1、生物醫用高分子材料生物醫用高分子材料 第一組第一組 成員：成員：李真英參與討論）李真英參與討論）楊帆講稿）楊帆講稿）張名西收集資料）張名西收集資料）金怡澤收集資料）金怡澤收集資料）阿依努爾阿依努爾阿布力米提阿布力米提（參與討論）（參與討論）唐至佳唐至佳PPTPPT制作）制作）一、生物醫用高分子材料一、生物醫用高分子材料 （Biomedical materials）定義：定義：指對生物體進行診斷、治療和置指對生物體進行診斷、治療和置換損壞組織、器官或增進其功能換損壞組織、器官或增進其功能的材料。的材料。分類：分類：按材料來源分：按材料來源分：（1） 醫用金屬和合金。主要醫用金屬和合金。主要用于承

2、力的骨、關節和牙等硬用于承力的骨、關節和牙等硬組織的修復和替換。組織的修復和替換。（2） 醫用高分子生物材料。醫用高分子生物材料。高分子化合物是構成人體絕大高分子化合物是構成人體絕大部分組織和器官的物質，醫用部分組織和器官的物質，醫用高分子生物材料包括合成如：高分子生物材料包括合成如：聚酯、硅橡膠和天然高分子聚酯、硅橡膠和天然高分子如：膠原、甲殼素）。（如：膠原、甲殼素）。（3） 醫用生物陶瓷。有惰性生物陶醫用生物陶瓷。有惰性生物陶瓷和活性生物陶瓷羥基磷灰瓷和活性生物陶瓷羥基磷灰石陶瓷、可吸收磷酸三鈣陶瓷石陶瓷、可吸收磷酸三鈣陶瓷等）等） （4） 醫用生物復合材料。如醫用生物復合材料。如羥基磷

3、灰石涂復鈦合金，炭纖羥基磷灰石涂復鈦合金，炭纖維或生物活性玻璃纖維增強聚維或生物活性玻璃纖維增強聚乳酸等高分子材料。乳酸等高分子材料。 （5） 生物衍生材料。這類材生物衍生材料。這類材料是將活性的生物體組織，包料是將活性的生物體組織，包括自體和異體組織，經處理改括自體和異體組織，經處理改性而獲得的無活性的生物材料。性而獲得的無活性的生物材料。 按用途分：按用途分：（1手術治療用高分子材料手術治療用高分子材料 縫合線，黏膠劑，止血劑，各種導管，縫合線，黏膠劑，止血劑，各種導管，引流管，一次性輸血輸液器材引流管，一次性輸血輸液器材（2藥用及藥物傳遞用高分子材料藥用及藥物傳遞用高分子材料靶向性高分子

4、載體肝靶向性，腫瘤靶向靶向性高分子載體肝靶向性，腫瘤靶向性），高分子藥物干擾素，降膽敏），高性），高分子藥物干擾素，降膽敏），高分子控制釋放載體膠囊，水凝膠，脂質體）分子控制釋放載體膠囊，水凝膠，脂質體）（3人造器官或組織人造器官或組織人造皮膚，血管，骨，關節，腸道，心臟，人造皮膚，血管，骨，關節，腸道，心臟，腎等。腎等。按降解性能分：按降解性能分：可生物降解材料可生物降解材料-指聚合物在生物體內酶、指聚合物在生物體內酶、酸堿性環境下或微生物存在的情況下可以酸堿性環境下或微生物存在的情況下可以發生分子量下降、生成水和二氧化碳等對發生分子量下降、生成水和二氧化碳等對生物體或環境無毒害的小分子化合

5、物的性生物體或環境無毒害的小分子化合物的性能。能。不可生物降解材料生物惰性材料）不可生物降解材料生物惰性材料）-一種一種生物材料在特殊應用中和宿主反應起作用生物材料在特殊應用中和宿主反應起作用的能力，要求植入材料和機體間的相互作的能力，要求植入材料和機體間的相互作用能夠永久地被協調。在生物環境下自身用能夠永久地被協調。在生物環境下自身不發生有害的物理浸透、溶解或吸附不發生有害的物理浸透、溶解或吸附或者化學反應對酸堿酶穩定）。或者化學反應對酸堿酶穩定）。二、天然可降解高分子材料二、天然可降解高分子材料膠原蛋白、纖維蛋白膠原蛋白、纖維蛋白甲殼素、殼聚糖、淀粉、纖維素海藻甲殼素、殼聚糖、淀粉、纖維素

