以论文报告等形式考核专用答题纸-生物医学工程基础(2014)

第1页共7页深圳大学考试答题纸(以论文、报告等形式考核专用)二○一三～二○一四学年度第二学期课程编号2200580001课程名称生物医学工程基础主讲教师汪天富等评分学号2012220020姓名米尔夏提江·麦合木提专业年级2012级生物医学工程一班教师评语：题目：形状记忆高分子材料（SMPs）在生物医学领域的应用深圳大学考试答题纸第2页共7页(以论文、报告等形式考核专用)二○一三～二○一四学年度第二学期课程编号2200580001课程名称生物医学工程基础主讲教师汪天富等评分学号2012220020姓名米尔夏提江·麦合木提专业年级2012级生物医学工程一班形状记忆高分子材料（SMPs）在生物医学领域的应用摘要:形状记忆高分子材料(SMPs)作为一种新型功能材料具有生物相容性好、形变率大、形变温度可调、易于加工、可引入生物降解组分等特点，近年来，特别是在生物医药领域，SMPs已成为研究人员广泛关注的焦点之一。根据SMPs的功能及其应用研究现状，着重综述了近年来SMPs在矫形固定材料、药物缓释体系、手术缝合、微创医疗器械以及组织工程等生物医学领域的主要研究和应用，并展望了SMPs在生物医学领域未来的研究方向和前景，同时，简要介绍了SMPs的发展概况及其具有形状记忆效应的原理。1前言形状记忆材料是指能够感知环境变化(如温度、力、电磁、溶剂等)的刺激，并响应这种变化，对其力学参数(如形状、位置、应变等)进行调整，从而回复到其预先设定状态的材料［1］。形状记忆材料主要包括形状记忆合金(ShapeMemoryAlloy，SMA)和形状记忆高分子材料(ShapeMemoryPolymers，SMPs)。SMA强度高、形状记忆性比较稳定，已在医疗、电气、航天等领域有许多实际应用。与SMA相比，SMPs具有良好的生物相容性，适中的感应温度，可回复形变大，加工成型容易，成本较低等优点，第3页共7页自20世纪90年代以来发展迅速，受到广泛关注。特别是作为生物医用材料，SMPs在诊断、治疗或替代机体中的组织、器官或增进其功能等方面展示了很好的应用前景。本文介绍了SMPs具有形状记忆效应的原理及其发展概况，并按照其在生物医学领域的功能和应用，综述了近年来SMPs主要的应用研究。2SMPs简介2.1SMPs的发展概况1959年，Charlesby首次对辐射交联聚乙烯所具有的形状记忆现象进行了描述［2］，但在当时和其后相当长的一段时间内，人们对于这种发现并没有给予足够重视。直到20世纪70年代中期，随着美国国家航空航天局对其在航空航天领域的开发应用，对不同型号的辐射交联聚乙烯的记忆特性进行了仔细研究，才引起人们的广泛关注。目前，许多聚合物已被发现具有形状记忆性能，如形状记忆聚氨酯(ShapeMemoryPolyurethane，SMPU)、聚酯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯等。2.2SMPs具有形状记忆效应的原理SMPs之所以具有形状记忆效应是因为其具有可逆相与固定相，可逆相在外场刺激下可以发生“软－硬”转变，从而可以发生变形和固定形变。可逆相这种“软－硬”转变是通过聚合物的相变来实现的，比如由结晶－熔融的转变、或由玻璃态－高弹态等的转变，其Ttrans(转变温度)分别为Tm(结晶熔融温度)或Tg(玻璃化温度)。固定相则由高分子链的化学交联或物理交联构成，固定相可以防止分子滑移和应力松弛，从而帮助形变和应力的冻结和记忆。3SMPs在生物医学领域的应用研究作为生物医用材料，SMPs的形状回复温度可较容易地调至机体体温附第4页共7页近，生物相容性好，便于改性和功能化，在生物医学领域有广阔的应用前景。近年来，SMPs在矫形固定、药物缓释体系、智能缝合、医疗器械和组织工程等生物医学领域的研究已广泛开展。SMPs因组分不同，功能不同，应用环境不同，对其的要求也不尽相同。本文按照SMPs在该领域的应用功能分类，对其研究工作进行了综述。3.1矫形固定材料传统的矫形固定材料存在硬度大、较笨重、透气性差等缺点。与传统的矫形固定材料相比，SMPs矫形固定材料具有随体性好，便于安装，可随时调节形状，具有轻巧舒适，透气性好，力学性能良好等优点，可以在矫形固形材料方面发挥作用。3.2药物缓释体系理想的给药方式是在需要的时刻，药物以合适的速率和剂量释放到病灶位置，这种给药方式称为智能药物释放体系［2］。将SMPs应用于载药系统，可实现药物的缓释和智能控制释放［3］，首先将药物包覆于具有大表面积的SMPs当中，然后通过形变来减小载药高分子的形状和表面积，当这个载药系统进入生物体内之后，可以通过控制高分子体系表面积的大小来达到缓释和控制释放药物的目的。