生物惰性材料

在生物环境中能够保持稳定，不发生或仅发生微弱化学反应的生物医学材料

生物惰性材料是指一类在生物环境中能够保持稳定，不发生或仅发生微弱化学反应的生物医学材料，主要是惰性生物陶瓷类和医用金属及合金类材料。由于在实际中不存在完全惰性的材料，因此生物惰性材料在肌体内也只是基本上不发生化学反应，它与组织间的结合主要是组织长入其粗糙不平的表面形成一种机械嵌联，即形态结合。

分类

氧化物陶瓷(A1203、zQ)、Si3N4陶瓷、玻璃陶瓷、医用碳素材料、医用金属材料等。该类材料由于具有生物惰性，植人体内后无论是形体或结构一般不会发生改变，力学性能稳定，因此该类材料是人体承重材料中应用最广泛的材料。

惰性高分子

一些需要在体内长期存在的材料，希望使其具有生物惰性，即材料在体内稳定，对宿主不产生有害反应。非降解型医用高分子材料主要是聚氨酯、硅橡胶、聚乙烯据丙烯酸酯等，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。常见的生物惰性高分子如下：

聚乙烯（Polyethylene，PE）

聚乙烯是链状非极性分子，对化学药剂极为稳定，耐酸耐碱。聚乙烯非常坚韧，有一定的柔顺性和高绝缘性。由于聚乙烯具有优异的物理机械性能，其化学稳定性、耐水性和生物相容性均良好，无味、无毒、无嗅、植入体内无不良反应。因此在医用高分子领域中得到广泛应用，是医用高分子消耗量最大的一个品种。超高分子量聚乙烯耐磨性强摩擦系数很小，蠕动变形小，有高度的化学稳定性和疏水性，是制作人工髋、肘、指关节的理想材料。高密度聚乙烯还可以用作人工肺、人工气管人工喉、人工肾、人工尿道、人工骨、矫形外科修补材料及一次性医疗用品。

聚氯乙烯（Polyethylene，PVC）

聚氯乙烯的聚合度约在590．1500(BP数均分子量约为3．6-9．3万)，化学稳定性好，有良好的耐化学药品及耐有机溶剂的性能，在常温对酸(任何浓度的盐酸，90%的硫酸，稀硝酸、碱20%以下)及盐的作用稳定。可溶于二甲基甲酰胺、环己酮、四氢呋喃等溶剂，机械性能和电性能良好，耐光和热的稳定性较差，软化点为80℃，于130℃开始分解变色，析出氯化氢。聚氯乙烯制品分为软制品和硬制品两类。聚氯乙烯的性质可用添加增塑剂来改善，常用的增塑剂有邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、环氧大豆油和磷酸三甲酚酯等。增塑剂能使聚氯乙烯的可拉伸性和弹性增加，但抗张强度降低。

21世纪以来发现单体氯乙烯有致癌毒性，许多国家规定医用及食品包装用聚氯乙烯制品的氯乙烯残留量必须小于l ppm溶出量小于0.05ppm增塑剂的聚氯乙烯软制品，如作植入物及制作输血、输液袋和贮血袋等用时必须考虑所用增塑剂的溶血量及毒性，须按材料安全条件严格筛选。聚氯乙烯制品除其热稳定性较差而难以加热煮沸消毒外，其它性能良好。大量用作贮血、输血袋，以及用来制造输液管、输血管、体外循环装置、人工腹膜、人工尿道、袋式人工肺障e合袋及入工心脏等。

丙烯酸树脂

丙烯酸树脂由丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或取代丙烯酸酯经聚合或共聚而成。丙烯酸树脂的特点是生物惰性、组织相容性好，无三致（致癌、致畸、致突变）、无毒，易灭菌消毒，机械强度好、粘结力强、可室温固化。被广泛应用于生物医用和医疗卫生领域。丙烯酸树脂中最常用的是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），俗称有机玻璃，具有良好的生物相容性、耐老化性能，机械强度较高，在医学上被用于颅骨修复材料、人工骨、人工关节、胸腔填充材料、人工关节与骨材料的胶粘剂，以及义齿、牙托等。改性亲水性PMMA，在眼科、烧伤敷料、微胶囊等方面得到应用