6、海藻酸鈉衍生物酸鈉衍生物可吸收縫線可吸收縫線藥物控釋載體藥物控釋載體人工皮膚人工皮膚（1膠原膠原 膠原是人體組織中最基本的蛋白質類物質，膠原是人體組織中最基本的蛋白質類物質，至今已經鑒別出至今已經鑒別出13種膠原，其中種膠原，其中 IIII、V和和 XI 型膠原為成纖維膠原。型膠原為成纖維膠原。I 型膠原在動型膠原在動物體內含量最多，已被廣泛應用于生物醫物體內含量最多，已被廣泛應用于生物醫用材料和生化試劑。用材料和生化試劑。構造：構造：由各種物種和肌體組織制備的膠原差異很小。由各種物種和肌體組織制備的膠原差異很小。最基本的膠原結構為由三條分子量大約為最基本的膠原結構為由三條分子量大約為1105

7、的的肽鏈組成的三股螺旋繩狀結構，直徑為肽鏈組成的三股螺旋繩狀結構，直徑為11.5nm，長約長約300nm，每條肽鏈都具有左手螺旋二級結構。，每條肽鏈都具有左手螺旋二級結構。膠原分子的兩端存在兩個小的短鏈肽，稱為端膠原分子的兩端存在兩個小的短鏈肽，稱為端肽，不參與三股螺旋繩狀結構。研究證明，端肽是肽，不參與三股螺旋繩狀結構。研究證明，端肽是免疫原性識別點，可通過酶解將其除去。除去端肽免疫原性識別點，可通過酶解將其除去。除去端肽的膠原稱為不全膠原，可用作生物醫學材料。的膠原稱為不全膠原，可用作生物醫學材料。制備來源：制備來源：牛和豬的肌腱、生皮、骨骼是生產膠牛和豬的肌腱、生皮、骨骼是生產膠原的主要

8、原料。原的主要原料。 消費：消費：醫用膠原制備的主要目的是除去組織醫用膠原制備的主要目的是除去組織中的非膠原成分和抗原物質，獲得高中的非膠原成分和抗原物質，獲得高純度的膠原肽、膠原纖維或膠原組織。純度的膠原肽、膠原纖維或膠原組織。膠原在應用時必須交聯，以控制其物膠原在應用時必須交聯，以控制其物理性質和生物可吸收性。同時也必須理性質和生物可吸收性。同時也必須考慮所用交聯方法的強度、穩定性、考慮所用交聯方法的強度、穩定性、毒性、趨鈣化以及抗酶降解性能等。毒性、趨鈣化以及抗酶降解性能等。特點：特點：優點：膠原材料具有生物力學性能好優點：膠原材料具有生物力學性能好, ,免疫原性低等優點免疫原性低等優點

9、, ,被制造成為各種生被制造成為各種生物醫學材料物醫學材料, ,在醫療器械產品制造領域在醫療器械產品制造領域有著不可替代的優勢和相當廣泛的應有著不可替代的優勢和相當廣泛的應用。用。缺陷：要通過對實際生產過程的嚴格缺陷：要通過對實際生產過程的嚴格控制才能達到動物源性膠原的人用標控制才能達到動物源性膠原的人用標準。準。 膠原可以用于制造心臟瓣膜、支架、血管膠原可以用于制造心臟瓣膜、支架、血管修復材料、止血海綿、創傷輔料、明膠、修復材料、止血海綿、創傷輔料、明膠、化妝品、人工皮膚、手術縫合線、組織工化妝品、人工皮膚、手術縫合線、組織工程基質等。程基質等。運用：運用：人工心臟瓣膜人工心臟瓣膜前景展望：

10、前景展望：膠原材料應用范圍極其廣泛膠原材料應用范圍極其廣泛,優勢明顯。優勢明顯。我國在對膠原類醫療器械產品的檢驗評價我國在對膠原類醫療器械產品的檢驗評價方面也日趨完善，如不久前又增添了對免方面也日趨完善，如不久前又增添了對免疫原性檢測的要求。但當前國內對膠原類疫原性檢測的要求。但當前國內對膠原類生物醫用材料免疫原性的研究很少，并且生物醫用材料免疫原性的研究很少，并且對于此類產品的免疫原性尚無標準評價方對于此類產品的免疫原性尚無標準評價方法。這一點仍需要我們繼續不斷地摸索與法。這一點仍需要我們繼續不斷地摸索與探究。探究。參考文獻：動物源性膠原的生產、應用及其免疫原性 杜曉丹, 方玉, 奚廷斐,

