生物醫(yī)用材料-new

1、平時(shí)接觸到哪些生物材料？生物材料有哪些要求？常見的生物材料分類有哪些？常見的生物材料優(yōu)缺點(diǎn)？平時(shí)接觸到哪些生物材料？生物材料有哪些要求？常見的生物材料分類有哪些？常見的生物材料優(yōu)缺點(diǎn)？4生物醫(yī)用材料生物醫(yī)用材料人工臟器：人工臟器：5氧化鋁氧化鋁：18002000元元。 氧化鋯氧化鋯：300012000元元。 鎳鉻合金鎳鉻合金：400600元元鈦合金鈦合金：600800元元 純鈦純鈦：10001200元元 貴金屬貴金屬：14002000元元 牙科：牙科：生物醫(yī)用材料生物醫(yī)用材料6生物醫(yī)用材料生物醫(yī)用材料7固體硅橡膠固體硅橡膠液體硅橡膠液體硅橡膠人工乳房假體人工乳房假體外科：外科：生物醫(yī)用材料生物

2、醫(yī)用材料8注射膠原蛋白注射膠原蛋白生物醫(yī)用材料生物醫(yī)用材料9導(dǎo)尿管導(dǎo)尿管氣管導(dǎo)管氣管導(dǎo)管胃腸減壓管胃腸減壓管-雙囊三腔管雙囊三腔管用于門靜脈高壓引起的食管和用于門靜脈高壓引起的食管和胃底靜脈曲張破裂出血時(shí)止血胃底靜脈曲張破裂出血時(shí)止血用。用。生物醫(yī)用材料生物醫(yī)用材料10全氟碳化合物全氟碳化合物多聚血紅蛋白多聚血紅蛋白人工血液：人工血液：生物醫(yī)用材料生物醫(yī)用材料11可吸收螺釘可吸收螺釘 PLLA可吸收骨板可吸收骨板PLLA骨科：骨科：生物醫(yī)用材料生物醫(yī)用材料12軟軟骨骨人人工工關(guān)關(guān)節(jié)節(jié)醫(yī)用粘合劑醫(yī)用粘合劑生物醫(yī)用材料生物醫(yī)用材料13電子耳蝸：電子耳蝸：生物醫(yī)用材料生物醫(yī)用材料14生物醫(yī)用材料生物

3、醫(yī)用材料生物材料生物材料(biomaterials)(biomaterials)：用于與生命系統(tǒng)用于與生命系統(tǒng)接觸接觸和發(fā)生相互和發(fā)生相互作用作用的，并能對其細(xì)的，并能對其細(xì)胞、組織和器官進(jìn)行胞、組織和器官進(jìn)行診斷治療診斷治療、替換修復(fù)替換修復(fù)或或誘導(dǎo)再生誘導(dǎo)再生的一類天然或人工合成的特殊功能材料，又稱生物醫(yī)的一類天然或人工合成的特殊功能材料，又稱生物醫(yī)用材料。用材料。 生物材料是材料科學(xué)領(lǐng)域中正在發(fā)展的多種學(xué)科相互交叉生物材料是材料科學(xué)領(lǐng)域中正在發(fā)展的多種學(xué)科相互交叉滲透的領(lǐng)域，其研究內(nèi)容涉及材料科學(xué)、生命科學(xué)、化學(xué)、生滲透的領(lǐng)域，其研究內(nèi)容涉及材料科學(xué)、生命科學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、解剖學(xué)、病理

4、學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、藥物學(xué)等學(xué)科，同時(shí)還涉物學(xué)、解剖學(xué)、病理學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、藥物學(xué)等學(xué)科，同時(shí)還涉及工程技術(shù)和管理學(xué)科的范疇。及工程技術(shù)和管理學(xué)科的范疇。161.1 概述概述藥學(xué)藥學(xué)診斷學(xué)診斷學(xué)生物學(xué)生物學(xué) 遺傳學(xué)遺傳學(xué) 工程學(xué)工程學(xué) 機(jī)械學(xué)機(jī)械學(xué)臨床醫(yī)學(xué)臨床醫(yī)學(xué)材料學(xué)材料學(xué)信息學(xué)信息學(xué)環(huán)境學(xué)環(huán)境學(xué)單一單一材料材料復(fù)合復(fù)合材料材料智能智能材料材料仿生仿生材料材料生物材料生物材料植入、代替、植入、代替、整形外科整形外科植入、代替、植入、代替、整形外科整形外科支架、組織支架、組織工程工程藥物緩釋、藥物緩釋、載體載體納米技術(shù)、納米技術(shù)、人工芯片人工芯片人工器官、人工器官、基質(zhì)工程基質(zhì)工程生物材料發(fā)展簡史生物

5、材料發(fā)展簡史 （歷史上、近代、現(xiàn)代）生物材料分類生物材料分類 （屬性、功能、來源、使用） 生物材料的特征與評價(jià)生物材料的特征與評價(jià) （宿主反應(yīng)、材料反應(yīng)、生物相容性） 古代（利用天然物質(zhì)和材料治?。┕糯ɡ锰烊晃镔|(zhì)和材料治病）公元前5000年，黃金修復(fù)失牙；公元前3500年，古埃及，棉花纖維、馬鬃等縫合傷口； 印第安人使用印第安人使用木片木片修補(bǔ)受傷的顱骨。修補(bǔ)受傷的顱骨。 公元前2500年，中國、埃及，假手、假鼻、假耳等人工假體； 隋末唐初，銀膏補(bǔ)牙-成分是銀、錫、汞，與現(xiàn)代牙齒填充材料汞齊合金類似。 近近 代：代： 最先應(yīng)用于臨床實(shí)踐的金屬材料是金、銀、鉑等貴重金屬。（良好的化學(xué)穩(wěn)定性和

