生物材料在骨科臨床應(yīng)用

生物醫(yī)用材料

在骨科臨床應(yīng)用

生物材料的概念生物材料(Biomaterials)即生物醫(yī)學(xué)材料(BiomedicalMaterials)生物醫(yī)用材料的用途替代損害的器官或組織

如：人造心臟瓣膜、假牙、人工血管等改善或恢復(fù)器官功能的材料

如：隱型眼鏡、心臟起搏器等用于治療過程

如：介入性治療血管內(nèi)支架、用于血液透析的薄膜、藥物載體與控釋材料等生物材料開展概況—古代生物材料開展概況—近代生物材料開展概況—現(xiàn)代生物材料取得實質(zhì)性進展

始于20世紀(jì)20年代生物材料的分類按材料性質(zhì)分類按材料功能分類按材料來源分類按使用部位分類通常按材料性質(zhì)分類金屬材料

不銹鋼鈷基合金鈦基合金等廣泛應(yīng)用于人工假體人工關(guān)節(jié)醫(yī)療器械非金屬材料

無機材料 有機材料無機材料 主要是生物陶瓷 分為惰性生物陶瓷如氧化鋁生物陶瓷 外表生物活性陶瓷如磷酸鈣基生物陶瓷 可降解生物陶瓷如β-磷酸三鈣陶瓷等有機材料PMMA 聚乙交酯聚丙交酯 生物膠聚乳酸通常按材料性質(zhì)分類高分子材料根據(jù)來源分天然和合成

天然 如多糖類、蛋白類

合成如硅橡膠、聚乙烯、聚乳酸、 聚四氟乙烯等

用于人體器官組織關(guān)節(jié)藥物載體等生物復(fù)合材料不同種材料混合或結(jié)合克服單一材料缺點可獲性能更優(yōu)的材料按材料功能分類硬組織相容性材料用于關(guān)節(jié)牙齒及其他骨組織軟組織相容性材料用于人工皮膚人工氣管人工食道等血液相容性材料用于人工血管人工心臟血漿別離膜血液灌流用吸附劑細(xì)胞培養(yǎng)基材等生物降解材料用于吸收型縫合線藥物載體愈合材料粘合劑及組織缺損用修復(fù)材料按材料來源分類自體組織如人體髂骨血管等同種異體器官及組織異種器官及組織天然生物材料動物骨膠原甲殼素珊瑚等人工合成材料人工合成的新型材料按使用部位分類硬組織材料骨、牙齒用材料軟組織材料軟骨、臟器用材料心血管材料心血管以及導(dǎo)管材料血液代用材料人工紅血球血漿等別離、過濾、透析膜材料血液凈化腎透析及人工肺氣體透過材料等對生物醫(yī)用材料的根本要求良好的生物相容性良好的化學(xué)穩(wěn)定性滿足生物力學(xué)要求可滅菌可成型易加工生物相容性無毒無刺激無致畸致敏致突變或致癌在體內(nèi)不被排斥無炎癥無慢性感染不引起周圍組織局部或全身性反響最好能與骨形成化學(xué)結(jié)合具有生物活性無溶血凝血反響等化學(xué)穩(wěn)定性耐體液侵蝕不產(chǎn)生有害降解產(chǎn)物不產(chǎn)生吸水膨潤軟化變質(zhì)自身不變化生物力學(xué)要求

足夠的靜態(tài)強度

如抗彎抗壓拉伸剪切等有適當(dāng)?shù)膹椥阅Ａ亢陀捕饶推谀Σ聊p其它要求良好的空隙度體液及組織易長入易加工成形使用操作方便消毒滅菌不變質(zhì)等性能生物材料在骨科的應(yīng)用不銹鋼鈷基合金鈦合金記憶合金生物材料在骨科領(lǐng)域—開展最迅速應(yīng)用最廣泛一、金屬材料

