生物醫用高分子材料

生物醫用高分子材料是生物醫學材料中發展最早、套用最廣泛、用量最大的材料,也是一個正在迅速發展的材料。

生物醫用高分子材料是生物醫學材料中發展最早、套用最廣泛、用量最大的材料,也是一個正在迅速發展的材料。
它既可以來源於天然產物,又可以人工合成。此類材料除應滿足一般的物理、化學性能要求外,還必須具有足夠好的生物相容性。
按照不同的性質,醫用高分子材料可分為非降解型和可降解型兩類
對於前者,要求其在生物環境中能長期保持穩定,不發生降解、交聯或物理磨損等,並具有良好的物理機械性能。
非降解型高分子主要包括聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、芳香聚酯、聚矽氧烷、聚甲醛等。
可降解型高分子主要包括膠原、線性脂肪族聚酯、甲殼素、纖維素、胺基酸、聚乳酸、聚乙醇酸、聚己內酯等。根據使用的目的或用途,醫用高分子材料還可分為心血管系統、軟組織及硬組織等修復材料。

圖書信息

書 名: 生物醫用高分子材料
作 者:趙長生
出版社化學工業出版社
出版時間: 2009年02月
ISBN: 9787122045997
開本: 16開
定價: 28.00 元

內容簡介

醫用高分子材料是生物醫用材料的一個重要組成部分,是一類用於診斷、治療和器官再生的材料,具有延長病人生命、提高病人生存質量的作用。《生物醫用高分子材料(趙長生)》簡要介紹了高分子材料和生物體的相互作用以及生物醫用高分子材料的生物相容性和安全性評價,並分別介紹了人工器官用高分子材料、醫療診斷用高分子材料、藥物緩控釋用高分子材料、軟硬組織替代和組織工程用高分子材料、醫用高分子材料的設計。適於作高分子材料專業的教材,並可供從事生物醫學材料研究的技術人員及材料醫學專業師生參考。

序言

生物醫用材料是指具有特殊性能、特殊功能,用於人工器官外科修復、理療康復、診斷、檢查、治療疾患等醫療、保健領域,而對人體組織、血液不致產生不良影響的材料。國際標準化組織(ISO)法國會議專門定義的“生物材料”就是生物醫學材料,它是指“以醫療為目的,用於與組織接觸以形成功能的無生命的材料”。
生物醫用高分子材料是生物醫用材料的一個重要組成部分,是一類用於診斷、治療和器官修復與再生的材料,具有延長病人生命、提高病人生存質量的作用,是材料科學、化學、生命科學和醫學交叉的發展領域。其研究與開發既有重大的社會需求,也有重大的經濟需求。高性能醫用高分子材料和器械是現代醫學各種診斷和治療技術賴以存在的基礎,並不斷推動各種新診斷和治療手段的出現。
醫用高分子的研究至今已有40多年的歷史。1949年,美國首先發表了醫用高分子的展望性論文。在文章中,第一次介紹了利用聚甲基丙烯酸甲酯作為人的頭蓋骨和關節,利用聚醯胺纖維作為手術縫合線的臨床套用情況。據不完全統計,截至1990年,美國、日本西歐等發表的有關醫用高分子的學術論文和專利已超過30000篇。有人預計,現在的21世紀,醫用高分子將進入一個全新的時代。除了大腦之外,人體的所有部位和臟器都可用高分子材料來取代。仿生人也將比想像中更快地來到世上。
在更加關愛人類自身健康的21世紀,醫用高分子材料必將發揮日益重要的作用。生物醫用材料的研究與開發也得到了國家相關部門的高度重視,“十五”和“十一五”國家重點基礎研究發展規劃(“973”)都設立了生物醫用材料的研究項目。生物醫用材料的未來發展必將是從簡單的使用到有目的地設計合成,獲得具有生命體需要的具有良好生物相容性和生物功能性的材料。在高等院校的生物醫學工程高分子材料與工程等專業也都開設了生物醫用高分子材料的必選和選修課程。
醫用高分子材料大致可分為機體外使用與機體內使用兩大類。機體外用的材料主要是製備醫療用品,如輸液袋、輸液管、注射器等。由於這些高分子材料成本低、使用方便,現已大量使用。機體內用材料又可分為外科用和內科用兩類。外科方面有人工器官、醫用黏合劑、整形材料等。內科用的主要是高分子藥物。所謂高分子藥物,就是具有藥效的低分子與高分子載體相結合的藥物,它具有長效、穩定的特點。
歸納起來,一個具備了以下七個方面性能的材料,可以考慮用作醫用材料:
(1)在化學上是惰性的,不會因與體液接觸而發生反應;
(2)對人體組織不會引起炎症或異物反應;
(3)不會致癌;
(4)具有抗血栓性,不會在材料表面凝血;
(5)長期植入體內,不會減小機械強度;
(6)能經受必要的清潔消毒措施而不產生變性;
(7)易於加工成需要的複雜形狀。
人工器官是醫用高分子材料的主要發展方向。目前用高分子材料製成的人工器官已植入人體的有人工腎、人工血管、人工心臟瓣膜、人工關節、人工骨骼、整形材料等。套用的高分子材料主要有PVC、ABS、PP、矽橡膠、含氟聚合物等。正在研究的有人工心臟、人工肺、人工胰臟、人造血、人工眼球等。

