生物醫(yī)用藥用材料課件

1、1生物醫(yī)學(xué)材料2v用于與生命系統(tǒng)接觸并發(fā)生相互作用，能夠?qū)?xì)用于與生命系統(tǒng)接觸并發(fā)生相互作用，能夠?qū)?xì)胞、組織和器官進(jìn)行診斷治療、替換修復(fù)或誘導(dǎo)胞、組織和器官進(jìn)行診斷治療、替換修復(fù)或誘導(dǎo)再生的天然或人工合成的特殊材料再生的天然或人工合成的特殊材料v是一類化學(xué)性能穩(wěn)定，具有良好的生物相容性的是一類化學(xué)性能穩(wěn)定，具有良好的生物相容性的材料。生物陶瓷材料因具有與生物組織良好的相材料。生物陶瓷材料因具有與生物組織良好的相容性，耐腐蝕，無毒副作用而受到人們的普遍關(guān)容性，耐腐蝕，無毒副作用而受到人們的普遍關(guān)注，是近年來研究較多且進(jìn)展較快的領(lǐng)域。主要注，是近年來研究較多且進(jìn)展較快的領(lǐng)域。主要包括陶瓷、玻璃、

2、碳素等無機(jī)非金屬材料包括陶瓷、玻璃、碳素等無機(jī)非金屬材料3發(fā)展發(fā)展v公元前公元前2500年在中國(guó)及埃及人的墓穴中已年在中國(guó)及埃及人的墓穴中已發(fā)現(xiàn)有假手、假耳等人工假體，我國(guó)隋唐發(fā)現(xiàn)有假手、假耳等人工假體，我國(guó)隋唐時(shí)代就有了補(bǔ)牙用的銀膏。時(shí)代就有了補(bǔ)牙用的銀膏。v金銀鉑金銀鉑v不銹鋼不銹鋼v純鈦的骨釘、骨板純鈦的骨釘、骨板vti-ni形狀記憶合金形狀記憶合金4v目前國(guó)外有數(shù)以百萬計(jì)的人靠人工器官維持著生目前國(guó)外有數(shù)以百萬計(jì)的人靠人工器官維持著生命。僅在美國(guó)，每年約有命。僅在美國(guó)，每年約有100萬人接受人工器官的萬人接受人工器官的植入手術(shù)。其中，人工心臟瓣膜植入手術(shù)。其中，人工心臟瓣膜3.5萬人，

3、人工血萬人，人工血管管18萬人；人工髖骨萬人；人工髖骨12.5萬人；人工膝蓋萬人；人工膝蓋605萬人；萬人；人工腎人工腎5萬人。萬人。v每年以每年以20%30%的速度遞增。的速度遞增。1980年世界銷售年世界銷售額達(dá)額達(dá)200億美元，億美元，1990年增加到年增加到500億美元。億美元。5現(xiàn) 狀 生物醫(yī)學(xué)材料：生物醫(yī)學(xué)材料：v定義：定義：用于診斷、治療、修復(fù)或替換人體組織或器官、或用于診斷、治療、修復(fù)或替換人體組織或器官、或增增 進(jìn)其功能的物質(zhì)。進(jìn)其功能的物質(zhì)。 生物醫(yī)用材料生物醫(yī)用材料藥物，但可結(jié)合使用。藥物，但可結(jié)合使用。一般性材料：一般性材料：一般性手術(shù)器具、藥棉、繃帶、紗布等。一般性手

4、術(shù)器具、藥棉、繃帶、紗布等。 生物相容性材料：生物相容性材料：直接植入體內(nèi)，或結(jié)合生理系統(tǒng)使用直接植入體內(nèi)，或結(jié)合生理系統(tǒng)使用的材料及其終端產(chǎn)品。的材料及其終端產(chǎn)品。 醫(yī)用金屬和合金、醫(yī)用高分子、生物陶瓷、醫(yī)用醫(yī)用金屬和合金、醫(yī)用高分子、生物陶瓷、醫(yī)用復(fù)合材料、天然材料、人造血管、人工心瓣膜、起搏器、復(fù)合材料、天然材料、人造血管、人工心瓣膜、起搏器、人工骨、人工器官、牙科材料、體外循環(huán)裝置、藥物控人工骨、人工器官、牙科材料、體外循環(huán)裝置、藥物控釋系統(tǒng)等。釋系統(tǒng)等。 管理：醫(yī)療器械范疇管理：醫(yī)療器械范疇 6 生物醫(yī)學(xué)材料：v保障人類健康的必需品保障人類健康的必需品 2000全球醫(yī)療保健費(fèi)用us$

5、20,000億 醫(yī)療器械費(fèi)用10 藥物市場(chǎng):醫(yī)療器械市場(chǎng)1:1.9 生物相容性材料及終端產(chǎn)品占醫(yī)療器械 市場(chǎng)：27（2002） 7挽救了千萬計(jì)危重病人的生命，提高了生命質(zhì)量。v 挽救危重病人的生命 美國(guó)： 28種材料及植入體耗量3829萬件（2000） 心臟起搏器植入量864,527例（1997-2001） 心臟病死亡率降低60 每100,000人：1950586.8人/年；2001247.8人/年 乳腺癌死亡率（每10萬人） 1990：33.3人/年；2000：27.1人/年8挽救了千萬計(jì)危重病人的生命，提高了生命質(zhì)量。 v 提高了生命質(zhì)量 美國(guó)美國(guó) 人工髖，膝關(guān)節(jié)植入量：人工髖，膝關(guān)節(jié)植入

