六种用途的医用高分子材料的分析、选择、改性

项目 20 的六组任务 第一组：请为人工脂肪的生产选择合适的高分子材料； 第二组：请为人工血浆的生产选择合适的高分子材料； 第三组：请为人工心脏的生产选择合适的高分子材料； 第四组：请为人工肝脏的生产选择合适的高分子材料； 第五组：请为人工喉的生产选择合适的高分子材料； 第六组：请为人工食道的生产选择合适的高分子材料。

教学目的

通过对项目 20 所涉及到六种用途的医用高分子材料的分析、选择、改性的整个实施过程，使学生进一步了解并掌握完成一个完整项目的每个细节，初步形成实施每个细节过程的能力，最终达到根据产品需要对高分子材料进行合理分析、合理选择、合理改性的总能力；进而结合学生所选择出来的材料从理论上归纳、总结与高分子物理的研究对象直接相关的结构与性能的关系；同时在完成项目过程中对课程整体方案所规定的拓展能力进行初步的锻炼。

能力（技能）目标 能根据医用高分子的不同用途要求，合理的

选择高分子材料；并能合理的分析所选择材料的结构、性能；如果不能直接选择到合适材料时，能 提出合理的改进意见与方案。

知识目标 被选用的高分子材料的主要结构特征、主要

性能及应用范围。 其中第 20 个项目重点学习医用高聚物材料性

能的知识。

素质目标 初步建立良好的学习方法； 资料收集的方法； 处理问题的方法； 团队合作的意识； 用户至上的意识； 安全环保意识； 表述与合理辩解能力。

参考资料 潘文群 , 高分子材料分析与测试 . 化学工业出版社

2005 ； 戚亚光 , 高分子材料改性 . 化学工业出版社 ,2005 ； 聂垣凯 , 橡胶材料与配方 , 化学工业出版社 , 2004 ； 王文广 , 塑料材料的选用 . 化学工业出版社 , 2002 ； 高俊刚 , 高分子材料 . 化学工业出版社 , 2002 ； 桑永 , 塑料材料与配方 . 化学工业出版社 , 2001

一、医用类塑料原料的性能要求 用于医学的塑料原料要求具有很高的性能，除具有

优异的耐生物老化性、生理相容性、抗血栓性及卫生性等性能外，还要具有一定的机械性能和耐热性能，下面具体介绍这些性能。

(1) 一定的力学性能 要求材料具有适当的拉伸强度、冲击强度、耐应力开裂性、硬度及耐磨性等，适应不同用途的需要。如用于人工牙齿的材料要求具有优异的压缩强度、耐应力开裂性、硬度及耐磨性能，使之不易开裂和磨损；用于人工骨的材料要求具有优异的硬度、刚性、弯曲强度及冲击强度，使之不易变形和折断。

(2) 优异的化学稳定性能 永久与人体接触或植大人体内的医用塑料制品，长 期与人体内的体液、血 液、细菌及各种水、酸、碱、盐等介质接触，这就要求其具有优良的耐化学腐蚀性和耐生物老化性，使其可长期 ( 一般 50a) 保持原有的性能，以发挥其应有的作用。如硅橡胶的化学稳定性很好，在人体内放置 17 个月后，其强度仅下降 2% 左右。

(3) 优异的生理相容性能 植入人体或与人体长期接触的医用塑料制品，必须不能引起人体肌肉、神经系统或器官的不良反应，如引起肌体的炎症、病变及不舒服感等，要与人体有机地结合在一起。在所有塑料材料中，具有惰性及低吸水性的品种大都具有良好的生理相容性，具体有硅橡胶、氟塑料及聚氨酯弹性体等品种。

(4) 优异的抗血栓性能 医用塑料制品在人体内与血液长期接触时不能引起血液的凝结，防 止有最终导致血栓形成的可能。不同塑料的抗血栓性能不同，具体参见表 20-1 所示。

表 20-1 不同塑料的凝血率名称 SiO2填充硅橡胶 碳黑填充硅橡胶 氟塑料 聚氨酯 PA6凝血率 /% 0.12 0.18 0.21 0.28 0.46

从表中可以看出，抗血栓较好的塑料品种有：有机硅、氟塑料及聚氨酯等。其中以有机硅塑料薄膜的抗血栓效果最好，但也有报道说

改性聚氨酯的抗血栓性能已超过有机硅。

(5) 优异的卫生性能 用于医用塑料制品的塑料原料绝对不能有一丝毒性，不 能引起如癌变等疾病的产生。这就要求不仅树脂原料纯洁无毒，还要求各种添加剂也要纯洁无毒。

(6) 可进行各种消毒处理 医用塑料制品选用的原料虽然无毒，但在加工、贮存及运输过程中难免受到污染，因而在具体使用前要进行消毒处理。要求制品具有耐各种处理方法的能力，如煮沸、高温蒸汽、药物浸泡、气体熏及辐射处理等。

