常见的生物医用材料系列3--天然高分子生物医学材料.ppt

天然高分子生物医学材料 第一节 天然多糖类材料 第二节 天然蛋白质材料 人们对生命科学的浓厚兴趣在于人类本身就是生命， 人们对生物医学高分子材料的重视与关切是因为 构成人体肌体的基本物质，诸如蛋白质、核糖核酸、多糖、一些脂质都是高分子化合物； 人类肌体的皮肤，肌肉，组织和器官都是由高分子化合物组成的。 天然高分子材料是人类最早使用的医学材料之一。 到了五十年代中期，由于合成高分子的大量涌现，曾使这类材料退居次要地位。 天然材料具有不可替代的优点： 多功能性质 与生物体的相容性、 生物可降解性， 加之对它的改性与复合， 特别是最近对杂化材料研究的需要，使它成为不可缺少的重要生物医学材料之一。 由于它们的结构和组成的差异，表现出不同的性质，应用的领域也不完全一样。 相似之处在于它们在体内很容易降解，降解产物对人体无毒且可为人体所吸收，参与人体的代谢循环，因此具有广泛的潜在用途。 目前天然生物高分子材料主要有 天然多糖类材料和 天然蛋白质材料二大类。 第一节?????天然多糖类材料 多糖是由于许多单糖分子经失水缩聚，通过糖苷键结合而成的天然高分子化合物； 多糖水解后如果只产生一种单糖则称为均聚糖如纤维素、淀粉等， 如果最终水解产物是二种或二种以上单糖则称为杂聚糖如菊粉等。杂多糖的种类虽多，但存在的量远不及均多糖。 自然界广泛存在的多糖有： 1、植物多糖，如纤维素、半纤维素、淀粉、果胶等。 2、动物多糖，如甲壳素、壳聚糖、肝素、硫酸软骨 素等。 3、琼脂多糖，如琼脂、海藻酸、角叉藻聚糖等。 4、菌类多糖，如D-葡聚糖、D-半乳聚糖、甘露聚糖 等。 5、微生物多糖，如左旋糖酐、黄原胶、凝乳糖、出 芽短梗孢糖等。 在已知的数百种多糖中，其化学结构差异很大，因而表现出不同的性能特点，如 水溶性和水不溶性、 酸性、碱性、中性存在体； 凝胶态生理信息载体， 抗凝血活性物质等形式。 一、纤维素 纤维素是由D-吡喃葡萄糖经由β-1，4糖苷键连接的高分子化合物。 具有不同的构型和结晶形式，是构成植物细胞壁的主要成分。 常与木质素、 半纤维素、树脂等伴生在一起， 是存在于自然界中数量最多的碳水化合物 。 纤维素分子呈长链状，是一种结晶性高分子化合物 不同种纤维素之间的结晶结构存在差异， 天然纤维素属纤维Ⅰ型， 再生纤维素属纤维Ⅱ型。 用强碱处理天然纤维，结晶结构发生变化，由Ⅰ型变为Ⅱ型。 用铜胺碱溶液溶解天然纤维素，再进行还原沉淀，也可使其转变为Ⅱ型结构。 从热力学角度考虑，Ⅱ型结构更为稳定。 纤维的结晶程度在不同天然纤维也存在差异， 随着结晶程度的提高，其抗张程度、硬度、密度增加， 但弹性、韧性、膨润性、吸水性、化学反应性下降。 精制的天然纤维素其结晶度约为70%， 丝光纤维约为48%， 再生纤维约为38%~40%。 无定形区的纤维分子排列杂乱，因而较易进行化学反应。 溶解性：纤维素是一种非还原性的碳水化合物， 不溶于水和一般有机溶剂， 溶解于某些碱性溶剂和高浓度的无机酸溶液如铜胺碱[Cu(NH3)4](OH)2，铜乙二胺碱[Cuen2 ] (OH)2，季胺碱[(C2H5)4N]OH和72%的硫酸、44%的盐酸、85%的磷酸等， 亦可溶解于若干种盐的浓水溶液中。 纤维素在酸的作用下可发生降解反应，完全水解时得到唯一单糖葡萄糖。 纤维素在医学上最重要的用途是制造各种医用 膜，这种纤维膜的制造应包括以下三个步骤： 1.化学改性生产可溶性或热塑性纤维素衍生物； 2.用溶液浇注或熔融法形成薄膜； 3.对纤维素衍生物进行处理得到再生纤维素。 严格地讲，因为处理过程中伴有分子量的降低， 再生都是不完全的。 目前再生纤维素的生产主要有以下三种技术： 1、铜氨法：将纤维素溶于铜氨溶液中形成可溶 性络合物，然后与酸反应再生。 2、粘胶法：纤维素与碱和二硫化碳反应，生成 黄原酸，然后与酸反应再生。 3、热塑性醋酸纤维素与碱反应水解再生。 硝酸纤维素： 是人们最早使用的血液透析膜材料，系用浓硝酸和浓硫酸混合酸处理而得， 酯化后的纤维素仍保持其纤维结构，反应式如下： 纤维素—OH+HNO3 纤维—O—NO2 +H2O 赛珞玢 1938年W. Thalhimer将赛珞玢管作为透析膜使用， 1944年W. J. Kolff等人用赛珞玢制造的人工透析器首次用于临床。 1965年作为透析膜材料的赛珞玢到逐渐被淘汰。 原因： 粘胶中含有磺化物， 赛珞玢膜中残存磺化物将对人体产生不良影响。 尿素、肌酐等的透析性也不十分好。 铜珞玢（Cuprophan）：