6、量：440萬例（萬例（1999-2001） 2003：1,000,000套套 眼內(nèi)鏡植入：眼內(nèi)鏡植入：775萬人（萬人（1999-2001） 全球：全球：1000萬人萬人 殘疾人數(shù)量增長(zhǎng)殘疾人數(shù)量增長(zhǎng) 65歲以上人口歲以上人口 ： 2690萬（萬（1982）；）；3530萬（萬（2001） 按按82年的增長(zhǎng)率：年的增長(zhǎng)率：640萬萬 950萬（萬（2001） 實(shí)際增長(zhǎng)實(shí)際增長(zhǎng) ： 710萬（萬（2001） 整形、美容大量應(yīng)用整形、美容大量應(yīng)用9挽救了千萬計(jì)危重病人的生命，提高了生命質(zhì)量。v 對(duì)醫(yī)療保健系統(tǒng)革新的引導(dǎo)作用對(duì)醫(yī)療保健系統(tǒng)革新的引導(dǎo)作用 促進(jìn)臨床診斷技術(shù)的革新疾病早日發(fā)現(xiàn)。促進(jìn)臨床診

7、斷技術(shù)的革新疾病早日發(fā)現(xiàn)。 基因芯片、造影劑及影像技術(shù)基因芯片、造影劑及影像技術(shù). 促進(jìn)介入和微創(chuàng)治療技術(shù)的形成和發(fā)展促進(jìn)介入和微創(chuàng)治療技術(shù)的形成和發(fā)展 血管支架、介入導(dǎo)管、藥控系統(tǒng)血管支架、介入導(dǎo)管、藥控系統(tǒng). 導(dǎo)致給藥方式革命性變革導(dǎo)致給藥方式革命性變革藥物，生物活性物質(zhì)靶向控釋藥物，生物活性物質(zhì)靶向控釋系統(tǒng)系統(tǒng) 疾病有效治療、節(jié)約給藥量、難治愈疾病治療疾病有效治療、節(jié)約給藥量、難治愈疾病治療 降低住院率及診治費(fèi)用降低住院率及診治費(fèi)用 家用診斷及治療器械和技術(shù)，臨床診斷技術(shù)。家用診斷及治療器械和技術(shù)，臨床診斷技術(shù)。 美國(guó)：美國(guó)： 手術(shù)住院率：手術(shù)住院率：83.7（1980） 37（2001

8、） 手術(shù)住院時(shí)間：手術(shù)住院時(shí)間：7.3天（天（1980） 4.9天（天（2001）10v醫(yī)療器械（生物醫(yī)醫(yī)療器械（生物醫(yī)學(xué)工程）學(xué)工程） 產(chǎn)業(yè)的基產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)礎(chǔ) 生物醫(yī)學(xué)材料及終端產(chǎn)品 40-50醫(yī)療器械產(chǎn)品市場(chǎng)11v 全球醫(yī)療器械市場(chǎng) 2004：us$2100億。 年增長(zhǎng)率： 20042010 7， 亞洲15（除日本）。 圖2 國(guó)際醫(yī)療器械市場(chǎng)及增長(zhǎng)情況 * 按2000-2004年醫(yī)療器械市場(chǎng)增長(zhǎng)率9%估算 * advamed, 2004us$(億）12v 生物相容性材料生物相容性材料及終端產(chǎn)品市場(chǎng)及終端產(chǎn)品市場(chǎng) 2000：us$230億； 2002：us$500億， 增長(zhǎng)率：60 矯形外科骨

9、、軟骨、肌腱/韌帶心血管系統(tǒng)皮膚其它市場(chǎng)（us$10億）18.51410.956.55市場(chǎng)份額（%）372821.913.1年增長(zhǎng)率（%）131442250表1、13 一個(gè)高技術(shù)生物醫(yī)學(xué)材料和制品產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成，正在成長(zhǎng)為世界經(jīng)濟(jì)的一個(gè)支柱性產(chǎn)業(yè)。v 主要產(chǎn)品市場(chǎng)分布主要產(chǎn)品市場(chǎng)分布- 矯形外科材料市場(chǎng)矯形外科材料市場(chǎng)圖3 矯形外科材料市場(chǎng)分布14 一個(gè)高技術(shù)生物醫(yī)學(xué)材料和制品產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成，正在成長(zhǎng)為世界經(jīng)濟(jì)的一個(gè)支柱性產(chǎn)業(yè)。v 主要產(chǎn)品市場(chǎng)分布主要產(chǎn)品市場(chǎng)分布 幾類主要心血管器械的世幾類主要心血管器械的世 界市場(chǎng)分布（右表）界市場(chǎng)分布（右表）產(chǎn)產(chǎn) 品品銷售額（銷售額（us$100萬）萬）心臟起

10、搏器及附件心臟起搏器及附件$ 2,874冠脈支架冠脈支架2,300血管成形器械血管成形器械2,000植入式去纖顫器植入式去纖顫器1,900心臟瓣膜心臟瓣膜832外周血管支架外周血管支架590其它其它433血管封接器械血管封接器械255診斷用電生理導(dǎo)管診斷用電生理導(dǎo)管231血管內(nèi)支架血管內(nèi)支架200摘除導(dǎo)管摘除導(dǎo)管155動(dòng)脈清淤導(dǎo)管動(dòng)脈清淤導(dǎo)管130近距治療系統(tǒng)近距治療系統(tǒng)115心室輔助設(shè)備心室輔助設(shè)備114栓塞保護(hù)系統(tǒng)栓塞保護(hù)系統(tǒng)70合計(jì)合計(jì)$ 12,19915 一個(gè)高技術(shù)生物醫(yī)學(xué)材料和制品產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成，正在成長(zhǎng)為世界經(jīng)濟(jì)的一個(gè)支柱性產(chǎn)業(yè)。v 正在成長(zhǎng)為世界經(jīng)濟(jì)的一個(gè)支柱性產(chǎn)業(yè)正在成長(zhǎng)為世界經(jīng)

