生物医用高分子材料绪论课件.ppt

生物高分子及制品,注射器,输液器,人工心脏,人工皮肤,人工肾,透析机,人工骨,人工肺-1,人工肺-2,人工肝,人工髋关节,人工血管,内容,第一章 绪论 第二章 高分子和生物体系的相互作用 第三章 生物相容性材料 第四章 人工器官用材料 第五章 医疗诊断用高分子材料 第六章 药物缓释 第七章 材料的安全性评价 第八章 介绍医用高分子材料的构造、形态、机能 和医用材料的设计,第一章 绪论,1.1 生物医用高分子 生物医用高分子材料（Biomedical polymer materials）是指在生物以及医学等方面所使用的高分子材料。生物医用高分子材料与生物高分子，或生物大分子的区别的。,第一章 绪论,生物医用高分子材料是功能性高分子材料（Functional polymer materials）中的重要组成部分。功能性高分子材料，顾名思义就是具有一定，或者是具有特定功能性的高分子材料。,1.1.1 高分子科学、技术的进步和医用材料,高分子科学和技术是20世纪开始发展起来的。高分子领域的巨大变革，高分子科学与技术得到不断发展。生物医用高分子材料也不断发展。,第一章 绪论,表1-1高分子科学和技术的进步 年代 高分子科学与技术的进步1920年代 大分子学说的提出（Staudinger）,第一章 绪论,Born March 23,1881(1881-03-23)Worms,Grand Duchy of Hesse,German EmpireDied September 8,1965(aged 84)Freiburg,GermanyNationality GermanyFields Chemistry,表1-1高分子科学和技术的进步 年代 高分子科学与技术的进步1930年代 尼龙的发明（Carothers）(卡罗瑟斯,杜邦公司,“像蛛丝一样细，像钢丝一样强，像绢丝一样美”)1940年代 战争,第一章 绪论,表1-1高分子科学和技术的进步 年代 高分子科学与技术的进步1950年代 高分子科学的基础(Flory)1960年代 高分子工业的发展（量的变化）1970年代 高分子材料的多样化（质的变化）1980年代 其它领域的发展（机能的）1990年代？21世纪？,第一章 绪论,生物材料的历史相对比较短，医疗目的用高分子材料的研究开始于20世纪60年代，美国NIH(National Institute of Health)对人工心脏的研究计划：优异血液相容性的合成材料研究。,第一章 绪论,从医学角度对材料提出了更高的要求，如心、血管医生为防止血液凝固提出了抗血栓材料，肾脏病医生为尽快治疗肾衰竭，提出了血液透析膜的要求。伴随生物材料的研究开发，一些相关的学会和杂志也相继诞生。,第一章 绪论,表1-2 生物材料及人工器官相关主要学会的设立和活动,国家、地区 学会名称 设立或初次会议 会员数(1988)International Biomaterials Symposium 1969-国际 World Biomaterials Congress 1980(4年1次)-International Society for Artificial Organs 1977 1000 American Society for Artificial Internal Organs 1955 1500北美 Society for Biomaterials 1974 1000 Canadian Biomaterials Society 1980-欧洲 European Society for Artificial Organs 1974 450 European Society for Biomaterials 1981-日本人工器官学会 1963 3700日本 高分子学会医用高分子研究会 1972(会议),1978(研究会)170 日本生物材料学会 1978(设立),1979(大会)770 中国生物医学工程学会 1980中国 中国生物医学工程学会 生物材料分会 1981(会议),1989(分会)中国 生物医学工程学会 人工器官分会 1981(会议),1989(分会),第一章 绪论,表1-3 生物材料及人工器官相关主要杂志及创刊时间,创刊年 杂志名 出版国1955 Trans Ameri.Soc.Artif.Intern.Organs US1967 J.Biomedical Mater.Res.US1972 人工脏器 JP1977 Artificial Organs US1979 Annals Biomedical Eng.US1980 Biomaterials UK1982 中国生物医学工程学学报 China1983 生体材料 JP1984 生物医学工程学杂志 China1985 J.Controlled Release The Netherlands1986 J.Bioactive&Compatible Polymers US1989 J.Biomaterials Science-Polymer Edition The Netherlands,第一章 绪论,1.1.2 生物医用材料,生物医用材料的分类及适用范围 1.