醫(yī)用高分子材料的發(fā)展并非新鮮課題，人類很早以前就開始使用各種材料應(yīng)用于醫(yī)療實(shí)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(bǔ)受傷的顱骨。在公元前500年的中國和埃及墓葬中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有假手、假鼻、假耳等假體。
近現(xiàn)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(shí)踐。1949 年，美國首先發(fā)表了醫(yī)用高分子的展望性論文，第一次介紹了利用有機(jī)玻璃——聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作為人的頭蓋骨、關(guān)節(jié)和股骨，利用聚酰胺纖維作為手術(shù)縫合線的臨床應(yīng)用情況。
20 世紀(jì)50年代，有機(jī)硅聚合物被用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，使人工器官的應(yīng)用范圍大大擴(kuò)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(yè)發(fā)達(dá)國家不斷有文章報(bào)道,有些并已在臨床上得到應(yīng)用。
? ? ??手術(shù)縫合線 ?圖源：網(wǎng)絡(luò)
中國研究開發(fā)歷史較短,20世紀(jì)世紀(jì)70年代開始進(jìn)行人工器官的研制, 并有部分器官進(jìn)入臨床應(yīng)用。1980年成立了中國生物醫(yī)療工程學(xué)會(huì)，并于1982年又成立了中國醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)人工臟器及生物材料專業(yè)委員會(huì), 使得生物醫(yī)學(xué)器材獲得進(jìn)一步發(fā)展。生物醫(yī)用高分子材料科學(xué)是高分子材料和醫(yī)學(xué)的一門交叉科學(xué)。融合了高分子化學(xué)和物理、高分子材料工藝學(xué)、藥理學(xué)、病理學(xué)、解剖學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)等方面的知識(shí),還涉及許多組織工程學(xué)問題。
此后，一大批人工器官試用于臨床，20世紀(jì)80年代，醫(yī)用高分子材料開始進(jìn)入一個(gè)嶄新的發(fā)展時(shí)期。高分子醫(yī)用材料大量用于新型醫(yī)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(guān)節(jié)、人工骨、整形材料等。
? ? ? ?一些醫(yī)用高分子材料 ?圖源：網(wǎng)絡(luò)
當(dāng)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(zhì)，醫(yī)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(huán)境下呈現(xiàn)化學(xué)和物理惰性的材料，其在生理環(huán)境中能夠長期保持穩(wěn)定，不發(fā)生降解、交聯(lián)和物理磨損等化學(xué)反應(yīng)和物理反應(yīng)，并具有良好的力學(xué)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(yī)學(xué)領(lǐng)域中主要用于體內(nèi)植入材料（implants），如人工骨和骨關(guān)節(jié)材料，器官修復(fù)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(fù)和制造人工器官、人造臟器、喉頭、氣管、角膜、人工關(guān)節(jié)、人造血管、接觸鏡和黏結(jié)劑等。
生物降解高分子材料是指在一定的條件下、一定的時(shí)間內(nèi)能被細(xì)菌、霉菌、藻類等微生物降解的高分子材料。醫(yī)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(nèi)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(huán)境中發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞，且降解產(chǎn)物能通過正常的新陳代謝被機(jī)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(shù)縫合線、骨外科手術(shù)過程中的骨骼固定的骨水泥、骨丁等。
近年來，生物醫(yī)用高分子的增長率高達(dá)50%。醫(yī)療器械加工將呈現(xiàn)出國際化、新材料、零缺陷、微型化的趨勢。
新材料如瓦克化學(xué)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(yī)用導(dǎo)管和球囊、密封件/閥門/膜片、面罩、醫(yī)用管道、整形外科、傷口護(hù)理，是良好機(jī)械性能與醫(yī)療安全性相結(jié)合應(yīng)用領(lǐng)域的首選；