11、濟(jì)的一個(gè)支柱性產(chǎn)業(yè) 全球汽車市場(chǎng)： 2003： 40005000萬輛 us$6000-7500萬（us$1.5萬/輛（歐洲） 年增長(zhǎng)率: 0%16 對(duì)國(guó)防事業(yè)的發(fā)展發(fā)揮重大作用戰(zhàn)傷治療 “21世紀(jì)美國(guó)陸軍戰(zhàn)略技術(shù)報(bào)告” ： (上世紀(jì)90年代)生物技術(shù)是“未來30年增強(qiáng)戰(zhàn)斗力最有希望的技術(shù)”包括：生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)生物醫(yī)學(xué)材料17 生物陶瓷的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀生物陶瓷的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀組 成報(bào)道時(shí)間商品名ha（致密）ha（多孔）1971年1973年 45s5玻璃1972年bioglass微晶化g+ag+a+pg+a+w1973年1982年1982年ceravitalbioverit涂層金屬基體+al2o

12、3涂層金屬基體+ha涂層1976年1980年 金屬纖維+生物活性玻璃ha+pe1982年1985年 注：g生物活性玻璃 ha羥基磷灰石 p金云母 w硅灰石 pe聚乙烯 a磷灰石 生物陶瓷復(fù)合材料研究進(jìn)展概況18 生物陶瓷生物陶瓷生物材料的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀生物材料的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 1.2.1 惰性生物陶瓷惰性生物陶瓷 1.2.21.2.2 活性生物陶瓷活性生物陶瓷 1.2.31.2.3 功能活性生物陶瓷功能活性生物陶瓷 惰性生物陶瓷是指一類在生物環(huán)境中能保持穩(wěn)定，不發(fā)生或僅發(fā)生微弱化學(xué)反應(yīng)的生物醫(yī)學(xué)材料。主要包括氧化鋁、氧化鋯等陶瓷以及醫(yī)用碳素材料。這類材料的發(fā)展期在上世紀(jì)70年代以前。

13、它們結(jié)構(gòu)都比較穩(wěn)定，分子中的鍵力較強(qiáng)，而且都具有較高的強(qiáng)度、耐磨性及化學(xué)穩(wěn)定性。現(xiàn)在它們?cè)谂R床上得到了廣泛的應(yīng)用5-7。 活性生物陶瓷是一類在生理環(huán)境中可通過其表面發(fā)生的生物化學(xué)反應(yīng)與生體組織形成化學(xué)鍵性結(jié)合的材料。其發(fā)展始于1969年hench等人首次發(fā)現(xiàn)na2-cao-sio2-p2o5系統(tǒng)中的玻璃45s5具有生物活性。目前主要包括羥基磷灰石、磷酸三鈣、石膏等可降解吸收陶瓷。它們?cè)谏憝h(huán)境中可被逐漸的降解吸收，并隨之為新生組織替代，從而達(dá)到修復(fù)或替換被損壞組織的目的。 （1）模擬人體）模擬人體硬組織成分和硬組織成分和結(jié)構(gòu)的生物陶結(jié)構(gòu)的生物陶瓷材料瓷材料 （2）帶有治療）帶有治療功能的生物陶

14、功能的生物陶瓷復(fù)合材料瓷復(fù)合材料 隨著生物陶瓷材料研究的深入和越來越多醫(yī)學(xué)問題的出現(xiàn)，對(duì)生物陶瓷材料提出了更高的要求。原先的生物陶瓷材料無論是生物惰性的還是生物活性的，強(qiáng)調(diào)的是材料在生物體內(nèi)的組織力學(xué)環(huán)境和生化環(huán)境的適應(yīng)性，而現(xiàn)在組織電學(xué)適應(yīng)性和能參與生物體物質(zhì)、能量交換的功能已成為生物材料應(yīng)具備的條件。因此，又提出了功能活性生物材料的概念2。 該類材料是將天然有機(jī)物（如骨膠原、纖維蛋白以及骨形成因子等）和無機(jī)生物材料復(fù)合，以改善材料的力學(xué)性能和手術(shù)的可操作性，并能發(fā)揮天然有機(jī)物的促進(jìn)人體硬組織生長(zhǎng)的特性。 主要是指利用骨的壓電效應(yīng)能刺激骨折愈合的特點(diǎn)，人們?cè)噲D利用壓電陶瓷與生物活性陶瓷復(fù)合，

15、在進(jìn)行骨置換的同時(shí)，利用生物體自身運(yùn)動(dòng)對(duì)置換體產(chǎn)生的壓電效應(yīng)來刺激骨損傷部位的早期硬組織生長(zhǎng)。另外，將鐵氧體與生物活性陶瓷復(fù)合，填充在因骨腫瘤而產(chǎn)生的骨缺損部位，利用外加交變磁場(chǎng)，充填物因磁滯損耗而產(chǎn)生局部發(fā)熱，殺死癌細(xì)胞，又不影響周圍正常組織，也是研究方向之一?，F(xiàn)在，功能活性生物陶瓷的研究還處于探索階段，臨床應(yīng)用鮮有報(bào)道，但其發(fā)展應(yīng)用前景是很光明的。 19目前在生物陶瓷領(lǐng)域的研究集中在如下幾個(gè)方向（1）利用生物技術(shù)，一些活體組織、細(xì)胞和誘導(dǎo)組織再生的生長(zhǎng)因子被引入了生物醫(yī)學(xué)材料，大大改善了其生物學(xué)性能，并可使其具有藥物治療功能，已成為生物醫(yī)學(xué)材料的一個(gè)十分重要的發(fā)展方向。（2）無機(jī)有機(jī)復(fù)合是