直接治疗 生物组织：领域：软组织、硬组织 目的：损伤修复、替代 适用：修补材料、人工皮肤、人工晶体、阴形眼镜 人工骨、人工关节、义齿、人工齿根 人工器官 领域：呼吸、循环、血液净化、代谢、免疫 目的：功能辅助、功能代替 适用：人工肺、人工心脏、人工血管、人工血液、人工肾、人工 肝、人工胰、人工肠管、人工免疫系统,第一章 绪论,一般医疗用 目的：外科手术、通用处理用 适用：缝合线、创伤敷料、导尿管、血液通道、止血剂、管路、袋子2.医药、制剂控制释放系统 目的：安定化，控制释放，靶向 适用：荷尔蒙循环系统药物、镇痛药物、抗癌药物、抗生素、免疫功能控制物质的剂形化血液制剂 目的：成分分离 适用：血浆、血小板、白细胞、红细胞,第一章 绪论,3.检查,诊断 功能检查 血细胞机能，微量生理活性成分 细胞标识化、细胞机能检查试药身体检查 生物传感器 生物化学检查用担体、膜,第一章 绪论,图1-1 人体主要器官抽象化的模型 人工器官已经得到广泛发展及应用。但是要完全用人工器官替代人体本身的器官还很困难。,目前，人工器官的研究方法并非只是考虑生体组织和器官的类似，更重要的是采取某种手段使其能够再现人体的组织和器官的功能（和/或功能的以部分）。,第一章 绪论,利用人工器官的治疗方法，从大处可以如下划分：（1）损伤组织和/或器官的替代或修复用；（2）障碍器官功能的辅助或分割代替用。在实用化的人工器官研究中，对材料的研究考虑得更多。,第一章 绪论,在医药方面，利用高分子在以前比较少，近年来迅速增多。主要是利用高分子进行药物控制释放，即药物释放系统（Drug delivery system,简称DDS）。,第一章 绪论,在诊断治疗方面，检查药物和检查方法一般用现代化学方法，然而血清中微量成分测定的高精度化、高速化，血液细胞的特殊活性的评价，使用高分子及其研究愈来愈多。,第一章 绪论,应当注意，前面所述的高分子材料，很少直接使用，而是在加工、成形最后形成制品后开始使用。而且很多场合与其它设备或仪器配套使用。本课程是以最终制品的主要医疗机能分类阐述生物医用高分子材料及其制品。,第一章 绪论,1.2 生物高分子制品生产及消毒,第一章 绪论,1.2.1 生产环境,第一章 绪论,1.2.1 生产环境,第一章 绪论,生产环境 生物医用高分子材料的生产对环境具有一定的要求:无尘、无菌要求。要求具有一定的空气洁净度。空气洁净度是指洁净空气环境中的空气含尘量多少的程度。含尘浓度低的则洁净度高，空气洁净标准或者级别，就是以含尘浓度来划分的。,第一章 绪论,生产环境 空气洁净级别是评价空气洁净环境的核心的指标。洁净室就其控制的对象来说，分工业洁净室和生物洁净室两大类。,第一章 绪论,第一章 绪论,洁净室有三种不同的状态,空态：洁净室竣工还未安装工艺设备，也没有操作人员的状态。静态：工艺设备在已竣工的洁净室内安装调试完毕，但无操作人员的状态。动态：在正常生产运行条件下称为动态。,第一章 绪论,无尘概念,什么是无尘概念？按照国际惯例，无尘净化级别主要是根据每立方米空气中粒子直径大于划分标准的粒子数量来规定。所谓无尘并非100%没有一点灰尘，而是控制在一个非常微量的单位上。标准中符合灰尘标准的颗粒相对于我们常见的灰尘已经是小的微乎其微，但是对于光学构造而言，哪怕是一点点的灰尘都会产生非常大的负面影响。,第一章 绪论,每立方米将小于0.5微米粒径的微尘数量控制在3500个以下，就达到了国际无尘标准的A级。目前应用在芯片级生产加工的无尘标准对于灰尘的要求高于A级。微尘数量被严格控制在每立方米1000个以内，这也就是业内俗称的1K级别。无尘级别表 级别 A级 B级 C级粒径（微米）0.5 0.5 0.5 个数（个）3500 10000 18000,第一章 绪论,如何进入无尘洁净室？,进入无尘洁净室，必须先进入无尘更衣室，穿上无尘帽、无尘口罩、无尘衣、静电防尘手套、无尘裤、无尘靴。经过这套外形很“酷”的防尘装备可将人们身上已有的灰尘隔离在无尘洁净室之外，但这才是第一步。对于生物及医用材料的生产，还有无菌要求。进入洁净室还应当洗手和消毒。,第一章 绪论,第一章 绪论,第一章 绪论,第一章 绪论,洁净室的规划,1.洁净度等级。2.室压之平衡措施。3.温湿度要求。4.机器设备之必要性。5.确定生产流程。6.局部排气之必要性。7.日后扩充弹性。8.足够维护保养空间。9.