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一 生物相容性
生物医学材料定义为以医疗为目的,用于与生物体物质(主要是人体)接触以形成功能并相互作用的无生命材料。生物功能高分子材料就是指医用高分子材料。这种材料可以构成医疗装置或部件、用于诊断治疗或代替大体的组织和器官。医用高分子材料按照用涂可分为硬组织(骨、齿)相容性的高分子材料、软组织(肌肉、皮肤、血管)相容性的高分子材料、血液相容性的高分子材料和高分子药物 生物相容性是生物医用材料在特定环境中与生物体之间的相互作用或反应,包括人工材料与硬组织的相容性,与软组织的相容性和与血液的相容性。当生物医用材料与生物体接触后将发生宿主反应和材料反应。宿主反应是生物体组织和机体对人工材料的反应。材料反应是人工材料对生物体组织和机体的反应。这些反应的结果一方面人工材料要受到生理环境的作用引起降解或性能改变,另一方面人工材料也将对周围组织和机体发生作用引起炎症或毒性,因此生物相容性是发展生物医用高分子材料的关键。
医用高分子材料按性能可分为生物可降解型和非降解型两类。可生物降解型的医用高分子材料有可吸收缝线、黏接剂、缓释药物等,当它们降解成小分子后可被生物体吸收或通过代谢而排出体外。非降解型的医用高分子材料有接触镜、人造血管等,它们与生物体接触后具有长期稳定性。医用高分子材料按使用性能分为植入性和非植入性两类。植入性医用高分子材料有人工血管、人工骨和软骨等。非植入性医用高分子材料有人工肝等。对于植入性医用高分子材料要求它们不但要有生物相容性,还要求其弹性形变和植入部位的组织的弹性形变相匹配,既具有力学相容性。此外,生物体还存在于复杂的环境,例如胃液呈酸性、肠液呈碱性、血液呈弱碱性。血液和体液含有大量的Na+、K、Ca2、Mg2+、CI、HCO、PO、SO2等离子以及O2、CO2、H2O、类脂质、类固醇、蛋白质、生物酶等物质,这就要求医用高分子材料要化学惰性,与生物体接触时不发生反应。
二 生物可降解医用高分子材料
生物可降解的医用高分子材料指能在生物体内生理环境中逐步降解或溶解并被机体吸收代谢的高分子材料。由于植入体内的材料主要接触组织和体液,因此水解(包括酸、碱和酶的催化作用)和酶解是造成降解的主要原因。根据结构和水解性的关系,与杂原子(氧、氯硫)相连的羰基是易水解基团,按在中性水介质中的降解难易程度排列为:聚酸酐>聚原酸酯>聚羧酸酯>聚氨酯>聚碳酸酯>聚醚>聚烯烃。常用的可生物降解高分子材料有聚羟基乙酸(PGA或称为聚乙交酯)、聚乳酸(PLA或称为聚丙交酯)、聚羟基丁酸酯(PHB)、聚己内酯(PCL)、聚酸酐、聚磷腈(polyphosphazene)、聚氨基酸和聚氧化乙烯。聚羟基乙酸是最早应用的缝合线,由于它的亲水性,植入的缝合线在2~4周失去力学性能。羟基乙酸-乳酸共聚物制成的纤维既具有比聚羟基乙酸更快生物降解性,又具有较高的力学性能。聚已内酯比聚羟基乙酸和聚乳酸的降解速率低,适于做长期植入装置。聚磷腈是以磷和氮为骨架的无机高分子,磷原子上有两个有机化合物侧链,水解时形成磷酸和氨盐,具有较好的血液相容性。酶是一种蛋白质,起生物催化剂的作用。生物体系的化学反应主要由酶来催化。生物降解高分子材料的水解过程不需要酶参加,但水解生成的低相对分子质量聚合物片段需要通过酶作用转化成小分子代谢产物。酶还可以催化水解反应和氧化反应。
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