常用的生物醫(yī)學材料資料

1、常用的生物醫(yī)學材料 本節(jié)介紹幾種常用的生物醫(yī)學金屬材料、無機生物醫(yī)學材料、高分子生物醫(yī)學材料，以及最近受到人們普遍關(guān)注的、有望制造出具有高生理功能的人工器官的雜化生物醫(yī)學材料。本節(jié)介紹幾種常用的生物醫(yī)學金屬材料、無機生物醫(yī)學材料、高分子生物醫(yī)學材料，以及最近受到人們普遍關(guān)注的、有望制造出具有高生理功能的人工器官的雜化生物醫(yī)學材料。一、生物醫(yī)學金屬材料 金屬材料是生物醫(yī)學材料中應(yīng)用最早的。由金屬具有較高的強度和韌性，適用于修復(fù)或換人體的硬組織，早在一百多年前人們就已用貴金屬鑲牙。隨著抗腐蝕性強的不銹鋼、彈性模量程骨組織接近銅鐵合金，以及記憶合金材料、復(fù)合材料等新型生物醫(yī)學金屬材料的不斷出現(xiàn)，其應(yīng)

2、用范圍也在擴大。生物醫(yī)學金屬材料的特殊要求和考慮除了要具備前面介紹的一般性要求，生物醫(yī)學金屬材料還有一些特殊要求及需要注意和考慮的問題。（1）抗腐蝕性（2）毒性低或無毒性（3）高機械性能名稱名稱優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域貴金屬貴金屬及其合金的耐腐蝕和機械性能優(yōu)良生物相容性差牙科修復(fù)材料，制作植入體內(nèi)的器件的電極和導(dǎo)線材料，磁性鉑用于眼臉功能的修復(fù)。不銹鋼易加工，價格低不銹鋼耐腐蝕性和機械性能不如鈷基合金體內(nèi)植入的陰性對照材料，接骨板、骨螺釘、齒冠、齒科矯正器具等。鈷基合金可鍛可鑄，機械性能好硬度有硬，中，軟之分價格高，加工難、應(yīng)用不夠普及常用來制作人工關(guān)節(jié)的金屬間華東聯(lián)接。鈦和鈦合金質(zhì)輕

3、強度高，生物相容性好及記憶效應(yīng)，抗疲勞性及耐腐蝕性好價格高昂用于齒科、骨科。人工齒齦，人工下顎骨、顱骨修復(fù)網(wǎng)支撐、心臟瓣膜支架等眾多領(lǐng)域多孔材料和復(fù)合材料性能固定牢靠，減少關(guān)節(jié)的磨損制備困難，成本高用于人工假肢、估損修復(fù)，修復(fù)肌腱、神經(jīng)和血管的鉭絲常見生物醫(yī)學金屬材料二、無機生物醫(yī)學材料 無機生物醫(yī)學材料從主要成分來看，包括生物陶瓷、生物玻璃和碳素材料。1808年就已用陶瓷來鑲牙，近20年來由于無機生物學材料性能的改善及復(fù)合材料發(fā)展的需要，這類材料的研制和應(yīng)用都有了較大的發(fā)展1、生物陶瓷 生物陶瓷由多種氧化物等燒結(jié)而成。一般可把生物陶瓷分為普通生物陶瓷、生物活性陶瓷及特殊加工生物陶瓷3類。（1

4、）普通生物陶瓷多用于假牙制作，硬度及耐磨性優(yōu)于樹脂制品。材料的化學性質(zhì)差，生物相容性好（2）生物活性陶瓷主要成分為磷酸鈣，植入人體后可以降解吸收，由于被懷疑會引起淋巴結(jié)增生，現(xiàn)已停止對其研究（3）特殊加工生物陶瓷摻入熒光物質(zhì)的陶瓷貼片可以貼在牙齒外表增加美觀生物陶瓷制作的聽小骨2、生物醫(yī)學玻璃和玻璃陶瓷（1） 非活性生物玻璃（2）活性生物玻璃（3）羥磷灰石（HAP）材料 多用于制作人工股骨、人工齒冠、齒橋，還用于強磁性的玻璃陶瓷埋入腫瘤附近，通過材料在交變磁場作用下磁場下磁滯損耗發(fā)熱而殺死癌細胞，或用經(jīng)中子照射產(chǎn)生 射線源的生物陶瓷的埋入治療癌癥等。 這種材料生物相容性好，和骨組織結(jié)合好，成骨

