醫(yī)用高分子材料的種類

醫(yī)用高分子材料主要用來診斷、治療與器官再生與合成，是一種新型高分子材料。當(dāng)前，較為普遍的應(yīng)用在藥物控制釋放、組織工程、人工器官合成、牙齒治療等領(lǐng)域，其高技術(shù)含量與科學(xué)意義非常顯著，并與患者的康復(fù)緊密相關(guān)，在醫(yī)療領(lǐng)域發(fā)揮著重要價值。

目前，醫(yī)用高分子材料主要有聚醚聚氨酯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙二醇等，它們主要被用于置入性生物材料與人工臟器等醫(yī)用器械中，分類如下：

①可置入體內(nèi)的長久性替代器官或相關(guān)的組織，例如，人工血管、人工關(guān)節(jié)、 人工食管及人工膽管等;

②可修復(fù)人體的部分缺陷組織，例如，人工皮膚和骨修復(fù)材料;

③作為一次使用的無菌器械，例如，一次使用無菌輸液瓶、 輸液袋、 輸液器、注射器、導(dǎo)管檢驗用具以及手術(shù)室用具等;

④作為藥用高分子材料，其優(yōu)點在于低毒、高效、長效及定點釋放等;

⑤作為醫(yī)藥包裝高分子材料，主要有軟硬兩種類型的包裝用高分子材料。

由于醫(yī)用高分子材料一般都是和人體直接接觸，它必須同時具備生物相容性和加工物理機械性能的特點。通常在醫(yī)療中，醫(yī)用高分子材料和血液、體液、皮膚直接接觸的應(yīng)用較多，有時也會需要短期或者長期植入人的身體之內(nèi)。所以，它必須具備如下性能：

1、穩(wěn)定的力學(xué)性能。不論醫(yī)用高分子材料在人體的使用時間長短，其必須具備匹配的模量、強度、耐疲勞度、耐磨性和尺寸穩(wěn)定性。例如，人工關(guān)節(jié)是植入人身體內(nèi)部并需要長期植入的，因此耐磨性好，耐疲勞強度高和模量高是它必備的性能。

2、化學(xué)惰性較好。首先，醫(yī)用高分子材料在加工上必須容易成型。其次，它必須在和人體進行血液、體液、皮膚、相關(guān)組織進行接觸時，不會引發(fā)任何的化學(xué)反應(yīng)，這也是有效防止排異反應(yīng)的一種做法，不會導(dǎo)致人體產(chǎn)生炎癥。

3、物理性能穩(wěn)定。醫(yī)用高分子材料在經(jīng)過滅菌后，仍然能夠保持原型，且相關(guān)性能也保持穩(wěn)定，所以它的耐高溫性能也是極好的。

4、生物相容性較佳。醫(yī)用高分子材料應(yīng)用到醫(yī)療中，就要求其必須比其他高分子材料更為嚴格。生物相容性包括組織相容性、血液相容性降解產(chǎn)物可吸收性三個方面。只有具備良好的生物相容性，才能將醫(yī)用高分子材料放心的應(yīng)用到人體當(dāng)中去，保障其不會產(chǎn)生排異反應(yīng)。

5、材料不會過分昂貴，適用于平民消費，且材料容易獲取。因此，這也是醫(yī)用高分子材料能夠得到廣泛應(yīng)用的原因之一。

1、血液相容性

當(dāng)高分子材料與血液接觸時，將不會引發(fā)凝血或者是血小板凝聚的情況，這種情況就被稱為血液相容性，溶血情況很少發(fā)生。鑒于高分子材料與血液接觸建立在材料表面，建立在材料表面合成設(shè)計是抗凝血材料的主要工作。

2、組織相容性

組織相容性就是指生物活體組織與材料接觸時，細胞、組織功能依然正常，并沒有引發(fā)炎癥、癌變的情況。而使用合成高分子依然存在一些弊端，可游離的有毒物質(zhì)將在接觸生物組織過程中產(chǎn)生有毒物質(zhì)，長期在人體中存在將產(chǎn)生異化反應(yīng)。組織相容性要確保材料無毒、無害、不損傷組織結(jié)構(gòu)，要想解決這一問題可以通過改性材料實現(xiàn)。

