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内容简介

生物医用高分子材料是生物医用材料的一个重要组成部分，是一类用于诊断、治疗和器官修复与再生的材料，具有延长患者生命、提高患者生存质量的作用，是材料科学、化学、生命科学和医学交叉的发展领域。
《生物医用高分子材料》（第二版）从简述生物医用高分子材料的基础知识开始，按照生物医用高分子材料的使用要求进行章节编排，介绍了生物相容性和安全性评价，医疗诊断用高分子材料，药物缓释和控释用高分子材料，血液净化用高分子材料，眼科、软组织替代和再生用高分子材料，硬组织替代和组织工程用高分子材料，医用高分子材料的设计，共8章。
本书适于作为高分子材料专业及相关专业的教材，并可供从事生物医学材料研究的技术人员及材料医学专业师生参考。

作者简介

赵长生，四川大学高分子科学与工程学院，副院长 教授，赵长生，男，1970年5月生，工学博士，教授，博士生导师，中共党员，教育部高分子材料与工程专业教学指导委员会，四川省学术和技术带头人，四川大学高分子科学与工程学院副院长。2005年教育部新世纪优 秀人才支持计划，2008年获四川省杰出青年基金，2012年获国家杰出青年科学基金，2013年获中组部“万人计划”——中青年科技创新领军人才。
　　学习简历
　　1987年9月~1991年7月，成都科技大学高分子材料专业，大学本科；
　　1993年9月~1995年7月，四川大学生物医学工程专业，硕士（提前攻博）；
　　1995年9月~1998年6月，四川大学生物医学工程专业，博士。
　　工作简历
　　1991年7月~1993年9月，山东合成纤维股份有限责任公司，技术工作；
　　1998年7月~2001年9月，四川大学高分子材料系讲师，副教授；
　　2001年10月~2003年9月，日本北海道大学，博士后；
　　2003年9月~至今，四川大学高分子科学与工程学院，教授，博导，副院长。
　　教学方面，作为第二负责人承担了国家精品课程《材料科学与工程基础》的讲授，主持并主讲《生物医用高分子材料》课程，2005年四川省优 秀教学成果一等奖（排名2），2010年四川省优 秀教学成果二等奖（排名2），发表教学改革论文7篇。
长期从事聚醚砜材料结构与性能调控的研究，主要从事生物医用高分子膜材料，及功能高分子材料的研究。承担国家自然科学基金项目7项，教育部博士学科点基金2项，教育部新世纪和回国留学基金各1项，四川省青年基金1项，以及横向科研课题多项。授权中国发明专利12项，转让7项，在Progress in Polymer Science，Biomaterials，Acta Biomaterialia，Analytica Chimica Acta，Journal of Hazardous Materials，Journal of Membrane Science等国际重要期刊上发表学术论文140篇，其中SCI收录120余篇，SCI引用1700余次。

