在功能高分子領(lǐng)域中，醫用高分子已成為一個(gè)重要分支，而且廣泛應用于以診斷和治療為中心的醫療領(lǐng)域。各種免疫方法用的基質(zhì)多數是高分子材料；具有生理功能的人工器官也多是高分子材料。

雖然醫用高分子材料用途千差萬(wàn)別，但它們有共同之處，即通過(guò)使用醫用高分子材料來(lái)達到治療的目的。這些材料可以全部植入體內，也可以部分植入體內而部分暴露在體外；可以放在體內的空腔中，也可以放在體外而通過(guò)某種方式作用于體內組織。筆者在這里僅介紹醫用塑料的選材。

 

1選材原則

無(wú)論上述哪類(lèi)環(huán)境使用的材料都應具有兩種基本性能，即醫用功能性和生物相容性。為了達到診斷或治療的效果，必須有目的地去設計和利用各種人工器官和醫用制品。為了使材料充分地發(fā)揮其醫用功能，它還必須具有較好的生物相容性。

生物相容性是指在所需時(shí)間內，材料在體內或體外持續完成所需功能達到的能力。很明顯，在大部分情況下，材料的優(yōu)選標準和材料的失效原因一般屬生物相容性的考慮范疇。

生物相容性是一個(gè)復雜的主題，它包括組織相容性和血液相容性，描述的是材料在生理環(huán)境中所引起的變化，要求材料與生物休組織接觸時(shí)，材料不僅不會(huì )引起機體的副反應，材料本身也能正常地發(fā)揮其功能，也就是說(shuō)生物相容性涉及材料對機體和機體對材料的反應。

 

材料使機體產(chǎn)生的反應包括短時(shí)期的局部反應，全身毒性、過(guò)敏反應，以及長(cháng)時(shí)期的致癌反應、致畸反應、致突變反應、生物體的適應性和血液中蛋白質(zhì)的吸附過(guò)程。機體使材料產(chǎn)生的反應包括材料在生物體內的腐蝕、降解、磨損、失效以及材料吸附血液中的有形成分。

 

從材料角度來(lái)看，影響生物相容性的因素有：材料的純度、材料表面有無(wú)細菌污染、材料表面粗糙度、材料幾何形狀，這些僅僅是外在因素。而內在因素是材料本身的屬性，包括材料的表面化學(xué)、表面能、表面電荷、化學(xué)穩定性以及降解產(chǎn)物化學(xué)特性和物理特性等。

 

綜上所述，雖然醫用高分子材料所處的環(huán)境不同，對材料的要求不同，但一般來(lái)說(shuō)醫用高分子材料應該具有下列性能：

1)物理力學(xué)性能好，能滿(mǎn)足生理功能和使用環(huán)境的要求；

2)能耐受滅菌過(guò)程而不致影響其生物學(xué)性能和力學(xué)性能；

3)成型加工性能好，易加工成各種形狀制品，成本低；

4)聚合物為醫用級，重金屬含量少，溶出物及可溶出物含量低；

5)對機體無(wú)毒，無(wú)熱源反應，無(wú)“三致”(致癌、致畸、致基因突變)作用，不破壞鄰近組織，不干擾機體的免疫機制，不引起材料表面鈣化;

6) 材料與血液接觸時(shí)，有較好的抗凝血性能，不引起溶血后血球減少，不造成血中蛋白質(zhì)變性，不破壞血液的有形成分;

(7)材料植入體內時(shí)，有足夠的化學(xué)穩定性和生理惰性，且物理力學(xué)性能不發(fā)生明顯變化(不包括降解材料)。

 

2選用塑料品種及使用要求

人工器官

當人體的器官因患者不能康復無(wú)法行使其功能時(shí)，近代醫學(xué)提供了兩種可能恢復其功能的途徑：一種是進(jìn)行同種異體的器官移植，另一種是用人工器官置換或替代病損器官，補償其全部或部分功能。由于前者器官來(lái)源困難，再則移植器官的保存、免疫、排斥反應等諸多問(wèn)題尚未解決，因此人工器官作為另一條途徑，近年來(lái)受到醫療界的重視而得到迅速發(fā)展。

 

 一般說(shuō)來(lái)，對由高分子材料制成的人工器官的主要要求有：無(wú)菌、無(wú)毒，無(wú)“三致”作用，無(wú)過(guò)敏性，非免疫性；除人工血管外，不希望形成纖維性組織包膜或向內生長(cháng)，以防止膠原組織使人工器官失去其功能；如果是植入休內的人工器官、在柔順性和織態(tài)結構的物理性質(zhì)方面應同軟組織接近。

