第八章医用高分子材料稳定及降解.pptVIP

第八章 医用高分子材料的稳定与降解 四川大学高分子科学与工程学院 Applications of Biodegradable Polymers “人耳”老鼠 国家“973”计划首席科学家、上海组织工程与开发中心主任 曹谊林教授 方法是将裸鼠的背上割开一个口子，然后将已经培养好的“耳朵”植入后缝合。“耳朵”是在此之前一周开始制备的。先用一种高分子化学材料——聚羟基乙酸作成“人耳”的模型支架，然后让细胞在这个支架上繁殖生长。支架最后会自己降解消失，“耳朵”便与老鼠浑然成为一体。 什么是生物医用材料 生物医用材料是一类用于诊断、治疗或替换人体组织、器官或增进其功能的新型高技术材料，是材料科学技术中的一个正在发展的新领域，不仅技术含量和经济价值高，而且与患者生命和健康密切相关。近10多年以来，生物医用材料及制品的市场一直保持20％左右的增长率。 生物医用材料可分为医用金属材料、医用陶瓷材料和医用高分子材料三大类 意义和目的 生物医学材料应用广泛，仅高分子材料，全世界在医学上应用的就有90多个品种、1800余种制品，西方国家在医学上消耗的高分子材料每年以10％～20％的速度增长。随着现代科学技术的发展尤其是生物技术的重大突破，生物材料的应用将更加广泛。 生物材料市场发展势头迅猛，其发展态势已可以与信息、汽车产业在世界经济中的地位相比。 2000年全球医疗器械市场己达1650亿美元，其中生物医学材料及制品约占40％～50％。 组织工程支架材料、药物缓释材料、心血管系统修复材料、血液净化材料、外科修复和矫形装置等都是高速增长的领域。 生物材料前沿研究不断取得进展，将开拓更为广阔的市场空间，并为常规材料的改整和创新提供导向。预计在今后15～20年间，生物医学材料产业可达到相当于药物市场份额的规模。 我国是生物材料和器械的需求大国 775万肢残患者和每年新增的300万骨损伤患者需要大量骨修复材料， 2000万心血管病患者每年需要24万套人工心瓣膜， 2亿至3亿肝炎患者每年需要30万个人工肝， 肾衰患者每年需要12万个肾透析器。 在亚洲，肿瘤是死亡的主要原因之一； 随着人们生活质量的提高，整形、美容正在兴起； 计划生育对生物医学材料市场的需求正在增长。 人造皮肤、组织粘合剂、防组织粘连剂等的年增长率达45%左右。 8.1 医用高分子材料体内降解机理 希望稳定－－长期植入的材料 希望降解－－短期、释放生物活性物质 与聚合物本身结构、聚合单体、添加剂、分子量及其分布、结晶度、表面形态等性质有关 与材料在体内所处的环境有关，包括体液、有机大分子（如蛋白质等）、酶、自由基、细胞等 The hypothesis concerning cell/polymer feedback control of biodegradation of biomedical polymer 生物学环境 定义：指处于生物系统中的生物医用材料周围的情况或条件，包括与其接触的体液、有机大分子、酶、自由基、细胞等多种因素。 生物学环境可分为四个级别： 生理环境：受化学和热学条件控制 生物生理环境：生物学条件加上适当的细胞产物（如血清的蛋白、酶） 生物环境：生物生理条件加上适当的有生命的活跃的细胞 细胞周围环境：生物环境的一种特殊情况，即：直接邻近有生命的 活跃细胞周围的条件 降解机理 水解作用 酶解作用 细胞免疫 机械应力或应变  Base-catalyzed hydrolysis (saponification): 环境应力开裂 金属离子氧化降解 降解机理总结 经过大量研究表明，炎性反应细胞所释放的酶（氧化酶和水解酶）、氧化剂（O2－?，H2O2，OH）、酸性物质（如脂肪酸）以及体液中的物质（Ca2+, 磷脂，胆固醇）等构成了降解环境。 所有非内皮化人工合成材料表面在体内均激发一定程度的免疫反应，如炎性反应，因此，在体内所有的材料都有降解的可能。 材料炎性反应取决于材料表面与体液中蛋白质的相互作用，蛋白的吸附和变性是细胞和材料界面上生物学反应的原因。 8.2生物医用高分子的稳定化 添加生物抗氧剂 如维生素E 结构上设计生物稳定的结构 含硅的聚合物 含氟的聚合物 8.3 可降解的生物医用高分子材料 定义：是指在生物体内经水解、酶解等过程，逐渐降解成低分子量化合物或单体，降解产物能被排出体外或能参加体内正常新陈代谢而消失的材料。 按在活体内分解的性质分类 水解型：低级脂肪族聚酯（如聚乳酸、 聚乙醇酸）、聚己内酯、聚酸酐、 聚原酸酯等 酶解型：天然蛋白质、合成多肽、多糖类、