5、過程快、有利于植入物早期固定，種植成功率高。國內(nèi)外也生產(chǎn)了可進行切削加工的生物玻璃陶瓷，國外也有制成柔順性強的生物玻璃纖維的研究工作報告。 HAP是人牙和骨骼的主要無機成分，1976年開始AI合成HAP材料。HAP材料具有吸收和聚集體液中鈣離子的作用，參與體內(nèi)鈣代謝，能起到適合于新生骨沉積的生理搭橋作用，即起著股傳送作用，常制作復(fù)合人工骨，與高分子材料制成的混合材料常用做人工中耳骨等。3.碳素材料 碳是構(gòu)成生物體的重要組成元素，由于它具有極好的抗血栓性，因而碳素材料被認為是最佳的人工心臟瓣膜材料。碳纖維束有利于生物組織依附生長，經(jīng)聚乳酸浸制成人工韌帶和肌腱已用于臨床。碳纖維與高分子材料制成的復(fù)

6、合材料用于制作假牙、人工軟骨、人工中耳骨及用于脛骨骨折固定板、頜面修復(fù)等?；钚蕴砍Ｓ糜谘簝艋牧系?。碳素材料制作的高爾夫球棍三、生物醫(yī)學高分子材料 生物醫(yī)學高分子材料種類龐大，已獲得應(yīng)用的材料品種近百種，制品近2000種。為了學習和掌握方便，我們首先介紹高分子材料醫(yī)學應(yīng)用中的3個重要問題：高分子材料的血液相容性、高分子材料的藥用范圍和天然高分子的應(yīng)用：稍微詳細的介紹聚有機硅氧烷、聚氨酯、聚丙烯酸類等材料，最后簡要的按字母順序介紹十多種常見的材料。1.高分子材料的血液相容性 血液相容性就是指血液對與它接觸的非存活材料和器件產(chǎn)生合乎要求的反應(yīng)的一種性能；具體來說應(yīng)具備以下性質(zhì)：不凝血、不溶血、不

7、破壞血細胞、不致使血漿蛋白變性及酶系統(tǒng)破壞，不擾亂電解質(zhì)平衡。其中，不凝血是血液相容性最重要，也是最不易做到的要求。 （凝血是指血漿由流動狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槟z凍狀態(tài)的整個復(fù)雜生化過程。） 常用的抗凝措施是：材料表面的肝素化、親水化、負電荷化、化學惰性化和生物活性化：也有采取假內(nèi)膜或培育一層內(nèi)皮細胞的技術(shù)措施的。對高分子材料進行分子設(shè)計改性也望可取得較好的血液相容性。2.藥用高分子材料高分子化合物主要的三個方面（1）作為控制釋放藥物的載體。（2）作為藥物使用。（3）作為藥物制劑的輔助材料。 特別是采用智能高分子材料，可使藥物釋放體系 （DDS）智能化。此體系的特點是藥物是否需要可由藥劑本身判斷，它可感知

8、疾病引起的化學物質(zhì)及物理量變化的信號，藥劑能對信號響應(yīng)并自主地控制藥物的釋放。3.天然高分子生物醫(yī)學材料 天然高分子生物醫(yī)學材料是人類最早使用的醫(yī)學材料之一。由于它具有多功能性、生物相容性、生物可降解性，仍然不失為重要的生物醫(yī)學材料，主要包括糖類和蛋白質(zhì)材料兩大類（一）最常用的天然多糖類材料有纖維素、甲殼素等。（1）纖維素：纖維素是一種非還原性的碳水化合物，不溶于水和一般有機溶劑，但能溶于某些酸、堿溶液。纖維素在酸作用下發(fā)生降解，完全水解時得到單一的葡萄糖。（2）甲殼素：甲殼素是一種來源于動物的天然多糖，普遍存在于蝦蟹及昆蟲甲殼之中，也存在于真菌和藻類的細胞壁中。（二）蛋白質(zhì)類： 蛋白質(zhì)廣泛存

