醫用高分子材料是指那些可用以診斷、治療、修復或替換機體中的組織、器官或增進(jìn)其功能的具有優(yōu)良性能的高分子聚合物材料，是一門(mén)新興的邊緣學(xué)科，它涉及材料、生物、醫學(xué)、物理、化學(xué)、制造以及臨床醫學(xué)等諸多學(xué)科領(lǐng)域。
我國作為世界人口最多的國家, 生物材料的市場(chǎng)潛力十分巨大。據民政部門(mén)報告: 我國現有的肢體不自由患者已超過(guò)1 500 萬(wàn), 其中肢殘患者約800 萬(wàn);由類(lèi)風(fēng)濕引發(fā)的大骨節病患者有數百萬(wàn); 冠心病患者已超過(guò)1 000 萬(wàn); 白內障盲人約500 萬(wàn); 牙缺損和牙缺失患者高達3 億~ 4 億人; 肝炎病毒攜帶者1. 2 億; 心血管病患者2 000 萬(wàn);需計劃生育的育齡婦女2 000 萬(wàn); 伴隨人口老齡化( 60 歲以上的老年人口已達1. 39 億人， 約占全國人口的10. 69%) 的骨質(zhì)疏松患者7 000 萬(wàn); 每年由于疾病、交通事故和運動(dòng)創(chuàng )傷等造成的骨缺損和缺失患者人數近1 000 萬(wàn)人;需要進(jìn)行顱頜面和胸部美容整形的人數有千萬(wàn)人。這還不包括數目龐大的各類(lèi)軟組、血液和器官疾病患者人數。
在美國等發(fā)達國家，還未見(jiàn)有像中國民政部發(fā)布的那些全面需求數據的報道，僅見(jiàn)有美國一些不完全數據，如每年有數以百萬(wàn)計的人患有各種組織、器官的喪失或功能障礙, 需進(jìn)行800 萬(wàn)次手術(shù)進(jìn)行修復, 年耗資超過(guò)400 億美元, 器官衰竭和組織缺損所需治療費占整個(gè)醫療費用的一半。
隨著(zhù)人民生活水平的提高和對生命質(zhì)量的追求, 我國對醫用高分子材料的需求也會(huì )不斷增加。
2 醫用高分子材料在醫療器械中的應用
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用途 |
功能 |
主要使用的高分子材料 |
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人工血管 |
置換病變血管或進(jìn)行搭橋手術(shù) |
聚酯纖維、真絲、膨體聚四氟乙烯、聚氨酯、 |
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人工瓣膜 |
置換病變瓣膜 |
聚氨酯、聚四氟乙烯、低溫同性碳、硅橡膠、聚酯纖維 |
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人工臟及心臟輔助裝置 |
置換心臟或加強病變心臟的功能 |
聚氨酯、聚氯乙烯、硅橡膠、天然橡膠、Aveothane-51 |
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心臟補片 |
心臟修復手術(shù) |
聚四氟乙烯、聚酯纖維 |
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人工血漿 |
代替血漿、血液增容 |
右旋糖肝、羥乙基淀粉、聚乙烯基吡咯烷酮、聚N-羥丙基丙基烯酰胺 |
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人工血紅蛋白 |
代替紅血球輸運氧氣 |
全氟三丁胺、全氟三丙胺、環(huán)氧乙烷與環(huán)氧丙烷共聚物乳膠 |
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人工玻璃體 |
填充眼球玻璃體腔 |
硅橡膠海綿、聚四氟乙烯海綿、骨膠原 |
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人工晶狀體 |
嬌治白內障 |
甲基丙西酸甲酯、甲基丙西酸羥乙酯共聚物、聚丙烯、有機硅凝膠 |
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人工角膜 |
