生物材料科學(xué)與工程導(dǎo)論課件

生物材料生物材料1生物材料（Biomaterials）的定義2金屬生物材料3高分子生物材料4無機(jī)非金屬生物材料5生物復(fù)合材料6生物材料的應(yīng)用前景主要內(nèi)容1生物材料（Biomaterials）的定義在不同的歷史時(shí)期，生物材料（BiologicalMaterials）被賦予了不同的意義，其定義是隨著生命科學(xué)和材料科學(xué)的不斷發(fā)展而演變的。但是，他們都有一些共同的特征，即生物醫(yī)學(xué)材料是一類人工或天然的材料，可以單獨(dú)或與藥物一起制成部件、器件用于組織或器官的治療、增強(qiáng)或替代，并在有效使用期內(nèi)不會(huì)對宿主引起急性或慢性危害。1.1生物材料的定義在不同的歷史時(shí)期，生物材料（BiologicalMater也有人認(rèn)為它是一類特殊的功能材料，利用它可以對有機(jī)體進(jìn)行修復(fù)、替代與再生。生物醫(yī)學(xué)材料研究的最終目的是用其能夠代替或修復(fù)人體器官和組織，并實(shí)現(xiàn)其生理功能。生命具有一定生長、再生和修復(fù)的精確調(diào)控能力，這是目前所有人工器官和材料所無法比擬的。因此，目前的生物醫(yī)學(xué)材料與人們的真正期望和要求相差甚遠(yuǎn)，常常出現(xiàn)各種各樣的問題和失敗。長期以來，人們一直希望致力于研究能夠使損傷、病變組織或器官完美重現(xiàn)和再生的材料和裝置。也有人認(rèn)為它是一類特殊的功能材料，利用它可以對有機(jī)體進(jìn)行修復(fù)定義——是用以對生物體進(jìn)行診斷、治療和置換損壞的組織、器官或增進(jìn)其功能的材料。注意，這個(gè)定義是按照用途來定義的，粗略而不嚴(yán)格地說，就是用于生物體的材料，而非來源于生物體的材料。

1.1生物材料的定義定義——是用以對生物體進(jìn)行診斷、治療和置換損壞的組織、器官或用于人工骨的生物陶瓷也是生物材料蠶絲是生物材料用于人工骨的生物陶瓷也是生物材料蠶絲是生物材料在生理環(huán)境中，生物材料所接觸的除了無生命物質(zhì)外，更有器官、組織、細(xì)胞、細(xì)胞器以及生物大分子等不同層次的活有機(jī)體。因此，作為生物材料，首先應(yīng)能和這些活的有機(jī)體相互容納；另外，還應(yīng)根據(jù)其使用目的而具備必要的物理力學(xué)性能和不同層次的生物學(xué)功能。

在科學(xué)上，生物材料已成為現(xiàn)代生物工程、醫(yī)學(xué)工程及藥物制劑等進(jìn)一步發(fā)展的重要物質(zhì)支柱；同時(shí)，生物材料與生命物質(zhì)間相互作用的本質(zhì)的闡明以及兩者間界面分子結(jié)構(gòu)的揭示對于生命科學(xué)的發(fā)展也有十分重要的意義。在生理環(huán)境中，生物材料所接觸的除了無生命物質(zhì)外，更8899101011鈦合金基/類金剛石涂層人工心瓣11鈦合金基/類金剛石涂層人工心瓣12脊柱修復(fù)支架InterporeCrossInternationalInc.SynergyTMIQLowBackSystem12脊InterporeCrossInternation13牙種植體13牙種植體14人造牙齒14人造牙齒1515161617A、按材料用途分

牙、骨、關(guān)節(jié)、皮膚。。。。B、按材料在生理環(huán)境中與活體組織間是否形成化學(xué)鍵合

惰性、活性生物材料C、按組成和性質(zhì)分

無機(jī)生物醫(yī)學(xué)材料、金屬及合金生物醫(yī)學(xué)材料、高分子生物醫(yī)學(xué)材料、復(fù)合生物醫(yī)學(xué)材料、生物功能材料、生物衍生材料1.2生物材料的類型與應(yīng)用

17A、按材料用途分1.2生物材料的類型與應(yīng)用

無機(jī)生物醫(yī)學(xué)材料(InorganicBiomedicalMaterials)又稱為生物陶瓷(Bioceramics)

如：氧化鋁陶瓷、氧化鋯陶瓷、碳素材料、羥基磷灰石、生物玻璃陶瓷、磷酸三鈣陶瓷、磷酸鈣骨水泥等。

無毒、副作用，良好的生物相容性；

生物惰性--→→生物活性→→生物降解和吸收；

簡單填充---→牢固性植入和永久性修復(fù)生物陶瓷與人硬組織組成和結(jié)晶結(jié)構(gòu)差異大，且生物陶瓷疲勞強(qiáng)度低、韌性差、制造復(fù)雜形態(tài)較困難---使用受到限制。18按組成和性質(zhì)分無機(jī)生物醫(yī)學(xué)材料(InorganicBiomedical19n-HA晶體19n-HA晶體金屬及合金生物醫(yī)學(xué)材料(MetallicBiomedicalMaterials)

主要為不銹鋼、鈷基合金、鈦及鈦合金等生物惰性材料高的機(jī)械強(qiáng)度和抗疲勞性能-----應(yīng)用最廣泛的承重植入體。

問題：

生理腐蝕造成金屬離子向周圍組織擴(kuò)散（毒副作用）及植入體自身脫變（植入失?。?。20按組成和性質(zhì)分金屬及合金生物醫(yī)學(xué)材料(MetallicBiomedi

高分子生物醫(yī)學(xué)材料，亦稱為醫(yī)用高分子材料

如：聚硅氧烷、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醚、聚砜、聚四氟乙烯、聚丙烯晴、聚碳酸酯、聚乳酸…

發(fā)展最快的生物材料。

第一階段：始于1937，特點(diǎn)：現(xiàn)成材料，MMA-牙床

第二階段：始于1953，以醫(yī)用有機(jī)硅橡膠的出現(xiàn)為標(biāo)志，

特點(diǎn)：在分子水平上對合成高分子進(jìn)行設(shè)計(jì)，有目的的開發(fā)所需高分子。

第三階段：從尋找替代生物組織的合成材料，轉(zhuǎn)向研究具有主動(dòng)誘導(dǎo)、激發(fā)人體組織再生修復(fù)的一類新材料。21按組成和性質(zhì)分高分子生物醫(yī)學(xué)材料，亦稱為醫(yī)用高分子材料21按組成和22分類：按性質(zhì)分：非降解和可生物降解按目的或用途分：心血管系統(tǒng)、軟組織和硬組織修復(fù)材料。醫(yī)用高分子材料發(fā)展最早、應(yīng)用最廣泛、用量最大的材料。某些高分子材料與生物體有極相似的化學(xué)結(jié)構(gòu)，可滿足醫(yī)學(xué)對生物材料性能提出的多功能性的要求。22分類：復(fù)合生物醫(yī)學(xué)材料(BiomedicalComposite)

多種不同類型材料復(fù)合而成的具有生物相容性材料。

復(fù)合體系：有機(jī)/有機(jī)復(fù)合、有機(jī)/無機(jī)復(fù)合、無機(jī)/無機(jī)復(fù)合、金屬/無機(jī)復(fù)合

復(fù)合方式：表面復(fù)合、整體復(fù)合、多層復(fù)合

復(fù)合目的：增強(qiáng)、改性、功能化

模擬人體組織成分、結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的納米復(fù)合生物材料是一個(gè)十分重要的發(fā)展方向，為獲得真正仿生的類人體組織和器官開辟了廣闊的前景。23按組成和性質(zhì)分復(fù)合生物醫(yī)學(xué)材料(BiomedicalComposite)生物功能材料(BiologicallyFunctionalMaterials)

采用物理或化學(xué)的方法將生物活性分子如酶、抗體、抗原、多糖類、酯類、藥物及細(xì)胞等固定在材料表面或內(nèi)部，構(gòu)成具有生理功能的生物醫(yī)學(xué)材料。該類材料是活體材料與非活體材料雜化組成的新型復(fù)合生物醫(yī)學(xué)材料，也稱為雜化生物醫(yī)學(xué)材料。

肝素化處理的各類高分子材料抗凝血導(dǎo)管、插管、分流管，在臨床上已廣泛采用。骨髓基質(zhì)干細(xì)胞種植TCP/PLLA可生物降解、可骨誘導(dǎo)生長骨修復(fù)材料。骨形態(tài)發(fā)生蛋白BMP復(fù)合TCP/PLLA可生物降解、可誘導(dǎo)成骨的骨修復(fù)材料。24生物功能材料(BiologicallyFunctional生物衍生材料天然生物組織經(jīng)過特殊處理形成的醫(yī)用材料，也稱生物再生材料。生物組織可取自同種或者異種動(dòng)物體的組織。特殊處理：輕微處理：維持組織原有構(gòu)型而進(jìn)行的固定、滅菌和消除抗原性的。如：戊二醛固定的豬心瓣膜、牛心包、牛頸動(dòng)脈、人臍動(dòng)脈以及凍干的骨片、豬皮等。強(qiáng)烈處理：拆散原有構(gòu)型，重建新的物理形態(tài)。如：再生膠原、彈性蛋白、透明質(zhì)酸、硫酸軟骨素和殼聚糖等。25按組成和性質(zhì)分生物衍生材料25按組成和性質(zhì)分1.3生物材料的發(fā)展歷程1.3生物材料的發(fā)展歷程第一代生物醫(yī)學(xué)材料——20世紀(jì)初第一次世界大戰(zhàn)以前，石膏、金屬、橡膠、棉花等第二代生物材料代表材料——建立在醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、生物化學(xué)、物理學(xué)及測試技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)之上的。研究工作者也多由材料學(xué)家或主要由材料學(xué)家(與醫(yī)生合作)來承擔(dān)

羥基磷灰石、磷酸三鈣、聚羥基乙酸、多肽、聚甲基丙烯酸羥乙基酯、膠原、纖維蛋白等第三代生物材料——促進(jìn)人體自身修復(fù)和再生作用的生物醫(yī)學(xué)復(fù)合材料，它以對生物體內(nèi)各種細(xì)胞組織、生長因子、生長抑素及生長機(jī)制等結(jié)構(gòu)和性能的了解為基礎(chǔ)來建立生物材料1.3生物材料的發(fā)展歷程第一代生物醫(yī)學(xué)材料——20世紀(jì)初第一次世界大戰(zhàn)以前，石膏、金整體趨勢1.由天然材料擴(kuò)展到人造復(fù)合材料2.由單一功能（力學(xué)性能)向復(fù)合性能轉(zhuǎn)變，特別是生物仿生性能整體趨勢

