生物醫(yī)用材料

1、生物醫(yī)學(xué)材料指的是一類具有特殊性能、特種功能，用于人工器官、外科修復(fù)、理療康復(fù)、診斷、治療疾患，而對人體組織不會產(chǎn)生不良影響的材料?，F(xiàn)在各種合成材料和天然高分子材料、金屬和合金材料、陶瓷和碳素材料以及各種復(fù)合材料，其制成產(chǎn)品已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于臨床和科研。生物醫(yī)用材料是用來對于生物體進(jìn)行診斷、治療、修復(fù)或替換其病損組織、器官或增進(jìn)其功能的新型高技術(shù)材料，它是研究人工器官和醫(yī)療器械的基礎(chǔ)，己成為材料學(xué)科的重要分支，尤其是隨著生物技術(shù)的蓮勃發(fā)展和重大突破，生物材料己成為各國科學(xué)家競相進(jìn)行研究和開發(fā)的熱點(diǎn)。二 關(guān)鍵詞:生物， 醫(yī)學(xué)，材料，醫(yī)療器械， 創(chuàng)傷，組織， 植入biomedical materi

2、al， new materials三 文獻(xiàn)綜述1生物醫(yī)用材料定義生物醫(yī)用材料（biomedical material）是用于對生物體進(jìn)行診斷、治療、修復(fù)或替換其病損組織、器官或增進(jìn)其功能的新型高技術(shù)材料。它是研究人工器官和醫(yī)療器械的基礎(chǔ)，己成為材料學(xué)科的重要分支，尤其是隨著生物技術(shù)的蓮勃發(fā)展和重大突破，生物材料己成為各國科學(xué)家競相進(jìn)行研究和開發(fā)的熱點(diǎn)。當(dāng)代生物材料已處于實(shí)現(xiàn)重大突破的邊緣，不遠(yuǎn)的將來，科學(xué)家有可能借助于生物材料設(shè)計(jì)和制造整個(gè)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(gè)支柱產(chǎn)業(yè).由生物分子構(gòu)成生物材料，再由生物材料構(gòu)成生物部件。生物體內(nèi)各種材料和部件有各自的生物

3、功能。它們是“活”的，也是被整體生物控制的。生物材料中有的是結(jié)構(gòu)材料，包括骨、牙等硬組織材料和肌肉、腱、皮膚等軟組織；還有許多功能材料所構(gòu)成的功能部件，如眼球晶狀體是由晶狀體蛋白包在上皮細(xì)胞組成的薄膜內(nèi)而形成的無散射、無吸收、可連續(xù)變焦的廣角透鏡。在生物體內(nèi)生長有不同功能的材料和部件，材料科學(xué)的發(fā)展方向之一是模擬這些生物材料制造人工材料。它們可以做生物部件的人工代替物，也可以在非醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中使用。前者如人工瓣膜、人工關(guān)節(jié)等；后者則有模擬生物黏合劑、模擬酶、模擬生物膜等 2 生物醫(yī)用材料的分類生物材料應(yīng)用廣泛，品種很多，有不同的分類方法。通常是按材料屬性分為：合成高分子材料（聚氨醋、聚醋

4、、聚乳酸、聚乙醇酸、乳酸乙醇酸共聚物及其他醫(yī)用合成塑料和橡膠等）、天然高分子材料（如膠原、絲蛋白、纖維素、殼聚糖等）、金屬與合金材料（如欽金屬及其合金等）、無機(jī)材料（生物活性陶瓷，羥基磷灰石等）、復(fù)合材料（碳纖維聚合物、玻璃纖維聚合物等）。根據(jù)材料的用途，這些材料又可以分為生物惰性（bioinert）、生物活性（bioactive）或生物降解（biodegradable）材料。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。生物醫(yī)用材料由于直接用于人體或與人體健康密切相關(guān)，對其使用有嚴(yán)格要求。首先，生物醫(yī)用材料應(yīng)具有良好的血液相容性和組織相容性。其次，要求耐生物老化。

5、即對長期植入的材料，其生物穩(wěn)定性要好；對于暫時(shí)植入的材料，耍求在確定時(shí)間內(nèi)降解為可被人體吸收或代謝的無毒單體或片斷。還要求物理和力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、易于加工成型、價(jià)格適當(dāng)。便于消毒滅茵、無毒無熱源、不致癌不致畸也是必須考慮的。對于不同用途的材料，其要求各有側(cè)重。 3 生物醫(yī)用新型材料（1）陶瓷基生物醫(yī)用復(fù)合材料 陶瓷基復(fù)合材料是以陶瓷、玻璃或玻璃陶瓷基體，通過不同方式引入顆粒、晶片、晶須或纖維等形狀的增強(qiáng)體材料而獲得的一類復(fù)合材料。目前生物陶瓷基復(fù)合材料雖沒有多少品種達(dá)到臨床應(yīng)用階段，但它已成為生物陶瓷研究中最為活躍的領(lǐng)域，其研究主要集中于生物材料的活性和骨結(jié)合性能研究以及材料增強(qiáng)研究等。