11、郭婷婷, Du Xiao-dan, Fang Yu, Xi Ting-fei, Guo Ting-ting - 中國組織工程研究與臨床康復2019年23期 （2甲殼質甲殼質甲殼質是甲殼質是1811年由法國學者布拉克年由法國學者布拉克諾諾(Braconno)發現，發現，1823年由歐年由歐吉爾吉爾(Dier)從甲殼動物外殼中提取從甲殼動物外殼中提取,并命名為并命名為CHITIN，譯名為幾丁質。，譯名為幾丁質。構造：構造：1分子量分子量甲殼質的化學結構和植物纖維素非常相似。甲殼質的化學結構和植物纖維素非常相似。都是六碳糖的多聚體，分子量都在都是六碳糖的多聚體，分子量都在100萬萬以上。以上。分子量

12、越高吸附能力越強，適合工業、環分子量越高吸附能力越強，適合工業、環保領域應用。低分子量容易被人體吸收。保領域應用。低分子量容易被人體吸收。分子量為分子量為7000左右的幾丁聚糖，大約含左右的幾丁聚糖，大約含30個左右的葡萄糖胺殘基。個左右的葡萄糖胺殘基。 納米甲殼質納米甲殼質2脫乙酰基純度脫乙酰基純度 幾丁質經過脫乙酰基成為幾丁幾丁質經過脫乙酰基成為幾丁聚糖，而幾丁聚糖的基本單位聚糖，而幾丁聚糖的基本單位是葡萄糖胺。是葡萄糖胺。幾丁質因為不溶于酸堿也不溶幾丁質因為不溶于酸堿也不溶于水而不能被身體利用。脫乙于水而不能被身體利用。脫乙酰基后可增加其溶解性因此可酰基后可增加其溶解性因此可被身體吸收。

13、幾丁質脫乙酰基被身體吸收。幾丁質脫乙酰基純度越高其品質越好。純度越高其品質越好。制備來源：制備來源：自然界中自然界中,甲殼質存在于低等植物菌類、甲殼質存在于低等植物菌類、藻類的細胞藻類的細胞,甲殼動物蝦、蟹、昆蟲的甲殼動物蝦、蟹、昆蟲的外殼，高等植物的細胞壁等，其量不外殼，高等植物的細胞壁等，其量不低于豐富的纖維素，是除纖維素以外低于豐富的纖維素，是除纖維素以外的又一大類重要多糖。據估計自然界的又一大類重要多糖。據估計自然界中，甲殼質每年生物合成的量多達中，甲殼質每年生物合成的量多達1000億噸。億噸。 消費：消費：首先用稀的氫氧化鈉液除去蛋白質，然后，首先用稀的氫氧化鈉液除去蛋白質，然后，用

14、鹽酸除去鈣鹽，剩下的就是幾丁質。為了用鹽酸除去鈣鹽，剩下的就是幾丁質。為了從這些幾丁質中除去乙酰基，用長時間的高從這些幾丁質中除去乙酰基，用長時間的高溫，使之在濃的氫氧化鈉中發生反應，就可溫，使之在濃的氫氧化鈉中發生反應，就可制成含有氨基的甲殼質制成含有氨基的甲殼質(幾丁聚糖或殼糖胺幾丁聚糖或殼糖胺)。因為幾丁質不溶于酸堿，也不溶于水，很難因為幾丁質不溶于酸堿，也不溶于水，很難被人體利用。經脫乙酰基成幾丁聚糖后它能被人體利用。經脫乙酰基成幾丁聚糖后它能溶于稀酸和體液中，可被人體所利用。溶于稀酸和體液中，可被人體所利用。 （3殼聚糖殼聚糖殼聚糖為甲殼素的脫乙酰衍生物，由殼聚糖為甲殼素的脫乙酰衍生