生物降解材料組織工程材料與人工器官控制釋放材料仿生智能材料生物材料表面改性

基因載體材料生物醫(yī)學(xué)醫(yī)學(xué)檢測材料

1.4生物材料的發(fā)展方向與熱點(diǎn)生物降解材料1.4生物材料的發(fā)展方向與熱點(diǎn)人類最早利用的生物材料之一應(yīng)用金屬嚴(yán)格滿足的要求代表：鈷鉻合金、不銹鋼、鈦及其合金?；拘阅埽焊邚?qiáng)度、耐疲勞及易加工等。應(yīng)用：在骨和牙等高荷載部位的替換和修復(fù)中，金屬生物材料是首選材料2金屬生物材料人類最早利用的生物材料之一2金屬生物材料良好的組織相容性物理和化學(xué)穩(wěn)定性好易于加工成型，材料易于制造，價(jià)格適當(dāng)良好的血液相容性，2.1金屬生物材料的特性

良好的組織相容性2.1金屬生物材料的特性

由于金屬材料在組成上與人體組織相距甚遠(yuǎn)，因此金屬材料很難與生物組織產(chǎn)生親和，一般不具有生物活性，它們通常以其相對的化學(xué)穩(wěn)定性來獲得一定生物相容性，植入生物組織后．總是以異物的形式被生物組織所包圍。存在問題由于金屬材料在組成上與人體組織相距甚遠(yuǎn)，因此金屬材料很難與生由于人體體內(nèi)體液為電解質(zhì)溶液，加之活細(xì)胞和酶的生化作用以及正常運(yùn)動(dòng)造成的摩擦，植入體內(nèi)的生物金屬材料表面及植入體組織周圍或多或少地存在重金屬的顆?；螂x子，從而對人體產(chǎn)生毒性。金屬材料的毒性可以通過其合金化及表面改性來減小甚至消除。由于人體體內(nèi)體液為電解質(zhì)溶液，加之活細(xì)胞和酶的生化作用以及正醫(yī)用金屬材料---強(qiáng)度高、彈性模量高。彈性模量過高或過低---出現(xiàn)所謂的生物力學(xué)不相容性。如果金屬的彈性模量相對于骨骼過高．在應(yīng)力作用下，承受應(yīng)力的金屬和骨將產(chǎn)生不同的應(yīng)變，在金屬與骨的接觸界面處存在相對的位移從而造成界而處的松動(dòng)，或者出現(xiàn)應(yīng)力屏蔽，引起骨組織功能退化或骨吸收，也可能引起二次骨折；如果金屬材料的彈性模一旦過低，則在應(yīng)力作用下會(huì)產(chǎn)生較大變形，起不到固定和支撐作用。一般希望金屬材料的彈性模量要盡量與人骨接近或稍高于人骨的彈性模量。醫(yī)用金屬材料---強(qiáng)度高、彈性模量高。醫(yī)用不銹鋼醫(yī)用鈷基合金醫(yī)用鈦及其合金醫(yī)用貴金屬以及鉭、鈮、鋯等金屬醫(yī)用鎂及鎂合金2.2常見金屬生物材料

醫(yī)用不銹鋼2.2常見金屬生物材料

無鎳奧氏體不銹鋼骨板和骨釘無鎳奧氏體不銹鋼骨板和骨釘37

關(guān)節(jié)假體：（a）髖關(guān)節(jié)（b）膝關(guān)節(jié)（c）肩關(guān)節(jié)（d）肘關(guān)節(jié)熱等靜壓法鍛造而成的Co-Cr基合金關(guān)節(jié)組件37關(guān)節(jié)假體：熱等靜壓法鍛造而成的Co-Cr基合金關(guān)節(jié)組件38鈦合金人工關(guān)節(jié)組件38鈦合金人工關(guān)節(jié)組件生物醫(yī)用高分子材料主要有天然生物材料和合成高分子材料。性能——特有的生物相容性（包括組織相容性、血液相容性）、無毒性等

3.1

生物醫(yī)用高分子材料生物醫(yī)用高分子材料主要有天然生物材料和合成高分子材料。3.1近十年來，由于生物醫(yī)學(xué)工程、材料科學(xué)和生物技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)用高分子材料及其制品正以其特有的生物相容性、無毒性等優(yōu)異性能而獲得越來越多的醫(yī)學(xué)臨床應(yīng)用。近十年來，由于生物醫(yī)學(xué)工程、材料科學(xué)和生物技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)用高1）.按來源分類

（1）天然醫(yī)用高分子材料如膠原、明膠、絲蛋白、角質(zhì)蛋白、纖維素、粘多糖、甲殼素及其衍生物等。（2）人工合成醫(yī)用高分子材料如聚氨酯、硅橡膠、聚酯等。（3）天然生物組織與器官包括：①取自患者自體的組織②取自其他人的同種異體組織③來自其他動(dòng)物的異種同類組織。

3.2高分子生物醫(yī)學(xué)材料的種類

1）.按來源分類3.2高分子生物醫(yī)學(xué)材料的種類2）.按材料與活體組織的相互作用關(guān)系分類

生物惰性（bioinert）高分子材料

指在體內(nèi)不降解、不變性、不引起長期組織反應(yīng)的生物醫(yī)學(xué)高分子材料，適合長期植入體內(nèi)。

生物活性（bioaciive）高分子材料

指植入高分子材料能夠與周圍組織發(fā)生相互作用，一般指有益的作用。

生物吸收（bioabsorbable）高分子材料

在體內(nèi)逐漸降解，其降解產(chǎn)物被肌體吸收代謝。

2）.按材料與活體組織的相互作用關(guān)系分類3）.按生物醫(yī)學(xué)用途分類

硬組織相容性生物醫(yī)學(xué)高分子材料

軟組織相容性生物醫(yī)學(xué)高分子材料

血液相容性生物醫(yī)學(xué)高分子材料

藥物和藥物控釋生物醫(yī)學(xué)高分子材料

3）.按生物醫(yī)學(xué)用途分類甲殼素與殼聚糖——抗菌、殺菌、抗腫瘤、促進(jìn)組織修復(fù)及止血作用、增強(qiáng)免疫力，手術(shù)縫合線、抗凝劑、人工器官3.3常見的高分子生物材料甲殼素與殼聚糖——抗菌、殺菌、抗腫瘤、促進(jìn)組織修復(fù)及止血作生物材料科學(xué)與工程導(dǎo)論課件聚乳酸——無毒、無刺激性、體內(nèi)可吸收，具良好的生物相容性。而且其降解產(chǎn)物二氧化碳和水通過光合作用又可變成淀粉，這樣可在自然界中循環(huán)。分解成乳酸“綠色”，骨內(nèi)固定裝置、組織工程材料、牙周再生片、神經(jīng)導(dǎo)管聚乳酸（PLA）聚乳酸——無毒、無刺激性、體內(nèi)可吸收，具良好的生物相容性。而聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）特性：有較高的機(jī)械強(qiáng)度，質(zhì)地堅(jiān)硬，重量輕，耐光、不導(dǎo)電、不導(dǎo)熱，加溫易塑形。植入人體后周圍組織不能長入，只在其外圍形成一層纖維包膜。應(yīng)用：可用作隆鼻、顱骨成形術(shù)及其他骨缺損等的充填材料，也可制作義齒和基托、義眼、義耳、人工骨和人工關(guān)節(jié)等。不良反應(yīng)：毒性極小，不引起過敏反應(yīng)。聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）4848定義——生物無機(jī)非金屬材料，又稱生物陶瓷，泛指與生物體或生物化學(xué)相關(guān)的陶瓷材料，包括陶瓷、玻璃、碳素等無機(jī)非金屬材料分類——根據(jù)其在生物體內(nèi)的活性分為；

惰性生物陶瓷、活性生物陶瓷功能活性生物陶瓷

4無機(jī)非金屬生物材料定義——生物無機(jī)非金屬材料，又稱生物陶瓷，泛指與生物體或生物生物材料科學(xué)與工程導(dǎo)論課件指化學(xué)性能穩(wěn)定，生物相容性好的陶瓷材料主要包括：

氧化物陶瓷（氧化鋁陶瓷和氧化鋯陶瓷）

玻璃陶瓷

Si3N4

陶瓷

醫(yī)用碳素材料4.1生物惰性陶瓷指化學(xué)性能穩(wěn)定，生物相容性好的陶瓷材料4.1生物惰性陶瓷能誘出或調(diào)節(jié)生物活性的生物醫(yī)學(xué)材料

羥基磷灰石（HA）磷酸鈣生物活性材料磁性材料

生物玻璃4.2生物活性陶瓷能誘出或調(diào)節(jié)生物活性的生物醫(yī)學(xué)材料4.2生物活性陶瓷模擬性生物陶瓷材料帶有治療功能的生物陶瓷復(fù)合材料4.3功能活性生物陶瓷隨著生物陶瓷材料研究的深入和越來越多醫(yī)學(xué)問題的出現(xiàn)，對生物陶瓷材料的要求也越來越高。原先的生物陶瓷材料無論是生物惰性的還是生物活性的，強(qiáng)調(diào)的是材料在生物體內(nèi)的組織力學(xué)環(huán)境和生化環(huán)境的適應(yīng)性，而現(xiàn)在組織電學(xué)適應(yīng)性和能參與生物體物質(zhì)、能量交換的功能已成為生物材料應(yīng)具備的條件。因此，又提出了功能活性生物材料的概念。它主要包括以下兩類:模擬性生物陶瓷材料4.3功能活性生物陶瓷隨定義——由兩種或兩種以上不同材料復(fù)合而成的生物醫(yī)學(xué)材料，并且與其所有單體的性能相比，復(fù)合材料的性能都有較大程度的提高的材料用途——主要用于修復(fù)或替換人體組織、器官或增進(jìn)其功能以及人工器官的制造分類——金屬基生物復(fù)合材料

高分子基生物復(fù)合材料

陶瓷基生物復(fù)合材料5生物醫(yī)用復(fù)合材料定義——由兩種或兩種以上不同材料復(fù)合而成的生物醫(yī)學(xué)材料，并且55

n-HA/PA復(fù)合材料仿生椎板顱頜面修復(fù)體仿生脊柱55n-HA/PA復(fù)合材料仿生椎板顱頜面修復(fù)體仿生脊柱

在生物材料領(lǐng)域中，硬組織修復(fù)材料的研究與開發(fā)占據(jù)非常重要的的地位。目前臨床使用的硬組織修復(fù)材料存在許多不足，因此在可誘導(dǎo)成骨、可載藥、可承力和可臨床賦型的硬組織修復(fù)材料方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