二、常用的医用塑料制品 医用塑料制品的种类很多，按与人体的接触关系可

分成植入人体类、长期与人体接触类及短期与人体接触类三种。

(1) 植人人体类 这类医用塑料制品长期放置在人体内，可永久替代人体的器官。对这类塑料原料的要求最高，要求其具有优异的耐化学性能、耐生物老化性能、生理相容性能、卫生性能及抗血栓性能等，其使用寿命一般要达到 50a 以上。这类医用塑料制品的具体品种有：人工心脏、人工心脏瓣膜、人工血管、人工食道、人工胆管、人工尿道、人工肾、人工肺及人工肝等。

(2) 长期与人体接触类 这类医用塑料制品不植入人体内，但长期与人体接触，成为人体的一部分。如用于修复人体部分缺陷的材料，最近几年发展起来的介入材料如介入扩张血管器及介入送药器等。对这类塑料的性能要求也很高，基本上与植入人体内材料的要求相同。这类医用塑料制品的具体品种有：人工皮肤、人造乳房、人工骨、人工牙、人工鼻、假肢及角膜接触眼镜等。

(3)短期与人体接触类 这类医用塑料制品有时植入人体内，但不与人体长期接触，在完成其使用功能后，即离开人体。这类医用塑料制品属于医疗器械类，主要要求其卫生性能、生理适应性及可耐灭菌处理性要好，而对其耐生理老化性及抗血栓性要求不高。

这类医用塑料制品的具体品种有：医用容器如输液瓶、输液袋、输血袋及血袋等，一次性医疗器械如注射器、输液器、输血器、手术工具及各种导管，检验器具如胃镜等。

三、常用医用塑料制品用原料的选用 各类医用塑料制品的具体选用原料参考表 2

0-2 、表 20-3 。

下面介绍几种常用的医用塑料原料。 (1) 聚醚氨酯 聚醚氨酯是最常用的医用塑料原

料之一，它具有优异的生理相容性及抗血栓性能。其组成为聚四亚甲基醚醇与二异氰酸酯反应形成预聚体，加入二元胺或二元醇为扩链剂，最后形成聚醚氨酯。

据报道，日本近年开发一种改性含氟聚醚氨酯，其抗血栓性及力学性能更优异。聚醚氨酯主要用于人工心脏、人工心脏瓣膜、人工血管、人工导管、人工肾、额面修复材料、人工软骨、假肢及人工皮肤等。

(2) 硅橡胶 同聚醚氨酯一样，硅橡胶也是最常用的医用塑料原料之一，它具有优异的耐生物素化性及抗血栓性，但耐挠曲性能一般。硅橡胶主要用于人工心脏、人工心脏瓣膜、人工血管、心脏起搏器、人工气管、人工食道、人工胆管、输尿管、人工硬脑膜、人工喉、人工膀胱、人工关节、人工软骨及牙托等。

(3) 氟塑料 氟塑料具有优异的耐腐蚀性及耐生物老化性，与 人体生理相容性好。在 众多氟塑料品种中，以 F4 和 F4∙6 最为常用。

氟塑料常用于人工血管、人工心脏、人工心脏瓣膜、人工食管、人工气管、胆管、尿管、人工脑膜 (单面多孔 ) 、人工硬脑膜 (多孔 )及人工健等。

(4) 聚甲基丙烯酸甲酯类 聚甲基丙烯酸甲酯类主要包括聚甲基丙烯酸甲酯及其衍生物，它 是最早用于人造头盖骨的塑料材料。目前主要用于人工心脏、人工心脏瓣膜、人工骨、人工牙、接触眼镜及人工角膜等。

(5) 聚酰胺类 聚酰胺类主要用于人工血管、人工硬脑膜、人工骨、人工牙、人工键、关节及节育器等。

(6)超高分子量聚乙烯 具有良好的生理相容性及生理惰性，是一种新开发的医用高分子材料。主要用于心脏瓣膜、人工关节及节育用品。

项目 20 的总结部分

PE

PA

F4

PP

项目 20 的总结部分

PE 、 EVA

硅橡胶

项目 20 的总结部分

PET

PVC/PVDC

医用 PLA

TPU

项目 20 的总结部分

EVOH

LPLA

增韧 PA

AS （ SAN ）

苯乙烯 - 丙烯腈

PLA 凝胶

项目 20 的总结部分

羧基 PLA

多孔降解支架

项目 20 的总结部分

PLA 及共聚物

利用生降解物膜的呼吸机

SEP

HPVA

项目 20 的总结部分

吸水高分子

项目 20 的总结部分

医用 PC

项目 20 的总结部分

PU 绷带

项目 20 的总结部分

项目 20 引深部分内容　　设想若干年后可能出现的新型医用高分子材料是怎样的？

项目 21 布置 第一组：请为富氧膜的生产选择合适的高分子材料； 第二组：请为氢气分离的生产选择合适的高分子材料； 第三组：请为海水淡化处理膜的生产选择合适的高分子材料； 第四组：请为污水处理用分离膜的生产选择合适的高分子材

料； 第五组：请为透析用膜的生产选择合适的高分子材料； 第六组：请为二氧化碳分离膜的生产选择合适的高分子材料