15、物，由甲殼素在甲殼素在4050濃度的氫氧化濃度的氫氧化鈉水溶液中鈉水溶液中110120下水解下水解24h得到。得到。 殼聚糖在堿性條件下存在大量氫鍵，體系收縮，殼聚糖在堿性條件下存在大量氫鍵，體系收縮，藥物通透率低，表現為藥物通透率低，表現為“關關”；酸性條件下成鹽，；酸性條件下成鹽，由于同種電荷的相互排斥，聚合物網絡擴張，藥由于同種電荷的相互排斥，聚合物網絡擴張，藥物通透率高，表現為物通透率高，表現為“開開”，因此具有，因此具有pH刺激響應刺激響應性，可作為智能型藥物控制釋放材料使用。性，可作為智能型藥物控制釋放材料使用。殼聚糖接枝丙烯酸在酸性條件下存在大量氫鍵，體殼聚糖接枝丙烯酸在酸性條件

16、下存在大量氫鍵，體系收縮，藥物通透率低，表現為系收縮，藥物通透率低，表現為“關關”；在堿性條件；在堿性條件下成鹽，離子性基團解離，由于同種電荷的相互排下成鹽，離子性基團解離，由于同種電荷的相互排斥，聚合物網絡擴張，藥物通透率高，表現為斥，聚合物網絡擴張，藥物通透率高，表現為“開開”，因此具有因此具有pH刺激響應性，可作為智能型藥物控制釋刺激響應性，可作為智能型藥物控制釋放材料使用。放材料使用。（4甲殼素、殼聚糖及其衍生甲殼素、殼聚糖及其衍生物在醫藥敷料中的應用物在醫藥敷料中的應用 研究意義：研究意義：醫用生物材料的基本要求是安全、醫用生物材料的基本要求是安全、有效，研究甲殼素、殼聚糖及其有效，

17、研究甲殼素、殼聚糖及其衍生物的使用安全性對該產品在衍生物的使用安全性對該產品在臨床的推廣和應用具有重要意義。臨床的推廣和應用具有重要意義。 1、治療外傷、創傷、治療外傷、創傷 甲殼素、殼聚糖等產品生物相容性好，且甲殼素、殼聚糖等產品生物相容性好，且具有止血、止痛、抑菌、促進肉芽組織和具有止血、止痛、抑菌、促進肉芽組織和上皮組織的形成等作用，是外傷、創傷治上皮組織的形成等作用，是外傷、創傷治療的理想產品。療的理想產品。 參考實驗：參考實驗：劉延敏劉延敏10等大鼠創傷愈合實驗等大鼠創傷愈合實驗 胡丹胡丹13等甲殼胺人工皮膚膜治療指等甲殼胺人工皮膚膜治療指端急性損傷端急性損傷 甲殼質縫線2、治療燒傷

18、、燙傷、治療燒傷、燙傷 殼聚糖的線型分子鏈結構使其具有優良的成纖殼聚糖的線型分子鏈結構使其具有優良的成纖性，其纖維可作為可吸收醫用手術縫合線、人性，其纖維可作為可吸收醫用手術縫合線、人造皮膚、止血材料、手術包扎材料等。殼聚糖造皮膚、止血材料、手術包扎材料等。殼聚糖與膠原、明膠、抗菌藥物等復合，改善物理性與膠原、明膠、抗菌藥物等復合，改善物理性能和功能特性，可應用于燒傷、燙傷病人的治能和功能特性，可應用于燒傷、燙傷病人的治療。療。參考實驗：參考實驗：李瑞欣李瑞欣15殼聚糖外、中、內三層急救燒傷殼聚糖外、中、內三層急救燒傷敷料敷料 姜廣建姜廣建19殼聚糖、明膠、甘油復合透明型殼聚糖、明膠、甘油復合

19、透明型連續性燒傷敷料連續性燒傷敷料 3、治療潰瘍、治療潰瘍 慢性皮膚潰瘍，包括血管性潰瘍、放射性潰瘍及感染性潰慢性皮膚潰瘍，包括血管性潰瘍、放射性潰瘍及感染性潰瘍等，臨床治療困難，是一種臨床常見的疾病。瘍等，臨床治療困難，是一種臨床常見的疾病。 中藥選擇選用紫草、當歸、白芷、甘草等活血止痛、祛腐中藥選擇選用紫草、當歸、白芷、甘草等活血止痛、祛腐生肌類藥物，并提取有效成分；珍珠經超微粉碎后制成分生肌類藥物，并提取有效成分；珍珠經超微粉碎后制成分子離子態溶液；殼聚糖經化學修飾后制成水溶液。采用微子離子態溶液；殼聚糖經化學修飾后制成水溶液。采用微乳化技術與微膠囊技術，將以上成分配制成具有定量緩釋乳化