16、當(dāng)前研究熱點(diǎn)之一（3）材料的多元復(fù)合是發(fā)展的重要方向（4）具有特異性能的生物活性材料；（5）力學(xué)相容性好又有促進(jìn)組織生長(zhǎng)功能的材料；（6）具有人體組織結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料20hap系生物系生物 材料的研究現(xiàn)狀材料的研究現(xiàn)狀 （1）hap的粉體制備工藝 （2）羥基磷灰石的成型與燒結(jié)工藝 （3）hap系復(fù)合材料目前已達(dá)到的性能 （4）hap系復(fù)合材料的應(yīng)用 hap的粉體制備方法主要包括：固相反應(yīng)法、化學(xué)沉淀法、水熱合成法、溶膠凝膠法、醇化合物法等幾種。 ca10(po4)6(oh)2211.2.4 hap系生物系生物 材料的研究現(xiàn)狀材料的研究現(xiàn)狀 1.2 生物材料的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀生物材料的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

17、（1）hap的粉體制備工藝 （2）羥基磷灰石的成型與燒結(jié)工藝 （3）hap系復(fù)合材料目前已達(dá)到的性能 （4）hap系復(fù)合材料的應(yīng)用 （a） 成型工藝 常用的成型工藝主要有：注漿成型、壓制成型、等靜壓成型和凝膠澆注成型等。 （b） 燒結(jié)工藝 ha生物陶瓷的燒結(jié)方式主要有：無壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、等靜壓燒結(jié)和微波燒結(jié)等。 22hap系生物系生物 材料的研究現(xiàn)狀材料的研究現(xiàn)狀 （1）hap的粉體制備工藝 （2）羥基磷灰石的成型與燒結(jié)工藝 （3）hap系復(fù)合材料目前已達(dá)到的性能 （4）hap系復(fù)合材料的應(yīng)用 （a）一般報(bào)道的整體hap的彈性模量在41121gpa之間，人體骨的彈性模量在3050gpa之間。

18、（b）一般報(bào)道的整體hap的彎曲強(qiáng)度在30177mpa之間，人體致密骨的彎曲強(qiáng)度在170mpa左右。（c）一般報(bào)道的整體hap的斷裂韌性在0.7mpa m1/2左右，人體骨的斷裂韌性在2-10 mpa m1/2之間。 231.2.4 hap系生物系生物 材料的研究現(xiàn)狀材料的研究現(xiàn)狀 （1）hap的粉體制備工藝 （2）羥基磷灰石的成型與燒結(jié)工藝 （3）hap系復(fù)合材料目前已達(dá)到的性能 （4）hap系復(fù)合材料的應(yīng)用 hap基復(fù)合材料主要應(yīng)用在頜面骨、牙槽脊、聽小骨等非承重材料以及一些骨缺損的修復(fù)等方面，而在承重材料方面尚沒有應(yīng)用。具體應(yīng)用在以下幾個(gè)方面：（1）人工聽小骨 （2）ha生物陶瓷中耳通氣

19、引流管（3）ha微晶粉對(duì)癌細(xì)胞的抑制作用 （4）填充用ha顆粒 （5）ha頜骨、鼻梁、假眼球及其他人工骨 24生物醫(yī)用藥用功能材料的特征與評(píng)價(jià)生物醫(yī)用藥用功能材料的特征與評(píng)價(jià)v生物醫(yī)用藥用功能材料的基本性能要求生物醫(yī)用藥用功能材料的基本性能要求1、化學(xué)性能穩(wěn)定，對(duì)人體的血液體液等無影響，不、化學(xué)性能穩(wěn)定，對(duì)人體的血液體液等無影響，不形成血栓等不良現(xiàn)象。形成血栓等不良現(xiàn)象。2、材料與人體組織的相容性好，不會(huì)引起炎癥或其、材料與人體組織的相容性好，不會(huì)引起炎癥或其他排異反應(yīng)。他排異反應(yīng)。3、無致癌性，耐生物老化，長(zhǎng)期放置體內(nèi)的材料其、無致癌性，耐生物老化，長(zhǎng)期放置體內(nèi)的材料其物理機(jī)械性能不發(fā)生明顯

20、變化。物理機(jī)械性能不發(fā)生明顯變化。4、不因高溫蒸煮、干燥滅菌、藥液等消毒措施而發(fā)、不因高溫蒸煮、干燥滅菌、藥液等消毒措施而發(fā)生質(zhì)變。生質(zhì)變。其他要求其他要求25醫(yī)用材料的生物相容性醫(yī)用材料的生物相容性v生物活體本身不發(fā)生過敏、致癌、致畸形生物活體本身不發(fā)生過敏、致癌、致畸形以及局部組織反應(yīng)、全身毒性反應(yīng)和適應(yīng)以及局部組織反應(yīng)、全身毒性反應(yīng)和適應(yīng)性反應(yīng)等。性反應(yīng)等。v材料反應(yīng)通常包括生理腐蝕、吸收、降解材料反應(yīng)通常包括生理腐蝕、吸收、降解與失效等。與失效等。26生物降解吸收材料生物降解吸收材料v外科手術(shù)縫合線外科手術(shù)縫合線v骨頂骨板（骨固定材料）骨頂骨板（骨固定材料）v人造皮膚人造皮膚v藥物釋放

