1、精選優質文檔-傾情為你奉上生物醫用材料的發展應化0707 田銳 摘要：隨著現代社會的發展及醫療水平的提升，生物醫用材料得到了快速的發展，本文將從生物醫用材料的基本知識入手，具體介紹其分類、作用及一些重要的應用，并對相關研究成果進行舉例分析。同時，結合我國的發展情況作出討論。關鍵詞：生物相容性、醫用高分子材料、醫用金屬材料、醫用無機材料、醫用復合材料一、生物醫用材料概述：1、發展狀況：隨著社會文明進步、經濟發展和生活水平日益提高，人類對自身的醫療康復事業格外重視。與此同時，社會人口劇增，交通工具大量涌現，生活節奏加快，疾病、自然災害、交通事故、運動創傷和工傷等的頻繁發生等，造成人們意外傷害劇增。

2、因此，發展用于人體組織和器官再生與修復的生物醫用材料具有重大社會效益。早在公元前3500年，埃及人就用棉花纖維、馬鬃縫合傷口；墨西哥印第安人用木片修補受傷的顱骨；公元前500年的中國和埃及墓葬中發現假牙、假鼻和假耳；在1936年發明了有機玻璃后，很快用于制作假牙和補牙，至今仍在使用；1949年，美國首先發表了醫用高分子的展望性論文，第一次介紹了利用PMMA作為人的頭蓋骨、關節和股骨，利用聚酰胺纖維作為手術縫合線的臨床應用情況；50年代，有機硅聚合物被用于醫學領域，加速了器官代替、整容等的發展。由此我們看出這些用于修復人體器官的材料具有久遠的發展歷史，它們統稱為生物醫用材料。生物醫用材料是一種新

3、型材料，具有廣泛的應用前景，僅高分子材料，全世界在醫學上應用的就有90多個品種、1800余種制品，西方國家在醫學上消耗的高分子材料每年以1020的速度增長。隨著現代科學技術的發展尤其是生物技術的重大突破，生物材料的應用將更加廣泛。2、定義：由于生物醫用材料是一個新發展起來的領域，并沒有嚴格的定義。以下是一些解釋：生物醫學材料指的是能夠植入生物體或與生物組織相結合的材料，可用于診斷、治療，以及替換生物機體中的組織、器官或增進其功能。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。3、分類：、按材料組成和性質：醫用高分子材料（聚乙烯、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、

4、硅橡膠、聚乳酸、聚羥基乙酸）；醫用金屬材料（不銹鋼、鈷基合金、鈦和鈦合金以及貴金屬）；醫用陶瓷材料（羥基磷灰石材料）；醫用復合材料（金屬基-陶瓷涂層體系等）。、按材料在生理環境中的生物化學反應水平：惰性的生物醫用材料、生物活性材料、可生物降解和吸收的生物材料、按用途：骨骼-肌肉系統修復材料和替換材料（骨、牙、關節、肌腱）軟組織材料（皮膚、乳房、食道、呼吸道膀胱）心血管系統材料（人工心瓣膜、血管、心血管內插管）醫用膜材料（血液凈化膜和分離膜、氣體選擇性透過膜、角膜接觸鏡）藥物釋放材料等。 4、基本要求：（1）無急性毒性、致敏、致炎、致癌和其他不良反應；（2）具有良好的耐腐蝕性能相應的生物力學性能

5、和良好的加工性能； （3）體內使用的醫用材料，還必須具有良好的組織相容性、血液適應性和適宜的耐生物降解性二、金屬醫用材料的介紹硬組織修復1、常見醫用金屬材料及其特點：、不銹鋼：廉價、加工工藝簡便，但容易縫隙腐蝕、摩擦腐蝕以及疲勞腐蝕破裂；、鈷合金：耐腐蝕和力學性能綜合衡量，它是最優良的材料之一；、貴金屬：生物相容性好、化學穩定性好，抗腐蝕、價格昂貴 、形狀記憶合金：較硬富有彈性，可起到矯形和支撐作用，優良的生物相容性，耐腐蝕、耐磨、無毒、鈦合金：無毒、質輕、強度好、生物相容性好。2、 鈦合金：鈦合金具有很多其他金屬無法比擬的優點。質輕：20時密度為4.5g/cm3，僅為不銹鋼的56%，植入人體

6、內大幅度減輕了人體的負荷量，作為醫療器械也減輕了醫務人員操作符合；彈性模量為MPa，僅為不銹鋼的53%，植入人體內與人體自然骨更接近，能夠減少骨頭對植入物的應力屏蔽效應；鈦及鈦合金是無磁性金屬，不受電磁場和雷雨天氣的影響，這有利于使用后的人體安全；無毒性，作為植入物對人體無毒副作用；在人體血液的浸泡環境中具有優異的耐腐蝕性，保證了與人體血液及細胞組織的相容性，作為植入物不產生人體污染，不會發生過敏反應；長期留置于人體內，會受到人體的彎曲、扭轉、擠壓、肌肉收縮力等作用，要求植入物具有高的強度和韌性，鈦合金完全滿足這一點。鑒于鈦合金的諸多優勢，其有廣泛的用途，主要用于：修補顱骨，制成鈦網或鈦箔用于

7、修復腦膜和腹膜、人工骨、關節、牙和矯形物、人工心臟瓣膜支架、人工心臟部件和腦止血夾、口腔頜面矯形頜修補、手術器械、醫療儀器頜人工假肢等多個方面。然而，作為一種金屬材料，鈦合金仍然存在一些不足之處。它雖然具有足夠的強度和韌性，但是它屬于生物惰性材料與骨頭的結合是一種機械鎖和。利用表面改性技術可提高金屬表面的穩定性和耐磨性，同時可賦予其生物活性。下面介紹一種在金屬材料表面涂覆HA層的技術。與HA陶瓷一樣，HA涂層植入體內后與生物環境作用，表面層會溶解，然后在涂層表面重新沉積一層類骨磷灰石，其成分和結構都與天然骨組織十分類似。新骨不但生長在周圍骨組織表面，也在HA涂層表面生長，即形成雙向成長。這種生