6、易加工性）1829年，通過多種金屬的系統(tǒng)動物實(shí)驗(yàn)，得出：金屬鉑對機(jī)體組織刺激性最?。?1851年發(fā)明天然橡膠的硫化方法后，開始利用天然高分子硬橡木制作人工牙托和顎骨進(jìn)行臨床治療； 1892年，用硫酸鈣填充骨缺損，這是陶瓷材料植入人體的最早實(shí)例?，F(xiàn)現(xiàn) 代：代：生物醫(yī)學(xué)材料取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展開始于生物醫(yī)學(xué)材料取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展開始于2020世紀(jì)世紀(jì)2020年代年代不銹鋼：1926年，含18%鉻和8%鎳首先應(yīng)與于骨科治療，隨后應(yīng)與于口腔科； 1934年，研制出高鉻低鎳單相組織的AISI302和304，在體內(nèi)生理環(huán)境下的耐腐蝕性顯著提高； 1952年，開發(fā)出耐蝕性更好的AISI316不銹鋼，并逐漸取代AISI

7、302； 60年代，為了解決不銹鋼的晶間腐蝕問題，又研制出超低碳不銹鋼AISI316L和317L。 鈷鎳合金：鑄造鈷鎳合金首先在口腔中得到應(yīng)用； 20世紀(jì)30年代末又被應(yīng)用于制作接骨板、骨釘?shù)葍?nèi)固定器械；50年代成功制成人工髖關(guān)節(jié)；60年代為了提高力學(xué)性能，研制出鍛造鈷鉻鎢鎳合金和鍛造鈷鉻鉬合金，并應(yīng)用于臨床；70年代為了改善鈷基合金抗疲勞性能，研制出鍛造鈷鉻鉬鎢鐵合金和具有多相組織的MP35N鈷鉻鉬鎳合金，應(yīng)用于臨床。鈦：金屬鈦，優(yōu)異的耐蝕性、生物相容性、密度低；40年代，制作外科植入體；50年代用純鈦制作接骨板和骨釘；70年代，Ti6A14V合金（強(qiáng)度比純鈦高，耐蝕性和密度與之相似）、Ti

8、SAl2.5Sn合金和鈦鉬鋅錫等合金獲得應(yīng)用；從而使鈦和鈦合金成為繼不銹鋼和鈷基合金之后的又一類重要醫(yī)用金屬材料；70年代以后， NiTi系為代表的形狀記憶合金逐漸在骨科和口腔科得到應(yīng)用，并成為醫(yī)用金屬材料的重要組成部分。生物陶瓷：生物陶瓷：從60年代初開始應(yīng)用于生物材料。多晶氧化鋁陶瓷-低溫各向同性碳-生物玻璃-羥基磷灰石（生物活性陶瓷）-生物陶瓷復(fù)合材料-引入活體細(xì)胞或生長因子的生物陶瓷構(gòu)架；醫(yī)用高分子：醫(yī)用高分子：開始于50年代有機(jī)硅聚物的發(fā)展。有機(jī)硅聚合物-聚甲基丙烯酸甲脂（骨水泥）-醫(yī)用高分子材料大發(fā)展，制作了人工心瓣膜、人工血管、人工骨、手術(shù)縫合線等90年代以后，借助于生物技術(shù)和基

9、因工程的發(fā)展，由無生物存活性材料擴(kuò)展到具有生物學(xué)功能的材料領(lǐng)域，其基本特征是具有促進(jìn)細(xì)胞分化、增殖、誘導(dǎo)組織再生、參與生命活動等功能。241.1 概述概述病例數(shù)病例數(shù)（萬例）需求量需求量（萬個(gè)/年）實(shí)用量實(shí)用量（萬個(gè)/年）國產(chǎn)國產(chǎn)率率（%）進(jìn)口價(jià)進(jìn)口價(jià)（萬元）（人民幣）人工心臟瓣膜人工心臟瓣膜（250）251.5301.52起搏器起搏器（600）402523骨修復(fù)材料骨修復(fù)材料（300）20020600.10.2人工關(guān)節(jié)人工關(guān)節(jié)（1500）3003602.5人工晶體人工晶體（2000）40040400.080.15血管支架血管支架（2000）1002102人工血管人工血管（150）100302

10、02腎透析器腎透析器（100）501020體內(nèi)植入生物制品的國內(nèi)市場需求。體內(nèi)植入生物制品的國內(nèi)市場需求。按材料屬性分類按材料屬性分類按材料功能分類按材料功能分類按材料來源分類按材料來源分類按使用部位分類按使用部位分類a.醫(yī)用金屬材料醫(yī)用金屬材料：包括不銹鋼、鈷基合金，鈦及合金等，廣泛應(yīng)用于人工假體、人工關(guān)節(jié)、醫(yī)療器械等。 b.醫(yī)用無機(jī)材料醫(yī)用無機(jī)材料：主要是生物陶瓷。分為惰性生物陶瓷，如氧化鋁生物陶瓷；表面生物活性陶瓷，如磷酸鈣基生物陶瓷；可降解生物陶瓷，如-磷酸三鈣陶瓷等。c.醫(yī)用高分子材料醫(yī)用高分子材料：根據(jù)來源分為天然的和合成的，天然的如多糖類、蛋白類，合成的聚氨酯、聚乙烯、聚乳酸、聚

