生物医学材料简介——需要的拿走啊

一、生物医学材料的分类

一般而言，临床医学对生物医学材料有以下基本的要求:无毒性，不致癌，不致畸，不引起人体细胞的突发和组织细胞的反应；与人体组织相容性好，不引起中毒、溶血凝血、发热和过敏等现象；化学性质稳定，抗体液、血液及酶的作用；具有与天然组织相适应的物理机械特性；针对不同的使用目的具有特定的功能。根据物质属性，生物医学材料大致可以分为以下几种:

1、生物医学金属材料

医用金属材料是作为生物医学材料的金属或合金，具有很高的机械强度和抗疲劳特性，是临床应用最广泛的承力植入材料，主要有钴合金、钛合金和不锈钢的人工关节和人工骨。镍钛形状记忆合金具有形状记忆的智能特性，能够用于矫形外科、心血管外科。

⑴不锈钢

不锈钢广泛地用来制作各种人工关节和骨折内固定器械，各种型号大小不同的截骨连接器、加压钢板、鹅头骨螺钉，多种型号大小不同的皮质骨和松质骨加压螺钉、脊椎钉、骨牵引钢丝、人工锥体等。这些置入体可替代生物体的关节、骨折修复等。在牙医方面，不锈钢广泛用于镶牙、矫形、牙根种植及如齿冠、齿桥、固定支架、卡环等。在心血管系统，不锈钢用于各种植入电极、传感器的外壳和合金导线、人工心脏瓣膜以及血管内扩张支架等。

⑵钴基合金

主要有钴铬钼合金、钴铬钼镍合金等等及其烤瓷合金；此外，精密铸造含钛的钴基合金在一些国家也有应用。这几种合金中，只有钴铬钼合金可以在铸态下直接使用，其他的都是锻造合金。

钴基合金适合于制造体内承载荷严格的长期植入构件。钴基合金作各种关节、接骨板、骨钉、接骨丝等；在心脏外科，用于制造人工心脏瓣膜，心血管支架等；在齿科，使用于制造卡环。基托、义齿等。还可用于脊椎矫形、颅骨修复等。

⑶钛及钛基合金

应用较多的是Ti6Al4V和Ti5Al2.5Sn合金，他们在室温下都是a＋b两相混合组织。可通过固溶处理和时效强化合金。钛合金最显著的特点是密度较小（接近人体硬组织）、弹性模量较低，故与人体组织的弹性模量匹配优越。钛合金植入件还可以进行钝化处理，是表面生成保护性氧化膜，进一步提高抗腐蚀能力。

主要应用于整形外科，尤其是四肢骨和颅骨整复。各种骨节固定器械、各种人工关节。脊椎矫正稳定的U形卡环。在颅脑科，微孔钛网可修复损坏的头盖骨和硬膜；钛合金还可制作颅骨板。在口腔及颌面外科，纯钛网可作骨头托架

2、生物医学高分子材料

生物医学高分子材料有天然的和合成的两种，发展最快的是合成高分子医用材料。天然生物材料是指从自然界现有的动、植物体中提取的天然活性材料，如从各种甲壳类、昆虫类动物体中提取的甲壳质壳聚糖纤维，这些纤维都具有很高的生物功能和很好的生物适应性，在保护伤口、加速创面愈合方面具有强大的优势。通过分子设计，可以获得很多具有良好物理机械性和生物相容性的生物材料。其中软性材料常用作人体软组织如血管、食道和指关节等的代替品；合成的硬材料可以用作人工硬脑膜、人工心脏瓣膜的球形阀等；液态的合成材料如室温硫化硅橡胶可以用作注入式组织修补材料。目前研制开发的医用高分子材料还没有达到很高水平的状况，目前仍然有很多材料处于理想状态，还未实现。所以今后的研究任务是解决医用高分子材料的上述不足，使材料更接近人体组织，具备人体器官的功能和作用。

3、生物医学无机非金属材料或生物陶瓷

生物陶瓷化学性质稳定，具有良好的生物相容性。生物陶瓷主要包括两类:（1）惰性生物陶瓷（如氧化铝、医用碳素材料等），这类材料具有较高的强度，耐磨性能良好，分子中的键力较强。（2）生物活性陶瓷（如羟基磷灰石和生物活性玻璃等）。生物陶瓷材料主要用于骨和牙齿、承重关节头等硬组织的修复和替换以及药物释放载体，生物碳还可以用作血液接触材料，如人工心脏瓣膜等。根据使用情况，生物陶瓷可分为与生物体相关的植入陶瓷和与生物化学相关的生物工艺学陶瓷。前者植入体内以恢复和增强生物体的机能，是直接与生物体接触使用的生物陶瓷。后者用于固定酶、分离细菌和病毒以及作为生物化学反应的催化剂，是使用时不直接与生物体接触的生物陶瓷。

这类材料具有能在生理环境中逐步降解和吸收，或与生物机体形成稳定的化学键结合的特性，因而具有极为广阔的发展前景。

4、生物医学复合材料

生物医学复合材料是由两种或两种以上不同材料复合而成的生物医学材料，主要用于修复或替换人体组织、器官或增进其功能以及人工器官的制造。生物医学复合材料，组分材料的选择受到很多限制。首先，自身必须满足生物相容性的要求，而且复合之后不允许出现有损材料生物学性能的性质；其次必须满足可靠性和比强度等要求，并且应当易于加工和价格合理。