20、技術與微膠囊技術，將以上成分配制成具有定量緩釋功能的微膠囊藥膜。該復合膜中藥有效成分與殼聚糖結合功能的微膠囊藥膜。該復合膜中藥有效成分與殼聚糖結合在一起，既保持了殼聚糖本身生物活性，又使中藥緩釋吸在一起，既保持了殼聚糖本身生物活性，又使中藥緩釋吸收，而且具有噴涂方便、自然成膜、滲透性強、易于吸收、收，而且具有噴涂方便、自然成膜、滲透性強、易于吸收、加快潰瘍愈合等特點。加快潰瘍愈合等特點。 參考實驗：參考實驗：李令根李令根21殼聚糖中藥復合藥膜治療難治性潰瘍殼聚糖中藥復合藥膜治療難治性潰瘍 4、治療褥瘡、治療褥瘡 褥瘡又名壓迫性潰瘍，是老齡人群的多發褥瘡又名壓迫性潰瘍，是老齡人群的多發病和常見病

21、，可分為外源性、原發性、內病和常見病，可分為外源性、原發性、內源性、繼發性等類型。殼聚糖應用于褥瘡源性、繼發性等類型。殼聚糖應用于褥瘡的臨床治療取得了良好的效果。的臨床治療取得了良好的效果。 參考實驗：參考實驗：蔣玉燕蔣玉燕26殼聚糖流體膜殼聚糖流體膜黃冬梅黃冬梅27在傳統中藥四黃膏含大在傳統中藥四黃膏含大黃、黃連、黃柏、黃芩中加入甲殼質制黃、黃連、黃柏、黃芩中加入甲殼質制成甲黃膜液成甲黃膜液 運用：運用：甲殼素能為肌體組織中的溶菌酶所分解，已用于制造甲殼素能為肌體組織中的溶菌酶所分解，已用于制造吸收型手術縫合線。其抗拉強度優于其他類型的手術吸收型手術縫合線。其抗拉強度優于其他類型的手術縫合線

22、。在兔體內試驗觀察，甲殼素手術縫合線縫合線。在兔體內試驗觀察，甲殼素手術縫合線4個個月可以完全吸收。月可以完全吸收。 甲殼素還具有促進傷口愈合的功能，可用作傷口包扎甲殼素還具有促進傷口愈合的功能，可用作傷口包扎材料。材料。 甲殼素膜用于覆蓋外傷或新鮮燒傷的皮膚創傷面時，甲殼素膜用于覆蓋外傷或新鮮燒傷的皮膚創傷面時，具有減輕疼痛和促進表皮形成的作用，因此是一種良具有減輕疼痛和促進表皮形成的作用，因此是一種良好的人造皮膚材料。好的人造皮膚材料。甲殼質手術縫合線甲殼質手術縫合線傷口包扎材料護創膜優勢：優勢：幾丁聚糖具有很強的抗菌力，促進肉芽幾丁聚糖具有很強的抗菌力，促進肉芽生長和皮膚再生的效能，可用

23、于制造人生長和皮膚再生的效能，可用于制造人工皮膚，或治療燒傷、燙傷，加速外傷工皮膚，或治療燒傷、燙傷，加速外傷愈合。愈合。用幾丁聚糖制成人工皮膚不會發生人體用幾丁聚糖制成人工皮膚不會發生人體排斥反應帶來的一系列問題。這種人工排斥反應帶來的一系列問題。這種人工皮膚和身體親和力強，可被人體吸收，皮膚和身體親和力強，可被人體吸收，可使皮膚愈合良好。它還有促使細胞活可使皮膚愈合良好。它還有促使細胞活化的作用，可大量產生膠原纖維，不會化的作用，可大量產生膠原纖維，不會留下傷疤。留下傷疤。實例：實例：具有消炎、抑菌、具有消炎、抑菌、止血、止痛、促進止血、止痛、促進組織生長等功能。組織生長等功能。無刺激，無毒性，無刺激，無毒性，無過敏。具有優良無過敏。具有優良的生物相容性和可的生物相容性和可降解性能，易被人降解性能，易被人體吸收。體吸收。三、生物醫用高分子材料三、生物醫用高分子材料市場發展概況市場發展概況全球生物醫用材料市場全球生物醫用材料市場0500100015002000250030