高分子材料在醫(yī)學(xué)方面的運(yùn)用

1、人工臟器

作為軟組織材料的一個重要組成部分的人工器官，其應(yīng)用前景以為人們所看好。隨著人工臟器性能的不斷完善，其在臨床上的應(yīng)用必將越來越廣泛。主要包括：人工肺、人工腎（透析型、過濾型、吸附型）、人工肝臟、人工胰臟、人工心臟瓣膜、心臟起搏器、電極的高分子包覆層、人工心臟、人工血管、人工喉、人工氣管、人工食管、人工膀胱等。

2、人工組織  

指用于口腔科、五官科、骨科、創(chuàng)傷外科、整形外科等醫(yī)用材料，主要包括：牙科材料、眼科材料（人工角膜、人工晶狀體、人工玻璃體、人工眼球、人工視網(wǎng)膜、人工淚道、隱形眼鏡）、骨科材料（人工關(guān)節(jié)、人工骨、接骨材料等）、肌肉和韌帶材料，皮膚科材料（人工皮膚、含層壓型人工皮膚、甲殼素人工皮膚、膠原質(zhì)人工皮膚、組織膨脹器等）、整形外科材料（人工乳房，人工鼻、人工下頜骨、人工耳朵）、假肢等。

3、護(hù)理和醫(yī)療用具相關(guān)的醫(yī)用材料  

一次性高分子用品（注射液、輸血輸液袋等）、高分子繃帶材料，醫(yī)用縫合線、護(hù)理用高分子材料。

4、醫(yī)用高分子  

（1）高分子緩釋藥物載體：時間控制緩釋體系，部位控制緩釋體系。

（2）高分子藥物：即帶有高分子鏈的藥物和具有藥效的高分子。如抗癌高分子藥物、抗菌和抗病毒高分子藥物、抗輻射高分子藥物、高分子止血劑。

（3）藥物制劑和包裝用高分子材料：藥物制劑用高分子材料（液狀制劑中的高分子增稠劑、稀釋劑、分散劑和消泡劑，固體制劑中的高分子粘合劑，包衣劑，膏劑、涂膜劑）、微膠囊等。（via 生活中的化學(xué)）

生物醫(yī)用高分子材料趨勢分析

在人體中使用外來物已經(jīng)有一個令人印象深刻的久遠(yuǎn)歷史。大約在公元前600年，瑪雅人使用貝殼做成幾乎與牙齒合為一體的牙齒植入物。追溯到公元前200年在歐洲發(fā)現(xiàn)了金屬牙植入物?？p合線的使用甚至擁有更長的歷史，追溯到32000多年以前。經(jīng)歷了多個世紀(jì)的快速推進(jìn)，1891年象牙被用來做成記錄在案的第一個髖關(guān)節(jié)植入物。

在歷史的發(fā)展過程中使用的大部分生物材料試圖具有生物活性，即易被身體所接受。然而由于對制造支持再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的生物材料需求的增加，這是改變的開始，惰性生物材料繼續(xù)演變。

第一代生物材料

帝斯曼生物醫(yī)學(xué)公司把包括鎳鈦諾到陶瓷在內(nèi)的所有惰性生物材料歸為第一代生物材料。傳統(tǒng)上來說選擇這類材料是基于其大致接近將要置換的組織的物理特性。生物惰性的程度和無毒性也使其入選。

帝斯曼生物醫(yī)學(xué)公司的業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)William Fuller說“在矯形手術(shù)中，這種第一代生物材料的想法被引入了全人工關(guān)節(jié)，膝蓋和髖關(guān)節(jié)置換是臨床成功的典范，自每年實(shí)施一百萬例以來，使許多病人改善了生活質(zhì)量并回歸到更積極的生活模式中?！?/span>

Fuller說以帝斯曼生物醫(yī)學(xué)公司的聚乙烯純纖維為例，對這樣的第一代生物材料的革新仍在繼續(xù)。該公司將其稱為“世界上最強(qiáng)韌的醫(yī)用纖維”，聚乙烯純纖維被應(yīng)用于如強(qiáng)化血管球囊導(dǎo)管的心血管產(chǎn)品。這種材料在整形外科市場中的應(yīng)用也日漸增加，它們作為旋轉(zhuǎn)套修復(fù)術(shù)中的高強(qiáng)度縫合線，前交叉韌帶修復(fù)中的固定裝置，以及從環(huán)形修復(fù)到全椎間盤修復(fù)的脊柱植入物。公司預(yù)見到這種材料在韌帶固定中的拓展使用，該應(yīng)用中材料的極低延展性會形成剛性固定，從而促進(jìn)撕裂韌帶快速重新附著到骨頭上。