3.3手术缝合普通手术缝合线缝合伤口时需要较精细的打结技术，而SMPs手术缝合线无需打结，便捷的同时还可实现智能收紧。SMPs缝合线还可兼具良好的生物相容性、生物降解性以及较适宜的收缩速度等特性。3.4微创医疗器械随着新的医疗技术和治疗理念的层出不穷，迫切需要将各种材料的优异性能结合起来。SMPs可以根据需要制成不同的临时形状，可以实现不同第5页共7页的功能和用于各种精密的医疗器械，如清除凝血块的微驱动器、治疗动脉瘤的SMPU泡沫、输卵管避孕器及神经电极等高精密的医疗仪器等。SMPs医疗器械用于微创治疗时具有高效、快捷、彻底、无毒副作用等优点。3.5组织工程SMPs良好的生物相容性和生物降解性使得该材料在组织工程领域有很大的发展空间，SMPs在该领域的研究现已深入到细胞水平。Sundback等2005年对植入聚癸二酸丙三醇酯材料表面的雪旺氏细胞的新陈代谢、黏附、繁殖和凋亡情况等进行了研究，结果表明，该材料是一种合适的神经导管支架材料。罗彦凤等［4］2010年通过将D，L-聚乳酸基形状记忆聚合物与人脐静脉内皮细胞在体外复合培养的实验，说明该SMP在细胞黏附和增殖方面表现良好，对细胞的生长没有抑制作用，这就为SMPs组织工程支架在体内的应用奠定了基础。随着科研工作者对SMPs的研究越来越多，其应用范围也逐渐扩大。除了上述应用之外，SMPs在血液透析器［5］、人工肌肉和器官、肥胖治疗等领域均显示了潜在的应用前景。4展望与其它形状记忆材料相比，SMPs具有良好的生物相容性、生物降解性、感应温度低、易加工成型等优点，因此这种材料在当今的生物医学领域有很大的潜在应用价值。但要满足临床上的应用，需要SMPs兼备各种优良性能于一体，如与机体体温接近的相变稳定、良好的生物相容性、一定的生物降解性以及适宜的强度等。由于许多SMPs材料在一开始并不是针对生物医学而研发的，其在生物医学领域的实际应用也更多地集中在体外，对体内的应用相对较少，因此SMPs作为生物医用材料的综合性能还有待于进一第6页共7页步提高。除了通过合成过程中的化学改性、适当提高交联度等方法之外，SMPs还可与其他有机/无机材料复合，特别是使用纳米复合材料可能对此是一种有效的途径。目前应用的SMPs多为热致响应型，但有些情况下，如为了对置入体内某一特定部位的SMPs进行调控，为避免周围组织的损伤或直接加热SMPs所需要的热介质无法实现时，采用其它的外场，包括光、电、磁、pH值等刺激将体现出优越性，但如何使SMPs响应回复的条件更好地适合生物体的要求，仍存在许多有待解决的问题。此外，传统的SMPs是单向记忆的，即SMPs从暂时形变回复到初始形状后，如果要再次实现形状记忆过程，必须在外场下再次施加外应力使其变形，而不能在没有外应力作用下自动重复这一过程。其单向的形状记忆性无疑使SMPs的应用和研究受到了很大的限制。比如:作为人工肌肉、微电子器件的响应器时，双向的响应就显得十分必要，目前双向响应的SMPs仍是一个非常重要又具有挑战性的研究方向。随着研究的广泛深入，生物医用SMPs必将展现极为广阔的应用前景。第7页共7页参考文献［1］ZhuGuangming(朱光明)．ShapeMemoryPolymersandItsApplication(形状记忆聚合物及其应用)［M］．Beijing:ChemicalIndustryPress，2002．［2］MaYueyu(马跃宇)．由可再吸收的形状记忆聚合物制作的移植骨骼［J］．TheNewDynamicofMaterials(现在材料动态)，2010(10):12－13．［3］LiuLili(刘丽莉)．MicrostructureandShapeMemoryEffectofBiodegradablePGSandPGGS(可生物降解的PGS和PGGS的微观结构与形状记忆效应)［D］．Harbin:HarbinInstituteofTechnology，2009．［4］LuoYanfeng(罗彦凤)，LiuZhao(刘钊)，LiYonggang(李永刚)，etal．人脐静脉内皮细胞在D，L-聚乳酸基形状记忆聚合物上的黏附和增殖行为研究［J］．JournalofChineseBiotechnology(中国生物工程杂志)，2010，30(5):1－5．［5］LendleinA，BehlM，HieblB，etal．Shape-MemoryPolymersasaTechnologyPlatformforBiomedicalApplications［J］．ExpertReviewofMedicalDevices，2010，7(3):357－379．