生物醫(yī)用材料的發(fā)展(共7頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上生物醫(yī)用材料的發(fā)展應(yīng)化0707 田銳 摘要：隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展及醫(yī)療水平的提升，生物醫(yī)用材料得到了快速的發(fā)展，本文將從生物醫(yī)用材料的基本知識入手，具體介紹其分類、作用及一些重要的應(yīng)用，并對相關(guān)研究成果進(jìn)行舉例分析。同時，結(jié)合我國的發(fā)展情況作出討論。關(guān)鍵詞：生物相容性、醫(yī)用高分子材料、醫(yī)用金屬材料、醫(yī)用無機(jī)材料、醫(yī)用復(fù)合材料一、生物醫(yī)用材料概述：1、發(fā)展?fàn)顩r：隨著社會文明進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活水平日益提高，人類對自身的醫(yī)療康復(fù)事業(yè)格外重視。與此同時，社會人口劇增，交通工具大量涌現(xiàn)，生活節(jié)奏加快，疾病、自然災(zāi)害、交通事故、運(yùn)動創(chuàng)傷和工傷等的頻繁發(fā)生等，造成人們意外傷害劇增。

2、因此，發(fā)展用于人體組織和器官再生與修復(fù)的生物醫(yī)用材料具有重大社會效益。早在公元前3500年，埃及人就用棉花纖維、馬鬃縫合傷口；墨西哥印第安人用木片修補(bǔ)受傷的顱骨；公元前500年的中國和埃及墓葬中發(fā)現(xiàn)假牙、假鼻和假耳；在1936年發(fā)明了有機(jī)玻璃后，很快用于制作假牙和補(bǔ)牙，至今仍在使用；1949年，美國首先發(fā)表了醫(yī)用高分子的展望性論文，第一次介紹了利用PMMA作為人的頭蓋骨、關(guān)節(jié)和股骨，利用聚酰胺纖維作為手術(shù)縫合線的臨床應(yīng)用情況；50年代，有機(jī)硅聚合物被用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，加速了器官代替、整容等的發(fā)展。由此我們看出這些用于修復(fù)人體器官的材料具有久遠(yuǎn)的發(fā)展歷史，它們統(tǒng)稱為生物醫(yī)用材料。生物醫(yī)用材料是一種新

3、型材料，具有廣泛的應(yīng)用前景，僅高分子材料，全世界在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用的就有90多個品種、1800余種制品，西方國家在醫(yī)學(xué)上消耗的高分子材料每年以1020的速度增長。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展尤其是生物技術(shù)的重大突破，生物材料的應(yīng)用將更加廣泛。2、定義：由于生物醫(yī)用材料是一個新發(fā)展起來的領(lǐng)域，并沒有嚴(yán)格的定義。以下是一些解釋：生物醫(yī)學(xué)材料指的是能夠植入生物體或與生物組織相結(jié)合的材料，可用于診斷、治療，以及替換生物機(jī)體中的組織、器官或增進(jìn)其功能。這些材料通過長期植入、短期植入、表面修復(fù)分別用于硬組織和軟組織修復(fù)與替換。3、分類：、按材料組成和性質(zhì)：醫(yī)用高分子材料（聚乙烯、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、

4、硅橡膠、聚乳酸、聚羥基乙酸）；醫(yī)用金屬材料（不銹鋼、鈷基合金、鈦和鈦合金以及貴金屬）；醫(yī)用陶瓷材料（羥基磷灰石材料）；醫(yī)用復(fù)合材料（金屬基-陶瓷涂層體系等）。、按材料在生理環(huán)境中的生物化學(xué)反應(yīng)水平：惰性的生物醫(yī)用材料、生物活性材料、可生物降解和吸收的生物材料、按用途：骨骼-肌肉系統(tǒng)修復(fù)材料和替換材料（骨、牙、關(guān)節(jié)、肌腱）軟組織材料（皮膚、乳房、食道、呼吸道膀胱）心血管系統(tǒng)材料（人工心瓣膜、血管、心血管內(nèi)插管）醫(yī)用膜材料（血液凈化膜和分離膜、氣體選擇性透過膜、角膜接觸鏡）藥物釋放材料等。 4、基本要求：（1）無急性毒性、致敏、致炎、致癌和其他不良反應(yīng)；（2）具有良好的耐腐蝕性能相應(yīng)的生物力學(xué)性能