含活性物质的复合材料在生物医学中引入活体组织、活性细胞、生长因子等生物活性物质，使得无生命的生物医学材料具有了生命活力，从而促进被损坏的组织康复。例如，某些组织散布表皮细胞所得到的皮肤掩膜，覆盖于烧伤创面上，不仅促进新皮形成，而且掩膜也能吸收。又如在多孔磷酸钙陶瓷中注入新鲜的脊髓细胞，不仅植入体孔隙中成骨提前，而且成骨均匀，具有应用于大的骨缺损修复的潜力。在多孔磷酸钙陶瓷中混入可诱导骨形成的骨形态发生蛋白，也具有类似于骨髓细胞的作用，现已应用于临床。

人工材料越接近于人体组织，越容易为人体所接受。生物医学复合材料结构和性质的多样性，为研制仿生的生物医学材料展示了广阔的前景。随着对人体自身组成部分认识的深化和生物技术的发展，人类已开始在分子水平上通过蛋白质、组成细胞的物质、细胞外基质和活性细胞等去构建人体组织器官，这将是又一代崭新的生物医学复合材料。

5、生物医学衍生材料

生物医学衍生材料是经过特殊处理的天然生物组织形成的生物医学材料，是无生物活力的材料，但是由于具有类似天然组织的构型和功能，在人体组织的修复和替换中具有重要作用，主要用作皮肤掩膜、血液透析膜、人工心脏瓣膜等。

在这我们具体以生物高分子材料作为例子说明：

根据不同的角度、目的甚至习惯，医用高分子材料应用有不同的分类方法，尚无统一标准。主要在人造器官、人造组织、以及其它的一些高分子药剂等。

1.人造器官

（1）人工肾：四十年前荷兰医生用赛璐洛玻璃纸作为透析膜, 成功地滤除了患者血液中的毒素。目前人工肾以中空丝型最为先进, 其材质有醋酸纤维, 赛璐洛和聚乙烯醇。其中以赛璐路居多, 占98%, 它是一种亲水性的、气体和水都能通过的材料, 同时要求有很好的选择过滤性, 病人的血液从人工肾里流过由它们所构成的中空丝膜, 就可将尿素、尿酸,Ca2+等物质通过, 并留在人工肾里继而排出, 而人体所需的营养、蛋白质却被挡住,留在血液里返回人体, 从而对血液起到过滤作用。

（2）人工肺：人工肺并不是对于人体肺的完全替代，而是体外执行血液氧交换功能的一种装置，目前以膜式人工肺最为适合生理要求,它是以疏水性硅橡胶, 聚四氟乙烯等高分子材料制成。

(3)人工心脏：1982年美国犹他大学医疗中心, 成功地为61岁的牙科医生克拉克换上了Jarvak一7型人工心脏, 打破了人造心脏持久的世界纪录, 美国人工心脏专家考尔夫博士指出闭,人工心脏研制成功与否取决于找到合适的弹性体, 作为人工心脏主体心泵的高分子材料,现在所用的材料主要为硅橡胶。

（4）其它，如人工心脏瓣膜、心脏起搏器电极的高分子包覆层、人工血管、人工喉、人工气管、人工食管、人工膀胱等。

2.人造组织

指用于口腔科、五官科、骨科、创伤外科和整型外科等的材料，包括：

(1)牙科材料：主要采用聚甲基丙烯酸甲酯系、聚砜和硅橡胶等，如蛀牙填补用树脂、假牙和人工牙根、人工齿冠材料和硅橡胶牙托软衬垫等；

(2)眼科材料：这类材料特别要求具有优良的光学性质、良好的润湿性和透氧性、生物惰性和一定的力学性能，主要制品有人工角膜(PTFE、PMMA)、人工晶状体(硅油、透明质酸水溶液)、人工玻璃体、人工眼球、人工视网膜、人工泪道、隐型眼镜(PMMA、PHEMA、PVA)等；

(3)骨科材料：人工关节、人工骨、接骨材料(如骨钉)等，原材料主要有高密度聚乙烯、高模量的芳香族聚酰胺、聚乳酸、碳纤维及其复合材料；

(4)肌肉与韧带材料：人工肌肉、人工韧带等，原材料有PET、PP、PTFE、碳纤维等；

(5)皮肤科材料：人工皮肤，含层压型人工皮肤、甲壳素人工皮肤、胶原质人工皮肤、组织膨胀器。

但是目前我国生物医学高分子研究起步较晚。自20世纪70年代末起，北京大学和南开大学从事这一领域的研究。世界领先地位仍然是由美国日本等研究强国占领，从十九世纪持续到现在，所以可以看得出生物材料在未来生活方面的重要性。因此医用高分子材料以其先进的科学技术和优良效果有着广泛的用途和发展前景，材料的选择和研制是当今高分子材料研究课题的一个重要方向，无疑，当今的医用高分子材料的研制具有着重要的科学意义和巨大的社会经济效益。

来源：静悄悄的皮卡丘