内页插图

目录

第1章绪论1
1.1高分子科学基础知识1
1.1.1高分子的基本概念1
1.1.2高分子的分子组成1
1.1.3高分子的分子量3
1.1.4高分子结构4
1.1.5高分子材料的制备5
1.2生物医用高分子9
1.2.1高分子科学和技术的进步与医用材料9
1.2.2生物医用材料10
1.3生物医用高分子制品的生产环境及消毒灭菌11
1.3.1生产环境11
1.3.2消毒灭菌15
1.4生物医用高分子研究开发相关的问题17
1.4.1生物医用高分子材料及制品的研究特色17
1.4.2医疗经济和医疗产业17
习题18
参考文献18
第2章生物相容性和安全性评价20
2.1医用高分子的基本功能20
2.1.1物理性能21
2.1.2物理化学性能23
2.1.3生物体适应的种类25
2.2材料与生物体的相互作用26
2.2.1材料与血液的作用27
2.2.2材料与蛋白质的相互作用30
2.2.3材料与细胞的相互作用31
2.2.4材料与组织的相互作用32
2.2.5高分子材料在生物体内的变化34
2.3医用材料的生物相容性35
2.3.1生物相容性的分类35
2.3.2组织相容性36
2.3.3血液相容性37
2.4生物相容性的评价37
2.4.1生物学评价项目的选择37
2.4.2生物学评价试验方法及特点43
2.5生物材料降解的评价方法49
2.5.1降解机制50
2.5.2材料在体内的吸收和排泄51
2.5.3影响降解的因素和降解速率的调控52
2.5.4降解材料的制品化及应用53
2.6生物学评价与新材料研究53
2.6.1新材料的设计和研究53
2.6.2建立新的生物相容性的试验方法54
2.7生物相容性研究及评价展望54
2.7.1生物相容性研究内容55
2.7.2生物相容性评价方法55
习题55
参考文献56
第3章医疗诊断用高分子材料57
3.1诊断用微球57
3.1.1高分子微球的制备方法58
3.1.2高分子亲和微球的制备方法63
3.1.3高分子微球在医疗诊断中的应用65
3.2诊断用磁性粒子68
3.2.1磁性高分子微球的制备方法69
3.2.2磁性高分子微球的表面功能化70
3.2.3磁性微球在医疗诊断中的应用71
3.3高分子材料在诊断生物传感器中的应用72
3.3.1生物传感器用高分子固定化载体73
3.3.2应用举例77
习题79
参考文献79
第4章药物缓释和控释用高分子材料81
4.1绪论81
4.2缓、控释制剂释药原理84
4.2.1溶出原理84
4.2.2扩散原理84
4.2.3溶蚀与扩散、溶出结合86
4.2.4渗透压原理86
4.2.5离子交换作用86
4.3缓、控释制剂设计的影响因素87
4.3.1理化因素87
4.3.2生物因素88
4.4缓、控释制剂的分类88
4.4.1贮库型（膜控制型）88
4.4.2骨架型（基质型）91
4.4.3渗透泵型控释制剂92
4.4.4微囊和微粒型控释制剂94
4.5口服脉冲释放释药系统和结肠定位给药系统96
4.5.1口服脉冲释放释药系统96
4.5.2结肠定位给药、释药系统96
4.5.3植入型控释给药系统97
4.6常用高分子材料在缓、控释领域中的应用98
4.6.1天然高分子药用材料98
4.6.2半合成高分子药用材料102
4.6.3全合成高分子药用材料105
4.7缓释包衣膜的处方组成114
4.7.1包衣水分散体114
4.7.2包衣膜增塑剂及其选择原则115
4.7.3包衣致孔剂116
4.7.4包衣抗黏剂116
4.8高分子载体辅助的缓、控释药物116
4.8.1缓、控释药物种类116
4.8.2靶向给药系统117
4.8.3基因治疗与非病毒基因载体118
4.9缓、控释给药系统研究现状及发展趋势119
习题122
参考文献122
第5章血液净化用高分子材料124
5.1血液净化技术124
5.1.1血液净化的方式124
5.1.2血液净化用高分子材料126
5.2血液透析130
5.2.1血液透析的基本原理和设备130
5.2.2血液透析及其技术138
5.3血液滤过及血液透析滤过143
5.3.1概述143
5.3.2血液滤过的基本原理143
5.3.3血液滤过的血液动力学特点145
5.3.4血液滤过对代谢的作用145
5.3.5血液滤过的临床应用145
5.4血液灌流147
5.4.1血液灌流发展史147
5.4.2血液灌流原理147
5.4.3血液灌流用材料147
5.4.4临床应用154
5.5血浆分离（或血浆置换）154
5.5.1血浆分离方法155
5.5.2血浆分离治疗的适应证和并发症159
5.5.3血浆分离用膜材料159
5.6腹膜透析159
5.6.1腹膜透析简介159
5.6.2腹膜透析原理与技术160
5.6.3腹膜透析的适应证和禁忌证164
5.7人工肺164
5.7.1肺及人工肺的功能165
5.7.2中空纤维膜人工肺165
5.8人工肝165
5.8.1人工肝原理及分类166
5.8.2非生物型人工肝166
5.8.3生物型人工肝及其材料166
5.9血液净化用中空纤维膜168
5.9.1高分子膜的制备方法168
5.9.2中空纤维膜的制备169
5.9.3典型的血液净化用中空纤维膜170
习题173
参考文献173
第6章眼科、软组织替代和再生用高分子材料177
6.1眼科材料177
6.1.1眼科对高分子材料的要求177
6.1.2隐形眼镜178
6.1.3人工角膜179
6.1.4人工晶状体179
6.1.5人工泪管181
6.1.6义眼、活动义眼、人工眼球181
6.1.7人工玻璃体181
6.1.8眼用长效药膜181
6.2软组织替代和再生用高分子材料182
6.2.1组织引导材料182
6.2.2组织诱导材料183
6.2.3组织隔离材料184
6.2.4皮肤修复和再生用高分子材料185
6.2.5人工皮肤191
6.2.6人工肌肉193
6.2.7其他软组织及其所用高分子材料194
习题196
参考文献196
第7章硬组织替代和组织工程用高分子材料198
7.1牙科用高分子材料198
7.1.1牙齿的结构198
7.1.2牙科用高分子材料198
7.2骨组织修复和再生用高分子材料202
7.2.1骨组织的组成与结构202
7.2.2骨组织工程支架材料应具备的条件203
7.2.3合成高分子支架材料204
7.2.4天然高分子支架材料204
7.2.5复合支架材料205
7.3组织工程支架用高分子材料208
7.3.1 组织工程的原理和方法208
7.3.2组织工程支架材料209
7.3.3组织工程支架的研究与制备方法213
习题216
参考文献217
第8章医用高分子材料的设计221
8.1绪言221
8.2高分子设计的基本理论221
8.2.1高分子的结构和性质221
8.2.2聚合物特性的定量理论223
8.2.3聚合物分子设计的定性解析224
8.2.4高分子设计的一般方法225
8.3医用高分子的设计226
8.3.1医用高分子的必备条件和特殊性能要求226
8.3.2生物医用聚氨酯226
8.3.3药用高分子的设计226
习题227
参考文献227