5、和良好的加工性能； （3）體內(nèi)使用的醫(yī)用材料，還必須具有良好的組織相容性、血液適應(yīng)性和適宜的耐生物降解性二、金屬醫(yī)用材料的介紹硬組織修復(fù)1、常見醫(yī)用金屬材料及其特點(diǎn)：、不銹鋼：廉價、加工工藝簡便，但容易縫隙腐蝕、摩擦腐蝕以及疲勞腐蝕破裂；、鈷合金：耐腐蝕和力學(xué)性能綜合衡量，它是最優(yōu)良的材料之一；、貴金屬：生物相容性好、化學(xué)穩(wěn)定性好，抗腐蝕、價格昂貴 、形狀記憶合金：較硬富有彈性，可起到矯形和支撐作用，優(yōu)良的生物相容性，耐腐蝕、耐磨、無毒、鈦合金：無毒、質(zhì)輕、強(qiáng)度好、生物相容性好。2、 鈦合金：鈦合金具有很多其他金屬無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。質(zhì)輕：20時密度為4.5g/cm3，僅為不銹鋼的56%，植入人體

6、內(nèi)大幅度減輕了人體的負(fù)荷量，作為醫(yī)療器械也減輕了醫(yī)務(wù)人員操作符合；彈性模量為MPa，僅為不銹鋼的53%，植入人體內(nèi)與人體自然骨更接近，能夠減少骨頭對植入物的應(yīng)力屏蔽效應(yīng)；鈦及鈦合金是無磁性金屬，不受電磁場和雷雨天氣的影響，這有利于使用后的人體安全；無毒性，作為植入物對人體無毒副作用；在人體血液的浸泡環(huán)境中具有優(yōu)異的耐腐蝕性，保證了與人體血液及細(xì)胞組織的相容性，作為植入物不產(chǎn)生人體污染，不會發(fā)生過敏反應(yīng)；長期留置于人體內(nèi)，會受到人體的彎曲、扭轉(zhuǎn)、擠壓、肌肉收縮力等作用，要求植入物具有高的強(qiáng)度和韌性，鈦合金完全滿足這一點(diǎn)。鑒于鈦合金的諸多優(yōu)勢，其有廣泛的用途，主要用于：修補(bǔ)顱骨，制成鈦網(wǎng)或鈦箔用于

7、修復(fù)腦膜和腹膜、人工骨、關(guān)節(jié)、牙和矯形物、人工心臟瓣膜支架、人工心臟部件和腦止血夾、口腔頜面矯形頜修補(bǔ)、手術(shù)器械、醫(yī)療儀器頜人工假肢等多個方面。然而，作為一種金屬材料，鈦合金仍然存在一些不足之處。它雖然具有足夠的強(qiáng)度和韌性，但是它屬于生物惰性材料與骨頭的結(jié)合是一種機(jī)械鎖和。利用表面改性技術(shù)可提高金屬表面的穩(wěn)定性和耐磨性，同時可賦予其生物活性。下面介紹一種在金屬材料表面涂覆HA層的技術(shù)。與HA陶瓷一樣，HA涂層植入體內(nèi)后與生物環(huán)境作用，表面層會溶解，然后在涂層表面重新沉積一層類骨磷灰石，其成分和結(jié)構(gòu)都與天然骨組織十分類似。新骨不但生長在周圍骨組織表面，也在HA涂層表面生長，即形成雙向成長。這種生

