高分分子子生生物物材材料料是是指指利利用用聚聚合合方方法法制制备备一一类类生生物物材材料料。因因为为合合成成高高分分子子能能够够经经过过组组成成和和结结构构控控制制而含有各种多样物理和化学性质。而含有各种多样物理和化学性质。医医用用高高分分子子材材料料科科学学是是一一门门新新兴兴边边缘缘学学科科，是是生生物物医医学学工工程程一一个个主主要要分分支支，合合成成高高分分子子材材料料已已成成为为制制造造各各种种人人工工器器官官、软软硬硬组组织织修修复复体体、医医用用粘粘结结剂剂、缝合线、人造血液等最主要也是用量最大生物材料。缝合线、人造血液等最主要也是用量最大生物材料。53第53页合合成成高高分分子子材材料料组组成成物物（单单体体，添添加加剂剂等等）可可能向生物环境释放，有可能造成毒性反应。能向生物环境释放，有可能造成毒性反应。其其弹弹性性模模量量低低和和弹弹性性常常使使其其不不能能用用于于承承受受较较大大负荷体位修复。负荷体位修复。合成高分子生物材料可分为：合成高分子生物材料可分为：生生物物不不可可降降解解：硅硅橡橡胶胶、聚聚氨氨酯酯、环环氧氧树树脂脂、聚聚氯氯乙乙烯烯、聚聚四四氟氟乙乙烯烯、聚聚乙乙烯烯、聚聚丙丙烯烯、聚聚甲甲基基丙丙烯烯酸酸甲甲酯酯、丙丙烯烯酸酸酯酯水水凝凝胶胶、一一氰氰基基丙丙烯烯酸酸酯酯类类、聚酸胺和饱和聚酯等。聚酸胺和饱和聚酯等。生生物物可可降降解解：聚聚乙乙烯烯醇醇、聚聚乳乳酸酸、聚聚乙乙内内酯酯、乳乳酸酸一乙醇酸共聚物和聚一乙醇酸共聚物和聚一羟基丁酸酯等。一羟基丁酸酯等。54第54页4.4.2 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，有机硅弹性体主要成份，万，有机硅弹性体主要成份，是含有硅原子特种合成橡胶总称。是含有硅原子特种合成橡胶总称。它含有优异生理特征：无毒无味、生物相容性它含有优异生理特征：无毒无味、生物相容性好、耐生物老化、很好抗凝血性、长久植入体好、耐生物老化、很好抗凝血性、长久植入体内物理性能下降甚微、耐高温严寒（内物理性能下降甚微、耐高温严寒（-90 250）良好电绝缘性、耐氧老化性、耐光老化）良好电绝缘性、耐氧老化性、耐光老化性以及防霉性、化学稳定性等。性以及防霉性、化学稳定性等。在医学上主要用于粘合剂、导管、整形和修复在医学上主要用于粘合剂、导管、整形和修复外科（人工关节、皮肤扩张、烧伤皮肤创面保外科（人工关节、皮肤扩张、烧伤皮肤创面保护、人工鼻梁、人工耳廓和人工眼环）、缓释护、人工鼻梁、人工耳廓和人工眼环）、缓释和控释等。和控释等。55第55页防噪音耳塞：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，可依据胎儿头胎头吸引器：操作简便，使用安全，可依据胎儿头部大小变形，吸引时胎儿头皮不会被吸起，可防止部大小变形，吸引时胎儿头皮不会被吸起，可防止头皮血肿和颅内损伤等弊病，能大大减轻难产孕妇头皮血肿和颅内损伤等弊病，能大大减轻难产孕妇分娩时痛苦。分娩时痛苦。人造血管：含有特殊生理机能，能做到与人体人造血管：含有特殊生理机能，能做到与人体“亲亲密无间密无间”，人机体也不排斥它，经过一定时间，就，人机体也不排斥它，经过一定时间，就会与人体组织完全事例起来稳定性极为良好。会与人体组织完全事例起来稳定性极为良好。鼓膜修补片：其片薄而柔软，光洁度和韧性都良好。鼓膜修补片：其片薄而柔软，光洁度和韧性都良好。是修补耳膜理想材料，且操作简便，效果颇佳。