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聚氨酯在醫(yī)學方面的應(yīng)用及趨勢
2014-02-13 徐珊 醫(yī)療器械創(chuàng)新網(wǎng)
本文由中國醫(yī)療器械行業(yè)協(xié)會徐珊撰寫
用于醫(yī)院治療疾病和置于人體內(nèi)代替某些器官或組織的符合一定衛(wèi)生標準的橡膠制品。可分為體外用和體內(nèi)用兩大類。所用橡膠有硅橡膠、天然橡膠及PU(聚氨酯)等。從醫(yī)用橡膠制品的發(fā)展趨勢和醫(yī)療市場的需求來看,其品種、數(shù)量、用量在不斷增加,用途也在不斷擴大。今后,隨著橡膠加工技術(shù)和醫(yī)療技術(shù)的不斷提高,相信會有更好的醫(yī)用橡膠制品投入臨床應(yīng)用,以滿足廣大患者的需要。
聚氨酯
聚氨酯彈性體(PU)是由軟鏈段和硬鏈段交替鑲嵌組成的、含有許多—NHCOO—基團的極性高聚物,通過選擇適當?shù)能洝⒂叉湺谓Y(jié)構(gòu)及其比例,就可以合成出來既具有良好的物理機械性能,又具有血液相溶性和生物相溶性的醫(yī)用高分子材料。其中,在醫(yī)療中使用的聚氨酯彈性體主要是熱塑性聚氨酯(TPU)彈性體。TPU是由軟段(長鏈的低聚二醇)及(二異氰酸酯及擴鏈劑)所組成的線型嵌段聚合物,聚氨酯分子結(jié)構(gòu)中的軟硬段存在著極性的相溶性。由于TPU加工方便,性能優(yōu)異,已被廣泛應(yīng)用于制備多種醫(yī)療及保健產(chǎn)品。
聚氨酯特性：
聚氨酯彈性體之所以能廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學領(lǐng)域,與它所具備的優(yōu)異性能是分不開的。其主要性能有
1)優(yōu)良的凝血性能;(2)毒性實驗結(jié)果符合醫(yī)用要求;(3)臨床應(yīng)用中生物相容性好,無致畸變作用,無過敏反應(yīng),可解決天然乳膠醫(yī)用制品固有的“蛋白質(zhì)過敏”和“致癌物亞硝氨析出”兩大難題,從而成為很多天然乳膠醫(yī)用制品的換代材料;(4)具有優(yōu)良的韌性和彈性,加工性能好,加工式多樣,是制作各種醫(yī)用彈性體制品的首選材料;(5)具有優(yōu)異的耐磨性、軟觸感、耐濕性、耐多種化學藥品性能;(6)能采用通常的方法滅菌,暴露在γ射線下性能不變。
聚氨酯在醫(yī)學方面的應(yīng)用：
自20世紀50年代，聚氨酯首次應(yīng)用于生物醫(yī)學上算起，40多年來，聚氨酯彈性體在醫(yī)學上的用途日益廠泛。1958年，聚氨酯首次用于骨折修復材料，而后又成功地應(yīng)用于血管外科手術(shù)縫合用補充涂層。20世紀70年代開始，聚氯酯作為一種醫(yī)用材料已倍受重視。到了20世紀80年代，用聚氨酯彈性體制造人工心臟移植手術(shù)獲得成功，使聚氨酯材料在生物醫(yī)學上的應(yīng)用得到進一步的發(fā)展。
目前在醫(yī)學上，特別是在制造植入人體的各種醫(yī)療用品方面有著廣泛的用途，應(yīng)用領(lǐng)域包括人工心臟瓣膜、人工肺、骨粘合劑、人工皮膚與燒傷敷料、心臟起博器導線、縫線、各種夾板、導液管、人工血管、氣管、插管、齒科材料、計劃生育用品等。聚氨酯彈性體材料在醫(yī)療方面的應(yīng)用見表。
隨著聚氨酯在醫(yī)學生物領(lǐng)域中用途的不斷拓寬,聚氨酯不能自然降解的缺點也日益成為其發(fā)展的障礙,帶來了廢棄物污染環(huán)境的問題,因此,開發(fā)可生物降解的聚氨酯材料成為解決這一難題的關(guān)鍵。現(xiàn)已開發(fā)的可生物降解的聚氨酯主要有以下幾種
1)低聚糖衍生聚氨酯;(2)木質(zhì)素、單寧及樹皮衍生聚氨酯;(3)纖維素衍生聚氨酯;(4)淀粉衍生聚氨酯;(5)其他類型可生物降解聚氨酯。聚氨酯生物降解的過程可分為兩個階段
1)天然高分子化合物的降解使聚氨酯在表面上形成許多微孔;(2)產(chǎn)生的微孔使得微生物容易侵襲其內(nèi)部的天然高分子化合物,在內(nèi)部形成微孔,加速聚氨酯的降解,直至聚氨酯完全降解。由于聚氨酯具有良好的生物相容性和抗血栓性,因此,可生物降解聚氨酯在生物醫(yī)學領(lǐng)域具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
具有記憶功能的聚氨酯稱為室溫形狀記憶性聚氨酯,其工作原理是利用硬段和軟段二相之間的玻璃化溫度的差別來實現(xiàn)形狀記憶過程。它可用于制作各種矯形、保形用品,如:牙科矯形器、骨科矯形器、繃帶、乳罩、腹帶等,可以先做成所希望的形狀,在使用時再加熱,使其恢復原形,從而達到預期的效果。形狀記憶聚氨酯的應(yīng)用前景廣闊,但它成本高,加工性差,實現(xiàn)通用化的難度依然很大。從其發(fā)展而言,改善其恢復性形狀溫度的精確性,應(yīng)為研究的重點。只有準確地恢復溫度,形狀記憶制品才有使用性。
目前,TPU在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的開發(fā),正向生物工程、細胞工程、免疫工程等方面迅速發(fā)展。從長遠看,組織工程是生物醫(yī)學工程領(lǐng)域一個快速發(fā)展的新方向,這門交叉科學的核心是應(yīng)用生物學和工程學的原理和方法來發(fā)展具有生物活性的人工替代品,用以維持、恢復或提高人體組織功能。因此,為了獲得更長遠的發(fā)展,必須對聚氨酯這種生物材料進行改性,才能適應(yīng)組織工程的發(fā)展。
聚氨酯應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢：
與國外同類產(chǎn)品相比，國內(nèi)醫(yī)用聚氨酯彈性體研發(fā)仍存在品種少、規(guī)模小、價格高等不足，聚氨酯只占一小部分份額。美國等國家的醫(yī)用聚氧酯材料早已商業(yè)化，新材料、新用途仍在開發(fā)之中，醫(yī)療用品對合成材料的性能有嚴格的要求，研究中需相關(guān)醫(yī)療單值的支持配合。
國內(nèi)不少單位從事過或正在從事醫(yī)用聚氨酯的研究，如山西省化工研究所，中山大學、上海橡膠工業(yè)制品研究所、江蘇省化工研完所等。但推廣應(yīng)用不夠、影響不大,與發(fā)達國家相比差距很大。因此，自主創(chuàng)新，降低成本，進行高性能，系列化、規(guī)模化醫(yī)用聚氨酯彈性體研發(fā)，成為國內(nèi)醫(yī)用聚氨酯界的發(fā)展方向。目前國外代表性的醫(yī)用聚氨酯產(chǎn)品，見表
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