此外，制品的疲勞壽命要長(cháng)。

 

表1  是人工器官選用的塑料及其對塑料的要求。

 

修復、植入用塑料

近20年來(lái)，骨、關(guān)節、皮膚、眼、耳、鼻、牙、牙周組織、牙槽嵴、頜關(guān)節、腫瘤切除等的修復和置換已經(jīng)改善了成千上萬(wàn)人的生活質(zhì)量。鑒于修復和置換技術(shù)的臨床目的是緩解疼痛并對缺陷進(jìn)行治療，其設計目標應該是使假體材料在正常的生理條件下，在相當長(cháng)的時(shí)間內具有完整性和功能性。

 一般而言，作為修復和植入的塑料應能很好地被機體接受，并能在侵蝕性的環(huán)境中承受周期性的負載，因此這類(lèi)塑料應具有下列性能:

 (1)生物相容性好;

 (2)較好的力學(xué)性能;

 (3)植入體有適合組織附著(zhù)的表面狀態(tài)，包括表面空隙大小、形態(tài)和分布;

 (4)在生理環(huán)境中材料的穩定性好;

 (5)具有對組織附著(zhù)、長(cháng)上及長(cháng)入的能力;

 (6)材料的彈性和組織的彈性匹配;

 (7)易于成型加工。

 

 表2 為植人和修復用塑料及對塑料的要求。

 

醫療用品及器械

塑料醫療用品主要指一次性的醫療用品，如注射器、貯血袋、輸血袋、輸血管、引流管及各種插管、檢查用具、護理用具、麻醉及手術(shù)用具、診療用具、計劃生育用具，以及醫療制品，如繃帶、遮蓋層、子宮托等。用作醫療用品的塑料主要應滿(mǎn)足下列性能：

(1)無(wú)毒，易于滅菌消毒，易于保存;

(2) 質(zhì)輕，不易破碎;

(3) 力學(xué)強度好。

 

表3 是醫療用品及器械用塑料及對塑料的要求。

 

3適用塑料品種及特性

聚酯類(lèi)

作為醫用塑料的聚酯類(lèi)主要是聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯，這類(lèi)材料制成纖維后富有彈性強度高，耐熱，耐撓曲，耐腐蝕，吸水性很低，生物相容性好，因此其編織物在醫學(xué)上應用廣泛，如人工血管、人工食道、人工腱、創(chuàng )傷覆蓋保護材料、心血管修補材料等。但這類(lèi)材料與血液接觸時(shí)，需要對材料表面進(jìn)行處理以進(jìn)一步提高其抗凝血性能。

 

聚氨酯類(lèi)

當前醫療領(lǐng)域，人工器官和醫療器具所用的聚氨酯屬于聚醚型聚氨酯。由于這類(lèi)聚氨酯具有微相分離結構，因而有良好的抗凝血性能、力學(xué)性能、彈性、化學(xué)穩定性、生物相容性、耐撓曲性、耐疲勞性，耐水性、耐磨性和耐輻射性。正是由于聚氨酯的這種優(yōu)異性能，使其在醫療領(lǐng)域獲得廣泛的應用。

目前正在研究將用作醫用材料的聚氨酯迅速在細胞工程學(xué)、免疫工程學(xué)、生物檢驗、生物反應工程等方面推廣應用，相信具有優(yōu)異特性的聚氨酯能在這些領(lǐng)域內占據重要地位。

 

有機硅類(lèi)

研究資料表明，硅與生命有著(zhù)極為密切的關(guān)系。有機硅化合物具有優(yōu)良的生物可接收性、生理惰性和耐生物老化性能，是用途極為廣泛的醫用材料。如有機硅油用作血液消泡劑，有機硅凝膠用于皮膚疤痕的治療，硅樹(shù)脂用于醫療器械的表面處理劑。

 

聚烯烴

聚烯烴是醫用塑料的另一大品種，它主要包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和丙烯酸酯類(lèi)及其共聚物等 。

由于聚乙烯、聚丙烯具有優(yōu)異的物理力學(xué)性能，其化學(xué)穩定性、耐水性和生物相容性良好，無(wú)味、無(wú)毒、無(wú)嗅，植入體內無(wú)不良反應、密度小、易于加工成型，因此在醫用高分子領(lǐng)域中得到廣泛應用，是醫用塑料中耗量最大的一個(gè)品種。超高分子量聚乙烯耐磨性強、摩擦系數小、蠕動(dòng)變形小、有高度的化學(xué)穩定性和疏水性，是制作人工髓、肘、指關(guān)節的理想材料。高密度聚乙烯、聚丙烯還可用來(lái)制作人工肺、人工氣管、人工喉、人工腎、人工尿道、人工骨、矯形外科修補材料及一次性醫療用品。