56第五部分新型骨修復(fù)材料的應(yīng)用前景在生物材料領(lǐng)域中，硬組織修復(fù)材料的研究與開發(fā)占據(jù)

我國是一個(gè)有13億人口的發(fā)展中國家，因腫瘤切除、外傷、先天性畸形和疾病手術(shù)造成的骨組織缺損缺失極為普遍，加上近年來交通事故不斷上升，增大了人工骨修復(fù)材料及制品的需求量。57

隨著人們生活水平的提高，整形和美容的要求日趨迫切，特別是口腔修復(fù)與功能重建，畸形矯治受到人們的高度重視，對人工骨、牙修復(fù)材料的需求量明顯增加。生物材料的應(yīng)用前景我國是一個(gè)有13億人口的發(fā)展中國家，因腫瘤切除、外傷自從有了人類，人們就不斷地與各種疾病作斗爭，生物醫(yī)學(xué)材料是人類同疾病作斗爭的有效工具之一。公元前約3500年古埃及人利用植物纖維、馬鬃作縫合線縫合傷口---最早使用天然高分子作生物材料的案例。墨西哥的印第安人使用木片修補(bǔ)受傷的顱骨。在公元前約2500年前，中國、埃及的墓葬中發(fā)現(xiàn)有假牙、假鼻、假耳。自從有了人類，人們就不斷地與各種疾病作斗爭，生物醫(yī)學(xué)材料是人另據(jù)文獻(xiàn)記載，1504年人類首次制作并使用了具有靈活指關(guān)節(jié)的鐵制假手。隨后，人類又陸續(xù)將黃金和其他金屬用于骨組織缺損的固定和修復(fù)。1851年，有人使用硫化天然橡膠制成人工牙托和顎骨。20世紀(jì)初開發(fā)的高分子新材料促成了人工器官系統(tǒng)研究的開始，人工器官的臨床應(yīng)用則始于1940年。從天靈蓋到腳趾骨，從人體內(nèi)臟到皮膚，從血液到五官，除了大腦及大多數(shù)內(nèi)分泌器官外，大都有了代用的人工器官。另據(jù)文獻(xiàn)記載，1504年人類首次制作并使用了具有靈活指關(guān)節(jié)的近代生物醫(yī)學(xué)材料的蓬勃發(fā)展始于上世紀(jì)30年代末40年代初，1936年有機(jī)玻璃用于臨床，1943年賽璐薄膜開始用于血液透析。在1940－1950年期間由多種生物材料制作的人工骨和關(guān)節(jié)、人工腎、人工氣管和人工尿道相繼問世。20世紀(jì)50年代至今又開發(fā)了人工血管、人工食道、心臟起博器、人工心瓣膜、人工心肺、人工肝、人工心臟、人工胰、人工血液、人工晶狀體以及其他軟組織及器官。20世紀(jì)60年代中后期出現(xiàn)的各種生物活性和可降解陶瓷及聚合物材料給生物醫(yī)學(xué)材料的研究和應(yīng)用注人了前所未有的活力，也為20世紀(jì)80年代的組織工程科學(xué)的發(fā)展奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。近代生物醫(yī)學(xué)材料的蓬勃發(fā)展始于上世紀(jì)30年代末40年代初，1(l)生物降解材料生物可降解材料主要是指那些在植入人體并經(jīng)過一段時(shí)間后，能逐漸被分解或破壞的材料。近十多年來，隨著藥物控制釋放和組織工程技術(shù)的發(fā)展，可降解材料得到迅速發(fā)展，其應(yīng)用幾乎涉及所有非永久性的植入裝置。生物材料的發(fā)展方向與熱點(diǎn)(l)生物降解材料生物可降解材料主要是指那些在植入人體(2)組織工程材料與人工器官組織工程是指應(yīng)用生命科學(xué)與工程原理及方法構(gòu)建一個(gè)生物裝置來維護(hù)、增進(jìn)人體細(xì)胞和組織的生長，以恢復(fù)受損組織或器官的功能。組織工程的基本原理和方法是，將體外培養(yǎng)的組織細(xì)胞吸附擴(kuò)增于一種生物相容性良好并可被人體逐漸降解吸收的生物材料上，形成細(xì)胞一生物復(fù)合材料。生物材料的發(fā)展方向與熱點(diǎn)(2)組織工程材料與人工器官組織工程是指應(yīng)用生命科學(xué)與(3)控制釋放材料控制釋放是指藥物以恒定速度，在一定時(shí)間內(nèi)從材料中釋放的過程。常用的材料有天然和合成高分子。藥物釋放材料大致應(yīng)具備藥物控制釋放功能和藥物靶向釋放功能。生物材料的發(fā)展方向與熱點(diǎn)(3)控制釋放材料控制釋放是指藥物以恒定速度，在一定時(shí)(4)仿生智能材料隨著生命科學(xué)的發(fā)展，人們對生物體的認(rèn)識進(jìn)一步深化。生物體中細(xì)胞能分泌出特有的細(xì)胞外基質(zhì)(ECMS)，它們是蛋白質(zhì)和糖胺聚糖(GAGS)構(gòu)建的物理、化學(xué)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。細(xì)胞與ECMS組成一個(gè)物質(zhì)、能量和信息傳遞的開放體系，構(gòu)成要素間存在多重相互作用。人們發(fā)現(xiàn)了一種新功能一涌現(xiàn)(emergent)，即對環(huán)境刺激的高度非線性響應(yīng)。這種響應(yīng)性源于相互作用的高度協(xié)同。深入了解生物大分子的協(xié)同相互作用，模仿其協(xié)同行為來構(gòu)思生物材料，可使材料具有所期望的宿主響應(yīng)性，即實(shí)現(xiàn)智能化。近年來國內(nèi)外學(xué)者對高分子凝膠及膜的刺激響應(yīng)性進(jìn)行了研究，正形成新的技術(shù)。生物材料的發(fā)展方向與熱點(diǎn)(4)仿生智能材料隨著生命科學(xué)的發(fā)展，人們對生物體的認(rèn)(5)生物材料表面改性生物相容性對材料應(yīng)用的重要性眾所周知。大量研究表明，材料表面的成分、結(jié)構(gòu)、形態(tài)和其親、疏水性以及電荷，都會(huì)影響材料與生物體之間的相互作用，通過物理、化學(xué)、生物等方法可使生物材料的生物相容性得到大幅度改善。目前這個(gè)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用受到極大關(guān)注。生物材料的發(fā)展方向與熱點(diǎn)(5)生物材料表面改性生物相容性對材料應(yīng)用的重要性眾所（6）基因載體材料

如果將緩釋載體中的藥物換成基因，則成為基因載體材料。它不僅是人類基因治療的重要技術(shù)基礎(chǔ)，也關(guān)系到基因工程技術(shù)的發(fā)展。其中現(xiàn)有的非病毒載體技術(shù)具有安全的優(yōu)點(diǎn)和轉(zhuǎn)染效率低等缺點(diǎn)，備受研究者的關(guān)注。66生物材料的發(fā)展方向與熱點(diǎn)（6）基因載體材料66生物材料的發(fā)展方向與熱點(diǎn)（7）生物醫(yī)學(xué)醫(yī)學(xué)檢測材料

檢測中常常需要使用各類生物材料，如：作為磁共振造影劑的高分子與無機(jī)物納米復(fù)合物、復(fù)合了磁性納米顆粒的微氣泡造影劑、旨在作為體外檢測器件基材等的聚碳酸酯納米纖維薄膜的靜電紡絲制備技術(shù)等。67生物材料的發(fā)展方向與熱點(diǎn)（7）生物醫(yī)學(xué)醫(yī)學(xué)檢測材料檢測中常常需要使用各類生物（1）良好的組織相容性，包括無毒性、無熱源反應(yīng)、不致畸、不致癌、不引起過敏反應(yīng)或干擾機(jī)體的免疫機(jī)理、不破壞臨近組織，也不發(fā)生材料表面的鈣化沉著等。（2）物理和化學(xué)穩(wěn)定性好，包括強(qiáng)度、彈性、尺寸穩(wěn)定性、耐腐蝕性、耐磨性以及界面穩(wěn)定性等。（3）易于加工成型，材料易于制造，價(jià)格適當(dāng)。（4）對于植入心血管系統(tǒng)或與血液接觸的材料，除能滿足以上條件外，還須具有良好的血液相容性，即不凝血（抗凝血性好）、不破壞紅細(xì)胞（不溶血）、不破壞血小板、不改變血中蛋白（特別是脂蛋白）、不擾亂電解質(zhì)平衡等。醫(yī)用金屬材料嚴(yán)格滿足如下的生物學(xué)要求：（1）良好的組織相容性，包括無毒性、無熱源反應(yīng)、不致畸、不致組織相容性要求醫(yī)用聚合物材料植入體內(nèi)后與組織、細(xì)胞接觸無任何不良反應(yīng)。當(dāng)醫(yī)用材料與裝置植入體內(nèi)某一部位后，局部的組織對異物會(huì)產(chǎn)生一種屬于機(jī)體防御的反應(yīng)，植入物周圍組織將出現(xiàn)白細(xì)胞、淋巴細(xì)胞和吞噬細(xì)胞的聚集，出現(xiàn)不同程度的炎癥，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致組織壞死。若較長時(shí)期存在植入物，材料被淋巴細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和膠原纖維包裹，形成纖維性包裹膜，使正常組織和材料隔開。如果材料無任何毒性、性能穩(wěn)定、組織相容性良好，則包裹膜會(huì)逐漸變薄直至形成無炎癥反應(yīng)的正常包裹膜，即材料為機(jī)體所接受。生物醫(yī)用高分子材料組織相容性要求醫(yī)用聚合物材料植入體內(nèi)后與組織、細(xì)胞接觸無任何血液相容性：作為體內(nèi)使用的醫(yī)用材料不可避免地將要與血液接觸，而血液與異物表面接觸時(shí)很可能發(fā)生溶血或凝血而形成血栓。因此，材料與血液的相容性問題也是醫(yī)用材料在應(yīng)用中不可忽視的一個(gè)問題。當(dāng)聚合物材料與血液表面接觸時(shí)，各種血漿蛋白質(zhì)隨材料表面性質(zhì)不同，會(huì)不同程度地迅速吸附到異物表面，隨后引起血小板的黏附或活化，而在血管中正常運(yùn)行，就要求植入的聚合物具有良好的血液相容性。生物醫(yī)用高分子材料血液相容性：作為體內(nèi)使用的醫(yī)用材料不可避免地將要與血液接觸，氧化物陶瓷--具有卓越的抗腐蝕性能，強(qiáng)度硬度都很高，還有較高的耐磨性及優(yōu)異的壓縮性能，良好的生物相容性，但由于質(zhì)脆，限制了應(yīng)用。氧化鋁晶粒大小對性能影響很大，晶粒小于4μm、純度大于99.7%的氧化鋁性能最優(yōu)，晶粒為7μm時(shí)，其力學(xué)性能降低20%。以純剛玉及其復(fù)合材料的人工關(guān)節(jié)和人工骨為主，具體包括純剛玉雙杯式人工髖關(guān)節(jié);純剛玉—金屬復(fù)合型人工股骨頭;純剛玉—聚甲基丙烯酸酯—鈷鉻鉬合金鉸鏈?zhǔn)较リP(guān)節(jié);其他人工骨、人工牙根等。生物惰性陶瓷氧化物陶瓷--具有卓越的抗腐蝕性能，強(qiáng)度硬度都很高，還有較近年，氧化鋯陶瓷由于其優(yōu)良的力學(xué)性能，尤其是其遠(yuǎn)高于氧化鋁瓷的斷裂韌性，使其作為增強(qiáng)增韌第二相材料在人體硬組織修復(fù)體方面取得了較大研究的進(jìn)展。Hench報(bào)道，部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷的抗彎強(qiáng)度可達(dá)100MPa，斷裂韌性可達(dá)15MPa·m-1/2。但惰性生物陶瓷在體內(nèi)被纖維組織包裹或與骨組織之間形成纖維組織界面的特性影響了該材料在骨缺損修復(fù)中的應(yīng)用，因?yàn)楣桥c材料之間存在纖維組織界面，阻礙了材料與骨的結(jié)合，也影響材料的骨傳導(dǎo)性，長期滯留體內(nèi)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)上的缺陷，使骨組織產(chǎn)生力學(xué)上的薄弱。生物惰性陶瓷近年，氧化鋯陶瓷由于其優(yōu)良的力學(xué)性能，尤其是其遠(yuǎn)高于氧化鋁瓷玻璃陶瓷在玻璃基質(zhì)中加入晶核形成劑，并通過一定的熱處理。使玻璃基質(zhì)中有晶核形成，即形成玻璃與晶體共存的形態(tài)，稱為玻璃陶瓷，又稱微晶玻璃，因此玻璃陶瓷在顯微結(jié)構(gòu)上是由玻璃相和結(jié)晶相組成的。惰性玻璃陶瓷主要用于口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域--—齒冠。生物惰性陶瓷玻璃陶瓷在玻璃基質(zhì)中加入晶核形成劑，并通過一定的熱處理。Si3N4

