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医用高分子材料在医疗中的应用研究

来源:《中华医学实践杂志》 作者: 2009-8-24

摘要: 【摘要】 医用高分子材料指的是在医学上使用的高分子材料,医用高分子材料学是介于现代医学和高分子科学之间,并且涉及到物理、化学、生物学、医学等的一门交叉学科。目前,医用高分子材料的应用已遍及整个医学领域,其用量也持续稳定增长。本文从医用高分子材料的需求、分类与应用等方面做了论述,并分析了医用高分子......


【摘要】  医用高分子材料指的是在医学上使用的高分子材料,医用高分子材料学是介于现代医学和高分子科学之间,并且涉及到物理、化学、生物学、医学等的一门交叉学科。目前,医用高分子材料的应用已遍及整个医学领域,其用量也持续稳定增长。本文从医用高分子材料的需求、分类与应用等方面做了论述,并分析了医用高分子材料今后的发展方向。

【关键词】  医用高分子材料;医疗器械;应用

【Abstract】  The application of medical polymer materials refers to the use of polymer materials, polymer materials for medical study are between modern medicine and polymer science, and involves physics, chemistry, biology and medicine. At present, the medical application of polymer materials have been throughout the entire medical field and its usage has continued to grow steadily. In this paper, the needs of medical polymer materials, classification, the actual applications and direction of future development are discussed and analyzed.

    【Key words】  medical polymer materials; medical equipment; application;

    所谓高分子一般是指由许多重复单元共价连接而成的、分子量很大的一类大分子,相关材料也称为聚合物,往往具有粘弹性,而医用高分子材料是一类可对有机体组织进行修复、替代与再生,具有特殊功能作用的新型高技术合成高分子材料[1],是科学技术中的一个正在发展的新领域,不仅技术含量和经济价值高,而且对人类的健康生活和社会发展具有极其重大意义,通常用于对生物体进行诊断、治疗以及替换或修复、合成或再生损伤组织和器官。目前,医用高分子材料的发展可谓异军突起,其应用如雨后春笋遍及整个医学领域,用量也在持续稳定地增长。

    1  医用高分子材料的需求

    现代医学的进步并不单纯是医疗手段革新的结果,它已经越来越依赖于医用材料、医疗器械以及新药制剂的发展。广义地说,生物医用材料泛指医学中使用到的各类材料,其中单是治疗器官的衰竭和组织的缺损所涉及的医用材料就十分惊人,以美国为例,每年有数以百万计的人患有各种组织、器官的丧失或功能障碍方面的疾病,需进行800万次手术进行修复,年耗资超过400亿美元,器官衰竭和组织缺损所需治疗费占整个医疗费用的一半,中国是一个人口大国,患者的数量十分庞大,随着人民生活水平的提高和对于生命质量的追求,我国在此方面的医疗费用也在不断增加。可见,生物材料是一个巨大的产业,生物材料的不可缺少性、尤其是进口材料动辄上万元的价格决定了我国必须加强具有自主知识产权的生物材料的研究开发,此外,伴随我国医疗制度的改革,必须自费的医疗费用中的一大块是生物材料,尤其是进口材料,这给工薪阶层带来了沉重负担。因此,加强材料的研发不仅是一个科学技术问题,还是一个重要的经济和政治问题[2]。

    2  医用高分子材料的分类

    目前医用高分子材料主要有非降解型和生物降解型两种。 

    2.1  非降解型医用高分子材料  主要是聚氨酯、硅橡胶、聚乙烯、聚丙烯酸酯等,广泛用于韧带、肌腱、皮肤、血管、人工脏器、骨和牙齿等人体软、硬组织及器官的修复和制造、粘合剂、材料涂层、人工晶体等。其特点是大多数不具有生物活性,与组织不易牢固结合,易导致毒性、过敏性等反应。 

    2.2  生物降解型医用高分子材料  生物降解型医用高分子材料的主要成分是聚乳酸、聚乙烯醇及改性的天然多糖和蛋白质等,在临床上主要用于暂时执行替换组织和器官的功能,或作药物缓释系统和送达载体、可吸收性外科缝线、创伤敷料等[3]。其特点是易降解,降解产物经代谢排出体外,对组织生长无影响,目前已成为医用高分子材料发展的方向。

