（材料化学的故事）---生物高分子材料

生物高分子材料的研究已有 40 多年的历史，但它的蓬勃发展开始于本世纪 70 年代。合成高分子材料与人体器官组织的天然高分子有着极其相似的化学结构和物理性能，因而可以植入人体，部分或全部取代有关器官，成为现代医学的重要支柱材料。

合成高分子材料一般具有优异的生物相容性，不会因与体液接触而产生排斥和致癌作用，在人体环境中的老化不明显。因此通过选用不同成分聚合物和添加剂，改变表面活性状态等方法可进一步改善抗血栓性和耐久性，获得高度可靠的生物高分子材料。

目前，使用于人体植入件的聚合物包括尼龙、环氧树脂、聚乙烯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚甲醛、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯酯、硅橡胶、硅凝胶等。制作的人工器官几乎遍及全身，例如：眼球人工玻璃体、人工角膜、人工晶状体、人工喉管、人工中耳、心脏瓣膜、人工心脏、人工肾、人工肝、人工肺、人工乳房、人工尿道、人工血管、人工皮肤、人工关节和软组织等。

人工心脏 在人工器官中最重要的也是难度最大的是人工心脏。在各国疾病死亡统计中，心脏病占据首位，仅美国每年死于心脏病的就有 60 万人。心脏是血液循环的加压站，人工心脏材料既需要有高的抗血凝性，又要有一定的强度和弹性。每天要经受十万次以上往复力的作用。1982 年 61 岁的美国病人克拉克植入了世界上第一个人工心脏“杰维克-7”，存活了 120 天。人工心脏包括心室壳体、隔膜、导管等，早期曾采用过聚氯乙烯、聚氨酯、硅橡胶等材料。“杰维克-7”的人工心室由铝和聚氨酯制成，隔膜也是聚铵酯树脂膜。人工心脏由钚原子电池驱动微型电机和压力系统，控制压缩空气来维持人工心脏的工作。随后改进的人工心脏在心室壳体使用过环氧树脂、乙烯橡胶、聚砜、钛合金，而隔膜使用了聚醚型聚氨酯、聚酯型聚氨酯共聚物。

心脏瓣膜也属于重要人工器官，它是用钨铬合金、钛合金制成支持框，再用涤纶或聚四氟乙烯织物覆盖。底部轮圈与覆盖层之间衬有硅橡胶海绵，以增加弹性，活门材料为聚乙烯、聚四氟乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、硅橡胶膜。

人工肾利用人工肾可以除掉血液中的尿素、肌酸酐等有毒物质。人工肾的工作原理有透析型、过滤型和吸附型几种。所用聚合物材料可制成平膜、管型和中空纤维形状，这些材料绝大多数为纤维素，如铜氨法再生纤维素、醋酸盐纤维素，其余还有丙烯睛、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯、乙酸乙烯脂共聚物等。人工肾用的中空纤维非常细，把它们成千上万根地束集在一个圆筒形容器中，血液在空心丝中心流动，透析液在空心丝外侧流动，通过膜壁进行渗析。人工肾适应于因外伤、输血反应、肾毒性物质、分娩合并症等急症患者，也适用于肾炎、肾衰竭等慢性病患者。据统计，仅日本每年就有三万多病人依靠人造肾维持生命。

人工肝 肝脏是人体内的加工厂和储存库，具有贮藏糖原、合成蛋白质和解毒等多种功能。目前的人工肝还不具备这样复杂的全功能，只能近似上面谈到的人工肾那样来开展工作。早期的人工肝利用粒状活性碳来吸附血液中氨、肌酸酐和尿素等有毒物质，现在可以直接使用高分子材料活性碳和高分子材料制成的透析膜，对肝昏迷患者急救解毒。

人工肺 早期的人工肺只用于施行外科手术的病人，以辅助病人呼吸。现在人工肺已用于肺功能不全的患者，如小儿肺炎、肺栓塞、气胸等病人。更完善的人工肺可植入人体，长期使用。现在世界上大约有一万多病人使用人工肺。人工肺大体有三种类型，即气泡式、平面接触式和膜式人工肺。膜式人工肺从 1955 年开始试制，曾采用过纤维素、聚乙烯、醋酸纤维素、聚四氟乙烯等，但它们对气体透过性不好。1960 年以来，改用硅橡胶、聚酯、尼龙等，它们透气性高，对血液适应性也较好，目前正在研究使用硅橡胶、聚碳酸酯共聚物、聚烷基砜等。膜式人工肺使用三万根中空纤维集束组成，每根中空纤维表面上布满了微孔，这些孔极小，使血液渗不出去，但可以排出二氧化碳，吸进氧气，进行气体交换。

人工肌肉和人工皮肤人工肌肉是由一根硅橡胶管包着一根涤纶织物管组成。涤纶织物管作为人工肌键从硅像胶两端伸长，以便附着在天然肌键或骨骼上。中央部分的涤纶织物有皱折，以便让人工肌肉能部分活动，但不能超出臂或腿伸直的位置。新型人工肌肉是用导电高分子制成，能吸收电信号产生膨胀和收缩。人工皮肤实际上是治疗过程中一种暂时性的创面保护覆盖材料，它能防止体液从创面蒸发和流失，起到防止细菌感染和促进肉芽和上皮生长的功能。人工皮肤的品种很多，但基本上是由底层与织物层结合而成。

底层为硅橡胶或聚多肽，织物层为尼龙、涤纶或聚丙烯等纤维。近年来，混合型人工皮肤已经出现，美国一家研究机构利用小牛皮、鲨鱼软骨和一些合成织物制成混合人工皮肤，表面涂有一层硅膜。将这种人工皮肤植于人体烧伤部位，即可渐渐起到正常皮肤的功能。这种混合皮肤看上去和被太阳晒成紫铜色的真皮肤没有区别。

相比之下，人工角膜、人工喉管、人工血管、人工关节、人工假牙等的难度就小多了。现在，人工器官的禁区是脑、胃和部分内分泌器官，但可以相信，克服这些障碍的日期也不会太遥远了