陶瓷該類材料主要用來制作一些作為替代用的較小的人工骨，目前還不能用作承重材料。Si3N4陶瓷具有較高的抗折強(qiáng)度和斷裂韌性，有人用Si3N4代替氧化鋯做關(guān)節(jié)置換假體，發(fā)現(xiàn)Si3N4陶瓷比氧化鋯壽命長。生物惰性陶瓷Si3N4陶瓷該類材料主要用來制作一些作為替代用的較小醫(yī)用碳素材料碳質(zhì)材料應(yīng)用廣泛，在外科植入物中主要包括熱解碳、玻璃碳、蒸氣沉積碳和碳纖維。醫(yī)用碳素材料有許多優(yōu)良生物相容性，植入人體后化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無毒性和排異反應(yīng)，與人體親和性好，不會(huì)誘發(fā)血栓生成．植入一年后，未發(fā)現(xiàn)碳顆粒在肝、腎、心、肺等臟器沉積。碳質(zhì)材料的力學(xué)性能也很好，強(qiáng)度高，彈性模量(如各向同性碳)與人骨接近，植入體可隨骨變形，避免了應(yīng)力集中，并可防止骨再吸收和松弛。它主要被作為制作人工心臟瓣膜等人工臟器以及人工關(guān)節(jié)等方面的材料。生物惰性陶瓷醫(yī)用碳素材料碳質(zhì)材料應(yīng)用廣泛，在外科植入物中主要包括熱羥基磷灰石它是目前研究最多的生物活性材料之一，作為最有代表性的生物活性陶瓷—羥基磷灰石(Hydroxyapatite，簡稱HA)材料的研究，在近代生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科領(lǐng)域一直受到人們的密切關(guān)注。生物活性陶瓷羥基磷灰石它是目前研究最多的生物活性材料之一，作為最有代表HA作為首選骨修復(fù)與替代材料的原因是不言而喻的，因?yàn)樽匀还侵械臒o機(jī)相主要是弱結(jié)晶含碳酸根磷灰石，其約占骨總重量的60-70%，體積的50%。進(jìn)一步研究表明，皮質(zhì)骨主要由骨單位或哈佛氏系統(tǒng)組成，這些骨單位通過一種硬組織基質(zhì)或間質(zhì)團(tuán)聚在一起。正如我們所知，骨單位間的物質(zhì)交換是經(jīng)由橫穿骨間隙的?？寺瞎苓M(jìn)行的，這使得血液能流到最深的骨單位處，以保持骨的生理活性。由于骨單位直徑約在190-230μm，并且通過?？寺瞎苓M(jìn)行物質(zhì)交換，所以理想的骨移植替代物應(yīng)模擬皮質(zhì)骨的結(jié)構(gòu)，有相互貫通、細(xì)小的孔道系統(tǒng)。HA作為首選骨修復(fù)與替代材料的原因是不言而喻的生物材料科學(xué)與工程導(dǎo)論課件在琺瑯質(zhì)、牙本質(zhì)和骨中，所含的生物磷灰石都是一種非化學(xué)計(jì)量的磷灰石，紅外圖譜表明，三個(gè)部位所含化學(xué)基團(tuán)是一致的。但XRD圖譜表明不同部位的磷灰石其結(jié)晶度是有差異的，琺瑯質(zhì)中磷灰石結(jié)晶程度最高。在琺瑯質(zhì)、牙本質(zhì)和骨中，所含的生物磷灰石都是一種非化學(xué)計(jì)量的致密HA陶瓷的抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度最高可達(dá)900MPa和170MPa，楊氏模量可達(dá)100GPa，較人皮質(zhì)骨（3.5-20GPa）過高。盡管如此，HA生物陶瓷及其復(fù)合材料承受負(fù)重的性能仍不及天然骨。雖然天然骨的抗壓、抗彎和拉伸強(qiáng)度僅在70-154MPa之間，并不比生物陶瓷及其復(fù)合材料的強(qiáng)度高，但由于骨具有優(yōu)良的韌性和自適應(yīng)性，及其特有的納米尺度微結(jié)構(gòu)，從而使其表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能。目前負(fù)重骨常采用生物活性陶瓷噴涂的金屬制作，但金屬表面涂層材料的彈性模量仍高于人的皮質(zhì)骨，而且，更主要的是涂層材料與基體結(jié)合的強(qiáng)度仍不高，從而限制了其應(yīng)用。致密HA陶瓷的抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度最高可達(dá)90磷酸鈣生物活性材料這種材料主要包括磷酸鈣骨水泥和磷酸鈣陶瓷兩類。前者是一種廣泛用于骨修補(bǔ)和固定關(guān)節(jié)的新型材料，有望部分取代傳統(tǒng)的PMMA有機(jī)骨水泥。國內(nèi)研究抗壓強(qiáng)度已達(dá)60MPa以上。后者具有一定的機(jī)械強(qiáng)度和生物活性，可用于無機(jī)骨水泥的補(bǔ)強(qiáng)及制備有機(jī)與無機(jī)復(fù)合型植入材料。生物活性陶瓷磷酸鈣生物活性材料生物活性陶瓷磷酸鈣骨水泥(CalciumPhosphateCement，CPC)是一種新型的人工骨材料，可用于人體骨缺損的修復(fù)，具有良好的生物相容性、骨傳導(dǎo)性和骨替代性。然而，磷酸鈣骨水泥的抗壓強(qiáng)度較低，脆性較大，限制了其應(yīng)用，因而提高抗壓強(qiáng)度和減小其脆性成為CPC研究領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。生物活性陶瓷磷酸鈣骨水泥(CalciumPhosphateCemen磷酸鈣陶瓷最主要的性質(zhì)是具有生物降解性，并能被人體吸收。目前廣泛應(yīng)用的生物降解陶瓷為β-磷酸三鈣(簡稱β-TCP)，是磷酸鈣的一種高溫相。β-TCP的最大優(yōu)勢就是生物相容性好，植入機(jī)體后與骨直接融合，無任何局部炎性反應(yīng)及全身毒副作用。其不足是高切口敏感性導(dǎo)致的低疲勞強(qiáng)度，較高剛性和脆性使其難以加工成型或固定鉆孔。生物活性陶瓷磷酸鈣陶瓷最主要的性質(zhì)是具有生物降解性，并能被人體吸收。目前基于仿生原理，制備類似于自然組織的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的理想生物陶瓷，應(yīng)該是生物陶瓷的一個(gè)發(fā)展方向。磷酸鈣鹽生物陶瓷人工骨，雖然與骨鹽的組成相同但不同部位的骨性質(zhì)是不盡相同的，為此組成和結(jié)構(gòu)類似于骨骼連續(xù)變化的多孔磷酸鈣陶瓷的研究是正在進(jìn)行的非常有價(jià)值的課題。生物活性陶瓷基于仿生原理，制備類似于自然組織的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的理想生物對于可生物降解的磷酸鈣生物陶瓷而言，磷酸鈣陶瓷在體內(nèi)從無生命到有生命的轉(zhuǎn)變過程，即無機(jī)物的鈣磷是如何轉(zhuǎn)變成為生物體內(nèi)的有機(jī)鈣磷，其中是否存在一個(gè)晶型轉(zhuǎn)變或晶型轉(zhuǎn)變的過程是如何進(jìn)行的；材料降解后其產(chǎn)物在體內(nèi)的分布和代謝途徑以及各分支的量的關(guān)系等等也應(yīng)引起材料工作者的高度重視。生物活性陶瓷對于可生物降解的磷酸鈣生物陶瓷而言，磷酸鈣陶瓷在體內(nèi)從無生命磷酸鈣陶瓷的主要缺點(diǎn)是其脆性。致密磷酸鈣陶瓷可以通過添加增強(qiáng)相提高它的斷裂韌性，多孔磷酸鈣陶瓷雖然可被新生骨長入而極大增強(qiáng)，但是在再建骨完全形成之前，為及早代行其功能，也必須對它進(jìn)行增韌補(bǔ)強(qiáng)。磷酸鈣陶瓷基復(fù)合材料，已經(jīng)成為磷酸鈣生物陶瓷的發(fā)展方向之一。生物活性陶瓷磷酸鈣陶瓷的主要缺點(diǎn)是其脆性。致密磷酸鈣陶瓷可以通過添加增強(qiáng)磁性材料生物磁性陶瓷材料主要為治療癌癥用磁性材料，它屬于功能性活性生物材料的一種。把它植入腫瘤病灶內(nèi)，在外部交變磁場作用下，產(chǎn)生磁滯熱效應(yīng)，導(dǎo)致磁性材料區(qū)域內(nèi)局部溫度升高，借以殺死腫瘤細(xì)胞，抑制腫瘤的發(fā)展。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)效果良好。生物活性陶瓷磁性材料生物磁性陶瓷材料主要為治療癌癥用磁性材料，它屬于功生物活性玻璃

