生物醫(yī)用材料

1、精選文檔生物醫(yī)學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、理療康復、診斷、治療疾患，而對人體組織不會產生不良影響的材料?，F(xiàn)在各種合成材料和自然高分子材料、金屬和合金材料、陶瓷和碳素材料以及各種復合材料，其制成產品已經被廣泛地應用于臨床和科研。生物醫(yī)用材料是用來對于生物體進行診斷、治療、修復或替換其病損組織、器官或增進其功能的新型高技術材料，它是爭辯人工器官和醫(yī)療器械的基礎，己成為材料學科的重要分支，尤其是隨著生物技術的蓮勃進展和重大突破，生物材料己成為各國科學家競相進行爭辯和開發(fā)的熱點。二 關鍵詞:生物， 醫(yī)學，材料，醫(yī)療器械， 創(chuàng)傷，組織， 植入biomedical ma

2、terial， new materials三 文獻綜述1生物醫(yī)用材料定義生物醫(yī)用材料（biomedical material）是用于對生物體進行診斷、治療、修復或替換其病損組織、器官或增進其功能的新型高技術材料。它是爭辯人工器官和醫(yī)療器械的基礎，己成為材料學科的重要分支，尤其是隨著生物技術的蓮勃進展和重大突破，生物材料己成為各國科學家競相進行爭辯和開發(fā)的熱點。當代生物材料已處于實現(xiàn)重大突破的邊緣，不遠的將來，科學家有可能借助于生物材料設計和制造整個人體器官，生物醫(yī)用材料和制品產業(yè)將進展成為本世紀世界經濟的一個支柱產業(yè).由生物分子構成生物材料，再由生物材料構成生物部件。生物體內各種材料和部件有各

3、自的生物功能。它們是“活”的，也是被整體生物把握的。生物材料中有的是結構材料，包括骨、牙等硬組織材料和肌肉、腱、皮膚等軟組織；還有很多功能材料所構成的功能部件，如眼球晶狀體是由晶狀體蛋白包在上皮細胞組成的薄膜內而形成的無散射、無吸取、可連續(xù)變焦的廣角透鏡。在生物體內生長有不同功能的材料和部件，材料科學的進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)學領域中使用。前者如人工瓣膜、人工關節(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

4、醋、聚醋、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）、自然高分子材料（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）、無機材料（生物活性陶瓷，羥基磷灰石等）、復合材料（碳纖維聚合物、玻璃纖維聚合物等）。依據材料的用途，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、表面修復分別用于硬組織和軟組織修復與替換。生物醫(yī)用材料由于直接用于人體或與人體健康親密相關，對其使用有嚴格要求。首先，生物醫(yī)用材料應具有良好的血液相容性和組織相容性。其次，要求耐生

5、物老化。即對長期植入的材料，其生物穩(wěn)定性要好；對于臨時植入的材料，耍求在確定時間內降解為可被人體吸取或代謝的無毒單體或片斷。還要求物理和力學性質穩(wěn)定、易于加工成型、價格適當。便于消毒滅茵、無毒無熱源、不致癌不致畸也是必需考慮的。對于不同用途的材料，其要求各有側重。 3 生物醫(yī)用新型材料（1）陶瓷基生物醫(yī)用復合材料 陶瓷基復合材料是以陶瓷、玻璃或玻璃陶瓷基體，通過不同方式引入顆粒、晶片、晶須或纖維等外形的增加體材料而獲得的一類復合材料。目前生物陶瓷基復合材料雖沒有多少品種達到臨床應用階段，但它已成為生物陶瓷爭辯中最為活躍的領域，其爭辯主要集中于生物材料的活性和骨結合性能爭辯以及材料增加