1、醫(yī)用硅橡膠

硅橡膠指的是在酸性或堿性催化劑的作用下，主要是由基硅氧烷單體及其他有機硅單體進一步聚合成的一類線型高聚物。

醫(yī)用硅橡膠的主要特點為無毒、耐生物老化及生理惰性，在置入人體后對人體內(nèi)周圍組織不造成任何影響。在臨床實踐檢驗中，一般硅橡膠可在20℃溫度下長期開展工作，通用型硅橡膠的脆性溫度一般情況下為-60℃，苯基硅橡膠在-112℃仍具有一定的彈性。

目前，硅橡膠模擬制在現(xiàn)代醫(yī)療中被廣泛采用，主要用于制作人工制品，臨床上可在制作腦積水引流裝置、人工肺、視網(wǎng)膜植入物、人工腦膜、 耳膜等婦外科制品的各種導(dǎo)管中發(fā)揮重要的作用，腦積水引流裝置可作為較早的硅橡膠置入物。

另外，硅橡膠在整容和修復(fù)方面具有較好的作用，可在人工顱骨的修復(fù)中廣泛使用。使用尼龍、聚醋纖維等增強后可制作人造皮膚，還能做出提高視力的隱形眼鏡;修補人體面容的缺陷。

硅橡膠還可用于導(dǎo)管短期植入人體的部位，是一種重要的輔助材料，例如，為肝功能不全、腸瘺、燒傷等患者進行補液用的靜脈插管等。

2、PLLA醫(yī)用高分子材料

PLLA醫(yī)用高分子材料有著較為廣泛的應(yīng)用。

PLLA可作為一種工程支架材料，因其具備細胞生長和輸送營養(yǎng)所必須的孔結(jié)構(gòu)和幫助細胞生長，同時使其形成一定的幾何形狀和機械強度。PLLA組織工程可進一步對上述材料進行有效的組織細胞的培養(yǎng)，在不斷演變成對應(yīng)的組織與器官的過程中，該醫(yī)用高分子材料會逐漸被組織肌體所吸收。

PLLA還多用于骨科與牙科材料，在此之前，骨科的固定與牙科的填充物大多使用的是金屬材料，但是，這些金屬材料在一定的情況下會出現(xiàn)不同程度的“應(yīng)力屏蔽效應(yīng)”，導(dǎo)致金屬材料周圍的骨組織造成一定的影響，進而發(fā)生骨質(zhì)疏松與骨退化。

PLLA所制作的骨科與牙科材料，在很大程度上解決了這個問題，它會隨著傷口的愈合而慢慢地被降解吸收掉，使患者免受第二次手術(shù)的折磨。

3、聚丙烯腈

聚丙烯腈又叫作PNA，它是合成纖維的重要原料之一，PNA中含有80%左右的腈綸;臨床醫(yī)學(xué)中主要用于人工血管、超濾裝置及透析型人工腎中中空纖維的制造，同時，PNA可作用于超濾清除中的大分子物質(zhì)。

經(jīng)過高溫碳化制作成一定的碳纖維，用來制作人體的假肢假牙、人工肌腱、韌帶、牙槽骨、下頜骨及軟骨等。聚丙烯腈可和其他的聚合物組合形成一定的共聚物，制作腦動脈瘤加固保護劑。

4、聚四氟乙烯

聚四氟乙烯作為一種惰性膨體聚合物，內(nèi)部主要是由許多的結(jié)節(jié)組成，結(jié)與結(jié)間的細小纖維可呈現(xiàn)方向立體交織，形成一定的超維多空的結(jié)構(gòu)。

聚四氟乙烯屬于非極性、線性的結(jié)晶聚合物，一般的結(jié)晶度處于55%～75%，無明顯的毒性，且耐高溫，而且具有較強的耐強酸、強堿、強氧化劑的性能，對于很多的物質(zhì)其均沒有黏附作用，且具有一定的彈性與柔韌性，不容易撕斷。但是，聚四氟乙烯又容易塑形，可根據(jù)具體的需要隨意雕刻成各種形狀。

還由于聚四氟乙烯高分子材料的內(nèi)部具有超微多孔結(jié)構(gòu)，它可以為周圍的組織血管和肉芽組織提供生長的空間，在一定程度上避免了手術(shù)后遠期發(fā)生假體活動不良的現(xiàn)象。此外，聚四氟乙烯還是隆鼻的常用材料之一，它可以使鼻子的外觀與手感更為自然與逼真。