生物玻璃主要指微晶玻璃，包括生物活性微晶玻璃和可加工生物活性微晶玻璃兩類。目前關(guān)于該方向的研究已成為生物材料的主要研究方向之一。生物玻璃普遍含有CaO-SiO2-P2O5系統(tǒng)，部分含有SiO2

、MgO、K2O、Na2O、Al2O3、B2O3

、TiO2等，玻璃網(wǎng)絡(luò)中非橋氧所連接的堿金屬和堿土金屬離子在水相介質(zhì)中存在時(shí)，易溶解釋放一價(jià)或者二價(jià)金屬離子，使生物玻璃表面具有溶解性，即為玻璃具有生物活性的基本原因。生物活性陶瓷生物活性玻璃生物玻璃主要指微晶玻璃，包括生物活性微晶玻璃和(1)模擬性生物陶瓷材料該類材料是將天然有機(jī)物(如骨膠原、纖維蛋白以及骨形成因子等)和無機(jī)生物材料復(fù)合，來模擬人體硬組織成分和結(jié)構(gòu)，以改善材料的力學(xué)性能和手術(shù)的可操作性，并能發(fā)揮天然有機(jī)物的促進(jìn)人體硬組織生長的特性。功能活性生物陶瓷(1)模擬性生物陶瓷材料該類材料是將天然有機(jī)物(如骨膠原(2)帶有治療功能的生物陶瓷復(fù)合材料該類材料是利用骨的壓電效應(yīng)能刺激骨折愈合的特點(diǎn)，使壓電陶瓷與生物活性陶瓷復(fù)合，在進(jìn)行骨置換的同時(shí)，利用生物體自身運(yùn)動(dòng)對置換體產(chǎn)生的壓電效應(yīng)來刺激骨損傷部位的早期硬組織生長。具體來說是由于腫瘤中血管供氧不足，當(dāng)局部被加熱到43～45℃時(shí)，癌細(xì)胞很容易被殺死。現(xiàn)在最常用的是將鐵氧體與生物活性陶瓷復(fù)合，填充在因骨腫瘤而產(chǎn)生的骨缺損部位，利用外加交變磁場，充填物因磁滯損耗而產(chǎn)生局部發(fā)熱，殺死癌細(xì)胞，又不影響周圍正常組織?，F(xiàn)在，功能活性生物陶瓷的研究還處于探索階段，臨床應(yīng)用鮮有報(bào)道，但其發(fā)展應(yīng)用前景是很光明的。功能活性生物陶瓷(2)帶有治療功能的生物陶瓷復(fù)合材料該類材料是利用骨的壓各種不同種類的生物陶瓷的物理、化學(xué)和生物性能差別很大，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域用途也不同。尤其是功能活性陶瓷更有不可估量的發(fā)展前途。

臨床應(yīng)用中，生物陶瓷存在的主要問題是強(qiáng)度和韌性較差。

氧化鋁、氧化鋯陶瓷耐壓、耐磨和化學(xué)穩(wěn)定性比金屬、有機(jī)材料都好，但其脆性的問題也沒有得到解決。生物活性陶瓷的強(qiáng)度則很難滿足人體承力較大部位的需要。功能活性生物陶瓷各種不同種類的生物陶瓷的物理、化學(xué)和生物性能差別很大，在醫(yī)學(xué)生物金屬基復(fù)合材料用于人體硬組織修復(fù)的金屬材料具有優(yōu)良的力學(xué)性能，生物相容性較差。通過一些物理或化學(xué)手段(等離子噴涂，電化學(xué)沉積法等)。在金屬材料表面形成一層磷酸鈣鹽，能大大改善金屬材料表面的生物相容性，并與周圍的骨組織形成良好的骨性結(jié)合。常以金屬材料為基體表面涂覆生物活性陶瓷、生物玻璃和生物玻璃陶瓷。如在鈦合金上涂覆HA，制備人工骨、人工齒根應(yīng)用臨床。生物復(fù)合材料生物金屬基復(fù)合材料生物復(fù)合材料高分子基生物復(fù)合材料這是目前發(fā)展最快的醫(yī)學(xué)復(fù)合材料。特別是有機(jī)/無機(jī)復(fù)合生物材料是應(yīng)用研究最為廣泛和深入的一類，其主要用途在于修復(fù)和重建人體的硬組織，作為骨修復(fù)或骨固定材料來使用。有機(jī)/無機(jī)復(fù)合生物材料結(jié)合了有機(jī)組分的韌性和無機(jī)組分的剛性，充分利用了無機(jī)組分或部分有機(jī)組分的生物活性或降解性能，形成了具有綜合使用性能的骨修補(bǔ)復(fù)合材料。復(fù)合材料與周圍組織的最終復(fù)合形式以及被利用的狀況與材料組分的降解特性、材料的結(jié)構(gòu)狀況等密切相關(guān)。一般來說，具有降解特性或貫通孔洞的復(fù)合材料能夠被人體較好地利用，新生骨組織可以長入到材料內(nèi)部，并與周圍組織形成牢靠的結(jié)合。生物復(fù)合材料高分子基生物復(fù)合材料生物復(fù)合材料生物陶瓷基復(fù)合材料復(fù)合生物陶瓷是指生物用復(fù)相陶瓷的總稱。由多種組分構(gòu)成，含有多相的生物用陶瓷材料。因具有特殊的生理學(xué)特性，在醫(yī)學(xué)上用于矯形或修復(fù)，可植入人或動(dòng)物體內(nèi)。必須具備對生理環(huán)境的相容性，在長期使用下無毒性，不會(huì)帶來細(xì)菌和導(dǎo)致腫瘤，也不影響免疫力和新陳代謝。生物復(fù)合材料生物陶瓷基復(fù)合材料生物復(fù)合材料通常方法制備的羥基磷灰石人工骨植入物，其強(qiáng)度和韌性都較低，不能滿足臨床應(yīng)用要求。研究結(jié)果表明，復(fù)合生物陶瓷材料具有較好的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性和生物相容性，是一種很有應(yīng)用前景的復(fù)合生物陶瓷材料?，F(xiàn)在國外已制備出含有ZnO2的納米羥基磷灰石復(fù)合材料，其強(qiáng)度和韌性等綜合性能可達(dá)到甚至超過致密骨骼的相應(yīng)性能。通過調(diào)節(jié)ZnO2與HA含量，可使該納米復(fù)合人工骨材料具有優(yōu)良的生物相容性。生物復(fù)合材料通常方法制備的羥基磷灰石人工骨植入物，其強(qiáng)度和韌性都較低，不在復(fù)合生物材料中，有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料是應(yīng)用研究最為廣泛的一類，主要用作骨修復(fù)或骨固定材料來使用。這些種類繁多的復(fù)合材料，為不同部位的骨缺損的修復(fù)提供了豐富的選擇機(jī)會(huì)。其中非生物降解的復(fù)合材料作為人體的異物，其長期存在會(huì)引發(fā)人體免疫反應(yīng)或相關(guān)的免疫綜合癥。生物復(fù)合材料在復(fù)合生物材料中，有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料是應(yīng)用研究最為廣泛的一類人造心臟瓣膜可以代替病變心臟瓣膜的全部功能，即良好的單向閥門作用，保證血液通過瓣膜時(shí)阻力最小，而且沒有明顯返流；可以取代病變瓣膜的全部結(jié)構(gòu)。人造心臟瓣膜主要分為兩大類。

一是機(jī)械瓣，是采用高級合成材料制成的。機(jī)械瓣的優(yōu)點(diǎn)是耐久性好，其缺點(diǎn)是需終生抗凝，血栓栓塞率較生物瓣高。

二是生物瓣，是同時(shí)采用人工合成的高級材料和經(jīng)過復(fù)雜化學(xué)處理的生物組織膜而制成。目前醫(yī)療上使用的人造心臟瓣膜是由什么材料制備的？人造心臟瓣膜可以代替病變心臟瓣膜的全部功能，即良好的單向閥門生物惰性材料是指一類在生物環(huán)境中能保持穩(wěn)定，不發(fā)生或僅發(fā)生微弱化學(xué)反應(yīng)的生物醫(yī)學(xué)材料，主要是生物陶瓷類和醫(yī)用合金類材料。氧化物陶瓷、玻璃陶瓷、Si3N4陶瓷、醫(yī)用碳素材料、醫(yī)用金屬材料生物惰性材料按材料在生理環(huán)境中與活體組織間是否形成化學(xué)鍵合生物惰性材料是指一類在生物環(huán)境中能保持穩(wěn)定，不發(fā)生或僅發(fā)生微生物活性材料指能在材料-組織界面上誘出特殊生物或化學(xué)反應(yīng)的材料，這種反應(yīng)導(dǎo)致材料和組織間形成化學(xué)鍵合。生物活性的概念是由美國人L