圖書目錄

第1章 緒論
1.1 生物醫療用高分子
1.1.1 高分子科學和技術的進步
1.1.2 生物醫用材料
1.2 生物醫用高分子材料製品生產環境及消毒
1.2.1 生產環境
1.2.2 消毒
1.3 評價的標準化
1.4 生物高分子材料研究開發相關的問題
1.4.1 生物高分子材料及製品的研究特色
1.4.2 醫療經濟和醫療產業
習題
參考文獻
第2章 高分子材料和生物體的相互作用
2.1 醫用高分子的基本機能
2.1.1 物理機能
2.1.2 物理化學機能
2.1.3 生物體適應的種類
2.2 生體反應
2.2.1 材料與生物體的作用
2.2.2 材料與蛋白質的相互作用
2.2.3 材料與細胞的相互作用
2.2.4 材料與組織的相互作用
2.2.5 高分子材料在生物體內的變化
2.3 醫用高分子材料與生物體相互作用的評價
2.3.1 與血液的相互作用
2.3.2 與細胞的相互作用
2.3.3 與組織的相互作用
2.3.4 醫用高分子材料溶出物實驗
習題
參考文獻
第3章 生物醫用高分子材料的生物相容性和安全性評價
3.1 生物相容性概念和原理
3.1.1 材料與生物體的相互作用與影響
3.1.2 生物相容性的分類
3.2 生物醫用材料的生物相容性評價
3.2.1 生物學評價項目的選擇
3.2.2 生物學評價試驗方法及特點
3.3 生物學評價與新材料研究
3.3.1 新材料的設計和研究
3.3.2 建立新的生物相容性的試驗方法
3.4 生物材料降解的評價方法
3.4.1 降解機制
3.4.2 材料在體內的吸收和排泄
3.4.3 影響降解的因素和降解速率的調控
3.4.4 降解材料的製品化及套用
3.5 生物相容性研究及評價展望
3.5.1 生物相容性研究內容
3.5.2 生物相容性評價方法
習題
參考文獻
第4章 人工器官用高分子材料
4.1 血液淨化型人工器官
4.1.1 血液淨化技術
4.1.2 血液透析
4.1.3 血液濾過及血液透析濾過
4.1.4 血液灌流
4.1.5 血漿分離(或血漿置換)
4.1.6 腹膜透析
4.1.7 人工肺
4.1.8 人工肝
4.1.9 血液淨化用中空纖維膜
4.2 牙科材料
4.2.1 牙齒的結構
4.2.2 牙科用高分子材料
4.3 眼科材料
4.3.1 眼科對高分子材料的要求
4.3.2 隱形眼鏡
4.3.3 人工角膜
4.3.4 人工角膜上皮與內皮
4.3.5 人工晶狀體
4.3.6 人工淚管
4.3.7 假眼、活動假眼、人工眼球
4.3.8 組織黏合劑
4.3.9 人工眶骨、脂肪、肌腱
4.3.1 0人工玻璃體
4.3.1 1在青光眼及視網膜脫離手術中的套用
4.3.1 2眼用長效藥膜
4.4 雜化型人工器官
習題
參考文獻
第5章 醫療診斷用高分子材料
5.1 診斷用微球
5.1.1 高分子微球的製備方法
5.1.2 高分子親和微球的製備方法
5.1.3 高分子微球在醫療診斷中的套用
5.2 診斷用磁性粒子
5.2.1 磁性高分子微球的製備方法
5.2.2 磁性高分子微球的表面功能化
5.2.3 磁性微球在醫療診斷中的套用
5.3 高分子材料在診斷生物感測器中的套用
5.3.1 生物感測器用高分子固定化載體
5.3.2 套用舉例
習題
參考文獻
第6章 藥物緩控釋用高分子材料
6.1 序論
6.2 緩控釋製劑釋藥原理
6.2.1 溶出原理
6.2.2 擴散原理
6.2.3 溶蝕與擴散、溶出結合
6.2.4 滲透壓原理
6.2.5 離子交換作用
6.3 緩控釋製劑設計的影響因素
6.3.1 理化因素
6.3.2 生物因素
6.4 緩控釋製劑的分類
6.4.1 貯庫型(膜控制型)
6.4.2 骨架型(基質型)
6.4.3 滲透泵型控釋製劑
6.4.4 微囊和微粒型控釋製劑
6.5 口服脈衝釋放釋藥系統和結腸定位給藥系統
6.5.1 口服脈衝釋放釋藥系統
6.5.2 結腸定位給藥、釋藥系統
6.5.3 植入型控釋給藥系統
6.6 常用高分子材料在緩控釋領域中的套用
6.6.1 天然高分子藥用材料
6.6.2 半合成高分子藥用材料
6.6.3 全合成高分子藥用材料
6.7 緩釋包衣膜的處方組成
6.7.1 包衣水分散體
6.7.2 包衣膜增塑劑及其選擇原則
6.7.3 包衣致孔劑
6.7.4 包衣抗黏劑
6.8 高分子載體輔助的緩控藥物
6.8.1 緩控制釋藥物種類
6.8.2 靶向給藥系統
6.9 緩控釋給藥系統研究現狀及發展趨勢
習題
參考文獻
第7章 軟硬組織替代和組織工程用高分子材料
7.1 組織相容性
7.1.1 生物醫用材料與炎症
7.1.2 生物醫用材料和腫瘤
7.2 軟組織替代和再生用高分子材料
7.2.1 組織引導材料
7.2.2 組織誘導材料
7.2.3 組織隔離材料
7.2.4 皮膚修復和再生用高分子材料
7.2.5 人工皮膚
7.2.6 人工肌肉
7.2.7 其他
7.3 硬組織修復和再生用高分子材料
7.3.1 骨組織工程支架材料應具備的條件
7.3.2 合成高分子支架材料
7.3.3 天然高分子支架材料
7.3.4 複合支架材料
7.4 組織工程支架用高分子材料
7.4.1 組織工程的原理和方法
7.4.2 組織工程支架材料
7.4.3 組織工程支架的研究與製備方法
習題
參考文獻
第8章 醫用高分子材料的設計
8.1 緒言
8.2 高分子設計的基本理論
8.2.1 高分子的結構和性質
8.2.2 聚合物特性的定量理論
8.2.3 聚合物分子設計的定性解析
8.2.4 高分子設計的一般方法
8.3 醫用高分子的設計
8.3.1 醫用高分子的必備條件和特殊性能要求
8.3.2 生物醫用聚氨酯
8.3.3 藥用高分子的設計
習題
參考文獻

