工程材料网络课程 5 高分子材料 5.2 功能高分子材料

发布日期:[13-02-13 19:15:25] 浏览人次:[]

功能高分子是高分子化学的一个重要领域,它是研究各种功能性化合物的分子设计和合成、结构和功能的关系,以及作为新材料的应用技术。它涉及到反应性高分子、离子交换树脂、高分子催化剂、固体电解质、液晶态高分子、反应分离膜、医用高分子以及各种具有光学(高透过率、高折射率、非线性光学性质等)、电学(导电性、压电性、电磁波吸收性能等)、磁学(有机高分子磁形体)性能的聚合物等。这一领域的研究主要包括研究分子结构、组成与形成各种特殊宏观物性的关系,也即是从宏观至微观,以及从半定量至定量,以化学组成和结构原理来阐明特殊功能性的性能规律性,从而探索和合成出新的功能性材料。所以它在学科上与多学科交叉,以及与多种基础学科的研究结果与工程上的应用有着密切联系的特点。功能高分子领域的研究能为经济发展和对高新技术的发展起重要作用。

5.2.1生物医用高分子

生物医用高分子又称高分子生物材料(polymeric biomaterials),是功能高分子或精细高分子领域内非常活跃而重要的研究方面。它是随着现代科技、医学及生物学,特别是生命科学的蓬勃发展而被提到日程和发展起来的。

生物医用高分子是以生命现象为对象和基础的高分子科学,是用在人体上以医疗为目的的高分子材料。广义的医用高分子应当包括短期使用的一次性高分子材料(诸如塑料针筒、合成纤维纱布、绷带、导管之类)以及长期与人体接触的材料,后者又称为生物材料(biomaterials),有时也把药物释放体系、医用粘胶剂、诊断用固定化生理活性物质、固定化酶、生物探感器等也归生物材料研究范畴。另外像体外血液透析的人工肾、体表所用的隐形眼镜、体内半永久性的内植材料、动静脉插管、内皮植入胶囊、甚至贮血带等也归功于生物材料范畴。

高分子生物材料的研究范围,包括下述几方面:高分子材料的合成及制备,结构与性能的关系及表征,材料的功能性和生物相容性,包括血液相容性的探讨、人工器官制品的制造及使用性能(质量和安全性)的考察等。

1.人工心脏和人工心脏瓣膜

心脏是人体血液循环系统中的动力器官,经过心脏与肺的协同工作,使血液不断的氧合更新,并在全身循环以将新鲜血液送往各个器官,从而确保人体正常的生命活动,所以心脏被视为人体的中心。因此心脏病的预防和治疗,一直备受关注。用人工心脏来代替人体心脏,一直是近年来广为研究的目标,为此首先要解决如何选择高性能的生物材料。

曾用于人工心脏血泵的材料主要有:链段型聚醚氨酯、聚硅氧烷与聚氨酯的嵌段共聚物、硅橡胶、聚四氟乙烯、聚氯乙烯和聚烯烃等。作为心瓣膜材料有硅胶材料、热解碳和生物瓣(如牛心瓣)等。为了解决此材料的抗凝血性的问题,应采用表面的生物化和肝素化处理。目前世界各国人工心脏的研制工作仍在积极进行,长远的追求目标是:抗血栓性和耐久性好、功能更完备、驱动装置小型化(泵体需要外加驱动装置,目前使用小型驱动装置只有5kg重)、能源植入化的全人工心脏。

人工心脏瓣膜主要有:球形瓣、蝶形瓣和生物瓣等几种类型。由于心脏瓣膜植入心腔以后,始终全部浸没在血液中,因此对于材料的要求是十分苛刻的,即不但要有高强度和耐疲劳性,而且要有优良的抗血栓性能。

作为人工心脏心瓣的合成材料,曾采用聚四氟乙烯、聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚甲醛和硅橡胶等,其中以硅橡胶和含氟的硅橡胶性能较好。近年来较多的采用各向同性碳,又称为热解性碳作为人工心瓣材料。如Jarvik—7型人工心脏即采用了由涤纶织物包覆的支架和热解碳碟形瓣组成的瓣膜,它在全人工心脏中发挥了很好的作用。热解碳是由烷烃经高温热分解沉淀基质上而制成的,抛光后表面极其光滑,在机械强度、耐磨性,尤其是抗凝血性等方面优于硅橡胶。但使用由上述材料制

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