“超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纖維可以幫助植入物突破傳統(tǒng)整形纖維和縫合線的限制?！盕uller說道。“例如聚酯、聚丙烯或者尼龍這樣擁有中等強(qiáng)度的傳統(tǒng)纖維在最終斷裂前表現(xiàn)出相當(dāng)大的延展性（伸長率）。而UHMWPE正相反：強(qiáng)度要高得多。在同一計重標(biāo)準(zhǔn)上，這種纖維比鋼鐵的強(qiáng)度高了十多倍。由這些纖維制成的編織物或縫線可能是類似的聚酯產(chǎn)品的強(qiáng)度的兩倍。”

事實(shí)上，這種材料的延展幾乎感覺不到，他補(bǔ)充說道?！爱?dāng)這些纖維達(dá)到斷裂強(qiáng)度，伸長量約3%。這些特性使得其能夠生產(chǎn)新型更小的醫(yī)療設(shè)備。”RxFiber有限責(zé)任企業(yè)（溫莎，加州）的創(chuàng)始人兼總裁Robert Torgerson說歷史上有很長一段時間這些材料都用作生物材料，這些材料的創(chuàng)新是顯然的。

Torgerson解釋說道?！伴_放式手術(shù)治療是血管內(nèi)和血管治療的規(guī)范。如今，心臟瓣膜，血管內(nèi)介入設(shè)備，支架等等都是通過基于導(dǎo)管系統(tǒng)的植入物。傳輸系統(tǒng)的直徑很大程度上取決于需要被傳輸?shù)脑O(shè)備。這個系統(tǒng)需要通過身體上的孔，例如股動脈、髂動脈或肱動脈?！?/span>

盡管這些需求強(qiáng)調(diào)孔口，針對傳輸系統(tǒng)的各種涂料被開發(fā)出來以降低這種壓力。Torgerson說：“這種設(shè)備僅限于那些可以承受傳輸系統(tǒng)直徑的特定病患，大部分病人解剖學(xué)直徑小，他們需要更小直徑的傳輸系統(tǒng)。這也要求最少的生物材料進(jìn)入傳輸系統(tǒng)被輸送到靶點(diǎn)?！?/span>

例如經(jīng)由導(dǎo)管的血管設(shè)備就屬于這類系統(tǒng)。如今這些產(chǎn)品使用纖度范圍40這種 直徑相當(dāng)粗的紗線，需要20F或更大的傳輸系統(tǒng)，Torgerson強(qiáng)調(diào)說?！盀榱丝s減外形并保持設(shè)備完整性，需要研發(fā)更小而強(qiáng)的紡線以縮減外形。這就是為什么Rx-Fiber會研發(fā)下一代稱為RxFibron HT的高韌性低纖度滌綸絲，這種產(chǎn)品纖度小于20并有更少的絲。這個厚度在保持了設(shè)備完整性的同時也保持了強(qiáng)度?！盧xFiber開發(fā)了針對該應(yīng)用的低纖度高韌性滌綸絲。

第二代和更新的技術(shù)

第二代生物材料不僅是簡單針對人體無排異。他們按配方組合生物活性組分，誘發(fā)控制作用和生理學(xué)環(huán)境中的反應(yīng)。Fuller解釋說“這些生物活性材料在整形領(lǐng)域的突出例子包括可注射或可移植人造骨骼替代物?！?/span>

第三代生物材料旨在達(dá)到重塑而不是修復(fù)。

基于拓展生物學(xué)理解而設(shè)計的第三代生物材料旨在達(dá)到重塑而不是修復(fù)?！暗谌锊牧险辉O(shè)計用來模擬分子層面的特殊的細(xì)胞反應(yīng)?！盕uller說道?！霸谡晤I(lǐng)域，骨生長因子和富含血小板血漿的治療方法的使用標(biāo)志著大幅度的轉(zhuǎn)向再生材料的開端，這些材料幫助機(jī)體自愈。對組織愈合的分子和細(xì)胞生物學(xué)的理解被整合到材料設(shè)計中。”

