海南大学《生物医用材料学》课程期末论文题目：生物医用高分子材料的生物相容性研究进展学号：20080W0126姓名：田新斌年级：2008级（本科三年级）学院：材料与化工学院系别：材料科学与工程专业：材料科学与工程（理科实验班）课程教师：尹学琼王江唐敏完成日期：2011年 6 月22日生物医用高分子材料的生物相容性研究进展田新斌20080W0126（海南大学材化学院08级理科实验班，海南海口570228）摘要：随着人口老龄化、中青年创伤的增多、疑难疾病患者的增加和高新技术的发展，生物医用材料在最近十多年发展地异常迅速，而高分子材料由于原料来源广泛、可通过分子设计改变结构、生物活性高、材料的性能多样等优点，成为生物医用材料发展的强势代表。
但是，生物医用材料要在人体内使用，为了安全性，高分子材料的生物相容性就成了研究的重点。
本文主要阐述了生物医用高分子材料的生物相容性研究进展，包括血液相容性和组织相容性两个方面，并简要作了总结和展望。
关键词：生物医用材料高分子材料生物相容性血液相容性组织相容性The Research Development of Polymeric bio-materials，BiocompatibilityAbstract：With the increase in the number of aged people, injuries of the young and patients with diverse diseases, biomedical materials are extremely rapidly developed in decades, as an aspect of high and new technology. Polymer materials are rich in sources and can be modified by molecular design in structure, biocompatibility and properties, thus becoming the represent of biomedical materials' development. However, since the biomedical materials are to be used in human body, biocompatibility of polymer biomedical materials has been brought to a research heat. In this paper, relevent research progresses are introduced, including blood biocompatibility and tissue biocompatibility. Summary and outlook are also indicated.Keywords：Biomedical materials，Polymeric bio-materials，Biocompatibility，Blood-compatibility，Tissue-compatibility前言生物医用材料(Biomedical Materials)又称生物材料(Biomaterials)，是和生物系统接合以诊断、治疗或替换机体中的组织、器官或增进其功能的材料[1]。
目前用于临床的生物医用材料主要有生物医用金属材料、生物医用有机材料（主要指有机高分子材料）、生物医用无机非金属材料（主要指生物陶瓷、生物玻璃和碳素材料）以及生物医用复合材料等。
高分子材料由于原料来源广泛、可以通过分子设计改变结构、生物活性高、材料的性能多样等优点，是目前发展最为迅速的领域，已经成为现代医疗材料中的主要部分。
同时，医疗实践也给高分子医用材料提出了各种各样的要求，大大推动了高分子材料自身的发展。
简单地说，生物医用高分子材料(Polymeric bio-materials)是指在生理环境中使用的高分子材料[2]，它们中有的可以全部植入体内，有的可以部分植入体内而部分暴露在体外，或置于体外而通过某种方式作用于体内组织。
生物医用高分子材料同其他材料一样，也要求良好的理化性能和力学性能。
在材料设计上要充分考虑强度、韧性、弹性、硬度、疲劳强度、蠕变、磨耗、吸水性、溶出性等综合性能[3]。
但由于生物医用高分子材料是在人体内部使用，所以对生物医用高分子还有特殊的要求：即安全性[4]。
安全性可以理解为材料与活体间的相互关系，即材料对活体要有生物相容性，活体对材料要有医疗功能和耐生物老化功能。
生物相容性是指材料和活体组织之间相互容纳的程度[5]。
它包含两层含义：血液相容性和组织相容性。