11、四氟乙烯等，用于人體器官、組織、關(guān)節(jié)、藥物載體等。 d.醫(yī)用復(fù)合材料醫(yī)用復(fù)合材料：不同種材料的混合或結(jié)合，克服單一材料的缺點(diǎn)，可獲得性能更優(yōu)的材料。27年份年份高分子高分子金屬合金金屬合金陶瓷陶瓷復(fù)合材料復(fù)合材料天然材料天然材料199245%45%3%1%6%200047%30%10%3%10%各種生物材料產(chǎn)值占醫(yī)療器械總產(chǎn)值的百分?jǐn)?shù)各種生物材料產(chǎn)值占醫(yī)療器械總產(chǎn)值的百分?jǐn)?shù)a.硬組織相容性材料硬組織相容性材料：主要用于生物機(jī)體的關(guān)節(jié)、牙齒及其他骨組織b.軟組織相容性材料軟組織相容性材料：主要用于人工皮膚、人工氣管、人工食道等 c.血液相容性材料血液相容性材料：主要用于人工血管、人工心臟、血漿分

12、離膜、血液灌流用吸附劑、細(xì)胞培養(yǎng)基材等 d.生物降解材料生物降解材料：主要用于吸收型縫合線、藥物載體、愈合材料、粘合劑以及組織缺損用修復(fù)材料。a.a.自體組織自體組織 如人體聽骨、血管等替代組織如人體聽骨、血管等替代組織b.b.同種異體器官及組織同種異體器官及組織 如不同人體之間的器官移植如不同人體之間的器官移植c.c.異種器官及組織異種器官及組織 如動物骨、腎替換人體器官如動物骨、腎替換人體器官d.d.天然生物材料天然生物材料 如動物骨膠原、甲殼素、珊瑚等如動物骨膠原、甲殼素、珊瑚等e.e.人工合成材料人工合成材料 如各種人工合成的新型材料如各種人工合成的新型材料a.a.硬組織材料硬組織材料

13、 骨、牙齒用材料骨、牙齒用材料 b.b.軟組織材料軟組織材料 軟骨、臟器用材料軟骨、臟器用材料c.c.心血管材料心血管材料 心血管以及導(dǎo)管材料心血管以及導(dǎo)管材料d.d.血液代用材料血液代用材料 人工紅血球、血漿等人工紅血球、血漿等e.e.分離、過濾、透析膜材料分離、過濾、透析膜材料 血液凈化、腎透析以及血液凈化、腎透析以及人工肺氣體透過材料等人工肺氣體透過材料等宿主反應(yīng)與材料反應(yīng)宿主反應(yīng)與材料反應(yīng)生物相容性生物相容性 任何一種生物材料，除了應(yīng)具有必要的理化性能外，還需要滿足在生理環(huán)境下生理環(huán)境下工作的生物學(xué)要求，即有良好的生物相容性。這也是生物材料區(qū)別于其他材料的基本特征。32肌腱：肌腱：聯(lián)系

14、肌肉與骨骼作用聯(lián)系肌肉與骨骼作用皮膚：皮膚：表皮、真皮及皮下組織表皮、真皮及皮下組織牙：牙：牙釉質(zhì)、牙本質(zhì)及牙骨質(zhì)牙釉質(zhì)、牙本質(zhì)及牙骨質(zhì)軟骨：軟骨：透明、彈性及纖維軟骨透明、彈性及纖維軟骨骨：骨：無機(jī)物與有機(jī)物組成的復(fù)合材料無機(jī)物與有機(jī)物組成的復(fù)合材料細(xì)胞與細(xì)胞間質(zhì)：細(xì)胞與細(xì)胞間質(zhì)：細(xì)胞核細(xì)胞核血管：血管：動脈與靜脈動脈與靜脈生物醫(yī)用材生物醫(yī)用材料研究涉及料研究涉及的人體結(jié)構(gòu)的人體結(jié)構(gòu)部分部分人體結(jié)構(gòu)、生理與病理人體結(jié)構(gòu)、生理與病理33調(diào)節(jié)機(jī)制調(diào)節(jié)機(jī)制生物醫(yī)用材料生物醫(yī)用材料人體人體人的機(jī)體組織：人的機(jī)體組織：由含有聚糖基由含有聚糖基質(zhì)及龐大纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)組成，質(zhì)及龐大纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)組成，浸泡在含

15、大量離子的體液中，浸泡在含大量離子的體液中，是一種生物活性的復(fù)合材料。是一種生物活性的復(fù)合材料。植入植入同化與異同化與異化作用化作用神經(jīng)調(diào)節(jié)、體液調(diào)節(jié)以及器神經(jīng)調(diào)節(jié)、體液調(diào)節(jié)以及器官、組織細(xì)胞的自身調(diào)節(jié)。官、組織細(xì)胞的自身調(diào)節(jié)。正常生理狀態(tài)：正常生理狀態(tài)：對生物材料的要求是：對生物材料的要求是：對于人體組織無刺激性，無毒副作用，無致癌性對于人體組織無刺激性，無毒副作用，無致癌性。接觸人體各種體液（唾液、淋巴液、血液）時(shí)，應(yīng)接觸人體各種體液（唾液、淋巴液、血液）時(shí)，應(yīng)有良好的耐蝕性。有良好的耐蝕性。唾液、血液、間質(zhì)液都是以唾液、血液、間質(zhì)液都是以ClCl、NaNa+ +、K K+ +離子為主的電