21、體系藥物釋放體系27醫(yī)用功能材料的分類與應(yīng)用醫(yī)用功能材料的分類與應(yīng)用v醫(yī)用金屬材料醫(yī)用金屬材料v醫(yī)用陶瓷醫(yī)用陶瓷v醫(yī)用復(fù)合材料醫(yī)用復(fù)合材料v醫(yī)用高分子材料醫(yī)用高分子材料28醫(yī)用金屬材料醫(yī)用金屬材料v對(duì)醫(yī)用金屬材料性能的要求對(duì)醫(yī)用金屬材料性能的要求（1）力學(xué)性能）力學(xué)性能（2）腐蝕性能：腐蝕速率低于）腐蝕性能：腐蝕速率低于0.25微米微米/年年常用材料：常用材料：（1）不銹鋼）不銹鋼（2）鈷鉻鉬合金）鈷鉻鉬合金（3）鈦及合金）鈦及合金磁性材料磁性材料29醫(yī)用陶瓷醫(yī)用陶瓷v惰性陶瓷惰性陶瓷v活性陶瓷活性陶瓷v可被吸收的陶瓷可被吸收的陶瓷 如磷酸三鈣如磷酸三鈣30醫(yī)用陶瓷的應(yīng)用v能承受負(fù)載的矯形材料

22、，用于骨科、牙科能承受負(fù)載的矯形材料，用于骨科、牙科的有：氧化鋁陶瓷，穩(wěn)定氧化鋯陶瓷，具的有：氧化鋁陶瓷，穩(wěn)定氧化鋯陶瓷，具有生物活性表面涂層（生物活性玻璃、生有生物活性表面涂層（生物活性玻璃、生物微晶玻璃）的響應(yīng)材料。物微晶玻璃）的響應(yīng)材料。v人工心臟瓣膜：熱解碳涂層（抗凝血，摩人工心臟瓣膜：熱解碳涂層（抗凝血，摩擦系數(shù)?。┎料禂?shù)?。﹙骨的填充材料：磷酸鈣骨的填充材料：磷酸鈣v種植齒：氧化鋁陶瓷，種植齒：氧化鋁陶瓷，hap陶瓷，生物活陶瓷，生物活性玻璃，活性涂層材料性玻璃，活性涂層材料31v耳鼻喉科：氧化鋁陶瓷，耳鼻喉科：氧化鋁陶瓷，hap陶瓷，生物陶瓷，生物活性玻璃及生物活性微晶玻璃，磷酸

23、鹽陶活性玻璃及生物活性微晶玻璃，磷酸鹽陶瓷。瓷。v可供組織長(zhǎng)入的圖層：多孔氧化鋁陶瓷可供組織長(zhǎng)入的圖層：多孔氧化鋁陶瓷v眼科：生物玻璃，多孔羥基磷灰石眼科：生物玻璃，多孔羥基磷灰石v脊椎外科：生物活性玻璃，脊椎外科：生物活性玻璃，hap陶瓷陶瓷32惰性陶瓷v氧化鋁陶瓷v碳材33活性陶瓷v羥基磷灰石（hap）34可吸收陶瓷v石膏v-三磷酸鈣35可治療癌癥的陶瓷vlife3o5、-fe2o3與al2o3-sio2-p2o5玻璃體復(fù)合物36v醫(yī)用復(fù)合材料醫(yī)用復(fù)合材料v醫(yī)用高分子材料醫(yī)用高分子材料37 現(xiàn) 狀 問題和挑戰(zhàn)問題 免疫性：硅凝膠乳房假體。硅酮 壽命：人工關(guān)節(jié)：中青年組：3-5年； 老年組：

24、 12年。 異體反應(yīng)：感染，植入失效。 生物功能：不能誘導(dǎo)組織重建或再生， 恢復(fù)和增進(jìn)生理功能。 38 現(xiàn) 狀 問題和挑戰(zhàn) 問題核心：材料和植入體以異物存在于 體內(nèi)。v 自身理化性能（抗疲勞性等）不能滿足長(zhǎng)壽命要求v 表面/界面非特異性蛋白吸附 感染 包囊形成 異體反應(yīng)v 不具生物功能。39現(xiàn) 狀 問題和挑戰(zhàn)v 當(dāng)代醫(yī)學(xué)對(duì)組織和器官的修復(fù) 形態(tài)和力學(xué)功能的恢復(fù) 重建或再生有生命的組織或器官； 大范圍的創(chuàng)傷 微創(chuàng)治療； 群體性通用材料和器械 個(gè)性化治療； 傳統(tǒng)的生物醫(yī)學(xué)材料時(shí)代正在過去。v 干細(xì)胞、克隆技術(shù)的發(fā)展 生物醫(yī)學(xué)材料？40 發(fā)展趨勢(shì) 科學(xué)與工程方向和前沿 常規(guī)材料技術(shù)更新和產(chǎn)品發(fā)展的方

25、向誘導(dǎo)組織或器官再生恢復(fù)和增進(jìn)生理功能損壞組織或器官永久康復(fù)v 生物結(jié)構(gòu):可容納細(xì)胞、細(xì)胞產(chǎn)物、細(xì)胞外基質(zhì)的生物或仿生結(jié)構(gòu) v 生物功能:誘導(dǎo)組織或器官再生；自我修復(fù)或完善；相應(yīng)的生物 力學(xué)性能等；調(diào)節(jié)免疫內(nèi)分泌等系統(tǒng)及 基因等功能。v 基礎(chǔ):在分子水平上對(duì)材料和宿主間相互作用認(rèn)識(shí)的深化,按預(yù)期 的目標(biāo)精確地控制材料和宿主間的生物學(xué)反應(yīng)。 生物材料科學(xué)與工程已面臨實(shí)現(xiàn)重大突破的邊緣 設(shè)計(jì)和制造有生命的人體“部件” 整個(gè)人體器官。 賦予材料生物結(jié)構(gòu)和生物功能充分利用人體自我重復(fù)能力41v研究途徑 材料科學(xué)與生物學(xué)緊密結(jié)合v 生物分子材料: 肽、蛋白、生長(zhǎng)因子等生物分子的基因、 酶工程及化學(xué)模擬合

