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医用塑料如何选材

关注:142 发表时间:2020-02-19 10:58

 

医用塑料如何选材

在功能高分子领域中,医用高分子已成为一个重要分支,而且广泛应用于以诊断和治疗为中心的医疗领域。无论在何种环境下,使用的材料都应具有两种基本性能:即,医用功能性和生物相容性。那么,在选用医用塑料时需要包含哪些具体性能呢?
 
在功能高分子领域中,医用高分子已成为一个重要分支,而且广泛应用于以诊断和治疗为中心的医疗领域。

1
 
选材原则
 

无论哪类环境使用的材料都应具有两种基本性能,即医用功能性和生物相容性。

生物相容性是指在所需时间内,材料在体内或体外持续完成所需功能达到的能力。

生物相容性是一个复杂的主题,它包括组织相容性和血液相容性,描述的是材料在生理环境中所引起的变化,要求材料与生物休组织接触时,材料不仅不会引起机体的副反应,材料本身也能正常地发挥其功能,也就是说生物相容性涉及材料对机体和机体对材料的反应。

材料使机体产生的反应包括短时期的局部反应,全身毒性、过敏反应,以及长时期的致癌反应、致畸反应、致突变反应、生物体的适应性和血液中蛋白质的吸附过程。机体使材料产生的反应包括材料在生物体内的腐蚀、降解、磨损、失效以及材料吸附血液中的有形成分。

从材料角度来看,影响生物相容性的因素有:材料的纯度、材料表面有无细菌污染、材料表面粗糙度、材料几何形状,这些仅仅是外在因素。而内在因素包括材料的表面化学、表面能、表面电荷、化学稳定性以及降解产物化学特性和物理特性等。

综上所述,医用高分子材料应该具有下列性能:

1) 物理力学性能好,能满足生理功能和使用环境的要求;

2) 能耐受灭菌过程而不致影响其生物学性能和力学性能;

3) 成型加工性能好,易加工成各种形状制品,成本低;

4) 聚合物为医用级,重金属含量少,溶出物及可溶出物含量低;

5) 对机体无毒,无热源反应,无“三致”( 致癌、致畸、致基因突变) 作用,不破坏邻近组织,不干扰机体的免疫机制,不引起材料表面钙化;

6) 材料与血液接触时,有较好的抗凝血性能,不引起溶血后血球减少,不造成血中蛋白质变性,不破坏血液的有形成分;

(7) 材料植入体内时,有足够的化学稳定性和生理惰性,且物理力学性能不发生明显变化( 不包括降解材料)。
 

塑料半月板植入物



2
 
选用塑料品种及使用要求
 
1. 人工器官

人工器官近年来受到医疗界的重视而得到迅速发展。一般说来,对由高分子材料制成的人工器官的主要要求有:无菌、无毒,无“三致”作用,无过敏性,非免疫性;除人工血管外,不希望形成纤维性组织包膜或向内生长,以防止胶原组织使人工器官失去其功能;如果是植入休内的人工器官、在柔顺性和织态结构的物理性质方面应同软组织接近。

2. 修复、植入用塑料

近20年来,骨、关节、皮肤、眼、耳、鼻、牙、牙周组织、牙槽嵴、颌关节、肿瘤切除等的修复和置换已经改善了成千上万人的生活质量。一般而言,作为修复和植入的塑料应能很好地被机体接受,并能在侵蚀性的环境中承受周期性的负载,因此这类塑料应具有下列性能:

(1) 生物相容性好;
(2) 较好的力学性能;
(3) 植入体有适合组织附着的表面状态,包括表面空隙大小、形态和分布;
(4) 在生理环境中材料的稳定性好;(5) 具有对组织附着、长上及长入的能力;
(6) 材料的弹性和组织的弹性匹配;
(7) 易于成型加工。

3. 医疗用品及器械

塑料医疗用品主要指一次性的医疗用品,如注射器、贮血袋、输血袋、输血管、引流管及各种插管、检查用具、护理用具、麻醉及手术用具、诊疗用具、计划生育用具,以及医疗制品,如绷带、遮盖层、子宫托等。用作医疗用品的塑料主要应满足下列性能:

(1) 无毒,易于灭菌消毒,易于保存;
(2) 质轻,不易破碎;
(3) 力学强度好。

4. 适用塑料品种及特性
3
 
聚酯类
 
作为医用塑料的聚酯类主要是聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯,这类材料制成纤维后富有弹性强度高,耐热,耐挠曲,耐腐蚀,吸水性很低,生物相容性好,因此其编织物在医学上应用广泛,如人工血管、人工食道、人工腱、创伤覆盖保护材料、心血管修补材料等。但这类材料与血液接触时,需要对材料表面进行处理以进一步提高其抗凝血性能。
 
4
 
聚氨酯类
 
当前医疗领域,人工器官和医疗器具所用的聚氨酯属于聚醚型聚氨酯。由于这类聚氨酯具有微相分离结构,因而有良好的抗凝血性能、力学性能、弹性、化学稳定性、生物相容性、耐挠曲性、耐疲劳性,耐水性、耐磨性和耐辐射性。正是由于聚氨酯的这种优异性能,使其在医疗领域获得广泛的应用,在细胞工程学、免疫工程学、生物检验、生物反应工程等方面推广。
5
 
有机硅类
 
有机硅化合物具有优良的生物可接收性、生理惰性和耐生物老化性能,是用途极为广泛的医用材料。如有机硅油用作血液消泡剂,有机硅凝胶用于皮肤疤痕的治疗,硅树脂用于医疗器械的表面处理剂。
 
6
 
聚烯烃
 
聚烯烃是医用塑料的另一大品种,它主要包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和丙烯酸酯类及其共聚物等 。

由于聚乙烯、聚丙烯具有优异的物理力学性能, 其化学稳定性、耐水性和生物相容性良好, 无味、无毒、无嗅, 植入体内无不良反应、密度小、易于加工成型,因此在医用高分子领域中得到广泛应用,是医用塑料中耗量最大的一个品种。超高分子量聚乙烯耐磨性强、摩擦系数小、蠕动变形小、有高度的化学稳定性和疏水性,是制作人工髓、肘、指关节的理想材料。高密度聚乙烯、聚丙烯还可用来制作人工肺、人工气管、人工喉、人工肾、人工尿道、人工骨、矫形外科修补材料及一次性医疗用品。

聚氯乙烯的化学稳定性好,有良好的耐化学药品性及耐有机溶剂性,力学性能和电性能良好,耐光和热的稳定性差。聚氯乙烯的性能可采用添加增塑剂来改善,增塑剂能使聚氯乙烯的可拉伸性和弹性增加,但拉伸强度降低。聚氯乙烯制品除其热稳定性较差而难以加热煮沸消毒外,其它性能良好。大量用作贮血袋、输血袋,以及血液导管、人工腹膜、人工尿道、袋式人工肺、心导管及人工心脏等。
7
 
聚丙烯酸酯类
 
聚甲基丙烯酸甲酯质轻,具有较高的力学强度,较好的抗潮湿性能, 可长期在潮湿条件下使用,对水溶性无机盐、碱及某些稀酸有一定稳定性。其耐生物老化性能和生物相容性好,光学性能优异,透光率高。医学上被用来作颅骨修补材料、人工骨、人工关节、胸腔填充材料、人上关节骨粘固剂,特别是在假牙、牙托的应用中更为广泛。改性的亲水性聚甲基丙烯酸甲酯在眼科、烧伤敷料和药物微胶囊等方面也都得到广泛应用。
8
 
氟塑料
 
在医学上应用的氟塑料主要是聚四氟乙烯。聚四氟乙烯是高度结晶的聚合物,密度高,摩擦系数很小,化学稳定性极佳,生物相容性和抗凝血性好,不分解,植人体内无不良反应,耐热性极好,可在200℃以上连续使用,可采用高温消毒。所以聚四氟乙烯在医学上应用广泛,如人工心、肺、血管、心瓣膜,各种管形脏器,如人工气管、食管、胆管、尿道和人工腹膜、脑硬膜及人工皮肤等。
 


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