·亨奇在1969年首先提出，按照他的定義，生物醫(yī)學(xué)材料科學(xué)所指的“生物活性”，其原義是一種特殊的能導(dǎo)致材料在界面上形成化學(xué)鍵接的性質(zhì)。但是，也有人認(rèn)為生物活性是增進(jìn)細(xì)胞活性或新組織再生的性質(zhì)。羥基磷灰石、磷酸鈣生物活性材料、磁性材料、生物玻璃生物活性材料生物活性材料指能在材料-組織界面上誘出特殊生物或化學(xué)反應(yīng)的生物材料科學(xué)與工程導(dǎo)論課件生物材料生物材料1生物材料（Biomaterials）的定義2金屬生物材料3高分子生物材料4無機(jī)非金屬生物材料5生物復(fù)合材料6生物材料的應(yīng)用前景主要內(nèi)容1生物材料（Biomaterials）的定義在不同的歷史時(shí)期，生物材料（BiologicalMaterials）被賦予了不同的意義，其定義是隨著生命科學(xué)和材料科學(xué)的不斷發(fā)展而演變的。但是，他們都有一些共同的特征，即生物醫(yī)學(xué)材料是一類人工或天然的材料，可以單獨(dú)或與藥物一起制成部件、器件用于組織或器官的治療、增強(qiáng)或替代，并在有效使用期內(nèi)不會(huì)對宿主引起急性或慢性危害。1.1生物材料的定義在不同的歷史時(shí)期，生物材料（BiologicalMater也有人認(rèn)為它是一類特殊的功能材料，利用它可以對有機(jī)體進(jìn)行修復(fù)、替代與再生。生物醫(yī)學(xué)材料研究的最終目的是用其能夠代替或修復(fù)人體器官和組織，并實(shí)現(xiàn)其生理功能。生命具有一定生長、再生和修復(fù)的精確調(diào)控能力，這是目前所有人工器官和材料所無法比擬的。因此，目前的生物醫(yī)學(xué)材料與人們的真正期望和要求相差甚遠(yuǎn)，常常出現(xiàn)各種各樣的問題和失敗。長期以來，人們一直希望致力于研究能夠使損傷、病變組織或器官完美重現(xiàn)和再生的材料和裝置。也有人認(rèn)為它是一類特殊的功能材料，利用它可以對有機(jī)體進(jìn)行修復(fù)定義——是用以對生物體進(jìn)行診斷、治療和置換損壞的組織、器官或增進(jìn)其功能的材料。注意，這個(gè)定義是按照用途來定義的，粗略而不嚴(yán)格地說，就是用于生物體的材料，而非來源于生物體的材料。

1.1生物材料的定義定義——是用以對生物體進(jìn)行診斷、治療和置換損壞的組織、器官或用于人工骨的生物陶瓷也是生物材料蠶絲是生物材料用于人工骨的生物陶瓷也是生物材料蠶絲是生物材料在生理環(huán)境中，生物材料所接觸的除了無生命物質(zhì)外，更有器官、組織、細(xì)胞、細(xì)胞器以及生物大分子等不同層次的活有機(jī)體。因此，作為生物材料，首先應(yīng)能和這些活的有機(jī)體相互容納；另外，還應(yīng)根據(jù)其使用目的而具備必要的物理力學(xué)性能和不同層次的生物學(xué)功能。

在科學(xué)上，生物材料已成為現(xiàn)代生物工程、醫(yī)學(xué)工程及藥物制劑等進(jìn)一步發(fā)展的重要物質(zhì)支柱；同時(shí)，生物材料與生命物質(zhì)間相互作用的本質(zhì)的闡明以及兩者間界面分子結(jié)構(gòu)的揭示對于生命科學(xué)的發(fā)展也有十分重要的意義。在生理環(huán)境中，生物材料所接觸的除了無生命物質(zhì)外，更1088109911010111鈦合金基/類金剛石涂層人工心瓣11鈦合金基/類金剛石涂層人工心瓣112脊柱修復(fù)支架InterporeCrossInternationalInc.SynergyTMIQLowBackSystem12脊InterporeCrossInternation113牙種植體13牙種植體114人造牙齒14人造牙齒1151511616117A、按材料用途分

牙、骨、關(guān)節(jié)、皮膚。。。。B、按材料在生理環(huán)境中與活體組織間是否形成化學(xué)鍵合

惰性、活性生物材料C、按組成和性質(zhì)分

無機(jī)生物醫(yī)學(xué)材料、金屬及合金生物醫(yī)學(xué)材料、高分子生物醫(yī)學(xué)材料、復(fù)合生物醫(yī)學(xué)材料、生物功能材料、生物衍生材料1.2生物材料的類型與應(yīng)用

17A、按材料用途分1.2生物材料的類型與應(yīng)用

無機(jī)生物醫(yī)學(xué)材料(InorganicBiomedicalMaterials)又稱為生物陶瓷(Bioceramics)

如：氧化鋁陶瓷、氧化鋯陶瓷、碳素材料、羥基磷灰石、生物玻璃陶瓷、磷酸三鈣陶瓷、磷酸鈣骨水泥等。

無毒、副作用，良好的生物相容性；

生物惰性--→→生物活性→→生物降解和吸收；

簡單填充---→牢固性植入和永久性修復(fù)生物陶瓷與人硬組織組成和結(jié)晶結(jié)構(gòu)差異大，且生物陶瓷疲勞強(qiáng)度低、韌性差、制造復(fù)雜形態(tài)較困難---使用受到限制。118按組成和性質(zhì)分無機(jī)生物醫(yī)學(xué)材料(InorganicBiomedical119n-HA晶體19n-HA晶體金屬及合金生物醫(yī)學(xué)材料(MetallicBiomedicalMaterials)

主要為不銹鋼、鈷基合金、鈦及鈦合金等生物惰性材料高的機(jī)械強(qiáng)度和抗疲勞性能-----應(yīng)用最廣泛的承重植入體。

問題：

生理腐蝕造成金屬離子向周圍組織擴(kuò)散（毒副作用）及植入體自身脫變（植入失?。?。120按組成和性質(zhì)分金屬及合金生物醫(yī)學(xué)材料(MetallicBiomedi

高分子生物醫(yī)學(xué)材料，亦稱為醫(yī)用高分子材料

如：聚硅氧烷、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醚、聚砜、聚四氟乙烯、聚丙烯晴、聚碳酸酯、聚乳酸…

發(fā)展最快的生物材料。

第一階段：始于1937，特點(diǎn)：現(xiàn)成材料，MMA-牙床

第二階段：始于1953，以醫(yī)用有機(jī)硅橡膠的出現(xiàn)為標(biāo)志，

特點(diǎn)：在分子水平上對合成高分子進(jìn)行設(shè)計(jì)，有目的的開發(fā)所需高分子。

第三階段：從尋找替代生物組織的合成材料，轉(zhuǎn)向研究具有主動(dòng)誘導(dǎo)、激發(fā)人體組織再生修復(fù)的一類新材料。121按組成和性質(zhì)分高分子生物醫(yī)學(xué)材料，亦稱為醫(yī)用高分子材料21按組成和122分類：按性質(zhì)分：非降解和可生物降解按目的或用途分：心血管系統(tǒng)、軟組織和硬組織修復(fù)材料。醫(yī)用高分子材料發(fā)展最早、應(yīng)用最廣泛、用量最大的材料。某些高分子材料與生物體有極相似的化學(xué)結(jié)構(gòu)，可滿足醫(yī)學(xué)對生物材料性能提出的多功能性的要求。22分類：復(fù)合生物醫(yī)學(xué)材料(BiomedicalComposite)

多種不同類型材料復(fù)合而成的具有生物相容性材料。

復(fù)合體系：有機(jī)/有機(jī)復(fù)合、有機(jī)/無機(jī)復(fù)合、無機(jī)/無機(jī)復(fù)合、金屬/無機(jī)復(fù)合

復(fù)合方式：表面復(fù)合、整體復(fù)合、多層復(fù)合

復(fù)合目的：增強(qiáng)、改性、功能化

模擬人體組織成分、結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的納米復(fù)合生物材料是一個(gè)十分重要的發(fā)展方向，為獲得真正仿生的類人體組織和器官開辟了廣闊的前景。123按組成和性質(zhì)分復(fù)合生物醫(yī)學(xué)材料(BiomedicalComposite)生物功能材料(BiologicallyFunctionalMaterials)

采用物理或化學(xué)的方法將生物活性分子如酶、抗體、抗原、多糖類、酯類、藥物及細(xì)胞等固定在材料表面或內(nèi)部，構(gòu)成具有生理功能的生物醫(yī)學(xué)材料。該類材料是活體材料與非活體材料雜化組成的新型復(fù)合生物醫(yī)學(xué)材料，也稱為雜化生物醫(yī)學(xué)材料。

肝素化處理的各類高分子材料抗凝血導(dǎo)管、插管、分流管，在臨床上已廣泛采用。骨髓基質(zhì)干細(xì)胞種植TCP/PLLA可生物降解、可骨誘導(dǎo)生長骨修復(fù)材料。骨形態(tài)發(fā)生蛋白BMP復(fù)合TCP/PLLA可生物降解、可誘導(dǎo)成骨的骨修復(fù)材料。124生物功能材料(BiologicallyFunctional生物衍生材料天然生物組織經(jīng)過特殊處理形成的醫(yī)用材料，也稱生物再生材料。生物組織可取自同種或者異種動(dòng)物體的組織。特殊處理：輕微處理：維持組織原有構(gòu)型而進(jìn)行的固定、滅菌和消除抗原性的。如：戊二醛固定的豬心瓣膜、牛心包、牛頸動(dòng)脈、人臍動(dòng)脈以及凍干的骨片、豬皮等。強(qiáng)烈處理：拆散原有構(gòu)型，重建新的物理形態(tài)。如：再生膠原、彈性蛋白、透明質(zhì)酸、硫酸軟骨素和殼聚糖等。125按組成和性質(zhì)分生物衍生材料25按組成和性質(zhì)分1.3生物材料的發(fā)展歷程1.3生物材料的發(fā)展歷程第一代生物醫(yī)學(xué)材料——20世紀(jì)初第一次世界大戰(zhàn)以前，石膏、金屬、橡膠、棉花等第二代生物材料代表材料——建立在醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、生物化學(xué)、物理學(xué)及測試技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)之上的。研究工作者也多由材料學(xué)家或主要由材料學(xué)家(與醫(yī)生合作)來承擔(dān)

羥基磷灰石、磷酸三鈣、聚羥基乙酸、多肽、聚甲基丙烯酸羥乙基酯、膠原、纖維蛋白等第三代生物材料——促進(jìn)人體自身修復(fù)和再生作用的生物醫(yī)學(xué)復(fù)合材料，它以對生物體內(nèi)各種細(xì)胞組織、生長因子、生長抑素及生長機(jī)制等結(jié)構(gòu)和性能的了解為基礎(chǔ)來建立生物材料1.3生物材料的發(fā)展歷程第一代生物醫(yī)學(xué)材料——20世紀(jì)初第一次世界大戰(zhàn)以前，石膏、金整體趨勢1.由天然材料擴(kuò)展到人造復(fù)合材料2.由單一功能（力學(xué)性能)向復(fù)合性能轉(zhuǎn)變，特別是生物仿生性能整體趨勢

