生物醫(yī)學材料綜述-PFX(共5頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上生物醫(yī)學材料綜述盤楓翔（山東大學 材料科學與工程學院 8）摘要：生物醫(yī)學材料是一類具有特殊性能、特殊功能，用于人工器官、外科修復、理療康復、診斷、治療疾患，并且對人體組織不會產生不良影響的材料.現(xiàn)在各種合成和天然高分子材料、金屬和合金材料、陶瓷和碳素材料以及各種復合材料，制成的產品已經被廣泛應用于臨床和科研.材料科學與物理、化學、生物學及臨床科學越來越緊密的結合產生了一個新興的產業(yè)-生物醫(yī)學材料產業(yè).生物醫(yī)學材料已經成為生物醫(yī)學工程的四大支柱產業(yè)之一，它為醫(yī)學、藥物學及生物學等學科的發(fā)展提供了豐富的物質基礎，作為材料學的一個重要分支，它對于促進人類文明的發(fā)展必將做出更

2、大的貢獻. 關鍵詞：生物醫(yī)學材料 醫(yī)用高分子材料 生物陶瓷材料 生物復合材料1. 引言隨著材料工業(yè)的發(fā)展和人工器官的廣泛應用，生物醫(yī)學材料這門新興交叉學科已經成為新技術革命的一個重要組成部分.經濟發(fā)達國家已經成形了新型的生物材料工業(yè)體系，目前比較有代表性的生物材料產品包括：1、用于人工器官及待用品制造的膨體聚四氟乙烯、低溫各向同性碳、表面修飾語交聯(lián)的血紅蛋白、碳化硅酯和高分子質量聚乙烯等.2、用于人工關節(jié)及骨代替的高分子質量高密度聚乙烯、氧化鋯陶瓷、甲基丙烯酸甲酯語苯乙烯共聚物等.3、用于人工膜替換的甲基丙烯酸酯等.4、用于應用黏合劑的亞甲基丙二酸酯、GRF膠，蛋白膠等.2. 生物醫(yī)學材料和生

3、物醫(yī)學工程2.1. 生物醫(yī)學材料是一類具有特殊性能、特種功能，用于人工器官、外科修復、理療康復、診斷、治療疾患，而對人體組織不會長生不良影響的材料.生物材料通常有兩個定義：狹義的生物材料是指天然生物材料，也就是由生物過程形成的材料.廣義的生物材料是指用于替代、修復組織器官的天然或人造材料.2.2. 研究生物醫(yī)學材料的學科被稱為生物材料學.生物材料學是涉及生物材料的組成結構、性能與制備相互關系和規(guī)律的科學.其主要目的是在分析天然生物材料微組裝、生物功能及形成機理的基礎上，發(fā)展仿生學高性能工程材料，及用于人體組織器官修復與替代的新型醫(yī)用材料.其主要研究內容有：生物過程形成的材料結構、原理，材料溶性

4、機理，生物材料自主組裝、自我修復的原理.3. 生物醫(yī)學材料的基本要求3.1.1. 一般而言，醫(yī)學臨床對生物醫(yī)學材料有以下基本的要求：1) 材料無毒性，不致癌、不致畸、不引起人體細胞的突變和組織細胞的反應；2) 與人體組織相容性好，不引起中毒、溶血凝血、發(fā)熱和過敏等現(xiàn)象；3) 化學性質穩(wěn)定，抗體液、血液及酶的作用；4) 具有與天然組織相適應的物理機械特性；5) 針對不同的使用目的具有特定的功能.3.1.2. 由于生物材料必須與體液和血液接觸，它必須合乎醫(yī)學上的要求，因此在選擇移植材料時，有六個基本問題必須加以克服：1) 材料必須具備足夠的強度；2) 材料特性必須能夠維持一段很長的時間而不會有顯著