提供光線(xiàn)傳遞到視網(wǎng)膜的透徑 |
甲基丙烯酸酯類(lèi)共聚物水凝膠、共聚滌綸、硅橡膠 |
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人工淚管 |
嬌治淚道慢性阻塞 |
硅橡膠、聚甲基丙西酸酯、 |
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隱形眼鏡 |
矯正視力，治療角膜疾患 |
聚甲基丙西酸羥乙酯及其與乙烯基吡咯烷酮的共聚物、硅橡膠、聚氨基酸、甲殼素衍生物 |
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耳鼓膜 |
康復聽(tīng)力 |
硅橡膠 |
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人工中耳骨 |
代替病變中耳骨，康復聽(tīng)力 |
聚四氟乙烯與碳纖維復合物Froplest、聚甲基丙西酸乙酯與羥基磷灰石共混物Geravial、 甲基丙西酸甲酯與苯乙烯共聚多孔骨水泥、聚乙烯 |
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人工食道 |
食道根除術(shù)后重建食道 |
硅橡膠滌綸復合物、聚乙烯、聚四氟乙烯、天然橡膠 |
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人工喉 |
喉頭切除后發(fā)音功能恢復 |
硅橡膠滌綸復合物、膨體聚四氟乙烯、聚氨酯、聚乙烯、尼龍、聚甲基丙西酸甲酯 |
有機硅材料的特有性能
醫用高分子材料是與人體組織和體液直接接觸，除少數金屬、陶瓷和碳素外，絕大部分是橡膠、纖維、模型塑料等合成高分子材料。以它們?yōu)樵牧现瞥龅娜斯づK器，即具有部分或全部代替人體某一器官功能的器件，有的只需在體內短期使用，如插入器件（導液管等），有的如用于體內埋置和組織工程用生物醫用材料則需在體內停留較長(cháng)時(shí)間，甚至整個(gè)生命期。因此對這類(lèi)材料有嚴格的要求：（1）必須無(wú)毒，而且是化學(xué)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(guò)敏等反應。（3）有所需的物理性能（尺寸、強度、彈性、滲透性等），并能在使用期間保持其不變。（4）容易制備、純化、加工和消毒。
有機硅具有Si-O-Si類(lèi)似石英結構的骨架，其鍵能達444（kJ.mol-1 ），遠高于其他含C聚合物，這意味著(zhù)要有更高的溫度才可使它斷裂，由于鍵能高于300 nm紫外光的能量、側基受到保護且不含雙鍵，所以不易為大氣中的紫外線(xiàn)和臭氧分解。有機硅的這種耐高溫、耐老化（包括生物老化）和耐紫外性能，使得由它制成的醫用制品可經(jīng)高溫、輻照消毒、或長(cháng)期植入人體而性能不變。
聚硅氧烷分子間作用力小，表面張力弱(MM的表面張力僅15.9MN/m，為表面張力最小的液體)，因而表面能小，所以有機硅具優(yōu)異消泡性能。這開(kāi)辟了它在醫療上治療腹脹、肺水腫等疾病的應用領(lǐng)域，有機硅的良好不粘性，使得它在腹部手術(shù)中用作防止腸粘連的潤滑劑，它的成膜性和高的熱容量，使得有機硅在日用化妝品上也得到廣泛應用。
聚硅氧烷分子自由體積大，分子彼此間距離也大，作用力小，恰如具微孔結構一般，使得低分子氣體易于從分子自由體積間的空隙穿越，因而具有良好的透氣性，通常為一般合成材料的20倍。有機硅的透氣性，使得它在制造氣調窗、半透膜、富氧膜以及某些醫用材料上獲得了應用。
有機硅原料易得、還易于加工成型的，硅橡膠可通過(guò)擠出、模壓、流延等加工手段制成各類(lèi)形狀的制品。
綜上所述，由于有機硅的耐生物老化、良好的生物穩定性和物理、機械性能,、易加工成型,、原料易得,、便于消毒滅菌等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此受到人們普遍關(guān)注, 已成為生物材料中用途廣、用量大的品種之一。
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