文摘

3.4 生物材料降解的評價方法

植入人體的可降解吸收材料,人們首先關心的是它的歸宿和降解產物是否有毒,以及如何人為地控制降解速度,因此,首先要了解引起降解的原因。由於材料的多樣性和降解過程的複雜性,至今仍不完全清楚材料在體內的降解機制。本節將介紹幾種提出的可能機制,同時討論影響降解的因素及降解速度的調控途徑。
固體聚合物的降解首先表現為物理變化,包括外形、外觀、力學性能、失重乃至最後失去功能,這些變化可用於體外方法評價,一般是在37℃中性水介質中進行降解試驗,進行材料的初步篩選,主要是從分子量下降、質量和力學性能的變化三個方面比較不同材料的降解速度。
體內降解試驗一般是針對某一特定套用目的而設計的,將材料試樣或製品植入動物體內的特定部分,以取得更接近臨床的試驗數據,由於目前對體內降解的評價還缺乏國際統一標準,因此對於同一種材料,不同研究者用不同技術和動物品種並從不同角度研究材料的降解,得到的體內壽命和最後歸宿會有差別,最常用的體內降解評價方法列於表3-5。
3.4.1 降解機制
材料在體內的降解和吸收是受生物環境作用的複雜過程,包括物理、化學和生化因素。物理因素主要是外應力,化學因素主要是水解、氧化及酸鹼作用,生化因素主要是酶和微生物。由於植入體內的材料主要接觸組織和體液,因此水解(包括酸鹼作用和自催化作用)和酶解是最主要的降解機制。
3.4.1.1 水解機制
天然聚合物在生物體中降解,首先被水解或氧化降解為小分子,然後再被吸收和排泄,大量研究表明,可降解合成高分子材料的降解主要是水解。水解降解過程可以被酸、鹼或酶催化。
高分子量固態聚合物裝置從植人體內到消失,是由不溶於水的固體變成水溶性物質,這個過程稱為溶蝕,植入裝置溶蝕,巨觀上是裝置整體結構被破壞,體積變小,逐漸成為碎片,最後完全溶解並在植入部位消失;微觀上是大分子鏈發生化學分解,如分子量變小,交聯度降低,分子鏈斷裂和側鏈斷裂等,變為水溶性的小分子而進人體液,上述過程是降解的第一階段,第二階段是吸收階段,即進人體液的降解產物被細胞吞噬並被轉化和代謝。以聚酯類為例,在降解的第一階段,大分子主鏈中的酯鍵被水解斷開,表現為分子量的迅速下降,失去原有的力學強度。當分子量小到可溶於水的極限時(數均分子量M真-5000道爾頓左右),整體結構即發生變形和失重,逐步變為微小的碎片進人體液。這個階段的長短具有重要的套用價值,是選擇材料的重要依據。

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