16、解質(zhì)溶液，生物材料在這種溶離子為主的電解質(zhì)溶液，生物材料在這種溶液中應(yīng)不發(fā)生反應(yīng)、腐蝕和變質(zhì)。液中應(yīng)不發(fā)生反應(yīng)、腐蝕和變質(zhì)。玻璃鋼人工顱蓋骨玻璃鋼人工顱蓋骨高分子與鈦合金人造髖骨高分子與鈦合金人造髖骨具有必要的強(qiáng)度、耐磨性和耐疲勞性能。具有必要的強(qiáng)度、耐磨性和耐疲勞性能。如髖關(guān)節(jié)如髖關(guān)節(jié)在靜止?fàn)顟B(tài)承受體重的二分之一，水平步行時(shí)承受的在靜止?fàn)顟B(tài)承受體重的二分之一，水平步行時(shí)承受的重量為靜止時(shí)的重量為靜止時(shí)的3.33.3倍，而跑步時(shí)則為倍，而跑步時(shí)則為4 4倍以上。此外倍以上。此外, ,每步行一公里大約活動每步行一公里大約活動10001000次，按照一般的生活情次，按照一般的生活情況況, ,每年大

17、約承受每年大約承受1 110106 6 3 310106 6次重復(fù)負(fù)荷的作用。次重復(fù)負(fù)荷的作用。2010年年5月，劉歡結(jié)束月，劉歡結(jié)束了在北京的右腿了在北京的右腿“髖髖關(guān)節(jié)置換術(shù)關(guān)節(jié)置換術(shù)”的康復(fù)的康復(fù)治療，正式出院回到治療，正式出院回到家中靜養(yǎng)。家中靜養(yǎng)。與生物體組織、與血液有相容性與生物體組織、與血液有相容性不會引起凝血，與軟硬組織有良好的粘接性，不會產(chǎn)不會引起凝血，與軟硬組織有良好的粘接性，不會產(chǎn)生吸收物和沉淀物。生吸收物和沉淀物。 Ti-O薄膜表面血小板的形態(tài)薄膜表面血小板的形態(tài)(好好)Ti-O薄膜表面血小板的形態(tài)薄膜表面血小板的形態(tài)(差差)硬組織材料有人造骨硬組織材料有人造骨、人造關(guān)

18、節(jié)人造關(guān)節(jié)、假牙等。假牙等。人工髖關(guān)人工髖關(guān)節(jié)是臨床應(yīng)用比較成功的一種。其中髖臼用高分子量節(jié)是臨床應(yīng)用比較成功的一種。其中髖臼用高分子量聚乙烯制成，股骨多為金屬制品。這種塑料與金屬的聚乙烯制成，股骨多為金屬制品。這種塑料與金屬的配合，使其耐磨性較金屬與金屬的配合強(qiáng)配合，使其耐磨性較金屬與金屬的配合強(qiáng)1010倍。倍。 人工關(guān)節(jié)人工關(guān)節(jié)生物金屬材料生物金屬材料生物陶瓷材料生物陶瓷材料1890年，Gluck首先應(yīng)用象牙制造下頜關(guān)節(jié)；1938年，Wiles用不銹鋼作髖臼與股骨頭；而后Moor開展了人工股骨節(jié)置換術(shù)；1940年Wder兄弟用合成樹脂制造人工關(guān)節(jié)；1951年開始全髖人工關(guān)節(jié)置換術(shù)。1952

19、年Habowsh用固定牙的丙烯酸脂固定人工髓關(guān)節(jié)，由此合成樹脂開始用于人工關(guān)節(jié)與骨的結(jié)合。1958年Charnhey根據(jù)重體環(huán)境滑潤理論，用聚四氟乙烯髖臼和金屬股骨頭制成低磨擦的人工關(guān)節(jié)，接著在1962年，Charnley把高密度聚乙烯髖臼和直徑為22毫米的金屬股骨頭組成全髖人工關(guān)節(jié)，并用骨水泥（甲基丙烯酸脂）固定，獲得較滿意的效果。自此，人工關(guān)節(jié)置換術(shù)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用的新階段。迄今已研制出膝、髖、肘、肩、指、趾關(guān)節(jié)假體用于臨床。歐美等發(fā)達(dá)國家每年僅全髖置換已超過80萬例. 我國人工關(guān)節(jié)置換術(shù)達(dá)25萬例.5 kN 230無菌松動是人工關(guān)節(jié)置換術(shù)后最常見的并發(fā)癥和最終失效的主要因素。 磨損產(chǎn)物磨屑是

20、導(dǎo)致無菌松動的原因。人工關(guān)節(jié)長期使用后，一方面磨損后影響置換關(guān)節(jié)的裝配性能；更重要的是產(chǎn)生大量磨屑，其中較小的磨屑被組織細(xì)胞吞噬，較大的磨屑被組織細(xì)胞包繞。從而使組織細(xì)胞激活，并分泌大量溶滑性因子，引起骨溶解，導(dǎo)致人工關(guān)節(jié)松動。而松動的人工關(guān)節(jié)又加重了磨損，產(chǎn)生更多的磨屑，形成惡性循環(huán)，最終使置換關(guān)節(jié)失效金屬材料雖種類很多，但能在人體生理環(huán)境條件下長金屬材料雖種類很多，但能在人體生理環(huán)境條件下長 期安全服役的卻不多。經(jīng)過期安全服役的卻不多。經(jīng)過長期研究和臨床篩選而得到長期研究和臨床篩選而得到廣泛應(yīng)用的金屬材料主要有廣泛應(yīng)用的金屬材料主要有不銹鋼、鈷基合金、鈦及其不銹鋼、鈷基合金、鈦及其合金、形