5、的老化；3) 材料必須適合于生物組織；4) 材料必須為非致癌物；5) 材料必須不傷害血液；6) 材料必須便宜，并且容易制作及大量生產.4. 生物材料的性能要求作為體內移入物的材料, 不僅要在生物條件下物理機械性能長期穩(wěn)定, 而且要對人體的組織、血液、免疫等系統(tǒng)不產生不良影響：.1) 生物相容性:生物相容性是生物醫(yī)學材料特定應用中伴隨著適應宿主反應發(fā)揮有效作用的能力.2) 力學性能:一些生物醫(yī)學材料的最終使用是制成生物體內可接受的器官和器件，由此，這樣的生物醫(yī)學材料必須與生物結構（包括器官）的力學性能相容.為此，生物醫(yī)學材料應具備有適當?shù)牧W性能.3) 和組織的結合性:這種結合可以是組織長入不平

6、整的植入表面而形成的機械嵌聯(lián).也可以是植入材料和生理環(huán)境間發(fā)生化學反應而形成的化學鍵結合.4) 耐生物老化性能:材料在活體內要有較好的化學穩(wěn)定性, 能夠長期使用, 即在發(fā)揮其醫(yī)療功能的同時要耐生物腐蝕、耐生物老化 5. 生物材料的用途分類及主要特點除了大腦外,機體所有的組織和器官均可人工再造和再生.對生物材料而言,一種是指天然生物材料,是由生命過程形成的材料,如結構蛋白(膠原纖維、蠶絲等) 和生物礦物(骨、牙、貝殼等) ; 另一種是指醫(yī)用生物材料, 是通常意義上的生物材料.早期的生物醫(yī)用材料主要是人工合成材料, 如金屬、陶瓷、高分子等.生物醫(yī)學材料的品種繁雜，臨床應用的要求各種各樣.從認識和管

7、理來說，目前所使用的所有生物醫(yī)學材料可按多種標準進行分類.例如，按用途可以分為牙科材料、骨科材料、心血管材料、手術縫線材料、組織粘合劑、血液代用品材料、藥物或藥物傳遞材料等；根據(jù)材料來源可以分為同種組織器官移植材料、異種器官移植材料、天然或改性生物材料、人工合成材料等；按材料在人體內使用期限和接觸情況又可分為永久性（長期）植入材料和一次性醫(yī)療用品材料等.5.1. 只要與生物體液接觸的材料，不管在體內或體外都稱為生物材料，因此可以依其用途分為以下四類：1) 材料用于體內或體外以便提供暫時的功能，屬于這一類的有吸收式縫線及導管等.2) 材料用于體外輔助器，此時材料必須與血液接觸，如血液透析薄膜和氧

8、器薄膜等.3) 材料與體內及體外組織同時作長時間的接觸，如血液透析短絡（注）、隱形眼鏡及牙科整形裝置等屬之.4) 材料長期的移植在體內，如心律調整器、人造血管及人造心瓣膜等.5.2. 常見的分類方法是根據(jù)材料本身的性質分為醫(yī)用金屬材料、醫(yī)用高分子材料、生物陶瓷材料、醫(yī)用復合材料和新起步的生物衍生材料五大類.1) 醫(yī)用金屬材料主要適用于人體硬組織的修復和置換，有鈷基合金、不銹鋼、鈦及鈦合金、貴金屬系、形狀記憶合金、金屬磁性材料等七大類.醫(yī)用金屬材料的顯著特點是具有較高的強度和韌性，加工性能好，工藝成熟穩(wěn)定可靠，廣泛用于齒科充填、人工關節(jié)、人工心臟、磁療、放射療法、藥物載體、生殖控制等.2) 生物

9、陶瓷材料是近年來得到較快發(fā)展的一類生物材料，應用范圍與醫(yī)用金屬材料類似.根據(jù)材料本身的性質可分為三類：一類是生物體內近于惰性的生物材料，如氧化鋁（純剛玉）陶瓷材料、碳素材料等；第二類稱為生物體內可控表面活性材料，如生物玻璃陶瓷、羥基磷灰石等；第三類是生物體內可吸收的生物材料，如磷酸鈣系可吸收材料、熟石膏等.生物陶瓷材料的優(yōu)點是生物相容性好，同時又具有一定的強度和耐腐蝕性.但脆性和加工成型困難，仍是制約生物陶瓷廣泛應用的兩個最大難題.醫(yī)用高分子材料是生物材料中的最大家族.3) 醫(yī)用高分子材料，包括合成和天然高分子，品種達100多種，已被廣泛應用于各種韌帶、肌腱、皮膚、血管、角膜、骨和牙以及各種人