8、長方式加快了新骨生長，并促使植入體與骨組織間形成直接的化學鍵性結合，有利于植入體早期穩定，縮短手術后的愈合期。當它與骨組織接觸時，新骨可沿涂層表面生長，即具有骨傳導性。HA涂層還有良好的橋接作用，當它與骨組織的間隙寬2mm時，仍能激發骨的生長，充滿這一間隙。HA涂層還可以提高植入體-骨界面的結合強度，在HA涂層表面粗糙度與鈦表面相等或略小的情況下，界面結合強度要大得多。三、醫用材料在我國的發展：我國是一個擁有近13億人口和6000萬殘疾人的大國。據民政部門報告，我國現有的肢體不自由患者已超過1500萬，其中殘肢者約800 萬，由類風濕引發的大骨節病患者有數百萬，冠心病患者已超過1000 萬，白

9、內障盲人約500萬，牙缺損和牙缺失患者高達3億4億人，約占全國人口的1/4 1/3。此外，我國正步入老年人社會，60歲以上的老年人口已達1.39億，約占全國人口的10.69% 。年老體邁不斷引發機體組織和器官病變，需要及時治療。為此要提供大量優質的生物醫用材料及器件以供臨床診治的需要。然而在世界市場上，生物相容性材料及制品中，美國占了49.7%，歐洲占了24.1%，日本占了17.2%，而剩下的其他國家所占市場份額只有9%，我國醫用器械市場及產業與國外差距較大，占世界市場的份額不足3%。看到醫用材料如此廣闊的前景，我國應在如下幾個方面重點開發研究：一是生物結構和生物功能的設計和構建原理研究。著重

10、研究具有誘導組織再生的骨、軟骨及肌腱等基底材料和框架結構的設計及其仿生裝配；二是表面界面過程-材料與機體之間的相互作用機制研究。從細胞和分子水平深入研究材料與特定細胞、組織之間的表面界面作用，揭示影響生物相容性的因素及本質；三是生物導向性及生物活性物質的控釋機理研究。研究可自控或靶向釋放蛋白、基因等特異性生物活性物質的材料的設計以及生物導向性原理；用于組織細胞和基因治療的半滲透聚合物膜的設計、自裝配及特異性細胞密封技術；四是生物降解吸收的調控機制研究。研究生物降解吸收材料的分子結構和生物環境對其降解的影響、降解吸收速度的調控、降解吸收及代謝機制，以及降解產物對機體的影響。其目標是為組織工程化人

11、工器官生物材料及藥物控釋材料的自成、改性方法提供理論基礎，實現材料參與生命過程和構建生命組織的目的；五是材料的制備方法學和質量控制體系研究。主要研究生物醫用材料及修復體的計算機輔助設計。四、未來發展趨勢近幾年來人工器官的研究和應用迅速發展，用人工材料制成能部分或全部替代人體自然器官功能的裝置，幾乎對人體各個器官（除大腦外）都在進行人工模擬研制。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，生物醫用材料和制品產業將發展成為本世紀世界經濟的一個支柱產業。以下是醫用材料未來的發展趨勢： 1、組織工程材料面臨重大突破： 由于傳統的人工器官（如人工腎、肝）不具備生物功能（代謝、合成），只

12、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。最近，由于干細胞具有分化能力強的特點，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，展現出美好的應用前景。 2、生物醫用納米材料初見端倪：納米技術在90年代獲得了突破性進展，在生物醫學領域的應用研究也不斷得到擴展。目前的研究熱點主要是藥物控釋材料及基因治療載體材料。 3、血液凈化材料重在應用 采用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

13、的有效療法。尿毒癥、各種藥物中毒、免疫性疾病（系統性紅斑狼瘡、類風濕性關節炎）、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。 4、復合生物材料仍是開發重點 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，目前已廣泛應用于臨床。通過具有不同性能材料的復合，可以達到"取長補短"的效果，有效解決材料的強度、韌性及生物相容性問題。 5、材料表面改性是永久性課題 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、制造性能優異的新材料外，通過對傳統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

14、（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被認為是生物材料研究的永久性課題。 參考文獻：1袁佐平,生物醫用材料的研究進展,2009.42田豐,成國祥,劉長軍,陳世謙,骨組織損傷修復生物醫用材料的研究進展,2005.83崔福齋,李艷,李恒德, 國內外生物醫用材料產業分析,2005.8 4劉保靜,生物醫用材料產業：人類健康的福音,2008.75奚廷斐,生物醫用材料現狀和發展趨勢,2006.8    6甘洪全,王志強,骨科生物醫用材料的研究進展,2007.57孔德領,俞耀庭,生物醫用材料進展,20038王磊,竇宏儀,徐士清,王學敏,醫用高分子材料的現狀與應用,2005.89王安東,戴起勛,生物醫用材料316L不銹鋼的磨損腐蝕特性研究,2005.810王俊,生物醫用復合材料研究現狀及發展趨勢,2007.511史冬梅,陳杰,我國生物醫用材料市場狀況及問題分析,2000.912于振濤,生物醫用鈦合金材料的研究、開發與應用,2008.113黃靜歡,丁建東,生物醫用高分子材料與現代醫學,2005.813計劍,金橋,徐建平,沈家驄,改善生物醫用材料生物相容性的聚合物刷及其制備方法,2006.1014劉豐,李曉俊,劉小蘭,李靜,多種生物醫用材料的應用,2005.815Hench I.L. Bioceram