6、 （2）高分子基生物醫(yī)用復(fù)合材料 研究表明幾乎所有的生物體組織都是由兩種或兩種以上的材料所構(gòu)成的，如人體骨骼和牙齒就是由天然有機(jī)高分子構(gòu)成的連續(xù)相和彌散于其基質(zhì)中的羥基磷灰石晶粒復(fù)合而成的。生物有機(jī)高分子基復(fù)合材料，尤其生物無機(jī)與高分子復(fù)合材料的出現(xiàn)和發(fā)展，為人工器官和人工修復(fù)材料、骨填充材料開發(fā)與應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。（3）金屬基生物醫(yī)用復(fù)合材料 作為生物醫(yī)用材料，金屬材料占有極其重要的地位，它具有較好的綜合力學(xué)性能和優(yōu)良的加工性能，是國內(nèi)外較早將其作為人體硬組織修復(fù)和植入的一類材料，但金屬材料與機(jī)體的親和性、生物相容性較差，在體液中存在材料腐蝕等問題。因此，除進(jìn)一步優(yōu)化材料的整體性能外，必

7、須通過表面涂層、離子注入等技術(shù)進(jìn)行表面處理。自國外1931年發(fā)表生物氧化物涂層的文獻(xiàn)以來，涂層的技術(shù)和種類已得到不斷的豐富和發(fā)展，但材料與骨組織之間的結(jié)合性能以及涂層與基體之間的界面結(jié)合性能仍是目前金屬基復(fù)合材料的研究重點(diǎn)。近年來，隨著涂層技術(shù)的不斷發(fā)展，電化學(xué)沉積法、浸漬-熱解法、水熱處理法不斷出現(xiàn)，它已成為金屬基生物復(fù)合材料研究的一個(gè)重要方向，涂層材料的研究已從生物惰性涂層發(fā)展到生物活性材料以及非氧化物涂層材料4生物醫(yī)用材料發(fā)展趨勢。（1）組織工程材料面臨重大突破生物材料在組織工程中占據(jù)非常重要的地位，同時(shí)組織工程也為生物材料提出問題和指明發(fā)展方向。由于傳統(tǒng)的人工器官（如人工腎、肝）不具備

8、生物功能（代謝、合成），只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。構(gòu)建組織工程人工器官需要三個(gè)要素，即"種子"細(xì)胞、支架材料、細(xì)胞生長因子。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由于人類基因組計(jì)劃的完成及基因診斷與治療不斷取得進(jìn)展，科學(xué)家對使用基因療法治療腫瘤充滿信心?；蛑委熓菍?dǎo)人正常基因于特定的細(xì)胞（癌細(xì)胞）中，對缺損的或致病的基因進(jìn)

9、行修復(fù)；或者導(dǎo)人能夠表達(dá)出具有治療癌癥功能的蛋白質(zhì)基因，或?qū)四茏柚贵w內(nèi)致病基因合成蛋白質(zhì)的基因片斷來阻止致病基因發(fā)生作用，從而達(dá)到治療的目的。這是治療學(xué)的一個(gè)巨大進(jìn)步?；虔煼ǖ年P(guān)鍵是導(dǎo)人基因的載體5，只有借助于載體，正?；虿拍苓M(jìn)人細(xì)胞核內(nèi)。目前，高分子納米材料和脂質(zhì)體是基因治療的理想載體，它具有承載容量大，安全性高的特點(diǎn)。近來新合成的一種樹枝狀高分子材料作為基因?qū)说妮d體值得關(guān)注6,7。（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的有效療法9。尿毒癥、各種藥物中毒、免疫性疾?。ㄏ到y(tǒng)性

10、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。（）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)，目前己廣泛應(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?？梢杂行Ы鉀Q材料的強(qiáng)度、韌性及生物相容性問題。是生物材料新品種開發(fā)的有效手段。提高復(fù)合材料界面之間結(jié)合程度（相容性）是復(fù)合生物材料研究的主要課題10。根據(jù)使用方式的不同研究較多的是：合金、碳纖維高分子材料、無機(jī)材料（生物陶瓷、生物活性玻璃）高分子材料的復(fù)合研究。（5）材料表面改性是永久性課題生物

11、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(jì)、制各性能優(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（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)是生物材料研究的永久四 分析討論與感想 生物醫(yī)用材料和人工器官的研究實(shí)際上是個(gè)古老的命題。若追溯至遠(yuǎn)古，公元前約3500年古埃及人就利用棉花纖維、馬鬃作縫合線縫合傷口。墨西哥的印第安人（阿茲蒂克人）使用木片修補(bǔ)受傷的顱骨。目前，除了大腦以外，幾乎所有人體器官都有替代材料。人工器官的深入研究與近代材料科學(xué)發(fā)展密切相關(guān)。20世紀(jì)初開發(fā)的高分子新材料則促成了人工

