高分子材料是什么,医疗领域的高分子材料有哪些?

材料每日新鲜报 2022-10-17
2009 字丨阅读本文需 5 分钟

高分子材料也称为聚合物材料,是以高分子化合物为基体,再配有其他添加剂(助剂)所构成的材料。

一、高分子材料按来源分类

高分子材料按来源分为天然高分子材料和合成高分子材料。

天然高分子是存在于动物、植物及生物体内的高分子物质,可分为天然纤维、天然树脂、天然橡胶、动物胶等。合成高分子材料主要是指塑料、合成橡胶和合成纤维三大合成材料,此外还包括胶黏剂、涂料以及各种功能性高分子材料。

合成高分子材料具有天然高分子材料所没有的或较为优越的性能——较小的密度、较高的力学、耐磨性、耐腐蚀性、电绝缘性等。

二、高分子材料分类

高分子材料按应用分类

高分子材料按特性分为橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料等。

高分子材料按应用功能分类

按照材料应用功能分类,高分子材料分为通用高分子材料、特种高分子材料和功能高分子材料三大类。通用高分子材料指能够大规模工业化生产,已普遍应用于建筑、交通运输、农业、电气电子工业等国民经济主要领域和人们日常生活的高分子材料。

这其中又分为塑料、橡胶、纤维、粘合剂、涂料等不同类型。特种高分子材料主要是一类具有优良机械强度和耐热性能的高分子材料,如聚碳酸酯、聚酰亚胺等材料,已广泛应用于工程材料上。功能高分子材料是指具有特定的功能作用,可做功能材料使用的高分子化合物,包括功能性分离膜、导电材料、医用高分子材料、液晶高分子材料等。

三、常用于医疗领域的9类高分子材料

医用塑料由于要与药液或人体接触,对其的基本要求是具有化学稳定性和生物安全性。美国的医用塑料通常需要会通过FDA认证和USPVI生物检测,我国医疗级的塑料通常经过相关检测中心的检测。

医疗器械可细分为体外诊断、医用耗材、医疗设备、制药装备。由于塑料具有成本低、容易加工、质轻坚韧等特点,在医疗器械中获得大量应用。

常用的医用塑料的材料大约有十几种,聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(PU)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)等, PVC和PE用量最大,各占28%和24%;PS占18%;PP占16%;工程塑料占14%。

1. PVC

PVC是一种低成本的无定型塑料,具有优良的耐化学品性和抗微生物性。据市场估计,PVC占据医用塑料市场的28%。优点是PVC树脂的成本较低、应用范围广阔、及其易加工。而缺点是,PVC作为极性材料对某些药物有吸附作用,且增塑剂DEHP可能析出危害人体。

医学应用的PVC产品有:血袋、血液透析管路、呼吸面罩、吸氧管、尿袋、人工耳鼻等。

2. PE

PE是产量最大的通用塑料,具有加工性能良好、成本低、无毒无味、生物相容性良好等优点。普通PE通常可用于药瓶、针帽、注射器推杆、输液器流量调节器、输液器和注射器的包装袋等。

UHMWPE(超高分子量聚乙烯)是特种工程塑料,具有高抗冲性、耐磨性强(塑料之冠)、摩擦系数小、生物惰性和较好的吸能特性,其耐化学药品性可与PTFE媲美,是人造臀、人工关节的理想材料。

3. PP

PP具有优良的耐化学品性、抗疲劳性,耐热性好,能在100℃以上的温度下进行消毒灭菌。易于加工,没有环境应力开裂问题。医用PP具有较高的透明度、较好阻隔性和耐辐射性。

可应用于输液袋、一次性注射器、连接件、肠外注射营养包装、渗析膜等。

4. PS 、K树脂

PS在医疗领域的用量仅次于PVC和PE,质地硬而脆,有较高的热膨胀系数,因此,限制了它在工程上的应用。近几十年来,发展了改性聚苯乙烯和以苯乙烯为基体的共聚物,在一定程度上克服了聚苯乙烯的缺点。K树脂就是其中的一种。

K-树脂是以苯乙烯、丁二烯为单体,聚合而成的一种嵌段共聚物。其主要特性是兼有高透明性和良好的抗冲击性、密度小、着色力强,加工性能优异、无毒性。

K树脂主要应用在加工技术难度大、技术含量高、附加值高的医用塑料制品上,如人工肺-氧合器的变温室、动脉血管出口、回收器动脉出口、心脏内吸引头、主动脉插管、血液过滤器、透吸器、变温器等,同时K树脂符合美国药品包装法V I-50 级要求。

5. ABS

BS塑料是丙烯腈(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)三种单体的三元共聚物,具有一定的刚性、硬度、耐冲击和耐化学性能、耐辐射和耐环氧乙烷消毒。

ABS在医疗上的应用主要用作外科工具、滚筒夹子、塑料针、工具盒、诊断器件和助听器外壳,特别是一些大型医疗设备的外壳。

6. PC

PC的特点是较高的韧性、强度和耐热蒸汽消毒,这些特点使得PC优先选择成为血液渗析过滤器、外科工具柄和氧气罐;PC在医学上的应用还包括无针注射体系、灌注仪器、血液离心机碗和活塞。

7. PTFE

PTFE是氟塑料的一种,被称为塑料王,有所有塑料中最低的已知摩擦系数和最好的耐化学性。生物相容性和抗凝血性好,不分解,植人体内无不良反应且老化不明显,耐热性极好,连续使用温度260℃,可采用高温消毒。

在医学领域被广泛用于各类人工气管、食管、胆管、尿道和人工腹膜、脑硬膜及人工皮肤、人工骨骼等。

8. TPU

热塑性弹性体(TPU)具有优异的低温柔韧性和抗水解、抗凝血性、抗微生物攻击性,可用于医疗导管、人工心脏、氧气面罩、药物释放装备、IV连接器、血压计的橡皮囊袋、皮外给药的裹伤布等。

9. 可降解塑料

生物可降解塑料是一类理想的医疗材料,惰性医用材料(即性能较稳定的普通医用材料)普遍存在长期相容性差和需要二次手术的问题,而可降解材料规避了这些缺点。常用的医用可降解材料有PLA、PCL等。

PCL具有良好的生物降解性、药物透过性、能够长时间稳定释放药物的作用。PCL与生物细胞相容性很好,细胞可在其基架上正常生长,并可降解成CO2和H2O。用于药物缓释载体、整容材料、血管支架、手术缝合线、细胞组织培养基架等

PLA力学性能良好、生物相容性良好,可用于医用缝合及植入物。而且PLA产品表面可形成弱酸性环境,有抑菌和防霉作用,如果辅助使用其他抗菌剂可以达到 90%以上的抗菌率,可用于产品的抗菌包装。

文章来源: 中国化工信息周刊,塑库网

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