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医用聚氨酯在心血管领域的应用

2022-11-30 来源:高分子物理学公众号 浏览数:1

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医用聚氨酯

在心血管领域的应用

 

 

介绍

聚氨酯( PU) 是一种典型的多嵌段聚合物,具有十分灵活且多变的结构可设计性,可通过调节二异氰酸酯、扩链剂以及低聚物二元醇的种类、比例和分布,使聚氨酯材料不仅获得了优异的力学性能、回弹性和良好的加工性能,还具有了优良的血液相容性和组织相容性。

2000年以后,人们开始对形状记忆聚氨酯和可生物降解聚氨酯进行了研究开发和应用。目前医用聚氨酯制品在人体泌尿系统、口腔和消化系统、心血管系统、骨骼系统和体外体表等领域都有着广泛的应用。本文介绍了近年来国内外医疗行业中聚氨酯材料在心血管领域的应用。

应用于心血管器材概述

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      聚氨酯弹性体因具有优异的力学性能和血液相容性, 已成为制备各种用于心血管领域的生物医学设备如中心静脉导管、心脏起搏器绝缘导线、人造血管、心脏瓣膜、心脏辅助设备、透析导管和留置针等的首选材料。

      应用于心血管领域的聚氨酯主要是热塑性聚氨酯弹性体( TPU) ,医疗级 TPU 具有优良的力学强度、韧性、回弹性、化学稳定性、耐疲劳和抗凝血等优势。医疗器械领域对医用 TPU 需求巨大,且呈快速增长态势。这类聚氨酯在心血管领域的广泛应用为心血管疾病的医治做出了重要的贡献。但作为血液长期接触材料,聚氨酯长期的生物稳定性和生物相容性仍不能达到满意的临床效果。近年来,聚氨酯在这些方面的研究较为受人关注。

心脏起搏器绝缘导线

早在 1978 年聚醚型聚氨酯( Pellethane-2363)被用于心脏起搏器绝缘导线,1981年Parins 报道了聚醚型聚氨酯心脏起搏器绝缘导线的降解现象,从此,聚氨酯材料的生物稳定性问题引起生物材料学家和医疗植入制品工业界的广泛重视。

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      为了提高聚氨酯的生物稳定性,人们尝试了许多改性方法,第一个商品化的生物稳定性聚氨酯是Corvita 公司的聚碳酸酯聚氨酯( 牌号 Corethane) ,由于没有了醚键,聚碳酸酯聚氨酯( PCU) 在体内和体外的氧化降解试验中都表现出更好的稳定性。

聚二甲基硅氧烷( PDMS) 是一类具有低表面能,且具有良好的热、氧化、水解稳定性和高柔韧性的聚合物。将 PDMS 引入聚氨酯结构中,硅氧烷链段向材料表面迁移和富集,能有效屏蔽氧化和水解环境导致的软段和硬段结构的降解,从而使含硅聚氨酯具有良好的生物稳定性。

      除了上述提到的生物稳定性聚氨酯外,氟改性聚氨酯和聚烯烃类聚氨酯也用于医用研究。氟改性聚氨酯具有低表面能和疏水性,能够在材料表面形成疏水保护层,提高材料的生物稳定性。聚烯烃类聚氨酯具有很好的耐氧化稳定性和低温柔顺性,在稳定性聚氨酯中具有很大的发展潜力。但目前这两类聚氨酯在临床上的应用较少,仅限于科学研究。

人工血管

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传统的人工血管大多采用涤纶( PET) 和膨胀聚四氟乙烯( ePTFE) 制作而成,聚氨酯应用于人造血管的研究开发不断出现,这其中包括Corvita、Thoratec、Pulse-Tec、Biomer 和 Mitrathane系列的聚氨酯血管。

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其中Mitrathane是一种基于聚醚型聚氨酯的人造血管,具有 3 层结构的管腔结构,外层有大孔隙,内层有小得多的孔隙,它的缝合撕裂强度要明显高于发泡 PTFE 材质的人造血管。但聚氨酯人工血管尤其是在小直径血管( <6 mm) 应用中的血液相容性仍不能完全满足临床需求。

 

人工心脏瓣膜及人工心脏和心室辅助设备

就目前来说,聚氨酯瓣膜的发展集中在人工心脏和心室辅助设备的应用上,主要用于主动脉和二尖瓣位置。

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ADIAMat 是一种用于主动脉和二尖瓣位置的聚氨酯心脏瓣膜,体外试验和动物试验表明该瓣膜钙化程度低,表现出十分有前景的应用价值,但目前该人工瓣膜并没有上市。

     为了改善长期血液接触用聚氨酯的血液相容性,除了对聚氨酯本身的结构进行设计调节以外,表面改性是研究的重点,如在聚氨酯材料表面形成亲水涂层或在表面固定肝素、多糖、氨基酸和磷脂等生物活性大分子等。  

 

总结

 

 医用聚氨酯是最有价值的医用材料之一,但现有的聚氨酯材料还不能完全满足临床应用的要求,因而未来医用聚氨酯的发展趋势主要包括: 开发出非锡类催化剂合成的医用无毒聚氨酯; 聚氨酯的生物稳定性也将继续是应用材料领域研究的重点之一。随着人们对医疗制品的品质要求不断提高,医用聚氨酯在医用输液、输血、注射器具等方面取代 PVC 也是未来发展趋势。

 

 

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