12、器官系統(tǒng)研究的開始。初期的研究內(nèi)容，主要是解決醫(yī)療和保健之急需。由于各種交通和工傷事故，重大的自然災(zāi)害、戰(zhàn)爭、衰老和病變，都急需維持、修復(fù)和替代人體的有關(guān)器官，因而作為人工器官替代物的生物材料應(yīng)運(yùn)而生。生物醫(yī)用材料是用于修復(fù)或替換人體組織的材料。目前實(shí)際使用的生物醫(yī)用材料包括聚合物、陶瓷、金屬等人造材料和天然生物材料。許多金屬材料，陶瓷材料，高分子材料，復(fù)合材料等有關(guān)材料已廣泛地在臨床中進(jìn)行了試用。我國自八十年代起，北京大學(xué)的馮新德院士、南開大學(xué)的何炳林院士等就開始進(jìn)行了有關(guān)醫(yī)用高分子材料以及生物陶瓷等方面的基礎(chǔ)研究工作。同時(shí)清華大學(xué)的李恒德院士和北京大學(xué)的王夔院士等亦率先在國內(nèi)開展了有關(guān)天然

13、生物材料的微觀結(jié)構(gòu)以及生物礦化和病理礦化等方面的研究工作。與國際前沿相比，我國現(xiàn)代生物材料的應(yīng)用尚處于初級階段，但在基礎(chǔ)研究已取得了一系列進(jìn)展。在當(dāng)今處于知識老化和更新同步的時(shí)代中，生物醫(yī)用材料將更新醫(yī)用材料的概念，創(chuàng)立新的基礎(chǔ)理論，建立新的研究領(lǐng)域，研制新一代產(chǎn)品，開辟新的治療途徑。不難看出，生物醫(yī)用材料的研究具有非常誘人的前景。五 總結(jié)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)正向再生和重建被損壞的人體組織和器官，恢復(fù)和增進(jìn)人體生理功能，個(gè)性化和微創(chuàng)治療等方向發(fā)展。傳統(tǒng)的無生命的醫(yī)用金屬、高分子、生物陶瓷等常規(guī)材料已不能滿足醫(yī)學(xué)發(fā)展的要求，生物醫(yī)學(xué)材料科學(xué)與工程面臨著新的挑戰(zhàn)。由于材料科學(xué)與技術(shù)、細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的進(jìn)

14、展，深化了材料及植入體與機(jī)體相互作用的認(rèn)識，加之醫(yī)學(xué)進(jìn)展和需求的驅(qū)動，當(dāng)代生物醫(yī)學(xué)材料的發(fā)展已進(jìn)入一個(gè)嶄新的階段，并處于實(shí)現(xiàn)意義重大突破的邊沿。預(yù)計(jì)20年內(nèi)醫(yī)用生物醫(yī)用材料的市場占有率將趕上藥物。因此，加強(qiáng)醫(yī)用生物醫(yī)用材料的臨床應(yīng)用研究和推廣應(yīng)用，重點(diǎn)發(fā)展我國醫(yī)用生物醫(yī)用材料的研究、開發(fā)、生產(chǎn)、營銷緊密結(jié)合的一體化體系是當(dāng)務(wù)之急。雖說目前無法開發(fā)出具有與人體材料完全類似的替換材料，但隨著智能材料、納米材料的出現(xiàn)，相信在不久的將來，醫(yī)用生物材料的發(fā)展將給材料科學(xué)和生命工程學(xué)帶來一次新的革命。六 參考文獻(xiàn)1黃偉凡，李兆峰編 醫(yī)用鈦合金表面改性研究進(jìn)展 2006 P369-P379.2張全升，王美婷編 先進(jìn)陶瓷導(dǎo)論北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2006 P220-P258.3王月勤，陶杰，王玲編 鈦基材上羥基磷灰石生物活性研究 南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)2007 659-664.4宋曉艷,張玉清,張杰,等編 聚氨酯彈性體/蒙脫土納米復(fù)合材料的合成與性能 .高分子學(xué)報(bào), 2004,4(5)5高淑雅，劉新年，高檔妮，等編 生物玻璃材料增韌方法的研究進(jìn)展 .陜西科技大學(xué)學(xué)報(bào)2005 236曲遠(yuǎn)方編 . 現(xiàn)代陶瓷材料及技術(shù). 華東理工大學(xué)出版社2008 P312-P350.7李彥林,楊浩,韓睿,等編 .三種生物骨衍生材料修復(fù)節(jié)段性骨缺損的實(shí)驗(yàn)