21、狀記憶合金和貴金合金、形狀記憶合金和貴金屬屬，此外還有，此外還有鉭、鈮、鋯和鉭、鈮、鋯和磁性合金磁性合金等。等。 1 1、不銹鋼、不銹鋼不銹鋼成本低，但在體內(nèi)有腐蝕和組織不銹鋼成本低，但在體內(nèi)有腐蝕和組織反應(yīng)等反應(yīng)等, , 不銹鋼中添加不銹鋼中添加MoMo可克服鉻鈍化可克服鉻鈍化膜在氧化環(huán)境中耐腐蝕性能膜在氧化環(huán)境中耐腐蝕性能, , 如加如加MoMo的的316316、317317。降低碳含量，如使用超低碳。降低碳含量，如使用超低碳不銹鋼骨釘不銹鋼骨釘 的的316L可防止晶間腐蝕可防止晶間腐蝕.常用來制作各種人工關(guān)常用來制作各種人工關(guān)節(jié)和骨折內(nèi)固定器、截節(jié)和骨折內(nèi)固定器、截骨連接器等，也用于牙骨

22、連接器等，也用于牙科等各種器件制造?？频雀鞣N器件制造。 2 2、鈷基合金、鈷基合金加加MoMo的鈷基合金，已用于生物體中的鈷基合金，已用于生物體中。例如。例如Co-Cr-Ni-Co-Cr-Ni-Fe-MoFe-Mo合金用在牙科和整形外科，這種合金的耐腐蝕合金用在牙科和整形外科，這種合金的耐腐蝕性是一般不銹鋼如性是一般不銹鋼如316316的的4040倍。倍。鈷基鉻鉬合金的生物鈷基鉻鉬合金的生物相容性超過鐵鉻鎳和鈷相容性超過鐵鉻鎳和鈷鉻合金鉻合金。鈷基合金的耐。鈷基合金的耐磨性是所有醫(yī)用金屬材磨性是所有醫(yī)用金屬材料中最好的，與不銹鋼料中最好的，與不銹鋼相比，更適于制造體內(nèi)相比，更適于制造體內(nèi)承載苛

23、刻的長期植入件承載苛刻的長期植入件. 3 3、鈦與鈦合金、鈦與鈦合金以純鈦和以純鈦和TC4 TC4 (Ti-(Ti-6Al-4V)6Al-4V)為主，為主，這類這類合金強(qiáng)度不如鈷合金合金強(qiáng)度不如鈷合金, ,但耐腐蝕性好，與人但耐腐蝕性好，與人體組織反應(yīng)很弱，鈦體組織反應(yīng)很弱，鈦合金的密度小，彈性合金的密度小，彈性模量低，接近于天然骨。模量低，接近于天然骨。廣泛用于制作各種人工關(guān)節(jié)廣泛用于制作各種人工關(guān)節(jié)、接骨板、骨螺釘與骨折固定針等，也用于制作牙根種接骨板、骨螺釘與骨折固定針等，也用于制作牙根種植體等，呈現(xiàn)出良好的耐疲勞性能。植體等，呈現(xiàn)出良好的耐疲勞性能。生物陶瓷材料在生物體內(nèi)極生物陶瓷材料

24、在生物體內(nèi)極為穩(wěn)定，與生物組織有良好為穩(wěn)定，與生物組織有良好的親和性，特別適于作人體的親和性，特別適于作人體硬組織如骨和齒的替換修補(bǔ)硬組織如骨和齒的替換修補(bǔ)材料，能與人體骨生長在一材料，能與人體骨生長在一起，形成化學(xué)結(jié)合。起，形成化學(xué)結(jié)合。 生物陶瓷中耳通氣引流管生物陶瓷中耳通氣引流管1 1、磷酸鈣陶瓷、磷酸鈣陶瓷這種陶瓷的主要性質(zhì)是具有生物降解性，并能被人體吸收，這種陶瓷的主要性質(zhì)是具有生物降解性，并能被人體吸收，羥基磷灰石羥基磷灰石CaCa1010(PO(PO4 4) ) 6 6(OH)(OH) 2 2 是骨組織與牙組織的無機(jī)是骨組織與牙組織的無機(jī)組成部分，它的單位晶胞與人體骨組織相同組成

25、部分，它的單位晶胞與人體骨組織相同, ,但其性脆、但其性脆、強(qiáng)度不高，不能直接用于承受載荷大的種強(qiáng)度不高，不能直接用于承受載荷大的種植體。植體。羥基磷灰石具有非常好的羥基磷灰石具有非常好的生物活性，可用于低載荷生物活性，可用于低載荷多孔種植體，當(dāng)人骨組織多孔種植體，當(dāng)人骨組織長入羥基磷灰石孔洞中時(shí)，長入羥基磷灰石孔洞中時(shí)，可起到加強(qiáng)作用可起到加強(qiáng)作用. 生物陶瓷人工聽小骨假體生物陶瓷人工聽小骨假體羥基磷灰石與聚合物復(fù)合用于人造骨，效果更好羥基磷灰石與聚合物復(fù)合用于人造骨，效果更好，已，已羥基磷灰石生物活性陶瓷人工骨羥基磷灰石生物活性陶瓷人工骨羥基磷灰石覆蓋鈦合金假牙羥基磷灰石覆蓋鈦合金假牙 有

26、聚乙烯與它復(fù)合的材有聚乙烯與它復(fù)合的材料。料。羥基磷灰石作為金羥基磷灰石作為金屬種植體表面涂層，能屬種植體表面涂層，能大大提高人體骨長入孔大大提高人體骨長入孔洞的速度。洞的速度。 采用高純氧化鋁生物陶瓷制備關(guān)節(jié)頭，無釩鈦合金制備關(guān)節(jié)柄，并在柄部涂覆生物活性陶瓷涂層，有效地解決了人工關(guān)節(jié)易磨損、生物相容性不佳、松動、下沉等問題，提高了其使用壽命。 采用羥基磷灰石和聚-DL-乳酸制備成可吸收內(nèi)固定材料，抗彎強(qiáng)度120MPa，植入體內(nèi)無需二次手術(shù)取出，對組織無刺激，能被人體完全吸收，最終代謝為二氧化碳、水、鈣和磷礦物質(zhì)排出體外，部分鈣和磷參與成骨，無任何毒副作用。適用于人體松質(zhì)骨骨折、截骨術(shù)和關(guān)節(jié)融