9、在于動物和植物體中，作為醫(yī)學材料應(yīng)用的主要是結(jié)構(gòu)蛋白，如膠原和纖維蛋白等。（1）膠原：膠原是人體和脊椎動物的主要結(jié)構(gòu)蛋白，基本單位是膠原蛋白。大部分膠原不溶于酸，膠原制品主要用來制作人工皮膚、縫線、結(jié)扎線、人工透析膜、人工血管、人工肌腱、人工晶體、人工角膜、止血劑、創(chuàng)傷敷料，以及藥物載體等。膠原材料與人體組織相容性好，無副作用，植入人體能促進細胞增殖、加快創(chuàng)口的愈合并具有降解性。（2）纖維蛋白：纖維蛋白主要來源于血漿蛋白，因此具有明顯的血液相容性、無毒、無不良影響，其主要生理功能是止血，還具有一定的殺菌、促進創(chuàng)傷愈合的作用。纖維蛋白制品無毒、無熱原反應(yīng)。4.有氧硅氧烷、聚氯脂、聚丙乙酸類（1）

10、硅氧烷類：含有Si.0.Si一鏈節(jié)的化合物，這種有機聚合物又稱硅酮。醫(yī)用級聚有機硅氧烷主要用在與人體組織、器官、體液直接接觸的制品上。常用的應(yīng)用形式有硅油、有機硅凝膠、有機硅橡膠等。（2）聚氨酯：聚氨酯（PU）是聚醚、聚酯和二異氰酸脂縮聚產(chǎn)物的總稱。在臨床上由于材料優(yōu)良的血液相容性、生理惰性和優(yōu)良的機械性能，多用SPU制作輔助人工心臟、輔助循環(huán)裝置、人工心臟搏動膜等，還可用做縫合線與軟組織粘合劑、繃帶、敷料、人工軟骨、醫(yī)療器械進行封口用的密封劑等。（3）聚丙烯酸類：一般是指乙丙烯酸和甲基丙烯酸及其脂類為單體的均聚物或共聚物，俗稱有機玻璃。材料具有良好的強度，韌性、粘連性和生物相容性。四、雜化生

11、物醫(yī)學材料 雜化生物醫(yī)學材料和非活性材料所組合的新型材料，是制造高生理功能的人工器官的較為理想的材料。雜化生物醫(yī)學材料主要是人工材料與圣體材料的組合，它包括用于組織結(jié)構(gòu)材料的多糖類等生理活性物質(zhì)雜化，以固定化酶為代表的功能性雜化材料和雜化細胞3類。1.人工材料與生理活性物質(zhì)雜化 在人工結(jié)構(gòu)材料表面結(jié)合上生理活性物質(zhì)，既能保留人工材料基質(zhì)的力學強度，又能具有良好的生物相容性及抗凝血性。肝素 肝素是這方面的一種生物高分子，屬粘多糖類，廣泛的分布于動物組織，是一種良好的抗凝血劑和抗脂血劑。2.與生體高分子的雜化 主要是人工材料與酶、抗體、抗原、激素等的雜化。這類材料除可作為人體組織、器官的結(jié)構(gòu)材料外，尚可用于生物傳感器及醫(yī)學診斷和治療 利用酶的生物信息傳遞功能與具有刺激響應(yīng)的材料組合可形成酶傳感器，同樣可形成免疫傳感器、細胞傳感器等生物傳感器。生物傳感器生物傳感器利用生物功能性物質(zhì)的分子