前言/序言

前言
生物医用高分子材料是生物医学材料中发展早、应用广泛、用量大的材料之一，也是一类正在迅速发展的材料。它既可以来源于天然产物，又可以人工合成。目前，国内外对生物医用高分子材料的研究非常热门，但用作系统讲授生物医用高分子材料专业课程的教材并不多。
由四川大学主编的《生物医用高分子材料》于2006年被列入普通高等教育“十一五”规划教材，于2009年3月正式出版发行，之后重印，并在多个学校获得使用。2011年该教材被列入四川省“十二五”普通高等教育本科规划教材。该教材在使用过程中得到了大家的认可，但也存在许多需要改进的地方。
在广泛征求授课教师和使用单位的意见和建议后，四川大学对《生物医用高分子材料》教材进行修订。与2009年版教材相比，主要修订如下。
（1）将原教材的章节进行了梳理和重排。按照对生物医用高分子材料的使用要求进行章节的编排，首先是绪论，第2章是生物相容性相关内容，之后是按照诊断用高分子材料、药用高分子材料、治疗用高分子材料（包括血液净化用、软组织用和硬组织用高分子材料）的顺序进行编排，章节的排序更具有逻辑性。
（2）在第1章绪论中增加了高分子科学基础知识的内容，便于非高分子专业学生在学习生物医用高分子材料之前先了解一些高分子基础知识。
（3）原教材中的第2章和第3章合并为一章，内容做了适当删减，全部讲述生物相容性相关知识。
（4）原教材第4章中，血液透析内容过多，进行了适当删减。
（5）原教材第4章眼科材料与软组织用高分子材料合并为一章。
（6）原教材第4章牙科材料与硬组织材料合并为一章。
（7）在第7章支架材料制备中，增加了一些新的制备方法，如自组装、3D打印技术等。
本次修订由赵长生提出修订提纲，统稿由赵长生、孙树东共同完成。参加教材修订的人员：赵长生（第1章、第5章）、卢婷利（第1章，第7章）、苏白海（第5章）、孙树东（第2章、第3章，第6章）、李建树（第4章）、李洁华（第3章）、赵伟锋（第8章）。
由于编者时间、知识和能力所限，本次修订仍存在一些不尽之处，今后还需进一步修改和完善，如增加生物医用高分子材料表面处理和改性等内容。