吉力士提供行業(yè)中品種最廣的各種軟觸感熱塑彈性體TPE材料，廣泛應(yīng)用于手術(shù)排液軟管、止血帶、蠕動(dòng)泵軟管、導(dǎo)尿軟管、彈性手術(shù)室?guī)煛焸闷罚ò噹z布）、一次性使用的手術(shù)、急救擔(dān)架束縛系統(tǒng)、止血帶、注射針筒的組件（包括推桿頂端、塞子和蓋子）、驗(yàn)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(yī)療儀器把柄等的生產(chǎn)；
陶氏化學(xué)的VERSIFYTM塑性體和彈性體、ASPUNTM 纖維級(jí)樹脂、ELITETM增強(qiáng)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(yī)療設(shè)備和裝置，藥品包裝，保健衛(wèi)生用品生產(chǎn)；
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(yī)學(xué)整形領(lǐng)域中廣范應(yīng)用。
醫(yī)用微擠出成型技術(shù)如GuillTool&Extrusion公司MediFlow系統(tǒng)可用來擠出直徑僅為0.0508 mm的醫(yī)用導(dǎo)管，可應(yīng)用于微創(chuàng)手術(shù)等醫(yī)療領(lǐng)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(jìn)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(jìn)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。
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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(shè)備，包括人造心臟、人造腎臟、人造肺、人造肝臟等內(nèi)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(bǔ)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(nèi)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(yī)用高分子材料屬于交叉科學(xué)、邊緣科學(xué)，涉及高分子材料、有機(jī)/無機(jī)化學(xué)、生物化學(xué)、光/電學(xué)等眾多科學(xué)領(lǐng)域。醫(yī)用高分子材料是目前發(fā)展非常迅速的一個(gè)領(lǐng)域，高分子材料在高分子藥物、高分子組織器官、醫(yī)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(xiàn)，但目前大多數(shù)材料還處于基礎(chǔ)研究階段。因此，根據(jù)生物學(xué)原理指導(dǎo)現(xiàn)有材料的改進(jìn)和更新，是當(dāng)前醫(yī)用高分子材料科學(xué)與組織工程發(fā)展的一個(gè)重要方面。
未來我國醫(yī)用高分子材料市場潛力巨大、充滿發(fā)展機(jī)遇。一方面，國家政策推動(dòng), 《“十三五”生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》強(qiáng)調(diào)要大幅提升生物醫(yī)藥及高性能醫(yī)療器械領(lǐng)域的新材料應(yīng)用水平；另一方面，有巨大的市場需求,我國人均醫(yī)療器械費(fèi)用遠(yuǎn)低于其他發(fā)達(dá)國家。疊加我國巨大的人口基數(shù)、城鎮(zhèn)化、老齡化、以及職工醫(yī)療保險(xiǎn)、城鎮(zhèn)醫(yī)療保險(xiǎn)、農(nóng)村醫(yī)療保險(xiǎn)（新農(nóng)合）廣覆蓋的發(fā)展趨勢刺激，必將產(chǎn)生巨大的醫(yī)療保健需求市場，所需高分子材料水漲船高，據(jù)保守估計(jì)市場規(guī)模將超過6000億元。
我國醫(yī)用高分子新材料產(chǎn)業(yè)與國外差距主要在高品質(zhì)的新材料。我國缺乏超前的研發(fā)優(yōu)勢和研發(fā)成果的實(shí)用化開發(fā)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(chǎn)，可是相關(guān)專利繞不開。
醫(yī)用塑料由于要與藥液或人體接觸，對(duì)其的基本要求是具有化學(xué)穩(wěn)定性和生物安全性。醫(yī)療器械可細(xì)分為體外診斷、醫(yī)用耗材、醫(yī)療設(shè)備、制藥裝備。由于塑料具有成本低、容易加工、質(zhì)輕堅(jiān)韌等特點(diǎn)，在醫(yī)療器械中獲得大量應(yīng)用。
根據(jù)醫(yī)療器械不同的使用環(huán)境，對(duì)高分子材料提出的要求也不同，但一般來說應(yīng)該具有下列性能：
1、物理力學(xué)性能良好，能夠滿足相關(guān)功能的需求；
2、耐化學(xué)性能良好，能滿足使用環(huán)境內(nèi)的服役期限，經(jīng)消毒不會(huì)影響相關(guān)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(yīng)，溶出物及可溶出物含量低；