聚四氟乙烯

聚四氟乙烯有“塑料王”之称，由四氟乙烯单体聚合而得：引发剂多采用无机过氧化物，根据聚合压力分高压法与低压法。

聚四氟乙烯是特点是最好的耐高温塑料，结晶熔点高达327℃，几乎完全是化学惰性的具有自润滑性或非粘性，不易被组织液浸润，具有优良的耐化学药品性能、电性能、表面性能与物理机械性能。不易凝血、植入后组织反应小。广泛用于人工器官与组织修复材料、医用缝合线、医疗器械材料等方面。如人工输尿管，胆管、气管、喉、韧带和肌腱，食管扩张器，人工血液，人工心脏瓣膜、人工血管、心脏瓣膜的缝合环、血液相容性丝绒、肺动脉和室间隔的缺损补片。下颌骨、髋关节材料、修复眼眶骨、隆鼻材料

膨体聚四氟乙烯是一种特殊的聚四氟乙烯材料，由聚四氟乙烯树脂经拉伸等特殊加工方法制成。白色，富有弹性和柔韧性，具有微细纤维连接而形成的网状结构，这些微细纤维形成无数细孔，使膨体PTFE可任意弯曲（过360° ），血液相容性好，耐生物老化，用于制造人造血管、心脏补片等医用制品。从医学角度，是最为理想的生物组织代用品。由于其良好的生物相容性及特有的微孔结构，无毒、无致癌、无致敏等副作用，而且人体组织细胞及血管可长入其微孔，形成组织连接，如同自体组织一样，用其隆鼻效果十分满意。

聚四氟乙烯应用的局限性：价格昂贵；膨体表面的微孔可以藏细菌，有些细菌属条件致病菌，正常情况下不会引起感染。但由于其多孔的特性，一旦感染出现将很难控制，一般只有将其取出，且取出操作较困难

有机硅高分子

2000年来，有机硅高分子材料在医学上获得了广泛的应用，如有机硅橡胶，有机硅季铵盐抗菌防霉剂等。有机硅是指含Si—O键交替组成的化合物，其中最重要的是以(SiR2-O-SiR2-O)n为主链而侧链带有机基团的高分子化合物。因其独特的化学结构而具有许多优异的物化性能和生物相容性。

由于有机硅具有无毒、无味、生物相容性好、无皮肤致敏性、生物惰性、耐高低温、透气性好、独特的溶液渗透性以及物化性能稳定等特点，在医学领域中有了长足的发展。

硅橡胶有机硅橡胶是医用有机硅高分子材料的大类，具有无毒、无腐蚀、不引起凝血、不致癌、不致敏，注入或在人体内使用后不会引起周围组织炎症和变态反应等特性，与人的机体相容性好，并可耐受苛刻的消毒条件，是一种理想的医用高分子材料。有机硅橡胶制品长期植入人体不丧失其弹性和抗张强度。如人造瓣膜和人造心脏要求不引起血栓；人造血管必须有微细网眼；作人造肾脏透析时，要能透过像尿素等小分子化合物而不能透过血清蛋白等大分子，有机硅橡胶对上述要求完全可予满足。从内科、外科到五官科、妇科，从人工脏器到医用材料，如静脉插管、导尿管、人工心肺机泵管以及各种输血、输液管等，

大多是采用硅橡胶制成的。

硅油二甲基硅油由于其生理惰性及良好的消泡性能，广泛用于医疗方面。有机硅血液消泡剂具有无毒性、对血液无破坏性、消泡快而彻底等优点，用于处理人工血液循环装置及输血用的仪器、器械、器皿，可消除体外循环血液中的氧气泡，保证血液正常流通和心肺手术的实施。

