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ANSYS 部落格

September 25, 2019

什麼是 PMMA?它在醫學界如何被運用?

聚 (甲基丙烯酸甲酯,或 PMMA) 有多個不同的名稱,包括有機玻璃 (Plexiglas ) 和丙烯酸。PMMA 材料的生物相容性,使其獲得了「骨水泥」的醫學綽號。

PMMA 通常被用作窗戶、水族館和曲棍球場等各種玻璃的更輕、更防碎的替代品。因此,很難想像這種易於加工、成本低廉、用途廣泛的材料還可用於假牙、骨骼移植等。

儘管成分是聚合甲基丙烯酸甲酯 (MMA,這是一種具有刺激性的可能致癌物),但 PMMA 具有極強的生物相容性。


PMMA 材料的生物相容性,使其非常適合
假牙製造商。

這種生物相容性可歸因於 PMMA 對以下方面的抵抗力:

     
  • 溫度壓力
  • 化學反應
  • 人體組織
  • 生物程序
 

作為骨水泥,PMMA 用於填充植入物和骨骼之間的間隙。PMMA 材料非常適合此程序,因為它具有生物相容性,並且易於在醫療環境中聚合。

 

然而,更加了解材料智慧,有助於回答 PMMA 是否一定是體內植入物的最佳選擇。
 

儘管 PMMA 材料具有生物相容性,但它一定是最佳的醫療選擇嗎?

在手術室裡,骨水泥是由粉末和液體製成的。粉末由 MMA 共聚物組成,而液體包含 MMA 單體和化學促進劑以及抑制劑。

將粉末和液體混合會形成補土,可以塗抹在骨骼和植入物之間。補土就像瓷磚之間的填縫劑:可將植入物固定在骨骼上。

但是,PMMA 材料不適合這項工作的原因有很多:


PMMA 材料的生物相容性,使其成為將植入物固定在骨骼上的首選。但它是最好的選擇嗎?
 

     
  1. PMMA 的斷裂韌性介於 0.7 MPa∙m1/2 到 1.6 MPa∙m1/2 之間,而骨頭的斷裂韌性介於 3.5 MPa∙m1/2 到 6.6 MPa∙m1/2 之間。
  2. PMMA 具有高聚合溫度。
 

PMMA 和骨頭的斷裂韌性差異性在於衝擊導致水泥破壞時,骨頭或植入物仍不受影響。

 

此外,研究指出,由於放熱聚合反應,補土在體外可達到攝氏 80 度以上,在體內可達到攝氏 50 度左右,因而損壞骨骼。這會拉長病患的恢復時間。

此外,少量未聚合的 MMA 會殘留在水泥中。這些成分可能進入身體其他部位,導致低血壓。

PMMA 在作為骨水泥方面可能有其問題,但在許多情況下,仍是最佳的材料選擇。然而,研究人員仍在尋找更好的骨水泥材料。
 

醫生受益於 PMMA 材料的生物相容性

PMMA 是許多其他醫療程序的重要材料。例如,它用於製作假牙和填充物,因為它易於染色且成型快。

因此,醫生可以使用 PMMA 材料製作與原始牙齒的大小和顏色非常相符的假牙和填充物。

PMMA 材料也進入了眼科。歷史上,它被用作硬式隱形眼鏡或人工水晶體。

PMMA 用於眼部,則始於一個令人驚訝的發現。任職於英國皇家空軍的眼科醫生 Harold Ridley 注意到,由於擋風玻璃破碎而進入眼睛中的 PMMA 碎片,不會像一般玻璃碎片一樣引發排斥反應。


PMMA 材料的生物相容性,使其成為硬式隱形眼鏡和人工水晶體的絕佳選擇。然而,較軟的材料主導了市場。

 

因此 Ridley 嘗試使用 PMMA 來更換白內障病患的受損水晶體。1949 年,他在 St. Thomas Hospital 完成永久植入。

許多 PMMA 型共聚物和矽基材料現在在人工水晶體市場上與 PMMA 競爭。這些材料具有柔韌的優點,因此不易碎。

 

若是隱形眼鏡,軟式鏡片會更舒適。此外,隨著傳氧率的最新進展,軟式隱形眼鏡通常是病患的首選。

PMMA 材料在醫療業有很多用途。儘管它已經沒有那麼普遍了,但 PMMA 和類似材料的進步,將繼續改善許多人的生活。

若想深入了解材料智慧如何改善人類生活,請觀看網路研討會:材料智慧:從選擇到管理,或存取此處的醫療材料資訊來源

這個部落格記錄了 Granta 網站上先前 Sean Newham 的部落格筆記。

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