赵长生
2016年2月


版前言
生物医用材料是指具有特殊性能、特殊功能，用于人工器官外科修复、理疗康复、诊断、检查、治疗疾患等医疗、保健领域,而对人体组织、血液不致产生不良影响的材料。国际标准化组织(ISO)法国会议专门定义的“生物材料”就是生物医学材料，它是指“以医疗为目的，用于与组织接触以形成功能的无生命的材料”。
生物医用高分子材料是生物医用材料的一个重要组成部分，是一类用于诊断、治疗和器官修复与再生的材料，具有延长病人生命、提高病人生存质量的作用，是材料科学、化学、生命科学和医学交叉的发展领域。其研究与开发既有重大的社会需求，也有重大的经济需求。高性能医用高分子材料和器械是现代医学各种诊断和治疗技术赖以存在的基础，并不断推动各种新诊断和治疗手段的出现。
医用高分子的研究至今已有40多年的历史。1949年，美国首先发表了医用高分子的展望性论文。在文章中，次介绍了利用聚甲基丙烯酸甲酯作为人的头盖骨和关节，利用聚酰胺纤维作为手术缝合线的临床应用情况。据不完全统计，截至1990年，美国、日本、西欧等发表的有关医用高分子的学术论文和专利已过30000篇。有人预计，现在的21世纪，医用高分子将进入一个全新的时代。除了大脑之外，人体的所有部位和脏器都可用高分子材料来取代。仿生人也将比想像中更快地来到世上。
在更加关爱人类自身健康的21世纪，医用高分子材料必将发挥日益重要的作用。生物医用材料的研究与开发也得到了国家相关部门的高度重视，“十五”和“十一五”国家重点基础研究发展规划（“973”）都设立了生物医用材料的研究项目。生物医用材料的未来发展必将是从简单的使用到有目的地设计合成，获得具有生命体需要的具有良好生物相容性和生物功能性的材料。在高等院校的生物医学工程和高分子材料与工程等专业也都开设了生物医用高分子材料的必选和选修课程。
医用高分子材料大致可分为机体外使用与机体内使用两大类。机体外用的材料主要是制备医疗用品，如输液袋、输液管、注射器等。由于这些高分子材料成本低、使用方便，现已大量使用。机体内用材料又可分为外科用和内科用两类。外科方面有人工器官、医用黏合剂、整形材料等。内科用的主要是高分子药物。所谓高分子药物，就是具有药效的低分子与高分子载体相结合的药物，它具有长效、稳定的特点。
归纳起来，一个具备了以下七个方面性能的材料，可以考虑用作医用材料:
（1）在化学上是惰性的，不会因与体液接触而发生反应；
（2）对人体组织不会引起炎症或异物反应；
（3）不会致癌；
（4）具有抗血栓性，不会在材料表面凝血；
（5）长期植入体内，不会减小机械强度；
（6）能经受必要的清洁消毒措施而不产生变性；
（7）易于加工成需要的复杂形状。
人工器官是医用高分子材料的主要发展方向。目前用高分子材料制成的人工器官已植入人体的有人工肾、人工血管、人工心脏瓣膜、人工关节、人工骨骼、整形材料等。应用的高分子材料主要有PVC、ABS、PP、硅橡胶、含氟聚合物等。正在研究的有人工心脏、人工肺、人工胰脏、人造血、人工眼球等。
本教材按照生物医用高分子材料的应用分类进行编写。编写人员：赵长生（第1章部分、第2章、第4章部分、第8章）、顾忠伟（第1章部分）、张倩（第3章）、苏白海（第4章部分）、李洁华（第5章）、李建树（第6章）、谢兴益（第7章）。

赵长生
2009年1月
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