27、合術(shù)的骨塊（段）固定。圖84 人工聽小骨 氧化鋁聽小骨系統(tǒng)提高聽力的能力在音頻大于2000Hz時(shí)開始出現(xiàn)較大的衰減，而羥基磷灰石聽小骨系統(tǒng)一般在4000 Hz以上才開始明顯的衰減。 采用增強(qiáng)含微孔羥基磷灰石(HA)陶瓷制成人工聽小骨假體，在語言頻率范圍，平均提高病人的聽力20-30dB，在特定語言頻率范圍提高4560dB。 制備中耳通氣引流管，界面潤濕角小，毛細(xì)管力大，引流效果好，適用于分泌性中耳炎患者。置管后患者鼓膜多自行愈合，且能明顯改善聽力，是一種較為理想的通氣引流管。分類分類人工皮膚人工皮膚Polymers can be used to create artificial skin t

28、hat can facilitate the healing of wounds, especially for burn-victims.A histological section through artificial skin. 在膠原蛋白所做成的模皮上植入皮在膠原蛋白所做成的模皮上植入皮膚細(xì)胞，於體外培養(yǎng)后得到皮膚膚細(xì)胞，於體外培養(yǎng)后得到皮膚人工皮膚人工皮膚l人工皮的種類很多，人工皮的種類很多，臨床效果比較好的是復(fù)合層人工臨床效果比較好的是復(fù)合層人工皮，其內(nèi)層為網(wǎng)狀聚氨酯海綿皮，其內(nèi)層為網(wǎng)狀聚氨酯海綿，能吸收創(chuàng)面體液并促，能吸收創(chuàng)面體液并促使?jié)B出的血液凝固，使?jié)B出的血液凝固，外層是微孔

29、聚丙烯薄膜外層是微孔聚丙烯薄膜，能透過，能透過氣體和水汽，細(xì)菌不能進(jìn)入，這種人工皮來源廣、無氣體和水汽，細(xì)菌不能進(jìn)入，這種人工皮來源廣、無抗原性，缺點(diǎn)是彈性差。抗原性，缺點(diǎn)是彈性差。 水凝膠類人工皮又稱凍膠，是親水性聚合物或水溶脹水凝膠類人工皮又稱凍膠，是親水性聚合物或水溶脹性聚合物，其粘附性能較好性聚合物，其粘附性能較好。例如。例如, , 氧化乙烯氧化乙烯- -氧化氧化丙烯的共聚物凝膠可先制成溶液；將溶液涂在創(chuàng)面上丙烯的共聚物凝膠可先制成溶液；將溶液涂在創(chuàng)面上于于人造皮膚人造皮膚 體溫下固化為人工體溫下固化為人工皮。這種凝膠含水皮。這種凝膠含水量達(dá)量達(dá)80%，能幫助，能幫助維持體液平衡，加維

30、持體液平衡，加入消炎藥和維生素入消炎藥和維生素等藥物后還能促進(jìn)等藥物后還能促進(jìn)創(chuàng)面愈合。創(chuàng)面愈合。發(fā)展：隨著組織工程學(xué)科的出現(xiàn)和發(fā)展，人工皮膚的研究從原來單純的創(chuàng)傷敷料和人工皮膚向活性人工皮膚的方向發(fā)展?；钚匀斯てつw不僅包覆在創(chuàng)傷表面，保護(hù)創(chuàng)面，防毒殺毒，促進(jìn)皮膚的恢復(fù)和生長，而且組織支架材料中的活性細(xì)胞能誘導(dǎo)分化細(xì)胞，使活性人工皮膚能完全永久地代替已損傷和喪失的皮膚?，F(xiàn)在，已研究出可以永久替代人皮膚的活性人工皮膚，并已應(yīng)用到臨床。國家國家“863863”高科技計(jì)劃的絲蛋白人工皮膚研制成功高科技計(jì)劃的絲蛋白人工皮膚研制成功2003.10.31 15:15被列入國家“863”高科技計(jì)劃的絲蛋白人

31、工皮膚，經(jīng)蘇州大學(xué)和上海第二醫(yī)科大學(xué)附屬瑞金醫(yī)院科研人員的聯(lián)合攻關(guān)研制成功，并于近日通過省科技廳組織的國內(nèi)外專家鑒定。絲蛋白人工皮膚采用組織工程這一高新科技原理，以天然蠶絲蛋白為主要原料研制而成，通過將種子細(xì)胞（表皮細(xì)胞）播種在人工真皮上，經(jīng)體外培養(yǎng)后，“生長”出一種新皮膚。 隨著醫(yī)學(xué)發(fā)展，人們相信不久的將來，人工皮膚便可像機(jī)器零件一樣，擺在“商店”的柜臺上，用來更換損壞的皮膚組織。日本東京大學(xué)生產(chǎn)技術(shù)研究所日前開發(fā)出柔軟的電子人工皮膚。主要面向機(jī)器人等領(lǐng)域?！办`敏度有望接近于人的皮膚”（東京大學(xué)）。大約有1000個(gè)痛點(diǎn)的人造皮膚，具有壓感的基本反應(yīng)。 血液相容性材料血液相容性材料人工心臟人工