8、長方式加快了新骨生長，并促使植入體與骨組織間形成直接的化學(xué)鍵性結(jié)合，有利于植入體早期穩(wěn)定，縮短手術(shù)后的愈合期。當(dāng)它與骨組織接觸時，新骨可沿涂層表面生長，即具有骨傳導(dǎo)性。HA涂層還有良好的橋接作用，當(dāng)它與骨組織的間隙寬2mm時，仍能激發(fā)骨的生長，充滿這一間隙。HA涂層還可以提高植入體-骨界面的結(jié)合強(qiáng)度，在HA涂層表面粗糙度與鈦表面相等或略小的情況下，界面結(jié)合強(qiáng)度要大得多。三、醫(yī)用材料在我國的發(fā)展：我國是一個擁有近13億人口和6000萬殘疾人的大國。據(jù)民政部門報告，我國現(xiàn)有的肢體不自由患者已超過1500萬，其中殘肢者約800 萬，由類風(fēng)濕引發(fā)的大骨節(jié)病患者有數(shù)百萬，冠心病患者已超過1000 萬，白

9、內(nèi)障盲人約500萬，牙缺損和牙缺失患者高達(dá)3億4億人，約占全國人口的1/4 1/3。此外，我國正步入老年人社會，60歲以上的老年人口已達(dá)1.39億，約占全國人口的10.69% 。年老體邁不斷引發(fā)機(jī)體組織和器官病變，需要及時治療。為此要提供大量優(yōu)質(zhì)的生物醫(yī)用材料及器件以供臨床診治的需要。然而在世界市場上，生物相容性材料及制品中，美國占了49.7%，歐洲占了24.1%，日本占了17.2%，而剩下的其他國家所占市場份額只有9%，我國醫(yī)用器械市場及產(chǎn)業(yè)與國外差距較大，占世界市場的份額不足3%?？吹结t(yī)用材料如此廣闊的前景，我國應(yīng)在如下幾個方面重點(diǎn)開發(fā)研究：一是生物結(jié)構(gòu)和生物功能的設(shè)計和構(gòu)建原理研究。著重

10、研究具有誘導(dǎo)組織再生的骨、軟骨及肌腱等基底材料和框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計及其仿生裝配；二是表面界面過程-材料與機(jī)體之間的相互作用機(jī)制研究。從細(xì)胞和分子水平深入研究材料與特定細(xì)胞、組織之間的表面界面作用，揭示影響生物相容性的因素及本質(zhì)；三是生物導(dǎo)向性及生物活性物質(zhì)的控釋機(jī)理研究。研究可自控或靶向釋放蛋白、基因等特異性生物活性物質(zhì)的材料的設(shè)計以及生物導(dǎo)向性原理；用于組織細(xì)胞和基因治療的半滲透聚合物膜的設(shè)計、自裝配及特異性細(xì)胞密封技術(shù)；四是生物降解吸收的調(diào)控機(jī)制研究。研究生物降解吸收材料的分子結(jié)構(gòu)和生物環(huán)境對其降解的影響、降解吸收速度的調(diào)控、降解吸收及代謝機(jī)制，以及降解產(chǎn)物對機(jī)體的影響。其目標(biāo)是為組織工程化人

11、工器官生物材料及藥物控釋材料的自成、改性方法提供理論基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)材料參與生命過程和構(gòu)建生命組織的目的；五是材料的制備方法學(xué)和質(zhì)量控制體系研究。主要研究生物醫(yī)用材料及修復(fù)體的計算機(jī)輔助設(shè)計。四、未來發(fā)展趨勢近幾年來人工器官的研究和應(yīng)用迅速發(fā)展，用人工材料制成能部分或全部替代人體自然器官功能的裝置，幾乎對人體各個器官（除大腦外）都在進(jìn)行人工模擬研制。不遠(yuǎn)的將來，科學(xué)家有可能借助于生物材料設(shè)計和制造整個人體器官，生物醫(yī)用材料和制品產(chǎn)業(yè)將發(fā)展成為本世紀(jì)世界經(jīng)濟(jì)的一個支柱產(chǎn)業(yè)。以下是醫(yī)用材料未來的發(fā)展趨勢： 1、組織工程材料面臨重大突破： 由于傳統(tǒng)的人工器官（如人工腎、肝）不具備生物功能（代謝、合成），只