生物降解材料組織工程材料與人工器官控制釋放材料仿生智能材料生物材料表面改性

基因載體材料生物醫(yī)學(xué)醫(yī)學(xué)檢測材料

1.4生物材料的發(fā)展方向與熱點(diǎn)生物降解材料1.4生物材料的發(fā)展方向與熱點(diǎn)人類最早利用的生物材料之一應(yīng)用金屬嚴(yán)格滿足的要求代表：鈷鉻合金、不銹鋼、鈦及其合金?；拘阅埽焊邚?qiáng)度、耐疲勞及易加工等。應(yīng)用：在骨和牙等高荷載部位的替換和修復(fù)中，金屬生物材料是首選材料2金屬生物材料人類最早利用的生物材料之一2金屬生物材料良好的組織相容性物理和化學(xué)穩(wěn)定性好易于加工成型，材料易于制造，價(jià)格適當(dāng)良好的血液相容性，2.1金屬生物材料的特性

良好的組織相容性2.1金屬生物材料的特性

由于金屬材料在組成上與人體組織相距甚遠(yuǎn)，因此金屬材料很難與生物組織產(chǎn)生親和，一般不具有生物活性，它們通常以其相對的化學(xué)穩(wěn)定性來獲得一定生物相容性，植入生物組織后．總是以異物的形式被生物組織所包圍。存在問題由于金屬材料在組成上與人體組織相距甚遠(yuǎn)，因此金屬材料很難與生由于人體體內(nèi)體液為電解質(zhì)溶液，加之活細(xì)胞和酶的生化作用以及正常運(yùn)動(dòng)造成的摩擦，植入體內(nèi)的生物金屬材料表面及植入體組織周圍或多或少地存在重金屬的顆粒或離子，從而對人體產(chǎn)生毒性。金屬材料的毒性可以通過其合金化及表面改性來減小甚至消除。由于人體體內(nèi)體液為電解質(zhì)溶液，加之活細(xì)胞和酶的生化作用以及正醫(yī)用金屬材料---強(qiáng)度高、彈性模量高。彈性模量過高或過低---出現(xiàn)所謂的生物力學(xué)不相容性。如果金屬的彈性模量相對于骨骼過高．在應(yīng)力作用下，承受應(yīng)力的金屬和骨將產(chǎn)生不同的應(yīng)變，在金屬與骨的接觸界面處存在相對的位移從而造成界而處的松動(dòng)，或者出現(xiàn)應(yīng)力屏蔽，引起骨組織功能退化或骨吸收，也可能引起二次骨折；如果金屬材料的彈性模一旦過低，則在應(yīng)力作用下會(huì)產(chǎn)生較大變形，起不到固定和支撐作用。一般希望金屬材料的彈性模量要盡量與人骨接近或稍高于人骨的彈性模量。醫(yī)用金屬材料---強(qiáng)度高、彈性模量高。醫(yī)用不銹鋼醫(yī)用鈷基合金醫(yī)用鈦及其合金醫(yī)用貴金屬以及鉭、鈮、鋯等金屬醫(yī)用鎂及鎂合金2.2常見金屬生物材料

醫(yī)用不銹鋼2.2常見金屬生物材料

無鎳奧氏體不銹鋼骨板和骨釘無鎳奧氏體不銹鋼骨板和骨釘137

關(guān)節(jié)假體：（a）髖關(guān)節(jié)（b）膝關(guān)節(jié)（c）肩關(guān)節(jié)（d）肘關(guān)節(jié)熱等靜壓法鍛造而成的Co-Cr基合金關(guān)節(jié)組件37關(guān)節(jié)假體：熱等靜壓法鍛造而成的Co-Cr基合金關(guān)節(jié)組件138鈦合金人工關(guān)節(jié)組件38鈦合金人工關(guān)節(jié)組件生物醫(yī)用高分子材料主要有天然生物材料和合成高分子材料。性能——特有的生物相容性（包括組織相容性、血液相容性）、無毒性等

3.1

生物醫(yī)用高分子材料生物醫(yī)用高分子材料主要有天然生物材料和合成高分子材料。3.1近十年來，由于生物醫(yī)學(xué)工程、材料科學(xué)和生物技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)用高分子材料及其制品正以其特有的生物相容性、無毒性等優(yōu)異性能而獲得越來越多的醫(yī)學(xué)臨床應(yīng)用。近十年來，由于生物醫(yī)學(xué)工程、材料科學(xué)和生物技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)用高1）.按來源分類

（1）天然醫(yī)用高分子材料如膠原、明膠、絲蛋白、角質(zhì)蛋白、纖維素、粘多糖、甲殼素及其衍生物等。（2）人工合成醫(yī)用高分子材料如聚氨酯、硅橡膠、聚酯等。（3）天然生物組織與器官包括：①取自患者自體的組織②取自其他人的同種異體組織③來自其他動(dòng)物的異種同類組織。

3.2高分子生物醫(yī)學(xué)材料的種類

1）.按來源分類3.2高分子生物醫(yī)學(xué)材料的種類2）.按材料與活體組織的相互作用關(guān)系分類

生物惰性（bioinert）高分子材料

指在體內(nèi)不降解、不變性、不引起長期組織反應(yīng)的生物醫(yī)學(xué)高分子材料，適合長期植入體內(nèi)。

生物活性（bioaciive）高分子材料

指植入高分子材料能夠與周圍組織發(fā)生相互作用，一般指有益的作用。

生物吸收（bioabsorbable）高分子材料

在體內(nèi)逐漸降解，其降解產(chǎn)物被肌體吸收代謝。

2）.按材料與活體組織的相互作用關(guān)系分類3）.按生物醫(yī)學(xué)用途分類

硬組織相容性生物醫(yī)學(xué)高分子材料

軟組織相容性生物醫(yī)學(xué)高分子材料

血液相容性生物醫(yī)學(xué)高分子材料

藥物和藥物控釋生物醫(yī)學(xué)高分子材料

3）.按生物醫(yī)學(xué)用途分類甲殼素與殼聚糖——抗菌、殺菌、抗腫瘤、促進(jìn)組織修復(fù)及止血作用、增強(qiáng)免疫力，手術(shù)縫合線、抗凝劑、人工器官3.3常見的高分子生物材料甲殼素與殼聚糖——抗菌、殺菌、抗腫瘤、促進(jìn)組織修復(fù)及止血作生物材料科學(xué)與工程導(dǎo)論課件聚乳酸——無毒、無刺激性、體內(nèi)可吸收，具良好的生物相容性。而且其降解產(chǎn)物二氧化碳和水通過光合作用又可變成淀粉，這樣可在自然界中循環(huán)。分解成乳酸“綠色”，骨內(nèi)固定裝置、組織工程材料、牙周再生片、神經(jīng)導(dǎo)管聚乳酸（PLA）聚乳酸——無毒、無刺激性、體內(nèi)可吸收，具良好的生物相容性。而聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）特性：有較高的機(jī)械強(qiáng)度，質(zhì)地堅(jiān)硬，重量輕，耐光、不導(dǎo)電、不導(dǎo)熱，加溫易塑形。植入人體后周圍組織不能長入，只在其外圍形成一層纖維包膜。應(yīng)用：可用作隆鼻、顱骨成形術(shù)及其他骨缺損等的充填材料，也可制作義齒和基托、義眼、義耳、人工骨和人工關(guān)節(jié)等。不良反應(yīng)：毒性極小，不引起過敏反應(yīng)。聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）14848定義——生物無機(jī)非金屬材料，又稱生物陶瓷，泛指與生物體或生物化學(xué)相關(guān)的陶瓷材料，包括陶瓷、玻璃、碳素等無機(jī)非金屬材料分類——根據(jù)其在生物體內(nèi)的活性分為；

惰性生物陶瓷、活性生物陶瓷功能活性生物陶瓷

4無機(jī)非金屬生物材料定義——生物無機(jī)非金屬材料，又稱生物陶瓷，泛指與生物體或生物生物材料科學(xué)與工程導(dǎo)論課件指化學(xué)性能穩(wěn)定，生物相容性好的陶瓷材料主要包括：

氧化物陶瓷（氧化鋁陶瓷和氧化鋯陶瓷）

玻璃陶瓷

Si3N4

陶瓷

醫(yī)用碳素材料4.1生物惰性陶瓷指化學(xué)性能穩(wěn)定，生物相容性好的陶瓷材料4.1生物惰性陶瓷能誘出或調(diào)節(jié)生物活性的生物醫(yī)學(xué)材料

羥基磷灰石（HA）磷酸鈣生物活性材料磁性材料

生物玻璃4.2生物活性陶瓷能誘出或調(diào)節(jié)生物活性的生物醫(yī)學(xué)材料4.2生物活性陶瓷模擬性生物陶瓷材料帶有治療功能的生物陶瓷復(fù)合材料4.3功能活性生物陶瓷隨著生物陶瓷材料研究的深入和越來越多醫(yī)學(xué)問題的出現(xiàn)，對生物陶瓷材料的要求也越來越高。原先的生物陶瓷材料無論是生物惰性的還是生物活性的，強(qiáng)調(diào)的是材料在生物體內(nèi)的組織力學(xué)環(huán)境和生化環(huán)境的適應(yīng)性，而現(xiàn)在組織電學(xué)適應(yīng)性和能參與生物體物質(zhì)、能量交換的功能已成為生物材料應(yīng)具備的條件。因此，又提出了功能活性生物材料的概念。它主要包括以下兩類:模擬性生物陶瓷材料4.3功能活性生物陶瓷隨定義——由兩種或兩種以上不同材料復(fù)合而成的生物醫(yī)學(xué)材料，并且與其所有單體的性能相比，復(fù)合材料的性能都有較大程度的提高的材料用途——主要用于修復(fù)或替換人體組織、器官或增進(jìn)其功能以及人工器官的制造分類——金屬基生物復(fù)合材料

高分子基生物復(fù)合材料

陶瓷基生物復(fù)合材料5生物醫(yī)用復(fù)合材料定義——由兩種或兩種以上不同材料復(fù)合而成的生物醫(yī)學(xué)材料，并且155

n-HA/PA復(fù)合材料仿生椎板顱頜面修復(fù)體仿生脊柱55n-HA/PA復(fù)合材料仿生椎板顱頜面修復(fù)體仿生脊柱

在生物材料領(lǐng)域中，硬組織修復(fù)材料的研究與開發(fā)占據(jù)非常重要的的地位。目前臨床使用的硬組織修復(fù)材料存在許多不足，因此在可誘導(dǎo)成骨、可載藥、可承力和可臨床賦型的硬組織修復(fù)材料方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

