生物聚合物材料

生物聚合物材料•生物聚合物材料，又称生物医用高分子材料，指用于生理系统疾病的诊断、治疗、修复或替换生物体组织或器官,增进或恢复其功能的高分子材料。•特性：特殊的功能高分子聚合物材料；应用于生物体必须同时要满足生物功能性、生物相容性、化学稳定性和可加工性等严格的要求；具有延长病人生命、提高病人生存质量等作用。•按照不同的性质，医用聚合物材料可分为非降解型和可降解型两类。•非降解型高分子聚合物主要包括聚乙烯、聚丙烯酸酯、芳香聚酯、聚硅氧烷、聚甲醛等。•可降解型高分子聚合物主要包括胶原、线性脂肪族聚酯、甲壳素、聚乳酸、聚乙醇酸等。•根据使用的目的或用途，医用高分子聚合物材料可分为心血管系统（血液相容性材料）、软组织材料（隐形眼镜、人工皮肤等）及硬组织（人工关节、人工骨等）修复材料。•血液相容性材料•血液相容性是指高分子聚合物与血液接触时，不引起凝血或血小板粘着凝聚，没有溶血现象。抗凝血功能高分子膜材料的研究赵长生教授•人工皮肤••利用工程学和细胞生物学的原理和方法，在体外人工研制的皮肤代用品，用来修复、替代缺损的皮肤组织。•优点：高度近似人类皮肤，在治疗烧伤、烫伤方面具有减轻患者疼痛，愈后不留瘢痕的特效，并且对治疗糖尿病足等长期难愈性溃疡具有良好疗效。同时避免了传统上从人体其它隐蔽的地方挖取皮肤来填补损伤处的皮肤，所造成二次损伤和不便。•种类：硅橡胶、塑料薄膜人工皮、合成纤维人工皮、合成多肽类人工皮、水凝胶等。•发展进程•1981年，一位名叫波克的医学家，想出制造人造皮肤。•目前，许多科学家已从生物高分子材料或合成高分子材料中制造出了一二十种人造皮肤。他们把这些材料纺织成带微细孔眼的皮片，上面还盖着一层层薄薄的、模仿“表皮”的制品。•二十世纪九十年代以来，医学界已成功将复合皮用于大面积深度烧伤创面的修复，节省了伤者自体皮源，提高了就治率。但是，由于复合皮制作费用十分昂贵，移植后存活率只有百分之五十左右，因此，在临床上的广泛使用有待时日。人工皮肤生产车间•隐形眼镜：•又称角膜接触镜，是一种戴在眼球角膜上，用以矫正视力或保护眼睛的镜片。它包括硬性和软性两种。•优点：从外观上和方便性方面给近视、远视、散光等屈光不正患者带来了很大的改善。视野宽阔、视物逼真。••在控制青少年近视、散光发展，治疗特殊的眼病等方面也发挥了特殊的功效。•未来隐形眼镜会是一种电子式隐形眼镜，能作为一种覆盖使用者全视野的抬头显示器，让诸如给汽车驾驶人参考的汽车速度表等特定信息，只会让佩戴该款隐形眼镜的人看到。这是近来由位于美国西雅图的华盛顿大学研究人员，采用整合式LED所创造的新发明。•人工关节•人们为挽救已失去功能的关节而设计的一种人工器官，其使用年限可达20年以上。•人工关节手术已经是一种十分成功和有把握的手术：可即刻消除关节疼痛、恢复关节的正常活动功能，使长期受关节病痛折磨的人们再次获得新生。•在各类人工关节置换术中，人工髋关节与人工膝关节的置换较为普遍。•“十二五”国家高技术研究发展计划新材料技术领域“典型人体器官组织替代与修复用关键材料技术研发”主体项目也由科技部批准立项，有了国家政策的支持，加上国内企业的不断努力下，未来的人工关节市场或有新局面。国内外形势生物聚合物材料的研究至今已有40多年的历史。1949年，美国首先发表了医用高分子的展望性论文。据不完全统计，截至1990年，美国、日本、西欧等发表的有关医用高分子的学术论文和专利已超过30000篇。现在的21世纪，医用高分子将进入一个全新的时代。