26、成v 生物結(jié)構(gòu)的仿生裝配: 自裝配；快速成型等；v 生物技術(shù)的應(yīng)用: 組織工程；干細(xì)胞技術(shù)等。v重點(diǎn)領(lǐng)域v 組織工程人體結(jié)構(gòu)“部件”的重建和再生v 藥物、生物活性物質(zhì)的靶向控釋難治愈疾病的治 療；組織重建或再生。關(guān)鍵：細(xì)胞，藥物、生物活性物質(zhì)靶向傳送和控釋關(guān)鍵：細(xì)胞，藥物、生物活性物質(zhì)靶向傳送和控釋載體的設(shè)計(jì)和制備，包括裝載特定生物信號(hào)的載體。載體的設(shè)計(jì)和制備，包括裝載特定生物信號(hào)的載體。42研究熱點(diǎn)：表面/界面及表面改性v植入材料的生物學(xué)反應(yīng)常規(guī)材料（大多數(shù)）常規(guī)材料（大多數(shù)）非特異性吸附非特異性吸附影響蛋白吸附的主要因素影響蛋白吸附的主要因素：表面化學(xué)（結(jié)構(gòu)構(gòu)型、生 物力學(xué)性質(zhì)等）; 對(duì)蛋

27、白和細(xì)胞的分子識(shí)別和選擇性 吸附/粘附功能表面蛋白質(zhì)吸附特異性吸附非特異性吸附原位和褪變蛋白特異性蛋白特異性細(xì)胞吸附各種細(xì)胞吸附單核、白細(xì)胞、血小板特異性細(xì)胞素釋放及特定組織的細(xì)胞分化細(xì)胞素釋放感染、巨噬細(xì)胞特定組織形成纖維包裹形成并發(fā)癥特異性蛋白43研究熱點(diǎn)-表面表面/ /界面及表面改性界面及表面改性v材料表面組成構(gòu)型、結(jié)構(gòu)（納米級(jí)微機(jī)構(gòu)）、生物力學(xué)性質(zhì)等與蛋白、生物分子和細(xì)胞相互作用、分子識(shí)別、選擇性吸附/粘附的關(guān)系和規(guī)律。v表面改性 生物穩(wěn)定、不吸附/粘附蛋白和細(xì)胞的表面設(shè)計(jì)。 例：聚乙二醇，聚環(huán)氧乙烷殼類粘連蛋白的共聚物；鈦合金表面能帶結(jié)構(gòu)改性。44研究熱點(diǎn)-表面表面/ /界面及表面改

28、性界面及表面改性表面改性偶聯(lián)生物分子（肽，蛋白，生長(zhǎng)因子等） 細(xì)胞粘附：被吸附的蛋白質(zhì)細(xì)胞膜內(nèi)integrin及其它受體 例：偶聯(lián)寡肽骨髓基質(zhì)干細(xì)胞粘附 鈦合金表面能帶結(jié)構(gòu)改性保持凝血系統(tǒng)核心蛋白構(gòu)象微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及構(gòu)建 多孔結(jié)構(gòu)阻止纖維包裹的形成。 類骨磷灰石層對(duì)骨相關(guān)蛋白和細(xì)胞吸附/粘附表面改性近期發(fā)展新一代生物材料的主要途徑。45研究熱點(diǎn)-可生物降解高分子可生物降解高分子 水凝膠及生理環(huán)境響應(yīng)高分子v水凝膠水凝膠水介質(zhì)中難溶但可溶漲的高分子網(wǎng)狀物 特點(diǎn)：近于自然組織的高水合狀態(tài)和環(huán)境；性質(zhì)可控；可含天然高分子；降解性可控； 用途：細(xì)胞（胰島、平滑肌、軟骨、成骨細(xì)胞等）包囊。 生長(zhǎng)因子及原位基

29、因控制載體。 組織工程支架，藥物控釋載體。v生理環(huán)境（生理環(huán)境（phph，t t，葡萄糖濃度等）響應(yīng)智能高分子，葡萄糖濃度等）響應(yīng)智能高分子 主要進(jìn)展：水凝膠溶漲性隨生理環(huán)境變化。 主要用途：藥物控釋 例：藥物僅存ph是中性環(huán)境中釋放； 雙親高分子構(gòu)型變化控制蛋白和細(xì)胞釋放。 46研究熱點(diǎn)-組織誘導(dǎo)生物材料 可誘導(dǎo)多能間充質(zhì)細(xì)胞直接分化為特定組織細(xì)胞形成組織的材料模擬自然組織形成過程多能干細(xì)胞前體細(xì)胞成組織細(xì)胞組織細(xì)胞組織外基質(zhì)組織形成組織重建組織成熟生物信號(hào)分子微環(huán)境調(diào)控組織形成過程示意圖47研究熱點(diǎn)-組織誘導(dǎo)生物材料材料誘導(dǎo)組織形成過程示意圖主要進(jìn)展主要進(jìn)展骨誘導(dǎo)生物材料；材料誘導(dǎo)軟骨形成

