醫(yī)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、器官或增進其功能的具有優(yōu)良性能的高分子聚合物材料，是一門新興的邊緣學科，它涉及材料、生物、醫(yī)學、物理、化學、制造以及臨床醫(yī)學等諸多學科領域。
我國作為世界人口最多的國家, 生物材料的市場潛力十分巨大。據(jù)民政部門報告: 我國現(xiàn)有的肢體不自由患者已超過1 500 萬, 其中肢殘患者約800 萬;由類風濕引發(fā)的大骨節(jié)病患者有數(shù)百萬; 冠心病患者已超過1 000 萬; 白內(nèi)障盲人約500 萬; 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;需計劃生育的育齡婦女2 000 萬; 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; 每年由于疾病、交通事故和運動創(chuàng)傷等造成的骨缺損和缺失患者人數(shù)近1 000 萬人;需要進行顱頜面和胸部美容整形的人數(shù)有千萬人。這還不包括數(shù)目龐大的各類軟組、血液和器官疾病患者人數(shù)。
在美國等發(fā)達國家，還未見有像中國民政部發(fā)布的那些全面需求數(shù)據(jù)的報道，僅見有美國一些不完全數(shù)據(jù)，如每年有數(shù)以百萬計的人患有各種組織、器官的喪失或功能障礙, 需進行800 萬次手術進行修復, 年耗資超過400 億美元, 器官衰竭和組織缺損所需治療費占整個醫(yī)療費用的一半。
隨著人民生活水平的提高和對生命質(zhì)量的追求, 我國對醫(yī)用高分子材料的需求也會不斷增加。
2 醫(yī)用高分子材料在醫(yī)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 |
置換病變血管或進行搭橋手術 |
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 |
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(nèi)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 |
提供光線傳遞到視網(wǎng)膜的透徑 |
甲基丙烯酸酯類共聚物水凝膠、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 |
康復聽力 |
硅橡膠 |
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人工中耳骨 |
代替病變中耳骨，康復聽力 |
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(yī)用高分子材料是與人體組織和體液直接接觸，除少數(shù)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(nèi)短期使用，如插入器件（導液管等），有的如用于體內(nèi)埋置和組織工程用生物醫(yī)用材料則需在體內(nèi)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），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類似石英結(jié)構(gòu)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(cè)基受到保護且不含雙鍵，所以不易為大氣中的紫外線和臭氧分解。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(yī)用制品可經(jīng)高溫、輻照消毒、或長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。這開辟了它在醫(yī)療上治療腹脹、肺水腫等疾病的應用領域，有機硅的良好不粘性，使得它在腹部手術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(jié)構(gòu)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(diào)窗、半透膜、富氧膜以及某些醫(yī)用材料上獲得了應用。
有機硅原料易得、還易于加工成型的，硅橡膠可通過擠出、模壓、流延等加工手段制成各類形狀的制品。
綜上所述，由于有機硅的耐生物老化、良好的生物穩(wěn)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，因此受到人們普遍關注, 已成為生物材料中用途廣、用量大的品種之一。
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