醫用高分子材料的發展并非新鮮課題，人類很早以前就開始使用各種材料應用于醫療實踐。早在公元前 3500年,埃及人就用棉花纖維、馬鬃縫合傷口。墨西哥印地安人用木片修補受傷的顱骨。在公元前500年的中國和埃及墓葬中已經發現有假手、假鼻、假耳等假體。
近現代以來，隨著高分子合成材料的異軍突起，大量合成材料用于臨床實踐。1949 年，美國首先發表了醫用高分子的展望性論文，第一次介紹了利用有機玻璃——聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作為人的頭蓋骨、關節和股骨，利用聚酰胺纖維作為手術縫合線的臨床應用情況。20 世紀50年代，有機硅聚合物被用于醫學領域，使人工器官的應用范圍大大擴大，涵蓋器官替代和整形、整容等許多方面。隨后,美國、日本、歐洲等工業發達國家不斷有文章報道,有些并已在臨床上得到應用。
中國研究開發歷史較短,20世紀世紀70年代開始進行人工器官的研制, 并有部分器官進入臨床應用。1980年成立了中國生物醫療工程學會，并于1982年又成立了中國醫學工程學會人工臟器及生物材料專業委員會, 使得生物醫學器材獲得進一步發展。生物醫用高分子材料科學是高分子材料和醫學的一門交叉科學。融合了高分子化學和物理、高分子材料工藝學、藥理學、病理學、解剖學和臨床醫學等方面的知識,還涉及許多組織工程學問題。此后，一大批人工器官試用于臨床，20世紀80年代，醫用高分子材料開始進入一個嶄新的發展時期。高分子醫用材料大量用于新型醫用材料，用于制造人造器官。目前，較成功的高分子材料制造的人工器官有人工血管、人工食道、人工尿道、人工心臟瓣膜、人工關節、人工骨、整形材料等。
當前，除大腦以外，幾乎所有的人體器官都可以用人造器官替代。按照材料的性質，醫用高分子材料可分為生物惰性高分子材料（inert biocompatible polymers））和可生物降解兩大類。其中生物惰性高分子材料是指在生物環境下呈現化學和物理惰性的材料，其在生理環境中能夠長期保持穩定，不發生降解、交聯和物理磨損等化學反應和物理反應，并具有良好的力學性能。這些材料包括:聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、芳香聚酯、聚砜、聚四氟乙烯（PTFE）、硅橡膠、聚氨酯、聚醚醚酮、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯酸類、聚丙烯酞胺(PAM)、聚乙烯醇(PVA)和乙烯一乙烯醇共聚物、聚 N-乙烯基毗咯烷酮(PNVP)、聚乙烯基咄咯(PVP)、聚丙烯睛(PAN)、聚酞胺(PA)、聚醋纖維、纖維素、聚甲醛、聚乙二醇等。彈性體材料包括硅橡膠、聚氨醋(PU)、膠乳、丁基橡膠、熱塑性彈性體(TPE)等。生物惰性高分子材料醫學領域中主要用于體內植入材料（implants），如人工骨和骨關節材料，器官修復材料，其次用于人造組織和人造器官的制造。該類材料主要用于人體軟、硬組織修復和制造人工器官、人造臟器、喉頭、氣管、角膜、人工關節、人造血管、接觸鏡和黏結劑等。
生物降解高分子材料是指在一定的條件下、一定的時間內能被細菌、霉菌、藻類等微生物降解的高分子材料。醫用可降解生物材料包括:膠原、脂肪族聚酯、甲殼素、纖維素、聚氨基酸、聚乙烯醇、聚乳酸（PLA）、聚己內酯、聚碳酸酯、聚原酸酯類、聚酸酐類、聚磷腈等。
這些材料能在生理環境中發生結構性破壞，且降解產物能通過正常的新陳代謝被機體吸收或排出體外，主要用于藥物釋放載體及非永久性植入器械。如手術縫合線、骨外科手術過程中的骨骼固定的骨水泥、骨丁等。近年來，生物醫用高分子的增長率高達50%。醫療器械加工將呈現出國際化、新材料、零缺陷、微型化的趨勢。