 

聚氯乙烯的化學(xué)穩定性好，有良好的耐化學(xué)藥品性及耐有機溶劑性，力學(xué)性能和電性能良好，耐光和熱的穩定性差。聚氯乙烯的性能可采用添加增塑劑來(lái)改善，增塑劑能使聚氯乙烯的可拉伸性和彈性增加，但拉伸強度降低。聚氯乙烯制品除其熱穩定性較差而難以加熱煮沸消毒外，其它性能良好。大量用作貯血袋、輸血袋，以及血液導管、人工腹膜、人工尿道、袋式人工肺、心導管及人工心臟等。

 

聚丙烯酸酯類(lèi)

聚甲基丙烯酸甲酯質(zhì)輕，具有較高的力學(xué)強度，較好的抗潮濕性能，可長(cháng)期在潮濕條件下使用，對水溶性無(wú)機鹽、堿及某些稀酸有一定穩定性。其耐生物老化性能和生物相容性好，光學(xué)性能優(yōu)異，透光率高。醫學(xué)上被用來(lái)作顱骨修補材料、人工骨、人工關(guān)節、胸腔填充材料、人上關(guān)節骨粘固劑，特別是在假牙、牙托的應用中更為廣泛。改性的親水性聚甲基丙烯酸甲酯在眼科、燒傷敷料和藥物微膠囊等方面也都得到廣泛應用。

 

氟塑料

在醫學(xué)上應用的氟塑料主要是聚四氟乙烯。聚四氟乙烯是高度結晶的聚合物，密度高，摩擦系數很小，化學(xué)穩定性極佳，生物相容性和抗凝血性好，不分解，植人體內無(wú)不良反應，耐熱性極好，可在200℃以上連續使用，可采用高溫消毒。

所以聚四氟乙烯在醫學(xué)上應用廣泛，如人工心、肺、血管、心瓣膜，各種管形臟器，如人工氣管、食管、膽管、尿道和人工腹膜、腦硬膜及人工皮膚等。

 

4移植用人工血管應用實(shí)例

人工血管是柔韌的管狀假體，用以替代患者因動(dòng)脈粥樣硬化或其它少見(jiàn)的退化性疾病所引起的血流減弱或堵塞以及搭橋旁路。

 對人工血管來(lái)說(shuō)，所用的材料需具有下列基本要求:

 (1)材料應具有充分的力學(xué)強度，絕對安全地長(cháng)期承受血壓的搏動(dòng);

 (2) 材料有較好的生物相容性和抗凝血性;

 (3)材料有抵制細菌附著(zhù)并防止感染的能力;

 (4)材料的柔性和彈性與人休血管匹配;

 (5)材料為多孔，以利于內皮細胞生長(cháng);

 (6)易于手術(shù)操作。

一般說(shuō)來(lái)，醫用的人工血管可選用聚酯、聚四氟乙烯或聚氨酯材料。聚酯人工血管是用幾微米直徑的熔融擠出成型的聚合物多纖維絲經(jīng)針織或平織而成。這種織物極其牢固，抗撕裂性好，且手術(shù)醫生易于縫合及操作，未經(jīng)涂覆的人工血管可用高壓蒸汽、環(huán)氧乙烷和γ一射線(xiàn)等方法安全地滅菌，熱機械性能不致發(fā)生明顯改變。目前聚酯人工血管主要用于置換主動(dòng)脈或髖動(dòng)脈，并具有可靠性、耐久性和通暢性。

 

聚四氟乙烯是一種憎水性、化學(xué)惰性的聚合物。應用于人工血管需將它制成多孔的、具有柔性的管形。由于材料十分柔軟，因此易于縫合和操作，且能耐受0.48 MPa 的壓力，其抗凝血性能較聚酯好，一般用于小直徑的血管。

 

聚氨酯具有高彈性、高模量和良好的血液相容性，作為假體材料可與宿主動(dòng)脈相適應。雖然聚氨酯在不同程度上存在一定的水解性，且材料內外均可發(fā)生鈣化，但目前仍是小直徑人工血管的理想材料。

 

外科醫生認為目前人工血管的發(fā)展目標是在現有人工血管材料表面種植內皮細胞技術(shù)，實(shí)現該技術(shù)的最新方法是對人工血管表面進(jìn)行化學(xué)修飾，摻入特異性細胞附著(zhù)膚序列。

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