156第五部分新型骨修復(fù)材料的應(yīng)用前景在生物材料領(lǐng)域中，硬組織修復(fù)材料的研究與開發(fā)占據(jù)

我國是一個(gè)有13億人口的發(fā)展中國家，因腫瘤切除、外傷、先天性畸形和疾病手術(shù)造成的骨組織缺損缺失極為普遍，加上近年來交通事故不斷上升，增大了人工骨修復(fù)材料及制品的需求量。157

隨著人們生活水平的提高，整形和美容的要求日趨迫切，特別是口腔修復(fù)與功能重建，畸形矯治受到人們的高度重視，對人工骨、牙修復(fù)材料的需求量明顯增加。生物材料的應(yīng)用前景我國是一個(gè)有13億人口的發(fā)展中國家，因腫瘤切除、外傷自從有了人類，人們就不斷地與各種疾病作斗爭，生物醫(yī)學(xué)材料是人類同疾病作斗爭的有效工具之一。公元前約3500年古埃及人利用植物纖維、馬鬃作縫合線縫合傷口---最早使用天然高分子作生物材料的案例。墨西哥的印第安人使用木片修補(bǔ)受傷的顱骨。在公元前約2500年前，中國、埃及的墓葬中發(fā)現(xiàn)有假牙、假鼻、假耳。自從有了人類，人們就不斷地與各種疾病作斗爭，生物醫(yī)學(xué)材料是人另據(jù)文獻(xiàn)記載，1504年人類首次制作并使用了具有靈活指關(guān)節(jié)的鐵制假手。隨后，人類又陸續(xù)將黃金和其他金屬用于骨組織缺損的固定和修復(fù)。1851年，有人使用硫化天然橡膠制成人工牙托和顎骨。20世紀(jì)初開發(fā)的高分子新材料促成了人工器官系統(tǒng)研究的開始，人工器官的臨床應(yīng)用則始于1940年。從天靈蓋到腳趾骨，從人體內(nèi)臟到皮膚，從血液到五官，除了大腦及大多數(shù)內(nèi)分泌器官外，大都有了代用的人工器官。另據(jù)文獻(xiàn)記載，1504年人類首次制作并使用了具有靈活指關(guān)節(jié)的近代生物醫(yī)學(xué)材料的蓬勃發(fā)展始于上世紀(jì)30年代末40年代初，1936年有機(jī)玻璃用于臨床，1943年賽璐薄膜開始用于血液透析。在1940－1950年期間由多種生物材料制作的人工骨和關(guān)節(jié)、人工腎、人工氣管和人工尿道相繼問世。20世紀(jì)50年代至今又開發(fā)了人工血管、人工食道、心臟起博器、人工心瓣膜、人工心肺、人工肝、人工心臟、人工胰、人工血液、人工晶狀體以及其他軟組織及器官。20世紀(jì)60年代中后期出現(xiàn)的各種生物活性和可降解陶瓷及聚合物材料給生物醫(yī)學(xué)材料的研究和應(yīng)用注人了前所未有的活力，也為20世紀(jì)80年代的組織工程科學(xué)的發(fā)展奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。近代生物醫(yī)學(xué)材料的蓬勃發(fā)展始于上世紀(jì)30年代末40年代初，1(l)生物降解材料生物可降解材料主要是指那些在植入人體并經(jīng)過一段時(shí)間后，能逐漸被分解或破壞的材料。近十多年來，隨著藥物控制釋放和組織工程技術(shù)的發(fā)展，可降解材料得到迅速發(fā)展，其應(yīng)用幾乎涉及所有非永久性的植入裝置。生物材料的發(fā)展方向與熱點(diǎn)(l)生物降解材料生物可降解材料主要是指那些在植入人體(2)組織工程材料與人工器官組織工程是指應(yīng)用生命科學(xué)與工程原理及方法構(gòu)建一個(gè)生物裝置來維護(hù)、增進(jìn)人體細(xì)胞和組織的生長，以恢復(fù)受損組織或器官的功能。組織工程的基本原理和方法是，將體外培養(yǎng)的組織細(xì)胞吸附擴(kuò)增于一種生物相容性良好并可被人體逐漸降解吸收的生物材料上，形成細(xì)胞一生物復(fù)合材料。生物材料的發(fā)展方向與熱點(diǎn)(2)組織工程材料與人工器官組織工程是指應(yīng)用生命科學(xué)與(3)控制釋放材料控制釋放是指藥物以恒定速度，在一定時(shí)間內(nèi)從材料中釋放的過程。常用的材料有天然和合成高分子。藥物釋放材料大致應(yīng)具備藥物控制釋放功能和藥物靶向釋放功能。生物材料的發(fā)展方向與熱點(diǎn)(3)控制釋放材料控制釋放是指藥物以恒定速度，在一定時(shí)(4)仿生智能材料隨著生命科學(xué)的發(fā)展，人們對生物體的認(rèn)識進(jìn)一步深化。生物體中細(xì)胞能分泌出特有的細(xì)胞外基質(zhì)(ECMS)，它們是蛋白質(zhì)和糖胺聚糖(GAGS)構(gòu)建的物理、化學(xué)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。細(xì)胞與ECMS組成一個(gè)物質(zhì)、能量和信息傳遞的開放體系，構(gòu)成要素間存在多重相互作用。人們發(fā)現(xiàn)了一種新功能一涌現(xiàn)(emergent)，即對環(huán)境刺激的高度非線性響應(yīng)。這種響應(yīng)性源于相互作用的高度協(xié)同。深入了解生物大分子的協(xié)同相互作用，模仿其協(xié)同行為來構(gòu)思生物材料，可使材料具有所期望的宿主響應(yīng)性，即實(shí)現(xiàn)智能化。近年來國內(nèi)外學(xué)者對高分子凝膠及膜的刺激響應(yīng)性進(jìn)行了研究，正形成新的技術(shù)。生物材料的發(fā)展方向與熱點(diǎn)(4)仿生智能材料隨著生命科學(xué)的發(fā)展，人們對生物體的認(rèn)(5)生物材料表面改性生物相容性對材料應(yīng)用的重要性眾所周知。大量研究表明，材料表面的成分、結(jié)構(gòu)、形態(tài)和其親、疏水性以及電荷，都會(huì)影響材料與生物體之間的相互作用，通過物理、化學(xué)、生物等方法可使生物材料的生物相容性得到大幅度改善。目前這個(gè)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用受到極大關(guān)注。生物材料的發(fā)展方向與熱點(diǎn)(5)生物材料表面改性生物相容性對材料應(yīng)用的重要性眾所（6）基因載體材料

如果將緩釋載體中的藥物換成基因，則成為基因載體材料。它不僅是人類基因治療的重要技術(shù)基礎(chǔ)，也關(guān)系到基因工程技術(shù)的發(fā)展。其中現(xiàn)有的非病毒載體技術(shù)具有安全的優(yōu)點(diǎn)和轉(zhuǎn)染效率低等缺點(diǎn)，備受研究者的關(guān)注。166生物材料的發(fā)展方向與熱點(diǎn)（6）基因載體材料66生物材料的發(fā)展方向與熱點(diǎn)（7）生物醫(yī)學(xué)醫(yī)學(xué)檢測材料

檢測中常常需要使用各類生物材料，如：作為磁共振造影劑的高分子與無機(jī)物納米復(fù)合物、復(fù)合了磁性納米顆粒的微氣泡造影劑、旨在作為體外檢測器件基材等的聚碳酸酯納米纖維薄膜的靜電紡絲制備技術(shù)等。167生物材料的發(fā)展方向與熱點(diǎn)（7）生物醫(yī)學(xué)醫(yī)學(xué)檢測材料檢測中常常需要使用各類生物（1）良好的組織相容性，包括無毒性、無熱源反應(yīng)、不致畸、不致癌、不引起過敏反應(yīng)或干擾機(jī)體的免疫機(jī)理、不破壞臨近組織，也不發(fā)生材料表面的鈣化沉著等。（2）物理和化學(xué)穩(wěn)定性好，包括強(qiáng)度、彈性、尺寸穩(wěn)定性、耐腐蝕性、耐磨性以及界面穩(wěn)定性等。（3）易于加工成型，材料易于制造，價(jià)格適當(dāng)。（4）對于植入心血管系統(tǒng)或與血液接觸的材料，除能滿足以上條件外，還須具有良好的血液相容性，即不凝血（抗凝血性好）、不破壞紅細(xì)胞（不溶血）、不破壞血小板、不改變血中蛋白（特別是脂蛋白）、不擾亂電解質(zhì)平衡等。醫(yī)用金屬材料嚴(yán)格滿足如下的生物學(xué)要求：（1）良好的組織相容性，包括無毒性、無熱源反應(yīng)、不致畸、不致組織相容性要求醫(yī)用聚合物材料植入體內(nèi)后與組織、細(xì)胞接觸無任何不良反應(yīng)。當(dāng)醫(yī)用材料與裝置植入體內(nèi)某一部位后，局部的組織對異物會(huì)產(chǎn)生一種屬于機(jī)體防御的反應(yīng)，植入物周圍組織將出現(xiàn)白細(xì)胞、淋巴細(xì)胞和吞噬細(xì)胞的聚集，出現(xiàn)不同程度的炎癥，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致組織壞死。若較長時(shí)期存在植入物，材料被淋巴細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和膠原纖維包裹，形成纖維性包裹膜，使正常組織和材料隔開。如果材料無任何毒性、性能穩(wěn)定、組織相容性良好，則包裹膜會(huì)逐漸變薄直至形成無炎癥反應(yīng)的正常包裹膜，即材料為機(jī)體所接受。生物醫(yī)用高分子材料組織相容性要求醫(yī)用聚合物材料植入體內(nèi)后與組織、細(xì)胞接觸無任何血液相容性：作為體內(nèi)使用的醫(yī)用材料不可避免地將要與血液接觸，而血液與異物表面接觸時(shí)很可能發(fā)生溶血或凝血而形成血栓。因此，材料與血液的相容性問題也是醫(yī)用材料在應(yīng)用中不可忽視的一個(gè)問題。當(dāng)聚合物材料與血液表面接觸時(shí)，各種血漿蛋白質(zhì)隨材料表面性質(zhì)不同，會(huì)不同程度地迅