是修补耳膜理想材料，且操作简便，效果颇佳。另外还有硅橡胶人造气管、人造肺、人造骨、硅橡另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，功效都十分理想。胶十二指肠管等，功效都十分理想。56第56页硅橡胶硅橡胶医用医用导管管类 57第57页4.4.2 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、聚酯和二异氰酸酯总称。是聚醚、聚酯和二异氰酸酯总称。含含有有良良好好延延伸伸性性和和抗抗挠挠曲曲性性，强强度度高高、耐耐磨磨损损，血血液液相相容容性性、抗抗血血栓栓性性能能好好，且且不不损损伤伤血血液液成成份，使其在医疗领域得到广泛应用。份，使其在医疗领域得到广泛应用。主主要要用用于于人人工工心心脏脏搏搏动动膜膜、心心血血管管医医学学元元件件、人人工工心心脏脏、辅辅助助循循环环、人人工工血血管管、体体外外循循环环血血液液路路、药药品品释释放放体体系系、缝缝合合线线与与软软组组织织粘粘合合剂剂绷绷带带、敷敷料料、吸吸血血材材料料、人人工工软软骨骨和和血血液液净净化化器具密封剂等。器具密封剂等。58第58页4.4.2 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）基基本本特特征征是是所所用用单单体体中中最最少少含含有有一一个个环环氧氧基基团团。环环氧氧基基可可与与含含有有“活活泼泼氢氢”化化合合物物发发生生反反应应，所以可用适当胺或一些酸类催化作均聚反应。所以可用适当胺或一些酸类催化作均聚反应。主主要要用用途途：与与玻玻璃璃布布一一起起用用于于骨骨折折开开放放性性复复位位和和固固定定，粘粘合合骨骨头头加加强强氧氧化化铝铝髋髋关关节节髁髁，牙牙科科充充填填材材料料，电电子子起起搏搏器器与与体体液液分分开开保保护护层层（灌灌封封）。眼眼睑睑修修补补术术和和加加固固颅颅动动脉脉瘤瘤和和脑脑电电极极探探针绝缘等。针绝缘等。59第59页4.4.2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合成树脂，是用量最是由单体氯乙烯聚合而成合成树脂，是用量最大医用高分子材料。大医用高分子材料。原料丰富、聚合轻易、抗凝血性能良好，但耐原料丰富、聚合轻易、抗凝血性能良好，但耐热性不高（热性不高（70）。经过添加物应用可使改）。经过添加物应用可使改变为含有可屈挠性能。变为含有可屈挠性能。在医学中用量最大是制作塑料输血输液袋，可在医学中用量最大是制作塑料输血输液袋，可提升红细胞和血小板生存率；还可用于医用导提升红细胞和血小板生存率；还可用于医用导管、人工输尿管、胆管和心脏瓣膜、血泵隔膜、管、人工输尿管、胆管和心脏瓣膜、血泵隔膜、增补面部组织、青光眼引流管和中耳孔等。软增补面部组织、青光眼引流管和中耳孔等。软质质PVC毒性问题仍有争议，当前只能用于制造毒性问题仍有争议，当前只能用于制造与人体短期接触制品。与人体短期接触制品。60第60页聚氯乙烯树脂聚氯乙烯树脂61第61页4.4.2合成高分子生物材料合成高分子生物材料聚四氟乙烯（聚四氟乙烯（PTFE）又名又名泰氟隆泰氟隆（Teflon），热塑性塑料，最好耐），热塑性塑料，最好耐高温塑料，结晶熔点高达高温塑料，结晶熔点高达327，几乎完全是，几乎完全是化学惰性，含有自润滑性或非粘性，不易被组化学惰性，含有自润滑性或非粘性，不易被组织液浸润。织液浸润。主要用于人工输尿管、胆管、气管、喉