《生物医用敏感材料》PPT课件

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1、第六章生物医用敏感材料6.1概述功能材料：通过电、磁、声、光、热等直接刺激效应和耦合效应，以及化学和生物效应实现某种使用功能的材料。敏感材料：对热、湿、光、电压等物理信号的细微变化敏感，引起材料本身电阻率、电动势、电流等物理量迅速变化的功能材料。敏感元件生物医用敏感材料：是指应用于临床检验和治疗疾病方面的敏感材料。生物医用敏感材料与功能材料和敏感材料的关系功能材料敏感材料生物医用敏感材料生物医用敏感材料的要求：良好的生物相容性极高的灵敏度稳定性、可靠性使用寿命长生物医用敏感材料分类：（1）按生物医用敏感材料的理化属性，无机非金属敏感材料金属敏感材料有机高分子敏感材料（pH、温度、离子强度等

2、敏感）生物医用复合敏感材料生物陶瓷生物玻璃生物玻璃陶瓷（2）按生物医用敏感材料的用途分，治疗用敏感材料诊断用敏感材料自身能感知外界环境细微的变化，并能产生相应的物理结构和化学性质变化甚至突变。集感知、驱动和信息处理于一体，形成类似生物材料那样具有智能属性的高分子材料如检测人体深部位体温的温度计中的热敏电阻。传感器性能的好坏主要取决于敏感材料性能的优劣。6.2治疗用生物医用敏感材料智能型高分子凝胶形状记忆材料物理刺激响应化学刺激响应形状记忆高分子材料形状记忆合金一、智能高分子水凝胶三维高分子网络与溶剂组成的体系含有亲溶剂性基团，可被溶剂溶胀最大的特点:体积相转变智能高分子水凝胶的体积相

3、转变内因：范德华力、氢键、疏水作用及静电作用力相互组合和竞争溶胀相收缩相外界环境因子的变化体积不连续变化智能高分子水凝胶的制备起始原料：单体(水溶或油溶单体)聚合物(天然或合成聚合物)单体和聚合物的混合物两个前提:主链或侧链上带有大量的亲水基团适当的交联网络结构制备方法：单体的交联聚合接枝共聚其它交联或转化等化学引发剂辐射技术引发单体自由基均聚或共聚智能凝胶烯烃类单体共价连接天然高分子（淀粉纤维素）及衍生物智能高分子凝胶的刺激响应性与分类pH响应性凝胶生化响应性凝胶盐敏凝胶温度响应性凝胶光响应性凝胶压力敏感性凝胶电场响应性凝胶刺激响应性物理刺激化学刺激温度光压力电场pH生化盐化学、相分离、

4、形状、表面、渗透性、机械强度光、电刺激响应分类（一）温度响应性凝胶响应机制：凝胶结构中具有一定比例的疏水和亲水基团，温度的变化可影响这些基团的疏水作用以及大分子间的氢键作用，使得凝胶大分子链的构象因响应温度的刺激而伸展或卷曲，从而使凝胶体积膨胀或收缩。聚烷基丙烯酰胺类凝胶聚异丙基丙烯酰胺（PNIPAm）凝胶：poly(N-isopropylacrylamide)低临界溶解温度(Lowercriticalsolutiontemperature,LCST)表示在水溶液环境中导致不溶解的－NCH(CH3)2基团间疏水相互作用和保持聚合物溶液中的水与－NH或－C=O间氢键相互平衡。温度低于LCST

5、时溶胀，高于LCST时收缩。PNIPAmLCST:32C水溶性药物，当温度达体温(37°C)（>LCST）时网络收缩挤掉内部的水，药物随之释放。疏水性药物，在温度高于LCST时固定于聚合物网络中，温度低于LCST时则以Fickian扩散的形式释放出来。用PNIPAm类水凝胶可实现脉冲药物释放(ON/OFF释放)，可望用于口服、植入或透皮药物释放体系。线性PNIPAm接枝到已交联的水凝胶上可明显增加凝胶收缩的速率PNIPAm疏水成核作用N－取代基的疏水性对凝胶的温度刺激响应的影响：取代基疏水性越强，凝胶在体积相转变温度处产生的体积变化越大，温度响应越明显，且相变温度越低。疏水性增大聚异

6、丙基丙烯酰胺-共－聚甲基丙烯酸丁酯（PNIPAm-co-PBMA）凝胶温度在20～30C交替变化时，凝胶体系可开关式地控制药物释放。LCST:25C在PBS中，吲哚美辛在PNIPAAm-co-PBMA体系随温度的脉冲释放体内应用时希望LCST低于生理温度。降低LCST方法？2.温度响应性凝胶接枝到多孔药物胶囊表面，利用聚合物响应过程中链的收缩与伸展来阻塞或开放胶囊微孔，达到控制胶囊包封药物的释放。温度响应性的渗透控制阀式给药系统。温敏凝胶在免疫隔离膜上的应用代谢型组织工程中常将产生细胞因子和激素的细胞以水凝胶固定化，此水凝胶膜材起免疫隔离作用，它的半渗透性仅允许细胞的营养物、代谢物及所

7、产生的细胞因子和激素通透，而截留抗体、补体和免疫细胞而起免疫隔离作用。P(NIPAm-co-5%AA)凝胶填充的人工胰脏示意图人工胰脏能保持胰岛素合成达1个月．此3维培养环境适应贴壁组织培养，在细胞活性降低时利用溶胶－凝胶转变能实现细胞移出，以新种了细胞再种植（二）pH响应性凝胶机理：这类凝胶中含有大量水解或质子化的酸、碱基团，如羧基或氨基，这些基团的解离受外界pH的影响：（1）pH变化时，解离程度改变，造成凝胶内外离子