聚丙烯酰胺

PAM按其在水溶液中基团的电性可分为非离子型、阴离子型和阳离子型，但无论是哪种类型的PAM，均是由丙烯酰胺(Acrylamide, 简称AM)单体通过自由基聚合而成的均聚物或共聚物。其合成方法有均相水溶液聚合、反相乳液聚合和反相悬浮聚合等。按AM自由基引发的方式又可分为化学引发聚合、辐射聚合和UV光聚合等。

在医学上丙烯酰胺水凝胶可用于药物的控制释放和酶的包埋、蛋白质电泳（检验）、人工器官材料与植入物（人工晶体、人工角膜、人工软骨、尿道假体、软组织替代物）。

聚氨酯（polyurethane，PU）

聚氨酯(PU)是在医学领域中最理想的材料之一。一般由二异氰酸酯与含活泼氢的二元醇、二元胺或二元羧酸进行反应，用聚酯或聚醚大分子二醇为原料与不同的二异氰酸酯反应，采用不同的小分子二醇、二胺、醇胺作扩链剂，控制反应条件，可根据设计要求，得到性能广泛的材料。

聚氨酯弹性体有较好的抗凝血性能，并具有耐磨、弹性、耐挠曲等良好的物理机械性能，己成为被研究和应用最广泛的抗凝血高分子材料之一。近三十年来，人们对经典的聚氨酯弹性体(嵌段聚氨酯)进行了各种改良、修饰、并在此基础上发展，形成了接枝型聚氨酯、离子型聚氨酯和表面负载抗凝血活性物质的聚氨酯等各种类型的抗凝血聚氨酯材料。

从结构上看，聚氨酯的氨基甲酸酯基(-CONH-)可以看作酞胺基(-NH-)和碳酸酯(-CO-)的组合，因而有独特的性能。它既硬度高又弹性好以及有突出的耐磨、耐撕裂、耐辐射、高强度和化学稳定性。

聚氨酯的医学应用已取得不少成果，并形成了一系列具有使用价值的商品化聚醚聚氨酯生物医用材料，主要应用有以下几个方面：

(1)人工脏器膜和医疗器械。聚醚型嵌段聚氨酯由于具有优良的水解稳定性、血液相容性，其强度又优于硅橡胶，因此在医用弹性体方面占主导地位。如作血泵(人工心脏)和人工血管、心脏助动器心脏旁路、人工肾渗析膜、人工心室、人工心脏瓣膜、诊断和治疗导管，心脏起搏器等。

(2)人工皮及假肢。聚氨酯软泡不但富有弹性而且透气性好，适于制作人工皮，这种人工皮可促使人体自身皮肤的生长。另外，聚氨酯有优良的挠曲性，是制作现代最先进的轻便耐用假肢的理想材料。

(3)骨折复位固定材料。人体骨折复位治疗后要进行固定。以前用石膏绷带，但由于石膏质量重、强度低、透气性差、不耐水，对皮肤有刺激作用，不透x射线，给医生和患者带来诸多不便。而聚氨酯制成的矫形绷带强度大、质量轻、有良好的透气性和耐水性、固化速度快、操作简便，X射线的透射性好，可在x射线照射下进行复位固定，并可在不拆除绷带的情况下随时检查复位固定及骨折愈合情况，提高了治疗效果。

(4)聚氨酯软组织粘合剂。α-氰基丙烯酸酯类软组织粘合剂毒性较大，2000以年来快速固化聚氨酯软组织粘合剂有很大发展，已用于心血管外科涂料，防止缝合渗血。一种含氟芳香族异氰酸酯类的聚氨酯粘合剂，可在2分钟内固化用于肝脏撕裂的止血和皮肤切口粘合等。

(5)可降解的聚氨酯和聚氨酯水凝胶以草酸醋为基础的可降解聚氨酯，用于处理儿童动脉瘤和作医用粘合剂，以聚己内酯或天然产物为基础的聚氨酯在人体内也容易水解和酶解。用亲水的聚乙二醇制备的聚氨酯水凝胶含水率达67%，有的可达80%以上。

此外，聚氨酯还可用作人工食管、气囊，用作急性呼吸不足病人治疗用膜式

肺的插管以及透析用锁骨下双腔插管等。

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