生物相容性(Biocompatibility)是生物医用材料区别于其他材料的最重要的特征, 是评价一种材料能否在生物医学领域应用的根本依据。
因此, 生物相容性是生物医用材料研究的中心课题之一。
1 血液相容性血液相容性(Blood-compatibility)是指材料与血液接触后，不引起血浆蛋白的变性，不破坏血液的有效成分，不导致血液的凝固和血栓的形成。
1.1 材料表面的凝血机理当血液在以内皮细胞为内壁的血管中正常流动时，一般不出现凝血现象。
当高分子材料植入体内与血液相接触时，血液的流动状态和血管壁状态都发生了变化，材料被生物体作为异物而识别，二者界面在发生了一系列复杂的相互作用后，产生凝血现象。
这一过程基本上可用图1来简略描述[6]。
Fig.l Blood clot formation on the surface of biomaterials首先，小分子(水和无机盐等)和血浆蛋白(包括部分凝血因子、抗凝血因子) 相继吸附在材料表面，形成一蛋白质吸附层。
这一过程十分迅速，大约只需几秒。
材料的表面性质极大地影响着吸附蛋白层的数量、组成、结构，这对血栓的形成起重要作用。
其次，吸附在材料表面的蛋白质变性、活化，在Ca 2+存在的条件下，通过激活凝血因子、血小板粘附、红血球粘附三条途径，最终导致血栓的形成。
其中以凝血因子的激活和血小板粘附起主导作用，而这两者之间又相互影响，相互促进。
同时，由于生物体系还存在着抗凝血系统负反馈机制，如抗凝血因子体系、抗血小板体系、纤维蛋白溶解体系等，也将受到材料表面性质的影响，与凝血系统协同作用，决定材料表面凝血反应的速度与程度。
1.2 抗凝血材料材料与血液接触后，不形成不可逆的血栓过程，称为具有抗凝血性(Antithromboeicity)。
依据材料表面的凝血机制，形成血栓的任何一个环节受到抑制或阻断，都可得到良好的抗凝血性。
目前而言，抗凝血高分子生物材料(Antithromboeicity Biomedicine Materials)的设计[6-12]大致有以下几个方面。
1.2.1 改善表面的亲水性能一般地,具有强疏水性和强亲水性表面的材料都具有较好的血液相容性。
一方面,提高材料表面的亲水性,可以降低表面自由能。
表面的亲水性及自由能对血液成分的吸附、变性等有密切联系。
提高材料表面亲水性,使表面自由能降低到接近血管内膜的表面自由能值,可取得抗血栓性能。
这可以通过在材料表面接枝亲水性强的化合物如聚环氧乙烷(PEO)等[13,14]来实现。
另一方面,当高分子材料的疏水性很强时,由于对血液成分的吸附能力下降而具有较好的血液相容性。
例如聚四氟乙烯(PTFE),它的疏水性很强而血液相容性也很好。
1.2.2 使材料表面带负电荷由于血液中多种组分( 如血红蛋白、部分血浆蛋白质等) 在血液环境中呈负电性，血管内壁也呈负电性[15,16]，因此静电排斥作用可以阻碍血浆蛋白及血小板等物质的吸附，从而有利于抗凝血。
用阴离子修饰材料表面来提高抗凝血性能已被广泛研究。
但事实上，由于材料表面吸附蛋白质层及血液中阳离子的存在[17]，以材料-血液的静电作用理论来设计抗凝血材料表面目前仍有很大欠缺。
1.2.3 设计微相分离结构如果材料的微观界面上存在化学及物理性能的不同，表面具有适当比例如亲水性/ 疏水性、正负电荷、结晶态/ 非结晶态等结构,则可获得良好的血液相容性。
例如，材料大分子链上含有聚集态的亲水链和疏水链时，可以降低血浆纤维蛋白的吸附，提高材料表面的抗血栓性能。
目前国内外研究得最活跃的是嵌段聚醚氨酯(SPEU)[18,19]，由于具有优良的生物相容性,已经引起了人们广泛的重视。
1.2.4 材料表面内皮化材料表面内皮化是抗凝血的研究新动向。
内皮化的表面主要是指伪内膜化表面或内皮细胞和高分子的杂化表面[20-22]。
伪内膜化表面是指当材料与血液接触时, 在两者界面上会先形成一层稳定的红色血栓膜，成分为血浆蛋白质、血小板、纤维蛋白、白细胞等,进而有内皮细胞在此膜上生长，形成了一种结构与血管壁类同的内膜，即所谓伪内膜(pseudointima)。
目前，表皮伪内膜的聚四氟乙烯人工血管在临床已得到应用[23,24]。
值得注意的是，人工血管的伪内膜如果过厚，营养将供养不上，细胞会坏死脱落，使得裸露的部分发生凝血。
为此科学工作者进行了大量研究来控制伪内膜的厚度。
如多孔性的聚四氯乙烯侵入水溶性的聚乙烯醇中，在表面形成多孔性亲水膜，减少对血浆蛋白的吸附。
人工血管壁形成的伪内膜并非真正意义上的血管内膜，由于形成的蛋白质层的成分和厚度并不能得到很好地控制，目前尽管采取了一些改进措施，但人工血管壁上这层伪内膜还是没有达到和移植部位有效的相容性。
由于人体内皮细胞组成的血管内壁是目前知道的唯一的血液相容性物质，因此，人们仿。