生物醫學高分子簡稱醫用高分子,是壹類令人矚目的功能高分子材料。它已滲入到醫學和生命科學的各個領域並應用於臨床的診斷與治療。特別是直接與體液接觸的或可植入體內的所謂“生物材料”,它們必須無毒,有良好的生物相容性和穩定性,有足夠的機械強度,而且易於加工、消毒。
生物醫學高分子材料作為生物醫學材料的高分子及其復合材料,又稱醫用高分子材料。可來自人工合成,也可來自天然產物,除應滿足壹般物理、化學性能要求外,還必須滿足生物相容性要求。醫用高分子按性質可分為非降解型和可生物降解型。非降解型高分子包括聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、芳香聚酯、聚矽氧烷、聚甲醛等,要求其在生物環境中能長期保持穩定,不發生降解、交聯或物理磨損等,並具有良好的物理機械性能,雖然不存在絕對穩定的聚合物,但是要求其本身和降解產物不對機體產生明顯的有毒副作用,同時材料不致災難性破壞。生物降解型高分子包括膠原、線性脂肪族聚酯、甲殼素、纖維素、聚氨基酸、聚乙烯醇、聚己內酯等,可在生態環境作用下發生結構破壞和性能蛻變,其降解產物能通過正常的新陳代謝或被機體吸收利用或被排出體外,主要用於藥物釋放和送達載體及非永久性植入裝置。
醫用高分子材料制品種類繁多。從天靈蓋到腳趾骨,從內臟到皮膚,從血液到五官都已有人工的高分子代用品。與此同時,高分子藥物及固定化酶、人工細胞、標記細胞、免疫吸附劑等也在迅速發展。目前全世界每年生產的醫用高分子材料包括醫療用品在內多達800萬噸,價值30億美元。
人工心臟
生物材料是指與體液接觸的異體材料,除少數金屬、陶瓷和碳素外,絕大部分是橡膠、纖維、模制塑料等合成高分子材料。以它們為原材料制出的人工臟器,即具有部分或全部代替人體某壹器官功能的器件,有的只需在體內短期使用,如插入器件(導液管等),有的則需在體內停留較長時間,甚至整個生命期。因此對這類材料有嚴格的要求:①必須無毒,而且是化學惰性的。②與人體組織和血液相容性要好,不引起刺激、炎癥、致癌和過敏等反應。③有所需的物理性能(尺寸、強度、彈性、滲透性等),並能在使用期間保持其不變。④容易制備、純化、加工和消毒。
醫用矽橡膠導管
生物高分子材料可以粗略地分為3大類:軟性即橡膠狀聚合物、半結晶聚合物和其他有關聚合物(見下表)。醫用矽橡膠是最早也是最成功的商品化醫用高分子材料之壹。
主要的軟性生物高分子材料
主要的半結晶生物高分子材料
其他有關聚合物
上面三個表中列舉的是有關主要材料的主幹結構類別,事實上往往任何單壹的聚合物都難以滿足對生物材料的所有要求,因而又不得不采用***聚、接枝、交聯以及表面化學修飾等多種手段(統稱為改性),以制成各種復合材料,使其性能盡可能滿足使用的特殊需要。