新材料如瓦克化學的LR液體硅橡膠體（注射成型用）、HCR固體硅橡膠（成型制品用）、HCR固體硅橡膠（擠出用）可用于如外部乳房假體、醫用導管和球囊、密封件/閥門/膜片、面罩、醫用管道、整形外科、傷口護理，是良好機械性能與醫療安全性相結合應用領域的首選；吉力士提供行業中品種最廣的各種軟觸感熱塑彈性體TPE材料，廣泛應用于手術排液軟管、止血帶、蠕動泵軟管、導尿軟管、彈性手術室幃簾、療傷用品（包括繃帶膠布）、一次性使用的手術、急救擔架束縛系統、止血帶、注射針筒的組件（包括推桿頂端、塞子和蓋子）、驗血試管塞、墊圈和密封、隔膜、假肢裝置部件、床墊、輪椅坐墊以及假肢的凝膠緩沖墊、醫療儀器把柄等的生產；陶氏化學的VERSIFYTM塑性體和彈性體、ASPUNTM 纖維級樹脂、ELITETM增強聚乙烯樹脂、DOWLEXTM聚乙烯樹脂、陶氏線性低密度聚乙烯樹脂、ALIBRETM 聚碳酸酯樹脂則可用于醫療設備和裝置，藥品包裝，保健衛生用品生產；泰科納的GUR?，超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）可以作為過濾和低磨耗功能件在醫學整形領域中廣范應用。醫用微擠出成型技術如GuillTool&Extrusion公司MediFlow系統可用來擠出直徑僅為0.0508 mm的醫用導管，可應用于微創手術等醫療領域。德國Roms.Hass公司的Eudragit-E 就是一種胃溶性高分子材料，它在酸性條件下易溶解，在中性或堿性條件下不溶，用它作為包衣包覆藥劑并在表面涂覆糖液，在口腔中感覺不到藥味，進入胃中10分鐘后即溶解；而 Eudragit L/S 則為腸溶性高分子材料，它進入腸道后能迅速溶解，具有較好的控釋作用。具體參見表 1、表 2。??人造器官可分為人造臟器和人造組織兩種，前者指代替臟器工作的功能設備，包括人造心臟、人造腎臟、人造肺、人造肝臟等內臟器官；后者則指可以部分行使生理功能的人體組織，或者修補損壞的人體器官部件，包括人造骨骼、人造血管、人工喉、人工隔膜等體內器官和假肢、假鼻、假眼等外部人體組織。用于制備人造臟器的高分子材料詳見表3。人造組織是指除了人造臟器以外的所有人造器官，可分為人造軟組織和人造硬組織兩類。詳見表4。
醫用高分子材料屬于交叉科學、邊緣科學，涉及高分子材料、有機/無機化學、生物化學、光/電學等眾多科學領域。醫用高分子材料是目前發展非常迅速的一個領域，高分子材料在高分子藥物、高分子組織器官、醫用材料定向給藥、器官替代、外科整形和拓展治療范圍方面作出了令人驚奇的貢獻，但目前大多數材料還處于基礎研究階段。因此，根據生物學原理指導現有材料的改進和更新，是當前醫用高分子材料科學與組織工程發展的一個重要方面。
未來我國醫用高分子材料市場潛力巨大、充滿發展機遇。一方面，國家政策推動, 《“十三五”生物產業發展規劃》強調要大幅提升生物醫藥及高性能醫療器械領域的新材料應用水平；另一方面，有巨大的市場需求,我國人均醫療器械費用遠低于其他發達國家。疊加我國巨大的人口基數、城鎮化、老齡化、以及職工醫療保險、城鎮醫療保險、農村醫療保險（新農合）廣覆蓋的發展趨勢刺激，必將產生巨大的醫療保健需求市場，所需高分子材料水漲船高，據保守估計市場規模將超過6000億元。我國醫用高分子新材料產業與國外差距主要在高品質的新材料。我國缺乏超前的研發優勢和研發成果的實用化開發力度，目前主要還是以仿制為主。另外，雖然很多新材料已有能力生產，可是相關專利繞不開。醫用塑料由于要與藥液或人體接觸，對其的基本要求是具有化學穩定性和生物安全性。醫療器械可細分為體外診斷、醫用耗材、醫療設備、制藥裝備。由于塑料具有成本低、容易加工、質輕堅韌等特點，在醫療器械中獲得大量應用。
根據醫療器械不同的使用環境，對高分子材料提出的要求也不同，但一般來說應該具有下列性能：
1、物理力學性能良好，能夠滿足相關功能的需求；
2、耐化學性能良好，能滿足使用環境內的服役期限，經消毒不會影響相關性能；
3、成型加工性能好，易加工成各種形狀制品；
4、無毒、無“三致”(致癌、致畸、致基因突變)作用，無熱源反應，溶出物及可溶出物含量低；
5、不破壞鄰近組織，不干擾機體的免疫機制，不引起材料表面鈣化；
6、有較好的抗凝血性能，材料與血液接觸時，不引起溶血后血球減少，不造成血中蛋白質變性，不破壞血液的有形成分；
7、材料植入體內時有足夠的穩定性，且長期使用力學性能不發生明顯變化(不包括降解材料)。