30、。支架材料纖維結(jié)締組織長(zhǎng)入（干細(xì)胞）蛋白特異性吸附或外加生長(zhǎng)因子前體細(xì)胞成組織細(xì)胞組織成熟微環(huán)境調(diào)制48研究熱點(diǎn)納米生物醫(yī)學(xué)材料v 納米顆粒增強(qiáng)可降解高分子復(fù)合材料納米顆粒增強(qiáng)可降解高分子復(fù)合材料 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)良的生物活性和可降解性 優(yōu)良的生物力學(xué)相容性 高的力學(xué)強(qiáng)度 用途：致密型：內(nèi)固定器等 多孔型：支架材料v 納米涂層材料納米涂層材料 組織修復(fù)，顯影劑等49研究熱點(diǎn)納米生物醫(yī)學(xué)材料：藥物、生物活性物質(zhì)納米傳送和控釋藥物、生物活性物質(zhì)納米傳送和控釋系統(tǒng)系統(tǒng) 顆粒，人造細(xì)胞，疫苗等傳送及控釋系統(tǒng)v納米納米生物分子復(fù)合表面生物分子復(fù)合表面/界面界面v風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)50研究熱點(diǎn)-自裝配 蛋白和脂

31、類分子自識(shí)別特性形成有序結(jié)構(gòu) 模擬天然組織結(jié)構(gòu)的形成v用途用途：藥物和生物活性物質(zhì)控釋；支架材料，納米生 物醫(yī)學(xué)技術(shù)。v進(jìn)展進(jìn)展（例）： 納米尺度的裹、泡、殼人造細(xì)胞等 宏觀尺度的水凝膠細(xì)胞，藥物載體 三維結(jié)構(gòu)組裝（生長(zhǎng)因子） 支架材料 通過自裝配有機(jī)分子模板裝配骨51研究熱點(diǎn)-微制造技術(shù)的應(yīng)用微制造技術(shù)的應(yīng)用例：光刻技術(shù)刻制表面微/納米圖案 基因芯片（臨床診斷），藥物控釋。 納米尺度（單細(xì)胞）微觀過程分析。 組織工程支架的快速成型。研究熱點(diǎn)-分子影象及顯影劑分子影象及顯影劑 提供解剖學(xué)信息，動(dòng)態(tài)生理病理信息。 進(jìn)展 例：多糖包裹鐵氧化物的核磁共振影象 劑；充入空氣的白蛋白微殼超 聲影象顯影劑

32、52研究熱點(diǎn)-生物相容性及試驗(yàn)評(píng)價(jià)的新方法生物相容性及試驗(yàn)評(píng)價(jià)的新方法 和模型。和模型。 分子相容性及評(píng)價(jià)生物相容性的分子標(biāo)記探 索；跟蹤材料體內(nèi)、外生物學(xué)反應(yīng)的新方法。 通過體外或短期體內(nèi)試驗(yàn)可靠地評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè) 材料長(zhǎng)期生物安全性和壽命的方法和模型， 包括動(dòng)物和臨床試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?3應(yīng)用生物學(xué)原理設(shè)計(jì)和改進(jìn)材料應(yīng)用生物學(xué)原理設(shè)計(jì)和改進(jìn)材料涂層及表面改性材料及制品 生物活性涂層生物活性涂層：磷酸鈣涂層；生物礦化 ca-p 薄涂層。 抗凝血改性抗凝血改性：醫(yī)用高分子表面修飾；鈦合金表 面抗凝血改性；材料表面誘生生物膜。生物技術(shù)的應(yīng)用 骨生長(zhǎng)因子用于矯形外科材料和植入器械。 矯形外科材料市場(chǎng)： 2003

33、：us$185億 2008：us$340億 骨生長(zhǎng)因子：？個(gè)百分點(diǎn) 25-30% 載藥血管支架骨生長(zhǎng)因子54可生物降解高分子及藥物控釋載體和系統(tǒng)基因治療產(chǎn)品上市：2010年新增產(chǎn)值 us$200億。新一代臨床診斷材料基因芯片等老年診斷及治療裝置 日本：2001：us$86億；2008：us$440億。常規(guī)材料生物穩(wěn)定性的提高和性能改善 非晶態(tài)合金等組織工程化制品55展 望 克隆技術(shù)克隆技術(shù)： 技術(shù)問題，倫理道德和政治問題 干細(xì)胞技術(shù)干細(xì)胞技術(shù)：技術(shù)問題 藥物、細(xì)胞載體藥物、細(xì)胞載體：組織工程, 干細(xì)胞技術(shù), 藥物控釋 生物醫(yī)學(xué)材料的需求將貫穿于整個(gè)生物醫(yī)學(xué)材料的需求將貫穿于整個(gè)21世紀(jì)世紀(jì) 與

34、生物學(xué)和生物技術(shù)結(jié)合實(shí)現(xiàn)生物醫(yī)學(xué)材與生物學(xué)和生物技術(shù)結(jié)合實(shí)現(xiàn)生物醫(yī)學(xué)材 料的重大突破料的重大突破56 生物醫(yī)學(xué)材料 中國(guó)產(chǎn)業(yè)- 醫(yī)療器械醫(yī)療器械： 市場(chǎng)：us$300 /人年 醫(yī)療器械:藥品=1:536043052062074089010000200400600800100012001999200020012002200320042005圖8、國(guó)內(nèi)醫(yī)療器械市場(chǎng)及增長(zhǎng)情況表（按年增長(zhǎng)率20%估算） 億元年 增長(zhǎng)率2028%572242653003453964555236026900100200300400500600700800979899000102030405億元年 增長(zhǎng)率1518%58產(chǎn)業(yè)

