从它的发明来历说起,PTFE是一种用途非常广泛、具有弹性的氟聚合物。Polytetrafluoroethylene 这是膨体的英文名字。Poly- 是“聚合”的意思;tetra-在英文里是“四”的词缀;fluoro-是一种化学元素“氟”;ethylene-是我们大家都很熟悉的一种高分子材料:乙烯。因此学名又叫聚四氟乙烯。取了它的四个大写字母做为简写:PTFE。
1958年,Bill Gore和他的太太Vieve Gore在美国特拉华州Newark市,自己家里的地下室里成立了戈尔(Gore)公司,此公司后来成为世界500强之一。Bill Gore这个人以前是做化工行业的,主要研究是绝缘材料,他把聚四氟乙烯研究得很深入。Gore-tex 中文名字也叫“高泰可斯”的东西,便是PTFE拉长而来的,这是这种材料的注册商标。公司从生产专业绝缘电线起家,采用PTFE作绝缘材料。1969年,Gore夫妇的儿子Bob Gore发现在适当拉伸下,PTFE能够延展成一种高强度的多孔材料,他把这种材料注册为GORE-TEX。所以,GORE-TEX (“高泰可斯”),便是PTFE拉长而来的,这是这种材料的注册商标。因为是拉伸压展而来,所以现在在前面又加了一个英文名字expended,所以很多学术期刊上便把它叫做ePTFE(expended Polytetrafluoroethylene)了。
所以Gore-tex(高泰克斯)、聚四氟乙烯(PTFE)和膨体其实是同样材料的不同叫法罢了。
为什么把它叫做“乙烯”呢?它和日常生活中的乙烯塑料有什么区别?
这是一个化学方面的知识。在原子结构上,氢和氟的外层都需要一个电子对才能达到稳定。它们与C结合时都是以共价键的方式存在,这种键非常稳定,这也是它不易降解和变性的分子基础。因为形成聚合物的机理一样,所以就叫做“乙烯”,和“烷”和“烃”区分开。当将聚乙烯(-CH2-CH2-)n 中的氢换成氟的时候, 就变成(-CF2-CF2-)n,看到吧,每个单体有四个“氟”,所以是聚“四”氟乙烯。
国外有文献研究就表明:在体内没有发现可以破坏C-F键的酶,说明人体无法破坏它的基本分子结构。它因为有这样的化学结构,不易被降解和吸收,所以它能够作为人体组织的充填物存在使用。
这种材料在物理学上具备以下特性,l 不粘性(负电荷)l 不形成血栓l 延展性这些特性对于它在人体中的使用非常重要。
因为形成共价键时,氟有多余的电子,所以整体材料会带负电。这使得它不会有粘性,不会象汽油或是凝胶一样粘乎乎的。
同时因为它整体带负电,与同样带负电的血小板会产生排斥作用,因此不会形成血栓,这是它做为心脏瓣膜和人工血管很重要的机理。
在物理形态上它整体带有延展性,可以被拉长、压薄或成形而不会有回弹性,因此可以被做成各种规格的材料。同时因为它的这些物理性质,使得在雕刻塑形时必须用刀去“削”,而不能用剪或钳子去挤压这个材料。
这种化工材料在日常生活中应用很广泛,它绝缘,防水,还可以有部分透光性。帐篷上便会有这种材料(户外运动的一些装备上用的很多)。北京奥运场馆“水立方”上要覆盖这种材料的薄膜。
如果在Google上用Gore-tex做为主题词,可以查出来的很多东西都是密封材料。但我们这里只是关注它在医学上的应用。
1975年美国食品药品监督管理局(Food and Drug Administration, FDA)批准了Gore-tex的人工血管和心脏瓣膜的临床应用,以后Gore-tex被广泛用于心血管外科、普通外科、骨科。到目前为止,全世界有超过550万的人体内植有戈尔医疗产品。根据Gore公司的官方网站上所公布的产品规格,目前在皮下进行充填的补片分为非加强型(nonreinforced),也就是全部由PTFE构成;还有一种是加强型(Reinforced),除PTFE以外,还加了一些氟化丙乙烯(FEP,另外一种人体植入材料),在保持柔软度的基础上增加它的硬度,以方便进行雕刻和塑形。目前在隆鼻术中所用到的材料,基本上都是这种加强型,它在体外很柔软,但一进入身体后,支撑力与人体的软骨相当。
在面部应用膨体材料是从1983年开始的,之后有相当多的报告不断出来。目前偏好使用膨体的医生和求美者正在越来越多。表面上看来,这个材料很象泡沫塑料,实际上,这种材料与泡沫塑料有天壤之别,我们可以从它在电子显微镜下的形态表现上看一下,它的微孔结构和组成方式都决定了它是最合适的人体组织代用品。
1. ePTFE材料由膨体聚四氟乙烯(PTFE)的柱状结构构成,连接着各个方向排列的PTFE纤维,这使材料的各个方向的力量平衡。
2. 结间纤维的平均长度(如:孔的大小)是20-25μm,这种独特的微孔超微结构使它具有生物材料的特点