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，其來源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來源於自然，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。
基本介紹
- 中文名：醫用高分子材料
- 行業：醫學
- 屬性：醫用材料
- 組成：高分子物質
材料性質,基本要求,發展概述,用途,常用種類,甲殼素,膠原蛋白,矽橡膠,聚乳酸,聚氨酯,擴展閱讀,
材料性質
按照材料的性質，醫用高分子材料可分為非降解和可生物降解兩大類。其中非生物降解的材料包括：聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、芳香聚酯、矽橡膠、聚氨酯、聚醚醚酮等，其在生理環境中能夠長期保持穩定，不發生降解、交聯和物理磨損等，並具有良好的力學性能。該類材料主要用於人體軟、硬組織修復和製造人工器官、人造血管、接觸鏡和黏結劑等。可降解生物材料包括：膠原、脂肪族聚酯、甲殼素、纖維素、聚胺基酸、聚乙烯醇、聚乳酸、聚己內酯、聚磷腈等，這些材料能在生理環境中發生結構性破壞，且降解產物能通過正常的新陳代謝被機體吸收或排出體外，主要用於藥物釋放載體及非永久性植入器械。
基本要求
醫用高分子材料多用於人體，直接關係到人的生命和健康，一般對其性能的要求是：①安全性：必須無毒或副作用極少。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、化學和機械性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，而不降低材料的性能。不同性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：不同的套用領域，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性能。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。
發展概述
1949年，美國首先發表了醫用高分子的展望性論文，第一次介紹了利用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）作為人的頭蓋骨、關節和股骨，利用聚醯胺纖維作為手術縫合線的臨床套用情況。20世紀50年代，有機矽聚合物被用於醫學領域，使人工器官的套用範圍大大擴大，包括器官替代和整容等許多方面。在20世紀50年代，一大批人工器官試用於臨床，如人工尿道（1950年）、人工血管（1951年）、人工食道（1951年）、人工心臟瓣膜（1952年）、人工心肺（1953年）、人工心肺（1953年）、人工關節（1954年）及人工肝（1958年）等。20世紀60年代，醫用高分子材料開始進入一個嶄新的發展時期。目前較成功的高分子材料制人工器官有人工血管、人工食道、人工尿道、人工心臟瓣膜、人工心臟瓣膜、人工關節、人工骨、整形材料等。
用途
根據其具體用途可分為：（1）與生物體組織不直接接觸的材料；如藥劑容器、血漿袋、輸血輸液用具、注射器、化驗室用品、手術室用品等；（2）與皮膚、黏膜接觸的材料，如手術用手套、麻醉用品（吸氧管、口罩、氣管插管等）、診療用品（洗眼用具、耳鏡、壓舌片、灌腸用具、腸、胃、食道窺鏡導管和探頭、腔門鏡、導尿管等）、繃帶、橡皮膏等及人體整容修復材料（假肢、假耳、假眼、假鼻等）；（3）與人體組織短期接觸的材料，如：人造血管、人工心臟、人工肺、人工腎臟、滲析膜 人造皮膚等；（4）長期植入體內的材料，如腦積水症髓液引流管、人造血管、人工瓣膜、人工氣管、人工尿道、人工骨骼、人工關節、手術縫合線及組織粘合劑等；（5）藥用高分子，包括大分子化藥物和藥物高分子。大分子化藥物是指將傳統的小分子藥物大分子化，如聚青黴素；藥物高分子是指本身就有藥理功能的高分子，如陰離子聚合物型的干擾素誘發劑。不同用途的醫用高分子材料需要根據使用環境以及對材料的物理、化學及生物學性能要求選用合適的材料。
常用種類
下面就常用的醫用高分子材料進行簡單介紹：
甲殼素
甲殼素廣泛存在於低等植物菌類、蝦、蟹、昆蟲等甲殼動物的外殼、高等動物的細胞壁等，是地球上僅次於纖維素的第二大可再生資源，是一種線型的高分子多糖，也是唯一的含氮鹼性多糖。甲殼素具有優異的生物相容性、生物活性以及生物可降解性。具有消炎、止血、鎮痛和促進機體組織生長等功能，可促進傷口癒合。此外甲殼素及其衍生物還具有醫療保健功能，如免疫調節、降低膽固醇、抗菌、促進乳酸菌生長等。在藥物載體、人造皮膚、外科手術縫合線等領域具有廣泛的研究及套用。
膠原蛋白
膠原是動物體內含量最多、分布最廣的蛋白質，占哺乳動物體內蛋白質總量的25%-30%，它是細胞外基質四大組分之一，廣泛分布於結締組織、皮膚骨骼、內臟細胞間質及肌腔、韌帶、鞏膜等部位。由於膠原是大分子蛋白質，其具有良好的理化性質和優良的生物學性能，被廣泛用於外科手術縫合線、止血材料、創傷敷料、人工皮膚、藥物控釋放載體、組織工程等領域。
矽橡膠
矽橡膠是一種以Si-O-Si為主鏈的直鏈狀高分子量的聚有機矽氧烷為基礎，添加某些特定組分，按照一定的工藝要求加工後，製成具有一定強度和伸長率的橡膠態彈性體。矽橡膠具有良好的生物相容性、血液相容性及組織相容性，植入體內無毒副反應，易於成型加工、適於做成各種形狀的管、片、製品，是目前醫用高分子材料中套用最廣、能基本滿足不同使用要求的一類主要材料。具體套用有：靜脈插管、透析管、導尿管、胸腔引流管、輸血、輸液管以及主要的醫療整容整形材料。
聚乳酸
聚乳酸是以乳酸或丙交酯為單體化學合成的一類聚合物，屬於生物降解的熱塑性聚酯，具有無毒、無刺激、良好的生物相容性、可生物分解吸收、強度高、可塑性加工成型的合成類生物降解高分子材料。其降解產物是乳酸、CO2和H2O。經FDA批准可用作手術縫合線、注射用微膠囊、微球及埋置劑等製藥的材料。
聚氨酯
聚氨酯是指高分子主鏈上含有氨基甲酸酯基團的聚合物，簡稱PU，是由異氰酸酯和羥基或氨基化合物通過逐步聚合反應製成的，其分子鏈由軟段和硬段組成。聚氨酯具有一個主要的物理結構特徵是微相分離結構，其微相分離表面結構與生物膜相似，由於存在著不同表面自由能分布狀態，改進了材料對血清蛋白的吸附力，抑制血小板黏附，具有良好的生物相容性和血液相容性。目前醫用聚氨酯被用於人工心臟、心血導管、血管塗層、人工瓣膜等領域。
擴展閱讀
[1] 徐曉宇. 生物材料學. 北京：科學出版社，2006.
[2] 石淑先. 生物材料製備與加工. 化學工業出版社，2009.