1、不銹鋼加Mo的鈷基合金耐腐蝕性是不銹鋼如316的40倍鈷鉻鉬合金的生物相容性超過鐵鉻鎳和鈷鉻合金鈷基合金的耐磨性是所有醫(yī)用金屬材料中最好的更適于體內(nèi)的長期植入物用于人工關(guān)節(jié)接骨板骨釘?shù)菴oCrMo合金制股骨帽2、鈷基合金骨科應(yīng)用以純鈦和TC4(Ti-6Al-4V)為主強度不如鈷基合金耐腐蝕性好與人體組織反響很弱鈦合金的密度小彈性模量低接近于天然骨有良好的耐疲勞性能廣泛用于制作人工關(guān)節(jié)接骨板骨螺釘髓內(nèi)釘?shù)?、鈦基合金1951年美國首次報道Au-Cd〔金-鎘〕合金具形狀記憶效應(yīng)目前已有20多種記憶合金其中鎳鈦合金臨床上應(yīng)用最大不同的溫度下表現(xiàn)為不同的金屬結(jié)構(gòu)相如低溫時為單斜結(jié)構(gòu)相高溫為立方體結(jié)構(gòu)相前者柔軟可隨意變形后者剛硬可恢復(fù)原形狀并在形狀恢復(fù)過程中產(chǎn)生較大的恢復(fù)力4、形狀記憶合金脊椎矯正植入體特點奇特的形狀記憶功能質(zhì)輕磁性微弱強度較高耐疲勞性高回彈性和生物相容性好應(yīng)用

人工關(guān)節(jié)骨折連接脊柱側(cè)凸矯形等5、純金屬鉭〔Ta〕生物陶瓷是經(jīng)高溫處理所成的無機非金屬材料二、非金屬材料〔一〕無機材料惰性生物陶瓷生物體內(nèi)與組織反響很小如氧化鋁陶瓷用于人工關(guān)節(jié)活性生物陶瓷生理環(huán)境下與組織界面形成化學(xué)鍵結(jié)合系骨性結(jié)合如羥基磷灰石等陶瓷及生物活性玻璃生物活性微晶玻璃用于需骨長入的假體外表涂層人工植骨材料等可吸收生物陶瓷在生物體內(nèi)逐漸降解被骨組織吸收如磷酸三鈣等多用于填充植骨材料分類及骨科應(yīng)用高純氧化鋁生物陶瓷制備關(guān)節(jié)頭無釩鈦合金制備關(guān)節(jié)柄在柄部涂覆生物活性陶瓷涂層有效解決人工關(guān)節(jié)易磨損生物相容性不佳松動下沉等問題提高使用壽命可降解陶瓷藥物載體植入骨病灶區(qū)可持續(xù)緩慢釋放藥物有效治療骨結(jié)核骨腫瘤等且兼有補骨作用生物醫(yī)用高分子材料分子量在幾萬至幾百萬如蛋白質(zhì)棉毛木材松香橡膠塑料合成纖維按來源分天然和人工合成兩種〔二〕有機材料天然高分子生物材料—膠原蛋白組織相容性好植入人體后無刺激性無毒性反響促進細(xì)胞增殖加快創(chuàng)口愈合并具可降解性可被人體吸收降解產(chǎn)物無毒副作用膠原凝膠—創(chuàng)傷敷料粉末—止血劑和藥物釋放系統(tǒng)紡絲纖維—人工血管人工皮人工肌腱外科縫線海綿—創(chuàng)傷敷料和止血劑等天然高分子生物材料—纖維蛋白合成高分子生物材料—硅橡膠平均分子量>40萬有機硅彈性體的主要成分含有硅原子的特種合成橡膠的總稱無毒無味生物相容性好耐生物老化抗凝血性較好長期植入體內(nèi)物理性能下降甚微耐高溫嚴(yán)寒(-90°-250°)良好的電絕緣性耐氧老化耐光老化防霉化學(xué)穩(wěn)定性主要用于人工髓核DIAM合成高分子生物材料

—聚四氟乙烯〔PTFE〕合成高分子生物材料

—聚甲基丙烯酸甲酯〔PMMA〕具良好生物相容性耐老化性機械強度較高用于骨水泥合成高分子生物材料—聚乳酸組織工程近年來新興的多學(xué)科交叉生命科學(xué)目的是修復(fù)和再生受損組織或器官幫助恢復(fù)受損組織的功能提高生活質(zhì)量解決器官短缺和免疫抑制等問題組織工程定義利用工程學(xué)和生命科學(xué)根本原理開發(fā)能恢復(fù)維持或改善受損組織或器官功能的生物替代物綜合了細(xì)胞生物學(xué)工程學(xué)材料學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域用活細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)或骨架構(gòu)造一個新的功能化組織或器官研究領(lǐng)域