5、不破壞鄰近組織，不干擾機(jī)體的免疫機(jī)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(shí)，不引起溶血后血球減少，不造成血中蛋白質(zhì)變性，不破壞血液的有形成分；
7、材料植入體內(nèi)時(shí)有足夠的穩(wěn)定性，且長期使用力學(xué)性能不發(fā)生明顯變化(不包括降解材料)。
常用的醫(yī)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(yōu)良的耐化學(xué)品性和抗微生物性。據(jù)市場估計(jì)，PVC占據(jù)醫(yī)用塑料市場的28%。優(yōu)點(diǎn)是PVC樹脂的成本較低、應(yīng)用范圍廣闊、及其易加工。而缺點(diǎn)是，PVC作為極性材料對(duì)某些藥物有吸附作用，且增塑劑DEHP可能析出危害人體。
醫(yī)學(xué)應(yīng)用的PVC產(chǎn)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(chǎn)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(yōu)點(diǎn)。普通PE通常可用于藥瓶、針帽、注射器推桿、輸液器流量調(diào)節(jié)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(qiáng)（塑料之冠）、摩擦系數(shù)小、生物惰性和較好的吸能特性，其耐化學(xué)藥品性可與PTFE媲美，是人造臀、人工關(guān)節(jié)的理想材料。
PP具有優(yōu)良的耐化學(xué)品性、抗疲勞性，耐熱性好，能在100℃以上的溫度下進(jìn)行消毒滅菌。易于加工，沒有環(huán)境應(yīng)力開裂問題。醫(yī)用PP具有較高的透明度、較好阻隔性和耐輻射性。
可應(yīng)用于輸液袋、一次性注射器、連接件、腸外注射營養(yǎng)包裝、滲析膜等。
PS在醫(yī)療領(lǐng)域的用量僅次于PVC和PE，質(zhì)地硬而脆，有較高的熱膨脹系數(shù)，因此，限制了它在工程上的應(yīng)用。近幾十年來，發(fā)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(diǎn)。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(qiáng)，加工性能優(yōu)異、無毒性。
K樹脂主要應(yīng)用在加工技術(shù)難度大、技術(shù)含量高、附加值高的醫(yī)用塑料制品上，如人工肺-氧合器的變溫室、動(dòng)脈血管出口、回收器動(dòng)脈出口、心臟內(nèi)吸引頭、主動(dòng)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(xué)性能、耐輻射和耐環(huán)氧乙烷消毒。
ABS在醫(yī)療上的應(yīng)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(yī)療設(shè)備的外殼。
PC的特點(diǎn)是較高的韌性、強(qiáng)度和耐熱蒸汽消毒，這些特點(diǎn)使得PC優(yōu)先選擇成為血液滲析過濾器、外科工具柄和氧氣罐；PC在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用還包括無針注射體系、灌注儀器、血液離心機(jī)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(shù)和最好的耐化學(xué)性。生物相容性和抗凝血性好，不分解，植入人體內(nèi)無不良反應(yīng)且老化不明顯，耐熱性極好，連續(xù)使用溫度260℃，可采用高溫消毒。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)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(yōu)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(yī)療導(dǎo)管、人工心臟、氧氣面罩、藥物釋放裝備、IV連接器、血壓計(jì)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(yī)療材料，惰性醫(yī)用材料（即性能較穩(wěn)定的普通醫(yī)用材料）普遍存在長期相容性差和需要二次手術(shù)的問題，而可降解材料規(guī)避了這些缺點(diǎn)。常用的醫(yī)用可降解材料有聚乳酸(PLA)、聚己內(nèi)酯(PCL)等。
PCL具有良好的生物降解性、藥物透過性、能夠長時(shí)間穩(wěn)定釋放藥物。PCL與生物細(xì)胞相容性很好，細(xì)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(shù)縫合線、細(xì)胞組織培養(yǎng)基架等。
PLA力學(xué)性能良好、生物相容性良好，可用于醫(yī)用縫合及植入物。而且PLA產(chǎn)品表面可形成弱酸性環(huán)境，有抑菌和防霉作用，如果輔助使用其他抗菌劑可以達(dá)到 90%以上的抗菌率，可用于產(chǎn)品的抗菌包裝。
參考資料：簡述醫(yī)用高分子材料的發(fā)展與應(yīng)用，汪曉鵬
原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（艾邦醫(yī)用高分子）：醫(yī)用高分子材料的種類及市場前景