除了大脑之外，人体的所有部位和脏器都可用高分子材料来取代，仿生人也将比想像中更快地来到世上。我国的研究起步较早、发展较快。目前约有50多个单位从事这方面的研究,现有医用高分子材料60多种,制品达400余种,用于医疗的聚甲基丙烯酸甲酯每年达300t。但我国的研究处于经验和半经验阶段，还不能建立在分子设计的基础上。•因此，根据材料的结构与性能关系,材料的化学组成、表面性质和生命体组织的相容性之间的关系来研究开发生物聚合物新材料成为重要研究内容。•主要研究方向：•组织工程材料•生物医用纳米材料—药物控释材料及基因治疗载体材料•复合生物材料•生物材料表面改性是永久性课题组织工程材料•组织工程是应用生命科学与工程的原理和方法构建一个生物装置来维护、增进人体细胞和组织的生长,以恢复受损组织或器官的功能。•方法:将特定组织细胞“种植”于一种生物相容性良好、可被人体逐步降解吸收的生物材料上,形成细胞-生物材料复合物。•机理：生物材料为细胞的增长繁殖提供三维空间和营养代谢环境。随着材料的降解和细胞的繁殖,形成新的与自身功能和形态相适应的组织或器官。•优点：活体组织或器官能对病损组织或器官进行结构、形态和功能的重建,并达到永久替代。生物医用纳米材料—药物控释材料及基因治疗载体材料•高分子药物控制释放体系能提高药效,简化给药方式,大大降低药物的毒副作用,纳米靶向控制释放体系使药物在预定的部位,按设计的剂量,在需要的时间范围内,以一定的速度在体内缓慢释放,从而达到治疗某种疾病或调节生育的目的。•一次性注射或口服的高分子疫苗制剂的开发,将克服普通疫苗需多次注射方能奏效的缺点。•基因治疗是导入正常基因于特定的细胞(癌细胞)中,对缺损或致病的基因进行修复,或者导入能够表达出具有治疗癌症功能的蛋白质基因,或导入能阻止体内致病基因合成蛋白质的基因片段来组织致病基因发生作用,从而达到治疗的目的。•关键：导入基因的载体,只有借助载体,正常基因才能进入细胞核内。•目前,高分子纳米材料和脂质体是基因治疗的理想载体,它具有承载容量大、安全性能高的特点。近来新合成的树枝状高分子材料作为基因导入的载体值得关注。复合生物材料•作为硬组织修复材料的主体,复合生物材料受到广泛重视,它具有强度高、韧性好的特点,目前已广泛用于临床。不同性能材料的复合,可以达到“取长补短”的效果,可以有效地解决材料的强度、韧性及生物相容性问题,是生物材料新品种开发的有效手段。提高复合材料界面之间的相容性是复合材料研究的主要课题。•生物材料表面改性是永久性课题•除了设计、制备性能优异的新材料外,还可通过对传统材料进行表面化学处理、表面物理改性和生物改性提高材料性能。材料表面改性是生物材料研究的永久性课题。•如:在选用合成高分子材料制造人造器官时,可以用共聚的方法,把两种以上的高分子合成在一起,使材料分子中的亲水基团稀稀落落分布于各处,呈微观体均匀结构状态,这样可以大大提高抗血栓功能。小结•展望未来,高新技术的注入将极大地增强医用高分子材料产业的活力。常规医学材料的应用中所面临的人工关节失效的磨损碎屑问题,心血管器件的抗凝血问题,材料的降解机制问题,评价材料和植入体长期安全性、可靠性的可靠方法和模型等问题有望得到改善。•同发达国家相比,我国的医用高分子相关产业的规模以及研究开发的水平都还有较大的差距。我国加入WTO后医用材料产业将面临重大挑战和机遇,所以应在国家的大力支持下,跨部门、跨学科通力合作,通过走自力更生与技术引进相结合之路,在生物材料、分子设计、仿生模拟、智能化药物控施等方面重点投入。医用高分子聚合物材料必将为造福人类作出更大贡献。