常用的醫用塑料的材料大約有十幾種，聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚氨酯（PU）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚碳酸酯（PC）、聚苯乙烯(PS)等，PVC和PE用量最大，各占28%和24%；PS占18%；PP占16%；工程塑料占14%。
PVC是一種低成本的無定型塑料，具有優良的耐化學品性和抗微生物性。據市場估計，PVC占據醫用塑料市場的28%。優點是PVC樹脂的成本較低、應用范圍廣闊、及其易加工。而缺點是，PVC作為極性材料對某些藥物有吸附作用，且增塑劑DEHP可能析出危害人體。
醫學應用的PVC產品有：血袋、血液透析管路、呼吸面罩、吸氧管、尿袋、人工耳鼻等。
PE是產量最大的通用塑料，具有加工性能良好、成本低、無毒無味、生物相容性良好等優點。普通PE通常可用于藥瓶、針帽、注射器推桿、輸液器流量調節器、輸液器和注射器的包裝袋等。
UHMWPE（超高分子量聚乙烯）是特種工程塑料，具有抗沖性高、耐磨性強（塑料之冠）、摩擦系數小、生物惰性和較好的吸能特性，其耐化學藥品性可與PTFE媲美，是人造臀、人工關節的理想材料。
PP具有優良的耐化學品性、抗疲勞性，耐熱性好，能在100℃以上的溫度下進行消毒滅菌。易于加工，沒有環境應力開裂問題。醫用PP具有較高的透明度、較好阻隔性和耐輻射性。
可應用于輸液袋、一次性注射器、連接件、腸外注射營養包裝、滲析膜等。
PS在醫療領域的用量僅次于PVC和PE，質地硬而脆，有較高的熱膨脹系數，因此，限制了它在工程上的應用。近幾十年來，發展了改性聚苯乙烯和以苯乙烯為基體的共聚物，在一定程度上克服了聚苯乙烯的缺點。K樹脂就是其中的一種。
K樹脂是以苯乙烯、丁二烯為單體，聚合而成的一種嵌段共聚物。其主要特性是兼有高透明性和良好的抗沖擊性，密度小、著色力強，加工性能優異、無毒性。
K樹脂主要應用在加工技術難度大、技術含量高、附加值高的醫用塑料制品上，如人工肺-氧合器的變溫室、動脈血管出口、回收器動脈出口、心臟內吸引頭、主動脈插管、血液過濾器、透吸器、變溫器等。
ABS塑料是丙烯腈(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)三種單體的三元共聚物，具有一定的剛性、硬度、耐沖擊和耐化學性能、耐輻射和耐環氧乙烷消毒。
ABS在醫療上的應用主要用作外科工具、滾筒夾子、塑料針、工具盒、診斷器件和助聽器外殼，特別是一些大型醫療設備的外殼。
PC的特點是較高的韌性、強度和耐熱蒸汽消毒，這些特點使得PC優先選擇成為血液滲析過濾器、外科工具柄和氧氣罐；PC在醫學上的應用還包括無針注射體系、灌注儀器、血液離心機碗和活塞。
PTFE是氟塑料的一種，被稱為塑料王，有已知塑料中具有最低的摩擦系數和最好的耐化學性。生物相容性和抗凝血性好，不分解，植入人體內無不良反應且老化不明顯，耐熱性極好，連續使用溫度260℃，可采用高溫消毒。在醫學領域被廣泛用于各類人工氣管、食管、膽管、尿道和人工腹膜、腦硬膜及人工皮膚、人工骨骼等。
熱塑性聚氨酯彈性體（TPU）具有優異的低溫柔韌性和抗水解、抗凝血性、抗微生物攻擊性，可用于醫療導管、人工心臟、氧氣面罩、藥物釋放裝備、IV連接器、血壓計的橡皮囊袋、皮外給藥的裹傷布等。
生物可降解塑料是一類理想的醫療材料，惰性醫用材料（即性能較穩定的普通醫用材料）普遍存在長期相容性差和需要二次手術的問題，而可降解材料規避了這些缺點。常用的醫用可降解材料有聚乳酸(PLA)、聚己內酯(PCL)等。
PCL具有良好的生物降解性、藥物透過性、能夠長時間穩定釋放藥物。PCL與生物細胞相容性很好，細胞可在其基架上正常生長，并可降解成CO2和H2O。用于藥物緩釋載體、整容材料、血管支架、手術縫合線、細胞組織培養基架等。
PLA力學性能良好、生物相容性良好，可用于醫用縫合及植入物。而且PLA產品表面可形成弱酸性環境，有抑菌和防霉作用，如果輔助使用其他抗菌劑可以達到 90%以上的抗菌率，可用于產品的抗菌包裝。
參考資料：簡述醫用高分子材料的發展與應用，汪曉鵬
原文始發于微信公眾號（艾邦醫用高分子）：醫用高分子材料的種類及市場前景