32、心臟人工心臟瓣膜人工心臟瓣膜（一）血液相容性材料（一）血液相容性材料 血液相容性材料具有微相分離結(jié)構(gòu)和表面接枝親水性鏈段或基團(tuán)，表現(xiàn)出良好的血液相容性。主要包括聚氨酯聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯聚甲基丙烯酸羥乙酯、含聚氧乙烯鏈的聚合物、肝素化材料、尿酶固定化材料、骨膠原材料等。 主要應(yīng)用于人工血管、人工心臟、血漿分離膜、血液灌流用吸附劑、細(xì)胞培養(yǎng)基材等。 （二）人工心臟（二）人工心臟 人工心臟是推動血液循環(huán),完全替代或部分替代人體心臟功能的機(jī)械心臟。在人體心臟因疾患而嚴(yán)重衰竭時(shí)，植入人工心臟暫時(shí)輔助或永久替代人體心臟的功能，推動血液循環(huán)。 無線人工心臟無線人工心臟 植入病人體內(nèi)的完整人工心臟植入病

33、人體內(nèi)的完整人工心臟 1957年，威廉科爾夫制造了第一個(gè)人工腎臟。植入狗的身體里，一個(gè)半小時(shí)后狗就死了。羅伯特亞爾維克在1970年研制出了另一個(gè)人工心臟 “亞爾維克7” 。用玻璃纖維和聚氨酯制成，用壓縮空氣驅(qū)動血液流向全身。亞爾維克將人工心臟在幾頭小牛身上做了試驗(yàn)，但因?yàn)檫@個(gè)人工心臟不能伴隨著小牛的生長而生長。大約66天后所有的小牛都死了。這個(gè)心臟可以跳動30億次。l 1982年美國猶太大學(xué)醫(yī)學(xué)中心Devries首次為6l歲患嚴(yán)重心臟衰竭的克拉克先生成功地進(jìn)行了人工心臟移植?？窟@顆重300g的Jarvik7型人工心臟，他生活了112天，成為世界醫(yī)學(xué)史上的一個(gè)重要的里程碑。l 借助一個(gè)新的心臟，

34、威廉施羅德活了20個(gè)月，是當(dāng)時(shí)植入人工心臟的人中活得最長的一個(gè)。然而，當(dāng)人們從電視看到施羅德遭受了如此巨大的痛苦時(shí)，他們被震驚了。人工心臟隨后在美國被禁止使用。 2003.8.30.，美國肯塔基州路易斯維爾的猶太醫(yī)院公布了一張世界上第一個(gè)接受全植入式人工心臟移植手術(shù)的病人羅伯特圖爾斯的最新照片。目前圖爾斯?fàn)顩r良好，他常常走出病房，進(jìn)行短距離散步。醫(yī)護(hù)人員準(zhǔn)備舉行一個(gè)小型的派對，慶祝他順利度過術(shù)后60天。最重要的是要適應(yīng)沒有心跳的日子。唯一能聽到的是馬達(dá)的聲音，不用聽筒也聽得到，這讓我感到自己仍生存。 人工心臟的關(guān)鍵是血泵，血泵材料的種類和性能決定其使用壽命：無毒、無菌、無熱源、不致敏、不致畸變

35、、不致癌、優(yōu)異的耐曲撓性能、耐疲勞強(qiáng)度和抗血栓性。臨床應(yīng)用以聚氨酯材料為主。但聚氨酯長期植入后血液中鈣沉積易引起泵體損傷的問題尚未得到徹底的解決。目前，組織工程正在研究使用仿生材料解決這一問題。（三）人工心臟瓣膜（三）人工心臟瓣膜 據(jù)1992年數(shù)據(jù)，世界上每年約進(jìn)行十萬例人工心臟瓣膜置換術(shù)，需求市場正以每年6.9%的速度增長。在我國，心臟瓣膜疾病約占心血管疾病患者的30% ，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國每年有十萬以上危重病人必須施行人工心臟瓣膜置換術(shù)以挽救生命。 心臟瓣膜是左心室內(nèi)與主動脈之間的一個(gè)重要器官，正常時(shí)承擔(dān)“單向閥門”的功能，只允許血流朝規(guī)定的方向流動，阻止血液回流，并有足夠大小的口徑，使血液通過時(shí)

36、無阻力。若瓣膜發(fā)生炎癥或先天發(fā)育不全或退行性病變，瓣膜口徑會縮小或關(guān)閉不全，血流通過瓣口時(shí)就會受阻或形成返流，使心臟泵出血液的效率降低，負(fù)荷加重，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致心衰，甚至死亡。目前臨床上使用的人造心臟瓣膜主要分生物瓣膜與機(jī)械瓣膜兩種。生物瓣膜由于使用壽命僅年至年左右，一般較少使用。臨床中使用較多的是機(jī)械性瓣膜。 低溫各向同性熱解碳（簡稱熱解碳）自七十年代末應(yīng)用于人工心臟瓣膜以來，一直是國際公認(rèn)的抗凝血性最好的材料，但是其制作的全熱解碳雙葉機(jī)械瓣的血液相容性仍顯不足，不能完全滿足臨床性能要求。 西南交通大學(xué)材料系生物材料研究室進(jìn)行了Ti-O系人工心臟瓣膜材料的合成及優(yōu)化，成功研究出了血液相容性顯著優(yōu)