6、爭辯等。 （2）高分子基生物醫(yī)用復合材料 爭辯表明幾乎全部的生物體組織都是由兩種或兩種以上的材料所構成的，如人體骨骼和牙齒就是由自然有機高分子構成的連續(xù)相和彌散于其基質中的羥基磷灰石晶粒復合而成的。生物有機高分子基復合材料，尤其生物無機與高分子復合材料的消滅和進展，為人工器官和人工修復材料、骨填充材料開發(fā)與應用奠定了堅實的基礎。（3）金屬基生物醫(yī)用復合材料 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性能和優(yōu)良的加工性能，是國內外較早將其作為人體硬組織修復和植入的一類材料，但金屬材料與機體的親和性、生物相容性較差，在體液中存在材料腐蝕等問題。因此，除進一步優(yōu)化材料的整體性

7、能外，必需通過表面涂層、離子注入等技術進行表面處理。自國外1931年發(fā)表生物氧化物涂層的文獻以來，涂層的技術和種類已得到不斷的豐富和進展，但材料與骨組織之間的結合性能以及涂層與基體之間的界面結合性能仍是目前金屬基復合材料的爭辯重點。近年來，隨著涂層技術的不斷進展，電化學沉積法、浸漬-熱解法、水熱處理法不斷消滅，它已成為金屬基生物復合材料爭辯的一個重要方向，涂層材料的爭辯已從生物惰性涂層進展到生物活性材料以及非氧化物涂層材料4生物醫(yī)用材料進展趨勢。（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格外重要的地位，同時組織工程也為生物材料提出問題和指明進展方向。由于傳統(tǒng)的人工器官（如人工腎、肝

8、）不具備生物功能（代謝、合成），只能作為幫助治療裝置使用，爭辯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。構建組織工程人工器官需要三個要素，即"種子"細胞、支架材料、細胞生長因子。最近，由于干細胞具有分化力量強的特點，將其用作"種子"細胞進行構建人工器官成為熱點。組織工程學已經在人工皮膚、人工軟骨、人工神經、人工肝等方面取得了一些突破性成果，呈現(xiàn)出奇特的應用前景。（2）生物醫(yī)用納米材料初見端倪由于人類基因組方案的完成及基因診斷與治療不斷取得進展，科學家對使用基因療法治療腫瘤布滿信念。基因治療是導人正?；蛴谔囟ǖ募毎ò┘毎┲?，對缺損的或致病

9、的基因進行修復；或者導人能夠表達出具有治療癌癥功能的蛋白質基因，或導人能阻擋體內致病基因合成蛋白質的基因片斷來阻擋致病基因發(fā)生作用，從而達到治療的目的。這是治療學的一個巨大進步?；虔煼ǖ年P鍵是導人基因的載體5，只有借助于載體，正?；虿拍苓M人細胞核內。目前，高分子納米材料和脂質體是基因治療的抱負載體，它具有承載容量大，平安性高的特點。近來新合成的一種樹枝狀高分子材料作為基因導人的載體值得關注6,7。（3）血液凈化材料重在應用接受濾過沉淀或吸附的原理，將體內內源性或外源性毒物（致病物質）專一性或高選擇性地去除，從而達到治病的目的，是治療各種疑難病癥的有效療法9。尿毒癥、各種藥物中毒、免疫性疾病

10、（系統(tǒng)性紅斑狼瘡、類風濕性關節(jié)炎）、高脂血癥等，都可接受血液凈化療法治療，其核心是濾膜、吸附劑等生物材料。（）復合生物材料仍是開發(fā)重點作為硬組織修復材料的主體，復合生物材料受到廣泛重視。它具有強度高、韌性好的特點，目前己廣泛應用于臨床。通過具有不同性能材料的復合，可以達到"取長補短"的效果?？梢杂行Ы鉀Q材料的強度、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。提高復合材料界面之間結合程度（相容性）是復合生物材料爭辯的主要課題10。依據使用方式的不同爭辯較多的是：合金、碳纖維高分子材料、無機材料（生物陶瓷、生物活性玻璃）高分子材料的復合爭辯。（5）材料表面改性是永久性