空调送风方式。10.员工休息区之安排。11.设施与动力之配置。12.室内净高与楼板载重。13.设备空间与管道间。14.门窗宜少，气密性要佳。15.静电、振动及噪音。16.生产线与活动线少交叉。17.公害、污染与防灾。18.安装及运转成本之衡量。,第一章 绪论,第一章 绪论,第一章 绪论,GMP标准及无菌室,GMP为药品生产质量管理规范（Good Manufacturing Practice）的简称，它是指从负责指导药品生产质量控制的人员和生产操作者的素质到生产厂房、设施、建筑、设备、仓储、生产过程、质量管理、工艺卫生、包装材料与标签，直至成品的贮存与销售的一整套保证药品质量的管理体系。,第一章 绪论,的必要条件是指具备一定洁净程度的洁净厂房。目前，洁净医药厂房消防设计执行的是我国于1984年制订的GBJ73-84洁净厂房设计规范，简称洁规，该规范制订时间较早，国家正在修改制订新的规范。,第一章 绪论,1.2.2 消毒,医用高分子制品在出厂前必须按照一定的方法进行消毒灭菌处理。目前医用高分子制品的消毒主要有消毒剂灭菌和辐射灭菌。医用压力蒸汽灭均一般不适合医用高分子制品。,第一章 绪论,A、高压蒸汽消毒,高压蒸汽消毒一般是用湿热空气，分三种：115度饱和蒸汽30分钟；121度饱和蒸汽20分钟；和126度饱和蒸汽15分钟。优点：装置简单，无环境问题。缺点：高温分解，水的残留。,第一章 绪论,第一章 绪论,B、消毒剂灭菌,常用化学消毒剂按其杀灭微生物的效能可分为高效、中效和低效消毒剂三类。高效消毒剂：杀灭包括细菌芽胞和真菌孢子在内的各种微生物，又称灭菌剂，如含氯或含碘消毒剂、过氧乙酸、过氧化氢、臭氧、甲醛、戊二醛和环氧乙烷等；,第一章 绪论,B、消毒剂灭菌,中效消毒剂：杀灭细菌芽胞以外的各种微生物，如乙醇和煤酚皂溶液等；低效消毒剂：只能杀灭一般细菌繁殖体、部分真菌和亲脂性病毒，但不能杀灭结核杆菌、亲水性病毒和细菌芽孢，如洗必泰和新洁尔灭等。,第一章 绪论,消毒剂的选择处理直接接触损伤皮肤粘膜、体液或经皮肤粘膜进入组织器官的物品，应用高效消毒剂，如人工肾复用时用次氯酸钠溶液；处理不进入组织器官或仅接触未破损的皮肤粘膜的物品，可用中效消毒剂。,第一章 绪论,消毒剂的选择化学消毒剂的使用效果手很多因素的影响，如被消毒物品所污染的微生物和有机物种类和数量外；消毒剂的种类、浓度、用量、作用温度和时间等。消毒剂的残留等问题。,第一章 绪论,A.环氧乙烷,环氧乙烷（ethylene oxide sterilization）又名氧化乙烯、氧丙烷。理化性质：液体无色透明，具乙醚气味。能溶于水、乙醇和乙醚，可溶解聚乙烯和聚氯乙烯。常温常压下，为无色气体，可穿透玻璃纸、马粪纸、聚乙烯和聚氯乙烯薄膜。,第一章 绪论,消毒剂介绍,A.环氧乙烷,环氧乙烷，分子式：C2H4O；分子量44.05。毒性：液体接触皮肤可引起刺痛、冷感、红肿、水疱甚至烧伤；吸入过量气体可引起头晕、头痛、恶心和呕吐，严重者可引起肺水肿。消毒方法：液体浸泡消毒；气体熏蒸消毒。,第一章 绪论,消毒剂介绍,A.环氧乙烷,作用原理：是环氧乙烷能与微生物的蛋白质、DNA和RNA发生非特异性烷基化作用，使蛋白质上的羧基、氨基、硫氨基和羟基被烷基化，使蛋白质失去了在基本代谢中需要的反应基，阻碍了细菌蛋白质正常的化学反应和新陈代谢，从而导致微生物的死亡。环氧乙烷消毒的制品，必须在环氧乙烷气体排除后方能使用。,第一章 绪论,消毒剂介绍,第一章 绪论,B.次氯酸钠,次氯酸钠，分子式：NaClO；分子量：77.44属于强碱弱酸盐,它清澈透明,是一种能完全溶解于水的液体理化性质：纯品为白色或灰绿色结晶，pH值为1012。有氯臭，无残渣，易溶于水。次氯酸钠为强氧化剂，有较强的漂白作用。,第一章 绪论,消毒剂介绍,B.次氯酸钠,毒性：浓次氯酸钠对皮肤粘膜有刺激和腐蚀作用消毒方法：液体浸泡消毒消毒原理：最主要的作用方式是通过它的水解形成次氯酸，次氯酸再进一步分解形成新生态氧O，新生态氧的极强氧化性使菌体和病毒上的蛋白质等物质变性，从而致死病源微生物,第一章 绪论,消毒剂介绍,B.次氯酸钠,次氯酸钠消毒的高分子制品，尤其是与体液接触的物品，必须冲洗干净后方能使用。优点：低温，取用方便；缺点：残留消毒液或气体，脱吸附时间长。,第一章 绪论,消毒剂介绍,B.次氯酸钠,第一章 绪论,消毒剂介绍,化盐装置,发生器,C.辐射灭菌,主要是用钴-60（铯-137）-射线辐射灭菌。应当注意采用该方法灭菌的制品必须能耐-射线辐射，否则宜采用其它消毒方法。,第一章 绪论,消毒剂介绍,C.辐射灭菌,灭菌剂量的确定是-射线辐射灭菌中非常重要。优点：均匀一致，包装后也可以。缺点：设备昂贵，材料劣化。一次性医疗用品射线辐射灭菌标准【GB 163521996】,第一章 绪论,消毒剂介绍,