12、能作為輔助治療裝置使用，研究具有生物功能的組織工程人工器官已在全世界引起廣泛重視。最近，由于干細(xì)胞具有分化能力強(qiáng)的特點(diǎn)，將其用作"種子"細(xì)胞進(jìn)行構(gòu)建人工器官成為熱點(diǎn)。組織工程學(xué)已經(jīng)在人工皮膚、人工軟骨、人工神經(jīng)、人工肝等方面取得了一些突破性成果，展現(xiàn)出美好的應(yīng)用前景。 2、生物醫(yī)用納米材料初見端倪：納米技術(shù)在90年代獲得了突破性進(jìn)展，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究也不斷得到擴(kuò)展。目前的研究熱點(diǎn)主要是藥物控釋材料及基因治療載體材料。 3、血液凈化材料重在應(yīng)用 采用濾過沉淀或吸附的原理，將體內(nèi)內(nèi)源性或外源性毒物（致病物質(zhì)）專一性或高選擇性地去除，從而達(dá)到治病的目的，是治療各種疑難病癥

13、的有效療法。尿毒癥、各種藥物中毒、免疫性疾病（系統(tǒng)性紅斑狼瘡、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎）、高脂血癥等，都可采用血液凈化療法治療，其核心是濾膜、吸附劑等生物材料。 4、復(fù)合生物材料仍是開發(fā)重點(diǎn) 作為硬組織修復(fù)材料的主體，復(fù)合生物材料受到廣泛重視。它具有強(qiáng)度高、韌性好的特點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于臨床。通過具有不同性能材料的復(fù)合，可以達(dá)到"取長補(bǔ)短"的效果，有效解決材料的強(qiáng)度、韌性及生物相容性問題。 5、材料表面改性是永久性課題 生物相容性包括血液相容性和組織相容性，是生物材料應(yīng)用的基本要求。除了設(shè)計、制造性能優(yōu)異的新材料外，通過對傳統(tǒng)材料進(jìn)行表面化學(xué)處理（表面接枝大分子或基團(tuán)）、表面物理改性

14、（等離子體、離子注人或離子束）和生物改性是有效途徑。材料表面改性的新方法和新技術(shù)被認(rèn)為是生物材料研究的永久性課題。 參考文獻(xiàn)：1袁佐平,生物醫(yī)用材料的研究進(jìn)展,2009.42田豐,成國祥,劉長軍,陳世謙,骨組織損傷修復(fù)生物醫(yī)用材料的研究進(jìn)展,2005.83崔福齋,李艷,李恒德, 國內(nèi)外生物醫(yī)用材料產(chǎn)業(yè)分析,2005.8 4劉保靜,生物醫(yī)用材料產(chǎn)業(yè)：人類健康的福音,2008.75奚廷斐,生物醫(yī)用材料現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,2006.8    6甘洪全,王志強(qiáng),骨科生物醫(yī)用材料的研究進(jìn)展,2007.57孔德領(lǐng),俞耀庭,生物醫(yī)用材料進(jìn)展,20038王磊,竇宏儀,徐士清,王學(xué)敏,醫(yī)用高分子材料的現(xiàn)狀與應(yīng)用,2005.89王安東,戴起勛,生物醫(yī)用材料316L不銹鋼的磨損腐蝕特性研究,2005.810王俊,生物醫(yī)用復(fù)合材料研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,2007.511史冬梅,陳杰,我國生物醫(yī)用材料市場狀況及問題分析,2000.912于振濤,生物醫(yī)用鈦合金材料的研究、開發(fā)與應(yīng)用,2008.113黃靜歡,丁建東,生物醫(yī)用高分子材料與現(xiàn)代醫(yī)學(xué),2005.813計劍,金橋,徐建平,沈家驄,改善生物醫(yī)用材料生物相容性的聚合物刷及其制備方法,2006.1014劉豐,李曉俊,劉小蘭,李靜,多種生物醫(yī)用材料的應(yīng)用,2005.815Hench I.L. Bioceram