11、課題生物相容性包括血液相容性和組織相容性，是生物材料應用的基本要求。除了設計、制各性能優(yōu)異的新材料外，通過對傳統(tǒng)材料進行表面化學處理（表面接枝大分子或基團）、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是生物材料爭辯的永久四 分析爭辯與感想 生物醫(yī)用材料和人工器官的爭辯實際上是個古老的命題。若追溯至遠古，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）使用木片修補受傷的顱骨。目前，除了大腦以外，幾乎全部人體器官都有替代材料。人工器官的深化爭辯與近代材料科學進展親密相關。20世紀初開發(fā)的高分子新材料則促

12、成了人工器官系統(tǒng)爭辯的開頭。初期的爭辯內容，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，重大的自然災難、戰(zhàn)斗、年輕和病變，都急需維持、修復和替代人體的有關器官，因而作為人工器官替代物的生物材料應運而生。生物醫(yī)用材料是用于修復或替換人體組織的材料。目前實際使用的生物醫(yī)用材料包括聚合物、陶瓷、金屬等人造材料和自然生物材料。很多金屬材料，陶瓷材料，高分子材料，復合材料等有關材料已廣泛地在臨床中進行了試用。我國自八十年月起，北京高校的馮新德院士、南開高校的何炳林院士等就開頭進行了有關醫(yī)用高分子材料以及生物陶瓷等方面的基礎爭辯工作。同時清華高校的李恒德院士和北京高校的王夔院士等亦領先在國內開展了

13、有關自然生物材料的微觀結構以及生物礦化和病理礦化等方面的爭辯工作。與國際前沿相比，我國現(xiàn)代生物材料的應用尚處于初級階段，但在基礎爭辯已取得了一系列進展。在當今處于學問老化和更新同步的時代中，生物醫(yī)用材料將更新醫(yī)用材料的概念，創(chuàng)立新的基礎理論，建立新的爭辯領域，研制新一代產品，開拓新的治療途徑。不難看出，生物醫(yī)用材料的爭辯具有格外迷人的前景。五 總結現(xiàn)代醫(yī)學正向再生和重建被損壞的人體組織和器官，恢復和增進人體生理功能，共性化和微創(chuàng)治療等方向進展。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)學進展的要求，生物醫(yī)學材料科學與工程面臨著新的挑戰(zhàn)。由于材料科學與技術、細胞生物學和分子生

14、物學的進展，深化了材料及植入體與機體相互作用的生疏，加之醫(yī)學進展和需求的驅動，當代生物醫(yī)學材料的進展已進入一個嶄新的階段，并處于實現(xiàn)意義重大突破的邊沿。估計20年內醫(yī)用生物醫(yī)用材料的市場占有率將趕上藥物。因此，加強醫(yī)用生物醫(yī)用材料的臨床應用爭辯和推廣應用，重點進展我國醫(yī)用生物醫(yī)用材料的爭辯、開發(fā)、生產、營銷緊密結合的一體化體系是當務之急。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、納米材料的消滅，信任在不久的將來，醫(yī)用生物材料的進展將給材料科學和生命工程學帶來一次新的革命。六 參考文獻1黃偉凡，李兆峰編 醫(yī)用鈦合金表面改性爭辯進展 2006 P369-P379.2張全升，王美婷編 先進陶瓷導論北京 化學工業(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爭辯 南京航空航天高校學報2007 659-664.4宋曉艷,張玉清,張杰,等編 聚氨酯彈性體/蒙脫土納米復合材料的合成與性能 .高分子學報, 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爭辯進展 .陜西科技高校學報2005 236曲遠方編 . 現(xiàn)代陶瓷材料及技術. 華東理工高校出版社2008 P312-P350.7李彥林,楊浩,韓睿,等編 .三種生物骨衍生材料修復節(jié)段性骨缺損的試驗爭