Fuller補(bǔ)充道，聚合物體系的分子修飾引起特定的與細(xì)胞表面整合素的相互作用，細(xì)胞增殖、分化和細(xì)胞外基質(zhì)的生成與結(jié)構(gòu)化?！斑@種第三代生物交互性的生物材料模擬活組織的再生。就生物相容性而言，這些材料不僅專注于無害而且設(shè)計為自愈的元素。”

再生：未來的潮流

位于巴拿馬Perkasie的Secant Medical有限公司新興技術(shù)的副總裁Peter D. Gabriele對未來的生物材料持相近觀點(diǎn)。他強(qiáng)調(diào)其在再生醫(yī)學(xué)使用方面的重要性。他說“為了生物材料的發(fā)展未來，我們必須充分了解其在人體內(nèi)的效果。材料不是惰性的，在建立構(gòu)建材料和組織反應(yīng)之間的聯(lián)系方面，我們必須更加精明?！盙abriele解釋道，再生醫(yī)學(xué)中生物材料的潛力依賴于開發(fā)恰當(dāng)?shù)臉?gòu)造，使器官系統(tǒng)恢復(fù)到天生的功能。

他強(qiáng)調(diào)：“現(xiàn)如今，我們在移植時要應(yīng)對兩類免疫系統(tǒng)：炎癥系統(tǒng)（最初的愈合過程）和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)（愈合與功能的長期系統(tǒng)）?！币虼?，知道材料如何對免疫系統(tǒng)、愈合過程以及再生的器官造成影響是重要的?！斑@種智能設(shè)計活動不僅要找到與材料工程屬性相匹配的順應(yīng)性，而且要匹配材料生物學(xué)、生物活性和生物相容性。”

與此相關(guān)的趨勢是增加研發(fā)投入開發(fā)新型生物可降解材料，如聚乳酸。這種可以融化成乳酸的材料能提供植入物構(gòu)造，該植入物可以維持6個月到2年。Gabriele解釋說：“下一代生物可降解聚合物有許多優(yōu)勢，首先是其可以被辨識（設(shè)計中可以包含順應(yīng)匹配標(biāo)準(zhǔn)）。其二，分解產(chǎn)物是代謝物，意味著不產(chǎn)生必須排出身體的廢物。最后，不排異；不會刺激免疫系統(tǒng)形成疤痕組織。”

Gabriele指出現(xiàn)有材料的產(chǎn)品研發(fā)能力較小。他補(bǔ)充道“然而未來生物高聚物有更廣闊的應(yīng)用，不用降低相容性和無致免疫性反應(yīng)這樣一些優(yōu)勢?！边@種取決于如何加工的單一材料，將有多元的應(yīng)用領(lǐng)域。伴隨軟組織工程，其有潛力用于心肌修補(bǔ)，工程血管，軟骨恢復(fù)和視網(wǎng)膜修復(fù)的支架以及神經(jīng)導(dǎo)管。它也能被設(shè)計成整形修復(fù)的組分或者為材料產(chǎn)生功能表面的覆膜。

FxFiber的Torgerson說再生醫(yī)學(xué)有令人鼓舞的未來，但器官再生作為下一代被開發(fā)的設(shè)備和生物材料，其花費(fèi)不容忽視。“這是一個非常昂貴的任務(wù)，同樣涉及到挑選重建器官的時間。”然而，需要生物材料創(chuàng)建設(shè)備以應(yīng)對突發(fā)狀況，低收入情況，和其他環(huán)境?！拔覀儾淮_定在沒有開放手術(shù)流程的情況下，如何使大動脈再生和置換?！?/span>

Torgenson說道。“但開放式操作對某些病患存在風(fēng)險和致命危機(jī)。用生物材料制造的經(jīng)導(dǎo)管系統(tǒng)的設(shè)備能節(jié)省時間甚至挽救患者生命。”Torgenson說“我們需要繼續(xù)研下一代的設(shè)備，這些設(shè)備利于了當(dāng)前和下一代生物材料。”