醫(yī)用高分子材料是一個多學(xué)科交叉的領(lǐng)域，涉及到材料學(xué)、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)等10多個學(xué)科，主要是要求材料在生理環(huán)境下要保持穩(wěn)定，即要求具有生物惰性。但沒有一種材料能保障在生理環(huán)境下保持相對的穩(wěn)定，總要與生理系統(tǒng)發(fā)生一定的相互作用。隨著認知和研究的深入，近年來醫(yī)用高分子材料的研究熱點主要包括以下幾方面：

1、非聚氯乙烯(PVC)材料和增塑劑DEHP替代品的研制

PVC是目前醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的一類醫(yī)用高分子材料，大量用于輸液器等管路產(chǎn)品中。PVC材料具有生產(chǎn)工藝簡單、價格低、綜合物理機械性能優(yōu)良等優(yōu)點。然而，采用PVC作一次醫(yī)療器械有以下幾方面的缺點：

①PVC中殘留有極少量的氯乙烯單體，該化合物已被證實是致癌物質(zhì)。

②PVC軟制品在加工時必須使用如鄰苯酸二辛酯(DEHP)等增塑劑。動物試驗表明，DEHP對生殖系統(tǒng)、肝臟、肺臟以及心血管等系統(tǒng)有不同程度的毒性作用，給人類健康帶來風(fēng)險。

③有研究證明，PVC對某些藥物(如硝酸甘油、尼莫地平等)具有吸附作用，使用藥劑量不準確，影響效果。

④PVC加工時加有多種含金屬的化合物作穩(wěn)定劑，如鈣、鋅等，在輸液過程中會可能進入人體，對人的身體健康帶來危害。

⑤為了提高金屬穩(wěn)定劑的穩(wěn)定效果，在加工中還加入了含磷的輔助穩(wěn)定劑——亞磷酸苯二異辛酯等，增加了PVC材料的毒性。

⑥PVC材料在加工時會分解產(chǎn)生有毒的煙霧和微量的氯化氫，對操作人員的健康會帶來威脅，同時對加工設(shè)備也造成腐蝕。

⑦廢棄的PVC材料燃燒處理比較困難，焚燒會產(chǎn)生氯化氫和二惡英氣體。氯化氫會形成酸雨，二惡英氣體是致癌物質(zhì)，掩埋會對土壤造成嚴重污染。

因此，非PVC材料的研制和不含DEHP増塑劑PVC的研制就成了當(dāng)前研究的一個熱點問題。非PVC材料的應(yīng)用將是今后發(fā)展的一個方向，目前的替代材料主要有熱塑性彈性體(TPE)、乙烯-硝酸乙烯共聚物(EVA)、熱塑性聚氨酯彈性體(TPU)等，增塑劑鄰苯酸二辛脂(DEHP)的替代品主要有環(huán)己烷1，2-酸二異壬基脂(DINCH)。

2、組織工程材料

組織工程的中心任務(wù)是設(shè)計和構(gòu)建用于受損組織和器官的替代物。醫(yī)用高分子材料是組織工程的重要研究內(nèi)容，必須與活細胞在體內(nèi)或體外相容，近年來已經(jīng)受到各國科學(xué)家的廣泛關(guān)注。目前，研究的熱點材料有膠原、明膠、殼多糖、聚乳酸及其共聚物等。產(chǎn)品有人工血管、神經(jīng)再生導(dǎo)管、人工肝、人工皮膚、組織修補網(wǎng)等。

3、藥物控釋材料

藥物緩釋體系開始于50年代，控釋型藥物體系開始于70年代，到80年代開始了靶向型藥物釋放體系的研究。目前，常用的藥物載體高分子材料有：明膠、淀粉、白蛋白、藻酸鹽、聚酸酐、脂肪族聚酯、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚硅氧烷橡膠、聚丙烯酸酯等。

4、醫(yī)用高分子材料的表面改性

由于醫(yī)療器械新產(chǎn)品層出不斷，對材料的血液相容性、組織相容性要求越來越嚴格。在傳統(tǒng)材料的基礎(chǔ)上進行表面化學(xué)處理、表面物理改性以提高材料在特定方面的性能，已經(jīng)成為醫(yī)用高分子材料研究的一個熱點課題。

在制造體內(nèi)植入導(dǎo)管時，可以化學(xué)接枝的方法對材料表面進行化學(xué)改性，以提高材料的潤滑性能;還可用共聚的方法，對材料進行親水改性，呈微觀體均勻結(jié)構(gòu)狀態(tài)，這樣可以大大提高抗血栓能力。