37、于熱解碳且具有優(yōu)異的力學(xué)耐久性的新型人工心臟瓣膜材料。可拓展應(yīng)用于其他人工器官（如：血管內(nèi)支撐，人工心臟，左心輔助泵等）介入導(dǎo)管表面改性單葉心臟瓣膜表面改性的心臟瓣膜的瓣環(huán)沒有改性的瓣環(huán)（表面形成血栓）人工腎臟人工腎臟: : 人工腎只是一個(gè)人工滲析器，起凈化血人工腎只是一個(gè)人工滲析器，起凈化血液作用液作用, , 并調(diào)節(jié)壓力除去水分并調(diào)節(jié)壓力除去水分。滲析膜材料多用纖維滲析膜材料多用纖維素膜及聚丙烯腈膜、乙烯醇共聚物膜等。要求有良素膜及聚丙烯腈膜、乙烯醇共聚物膜等。要求有良好的抗血栓性。人工腎還不具備好的抗血栓性。人工腎還不具備人工腎人工腎造血、代謝等功能。造血、代謝等功能。人工肝臟：人工肝臟：

38、目前人工肝還不能實(shí)現(xiàn)合成參與維持目前人工肝還不能實(shí)現(xiàn)合成參與維持生命物質(zhì)及各種代謝功能，只能作到用活性炭除去生命物質(zhì)及各種代謝功能，只能作到用活性炭除去有毒物質(zhì)，因此只是一種吸附型血液凈化裝置。有毒物質(zhì)，因此只是一種吸附型血液凈化裝置?；罨钚蕴勘砻嬗眉谆┧嵝蕴勘砻嬗眉谆┧?2-2-羥基乙酯或丙烯酸水凝羥基乙酯或丙烯酸水凝膠膠 高聚物涂覆。也在探高聚物涂覆。也在探討用合成離子交換樹討用合成離子交換樹脂作吸附劑的可能性脂作吸附劑的可能性.l人工臟器還有許多問人工臟器還有許多問題須解決，離實(shí)際應(yīng)題須解決，離實(shí)際應(yīng)用還有很大距離。用還有很大距離。 人工肺工作過程仿真人工肺工作過程仿真肺的核心為

39、纖維束，使用多孔介質(zhì)材料來模擬，外部肺的核心為纖維束，使用多孔介質(zhì)材料來模擬，外部覆蓋一層結(jié)構(gòu)材料。通過外部結(jié)構(gòu)運(yùn)動使氣體流入、覆蓋一層結(jié)構(gòu)材料。通過外部結(jié)構(gòu)運(yùn)動使氣體流入、流出人工肺。流出人工肺。生物降解支架生物降解支架 （ -磷酸三鈣 ）納米藥物載體納米藥物載體 （納米藥、納米磁性顆粒、納米脂質(zhì)體）生物降解材料：生物降解材料： 是一類在生物機(jī)體中，在體液及其酸、核酸作用下，材料不斷降解被機(jī)體吸收，或排出體外，最終所植入的材料完全被新生組織取代的天然或合成的生物醫(yī)用材料。包括磷酸三鈣、硫酸鈣生物陶瓷和聚氨基酸、聚酯、甲殼素、骨膠原明膠等高分子材料。 1 1 生物降解支架生物降解支架 生物可吸

40、收陶瓷材料，植入骨組織后，材料通過體液溶解吸收或被代謝系統(tǒng)排出體外，最終使缺損的部位完全被新生的骨組織所取代，而植入的生物可降解材料只起到臨時(shí)支架作用。 主要構(gòu)成：磷酸三鈣和硫酸鈣生物陶瓷 3.-TCP多孔生物陶瓷在體內(nèi)的降解主要有兩個(gè)途徑：體液的溶解和細(xì)胞(主要是破骨細(xì)胞和巨噬細(xì)胞)的吞噬和吸收。降解過程：材料在體液作用下，粘結(jié)劑發(fā)生水解，使材料分離成顆粒、分子或離子。解體形成的小顆粒不斷被細(xì)胞吞噬、吸收，其代謝產(chǎn)物可參與新骨形成，從而完成了由無生命材料轉(zhuǎn)變?yōu)橛猩M織的一部分的過程。下圖為 -TCP生物陶瓷的體內(nèi)降解模型：圖85 TCP陶瓷的體內(nèi)降解模型 清華大學(xué)教授歷時(shí)六載研制清華大學(xué)教

41、授歷時(shí)六載研制 納米人工骨投入臨床納米人工骨投入臨床 清華大學(xué)材料系崔福齋教授課題組歷時(shí)6年多研制成功“NB系列納米晶膠原基骨材料”，它與原有傳統(tǒng)人工骨材料的最大區(qū)別在于修復(fù)后的骨頭和人體骨完全一樣，不會在體內(nèi)留下植入物。 崔福齋教授介紹說：植入納米人工骨最大的好處就是病人免去了從自己身上再取一塊骨頭的痛苦。植入納米人工骨后，就好像藤會沿著支架不斷生長一樣，人體的骨細(xì)胞會慢慢“爬”進(jìn)多孔的生物材料內(nèi)部，破骨細(xì)胞一邊“吃掉”納米人工骨，成骨細(xì)胞一邊鞏固陣地，在納米人工骨的內(nèi)部生長起來。隨著時(shí)間的推移，骨細(xì)胞在納米人工骨的內(nèi)部聚集得越來越多，納米人工骨的材料逐漸被人體吸收，直到最后納米人工骨將完全被人體自身的骨細(xì)胞“吃”掉。納米人工骨沒有任何排斥反應(yīng)。已用于多種骨病的治療，預(yù)期可以在全國各大醫(yī)院應(yīng)用?！?2 2 納米藥物載體納米藥物載體 簡介：在醫(yī)藥領(lǐng)域，納米級粒子使藥物在人體內(nèi)的傳輸更為方便