10、工器官臟器的修復和制造.醫(yī)用高分子材料所包括的范圍雖然較繁雜，但大致上可歸納為5個方面：即軟組織替換材料、硬組織替換材料、生物降解材料、組織工程材料（又稱雜化生物材料、生物化材料或第三代生物醫(yī)學材料）、藥物傳遞系統(tǒng)、粘接劑和高分子藥物等.根據(jù)材料的性質分為生物降解和非生物降解材料兩大類.所謂降解型高分子材料是指材料在植入體內后，可在生物環(huán)境作用下發(fā)生結構破壞和性能蛻變，最終通過體內新陳代謝分解而排出體外，如膠原、纖維素、聚氨基酸、殼聚糖及某些聚酯材料等；非降解型高分子材料則相反，可作長期植入之用，如常見的聚乙烯、聚丙烯、硅橡膠、聚砜、聚丙烯酸酯（有機玻璃）等.事實上，正是由于高分子科學的發(fā)展才

11、確立了生物醫(yī)學材料的學科地位.4) 生物復合材料是上述三種材料任意兩種以上復合而成的.生物醫(yī)學材料的研究仍屬于仿生學范疇.從材料科學觀點來看，幾乎所有的生物體組織和器官，都是由兩種或兩種以上材料復合而成.如骨骼和牙齒可看作是由膠原蛋白、多糖基質等天然高分子構成的連續(xù)相和彌散于其中的羥基磷灰石晶粒復合而成.皮膚、肌肉、肌腱、韌帶等是由彈性硬蛋白和膠原蛋白所組成.目前已實用的生物復合材料主要有表面涂層復合生物材料（如烤瓷假牙等）、纖維增強醫(yī)用復合材料（如彈性骨折內固定板、可降解骨折內固定板等）.當然，也可根據(jù)材料行為分為近于生物惰性的、生物活性的和可生物降解的三種基本類型.前面提及的組織工程材料也

12、可看作是一類特殊的“活”復合材料.這為將來獲得真正具有“生命活力”的生物材料開辟了廣闊的道路.5) 生物衍生材料的主要成分是活性生物組織, 用于人工心臟瓣膜、皮膚掩膜、骨修復體、血管化學修復體等.將活性生物組織處理改性成無活性生物材料, 其結構與人體組織極為相似, 生物相容性好, 但目前仍處于剛起步階段.6. 我國的生物材料研究應用我國生物材料的應用和開發(fā)研究起步比較晚，但是隨著政府的重視和投入的不斷增加，取得一批較高水平的研究和科研成果，如生物活性骨、關節(jié)系統(tǒng)替換材料、人工心臟瓣膜等心血管替換材料以及眼科手術用高分子復合材料等.生物材料產業(yè)作為新興的產業(yè)具有極大的發(fā)展前景，到21世紀初一直保

13、持著較高的增長速度，其中蘊藏著巨大的經濟利益和社會利益.我國生物材料產業(yè)不僅受國內的條件制約，同時也面臨著國外企業(yè)的激烈競爭，加入WTO后我國生物技術產業(yè)將會面臨更嚴峻的挑戰(zhàn).生物材料雖然已經在臨床上得到了廣泛應用，并得到了醫(yī)學界、化學界、材料學界乃至經濟學界人士的高度重視，但它距離人們的真正期望和要求相差甚遠.因此，它仍然是一類正在高速發(fā)展的“未來材料”.參考文獻： 1 李玉寶.生物醫(yī)學材料.北京:化學工業(yè)出版社,2003:8202 顧漢卿.徐國鳳.生物醫(yī)學材料學, 天津:天津科技翻譯出版公司,1993:5183 胡良俊.生物醫(yī)學工程.長沙:湖南科技出版社,1987:7224 陳百萬.生物醫(yī)

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