生物医用材料

导论

一、生物医用材料定义

生物材料：广义的说，一是指用于生物体内的材料，达到治疗康复的目的，例如隐形眼镜、人工髋关节；二是指来源于生物体，可能用于或不再用于生物体，例如动物皮革用于服装。

生物医用材料：对生物系统的疾病进行诊断、治疗、外科修复、理疗康复、替换生物体组织或器官（人工器官），增进或恢复其功能，而对人体组织不会产生不良影响的材料。生物医用材料本身不是药物，而是通过与生物机体直接结合和相互作用来进行治疗。

另一种说法是：生物医用材料是一种植入躯体活系统内或与活系统相接触而设计的人工材料。

生物医用材料又叫做生物材料，分别来自于Biomedical Materials 和Biomaterials的译名。目前国际上两本最主要的学术期刊是英国的《Biomaterials》和美国的《Journal of Biomedical Materials Research》，两个期刊所涉及的内容是相同的，由此可见Biomedical Materials 和Biomaterials两词是指相同的材料。

举例说明：（FDA分类：美国食品与药物管路局对医用材料的分类）

名称 是否生物材料 相接触的组织 FDA分类

眼镜架 no

隐形眼镜 yes 与角膜接触 III

假肢 no

人工髋关节 yes 与骨组织接触并要求牢固结合 III

假牙 yes 与口腔粘膜接触 II

牙根植入体 yes 与牙床骨接触并希望牢固结合 III

人工心肺系统 yes 与血液接触 III

生物医用材料学科的研究内容

1.各种器官的作用；

2.生物医用材料的性能；

3.它们之间的相互作用，在体内生物医用材料如何影响活组织（称之为宿主反应）；活组织又如何影响生物材料的性能变化（称之为材料反应）。

相互作用重点研究化学和力学两方面。（例如植入髋关节，磨损碎屑，炎症反应，以及金属离子的溶出）

二、生物医用材料的分类：生物材料应用广泛，品种很多，有不同的分类方法。

按材料的传统分类法分为：

(1)合成高分子材料（如聚氨酯、聚酯、聚乳酸、聚乙醇酸、乳酸乙醇酸共聚物、其他医用合成塑料和橡胶）、

(2)天然高分子材料（如胶原、丝蛋白、纤维素、壳聚糖）、

(3)金属与合金材料（如钦金属及其合金）、

(4)无机材料（生物活性陶瓷，羟基磷灰石）、

(5)复合材料（碳纤维／聚合物、玻璃纤维／聚合物）。

按材料的医用功能分为：

(1)血液相容性材料

一切与血液接触的材料，应不致血栓形成和与血液不发生相互作用。主要包括聚氯酯／聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯／聚甲基丙烯酸经乙酪、含聚氧乙烯援的聚合物、肝素化材料、尿面固定化材料、骨胶原材料等。应用于入工血管、入工心脏、血浆分离膜、血液灌流用吸附剂、细胞培养基材等。

(2)软组织相容性材料

对于与生物机体组织非结合件的材料，如软件隐形眼镜片，要求材料对周围组织无刺激性和毒副作用；对于结合性的材料，如人工食道，要求材料与周围组织有一定粘结性，不产生毒副反应。此类材料包括聚硅氧烷、聚酯、聚氨基酸、聚甲基丙烯酸经乙酯、改性甲壳素等。主要用于人工皮肤、人工气管、人工食道、人工输尿管、软组织修补材料等。

(3)硬组织相容性材料

硬组织生物材料主要用于生物机体的关节、牙齿及其他骨组织。包括生物陶瓷、生物玻璃、钛及合金、碳纤维、聚乙烯等。

(4)生物降解材料

牙齿及其他骨组织。包括生物陶瓷、生物玻璃、

生物降解材料是—类在生物机体中，在体液及其酸、核酸作用下，材料不断降解被机体吸收，或排山体外，最终所植入的材料完全被新生组织取代的天然或合成的生物医用材料。包括多肽、聚氨基酸、聚酯、聚乳酸、甲壳素、骨胶原／明胶等高分子材料。β—磷酸三钙则属于生物陶瓷可降解材料。主要用于吸收型缝合线、药物载体、愈合材料、粘合剂以及组织缺损用修复材料

(5)高分子药物

高分子药物是一类本身具有药理活性的高分子化合物，可以从生物机体组织中提取，也司以通过人工合成、基因重组等技术，获得天然生物高分子的类似物，如多肽、多糖类免疫增强刑、胰岛素、人工合成疫苗等，用于治疗糖尿病、心血管病、癌症以及炎症等疾病。

还可以按照有无生物活性分为生物惰性材料（bioinert）、生物活性材料（bioactive）。

还可以按照可否生物降解（biodegradable）来划分。

还可以分为人工合成材料和天然材料。

还可以分为单一材料、复合材料、活体细胞、天然组织与无生命材料结合的杂化材料。

三、生物医用材料的研究现状（目前的开发方法、未来的研究方法）

目前，世界各国对生物材料的研究大多处于经验和半经验的阶段，材料与活组织之间相互作用机理还有许多不清楚的地方，基本上是应医学上的急需进行研究，一般以现有材料为对象，凡性质基本能满足使用要求者，则进行适当纯化，包括配方上减少有害助刑，工艺上减少单位残留量及低聚物，然后加以利用；性能不满足要求者，进行适当改性后再加以利用；还有的则把两种材料的性质结合起来以实现一定的功能。至今，真正建立在分子设计基础上，以材料结构与性能的关系，特别是与生物相容性的关系为基础的新型生物材料的设计研究尚不多见。因此，目前应用的生物材料，尤其是用于人工器官的材料，只是处于“勉强可用”或“仅可使用”的状态，还未满足应用的要求。

近年来，对生物材料结构与生物相容性之间关系的研究已受到重视。目前已进人了为“生物材料分子设计学”积累数据和资料的阶段，个别性能的分子设计已被应用并取得了较好结果。

四、当前研究比较活跃的生物材料主要有：（例举）

(1)高抗凝血材料：这是生物材料最活跃的前沿领域，主要用于人工心脏、人工血管和人工心脏瓣膜等人工器官。目前虽已开发了抗凝血性较好的材料，但仍然不能满足临床要求。

(2)生物活性陶瓷及玻璃：主要用于人工骨、人工关节、人工种植牙等。现已开发出具有较好组织相容性的羟基磷灰石陶瓷、活性氧化铝陶瓷、β—磷酸三钙多孔陶瓷、SiO2—CaO—MgO—P2O5微晶玻璃等材料，但对这类材料的生物活性表征及生物活性的可信赖机理、应力传递时弹性模量的不匹配效应、生物活性界面键合的长期稳定性等问题仍需进一步解决。

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/f289153df6ec4afe04a1b0717fd5360cba1a8dee.html