35、-生物醫(yī)用材料 注冊(cè)企業(yè)注冊(cè)企業(yè)（2003） 醫(yī)療器械：9000 三類醫(yī)療器械：1548 =18% 醫(yī)療器械 注冊(cè)產(chǎn)品數(shù)注冊(cè)產(chǎn)品數(shù)： 醫(yī)療器械：28043 進(jìn)口：6510 三類醫(yī)療器械：3531=12.6%醫(yī)療器械 技術(shù)結(jié)構(gòu)技術(shù)結(jié)構(gòu)：低中檔，高端產(chǎn)品90%進(jìn)口59遠(yuǎn)不能滿足13億人口日益增長(zhǎng)的需求民族產(chǎn)業(yè)的生存面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)發(fā)展生物醫(yī)學(xué)材料- 社會(huì)，經(jīng)濟(jì)，國(guó)防事業(yè)發(fā)展的迫切需求60生物醫(yī)學(xué)材料科學(xué)v 開始步入國(guó)際先進(jìn)水平*中國(guó)大陸地區(qū) *四位為副主席 會(huì)會(huì) 次次時(shí)間時(shí)間出席國(guó)出席國(guó)家和地家和地區(qū)數(shù)區(qū)數(shù)論文數(shù)論文數(shù)注冊(cè)代表注冊(cè)代表口頭報(bào)口頭報(bào)告告主持主持分會(huì)分會(huì)數(shù)數(shù)邀請(qǐng)邀請(qǐng)報(bào)告報(bào)告總計(jì)總計(jì)中國(guó)中國(guó)

36、總計(jì)總計(jì)中國(guó)中國(guó)第三次（京都）第三次（京都）1988198829298718711010120012005 5 1 11 1第四次（柏林）第四次（柏林）1992199232327147142525107110711212 第五次（多倫第五次（多倫多）多）1996199634341150115029291301300 014143 3 * *第六次（夏第六次（夏威夷）威夷）2000200038381600160061612000200060606 62+42+4* * *2 2* *第七次（悉第七次（悉尼）尼）200420043939190019001301302002000 013130 03

37、3334 44 461生物醫(yī)學(xué)材料科學(xué)v 開始步入國(guó)際先進(jìn)水平第七次世界生物材料大會(huì)論文投遞及接收狀態(tài)統(tǒng)計(jì)第七次世界生物材料大會(huì)論文投遞及接收狀態(tài)統(tǒng)計(jì)（主要國(guó)家和地區(qū)）論文及論文及狀態(tài)狀態(tài)小計(jì)小計(jì)中國(guó)中國(guó)大陸大陸香港香港臺(tái)灣臺(tái)灣美國(guó)美國(guó)日本日本英國(guó)英國(guó)澳大澳大利亞利亞韓國(guó)韓國(guó)加拿加拿大大大會(huì)報(bào)大會(huì)報(bào)告告3000101100邀請(qǐng)報(bào)邀請(qǐng)報(bào)告告544002226512口頭報(bào)口頭報(bào)告告70433482216067411236墻報(bào)墻報(bào)115297213823815688688542總計(jì)總計(jì)19001302546482218162115988062生物醫(yī)學(xué)材料科學(xué)生物醫(yī)學(xué)材料科學(xué)v 主要優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域 組織誘導(dǎo)

38、生物材料 藥物和蛋白控釋 骨組織工程 表面和表面改性 分子相容性，矯形外科，醫(yī)用高分子，磷酸鈣， 牙科材料，神經(jīng)修復(fù)亦有較大的發(fā)展63“十一五十一五”期間我國(guó)發(fā)展的建期間我國(guó)發(fā)展的建議議醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的產(chǎn)業(yè) 滿足全民公平的醫(yī)療保健基本要求，實(shí)現(xiàn)建設(shè)穩(wěn)定的小康社會(huì)的目標(biāo)目標(biāo)：2010年產(chǎn)值：1500億元國(guó)家中長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃64“十一五十一五”期間我國(guó)發(fā)展的建期間我國(guó)發(fā)展的建議議發(fā)展思路 量大面廣的產(chǎn)品質(zhì)量提高為重點(diǎn)，初步改變高端產(chǎn)品依賴進(jìn)口的局面，擴(kuò)大中端產(chǎn)品出口 突破關(guān)鍵技術(shù)、部件，提高產(chǎn)業(yè)集成、創(chuàng)新能力，為趕超國(guó)際先進(jìn)水平奠定基礎(chǔ) 建立與產(chǎn)業(yè)結(jié)合的技術(shù)創(chuàng)新基地和國(guó)際互認(rèn)的試驗(yàn)評(píng)價(jià)平臺(tái)

39、 實(shí)行大型企業(yè)或企業(yè)集團(tuán)帶動(dòng)中、小企業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略65“十一五十一五”期間我國(guó)發(fā)展的建期間我國(guó)發(fā)展的建議議重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域 重大疾病的急救、診療、康復(fù)技術(shù)和裝置 社區(qū)和家用醫(yī)療系統(tǒng)工程技術(shù)和裝備 醫(yī)學(xué)影像技術(shù)和裝備 生物醫(yī)學(xué)材料、器件及制備技術(shù) 組織工程化制品及人工器官 神經(jīng)工程 生物微系統(tǒng)技術(shù)66烤瓷牙的成分v1：普通烤瓷：主要成分；鎳鉻錳矽，特性鑄造容易，在口內(nèi)：普通烤瓷：主要成分；鎳鉻錳矽，特性鑄造容易，在口內(nèi)具有高度穩(wěn)定性，低導(dǎo)熱比重輕。具有高度穩(wěn)定性，低導(dǎo)熱比重輕。2具有高度延展性，較貴金具有高度延展性，較貴金屬更容易成行設(shè)計(jì)。屬更容易成行設(shè)計(jì)。3與瓷粉的密合度也非常好。較易引起牙與瓷粉的密合度也非常好。較易引起牙齦過敏，變黑。齦過敏，變黑。 v2：醫(yī)學(xué)含鈦合金：主要成分鈦：醫(yī)學(xué)