    3  医用高分子材料的应用

    3.1  人工脏器  作为软组织材料的一个重要组成部分的人工器官,其应用前景已为人们所看好。随着人工脏器性能的不断完善,其在临床上的应用必将越来越广泛。主要包括:人工肺、人工肾(透析型、过滤型、吸附型)、人工肝脏、人工胰脏(如:可采用包膜法,即在移植的异体胰岛或动物胰岛表面覆盖一层高分子半透膜,能允许胰岛素向膜外渗透,但阻止淋巴细胞和抗体进入膜内而引起排异损伤)、人工心脏瓣膜、心脏起搏器电极的高分子包覆层、人工心脏、人工血管、人工喉、人工气管、人工食管、人工膀胱等。

    3.2  人工组织  指用于口腔科、五官科、骨科、创伤外科和整形外科等医用材料,主要包括:牙科材料(蛀牙填补用树脂、假牙和人工牙根、人工齿冠材料和硅橡胶牙托软衬垫等),眼科材料(人工角膜、人工晶状体、人工玻璃体、人工眼球、人工视网膜、人工泪道、隐形眼镜),骨科材料(人工关节、人工骨、接骨材料等),肌肉与韧带材料 (人工肌肉、人工韧带),皮肤科材料(人工皮肤,含层压型人工皮肤、甲壳素人工皮肤、胶原质人工皮肤、组织膨胀器等),整形外科材料(人工乳房,一般为硅橡胶包膜内填充硅凝胶或空气,人工鼻及鞍鼻整形、人工下颌骨、人工耳朵),假肢(支撑或外层装饰等),人造血液(含人造血浆——水溶性聚合物辅以营养液)。

    3.3  护理和医疗用具相关的医用材料  一次性高分子用品(注射器、输血输液袋等)、高分子绷带材料(弹性绷带、高分子代用石膏绷带、防滑脱绷带)、医用缝合线、护理用高分子材料,如:吸水性树脂(尿不湿、卫生巾、弹性冰、防褥疮护理材料)等。

    3.4  药用高分子  高分子缓释药物载体:时间控制缓释体系(如康泰克等,理想情形为零级释放)、部位控制缓释体系(脉冲释放方式)。 

    高分子药物(带有高分子链的药物和具有药效的高分子):抗癌高分子药物(非靶向、靶向)、用于心血管疾病的高分子药物(治疗动脉硬化、抗血栓、凝血)、抗菌和抗病毒高分子药物、抗辐射高分子药物、高分子止血剂。 

    药物制剂和包装用高分子材料(这里的包装材料不涉及外包装材料,特指药物在制备过程中需要的高分子材料,它们往往对提高药效、方便药物起作用等方面有一定效果);药物制剂用高分子材料(液状制剂中的高分子增稠剂、稀释剂、分散剂和消泡剂;固体制剂中的高分子粘合剂、包衣剂、膏剂和涂膜剂)、微胶囊等。 

    4  医用高分子材料的发展方向

    我国医用高分子材料的研究起步较早、发展较快,现有医用高分子材料 60多种,制品达400余种,然而我国医用高分子材料的研究目前仍然处于经验和半经验阶段,还没有能够建立在分子设计的基础上,因此应该以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为依据来研究开发新材料。医用高分子材料的研究和发展方向主要包括以下几方面。

    4.1  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,它的主要任务是实现受损组织和器官的修复或再建,延长寿命和提高健康水平。

    4.2  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不仅能提高药效,简化给药方式,大大降低药物的毒副作用,而且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[4];而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。

    4.3  复合生物材料  复合生物材料具有强度高、韧性好的特点,目前已广泛用于临床,通过具有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。

【参考文献】
  1 刘传贵,孙昌,孙康宁.生物材料的研究现状与发展.甘肃科学学报,2004,16(1):57-62.

2 杨国营.生物医用材料.河北化工,2002,4:17-19.

3 张立英.我国医用高分子材料的发展现状.山西化工,2005,25(3):11-13.

4 黄静欢,丁建东.生物医用高分子材料与现代医学.中国医疗器械信息,2004,10(4):1-3.

(编辑:石 岚)


作者单位:1 310009 浙江杭州,浙江省医疗器械检验所 2 310009 浙江杭州,浙江省医疗器械研究所


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