@生物材料

生物材料•生物材料用于人体组织和器官的诊断、修复或增进其功能的一类高技术材料，即用于取代、修复活组织的天然或人造材料，其作用药物不可替代。生物材料能执行、增进或替换因疾病、损伤等失去的某种功能，而不能恢复缺陷部位。•简介•生物材料又称生物工艺学或生物技术。应用生物学和工程学的原理，对生物材料、生物所特有的功能，定向地组建成具有特定性状的生物新品种的综合性的科学技术。生物工程学是70年代初，在分子生物学、细胞生物学等的基础上发展起来的，包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程等，他们互相联系，其中以基因工程为基础。只有通过基因工程对生物进行改造，才有可能按人类的愿望生产出更多更好的生物产品。而基因工程的成果也只有通过发酵等工程才有可能转化为产品。•医学上通过生物工程可以生产出大量廉价的防治人类疾病的药物，如入胰岛素、干扰素、生长激素、乙型肝炎疫苗等。生物工程在食品、轻工中的应用面也很广。1983年美国用生物工程生产的用于制作饮料的高果糖浆的年产量达600万吨，从而使蔗糖的消耗量减少一半。采用生物工程技术，使育种工作发生了很大变化，如把抗病基因转移到烟草中去，已培育出防止害虫的烟草新品种；把低等生物根瘤菌的固氮基因转移到高等作物的细胞中，使之能自己制造氮肥，也取得了一定成果。目前世界各国对生物工程十分重视，我国也把生物工程列为重点发展的科研项目之一。生物工程学的研究将对人类的生产方式和生活方式产生巨大的影响。性能•生物功能性•指生物材料具备或完成某种生物功能时应该具有的一系列性能。•根据用途主要分为:•*承受或传递负载功能。如人造骨骼、关节和牙等，占主导地位•*控制血液或体液流动功能。如人工瓣膜、血管等•*电、光、声传导功能。如心脏起博器、人工晶状体、耳蜗等•*填充功能。如整容手术用填充体等生物相容性•指生物材料有效和长期在生物体内或体表行使其功能的能力。用于表征生物材料在生物体内与有机体相互作用的生物学行为。•根据材料与生物体接触部位分为：•*血液相容性。材料用于心血管系统与[[血液]]接触，主要考察与血液的相互作用•*与心血管外的组织和器官接触。主要考察与组织的相互作用，也称一般生物相容性•*力学相容性。考察力学性能与生物体的一致性相关研究•材料学相关研究的专家、学者您是否想知道哪里才是您高水平学术论文的发表园地？•以下是2007年《中国组织工程研究与临床康复》杂志已发表文章例举•关键词：生物材料学生物功能材料生物医用材料生物陶瓷材料生物医学材料7生物质材料高纯生物材料生物医用高分子材料•研究与报告•《牛心包衍生材料引导成骨效应的x射线和骨密度评估》•《评价ti-6al-7nb合金的细胞相容性及其组织相容性》•综述与专论•《血管内皮生长因子在口腔颌面骨组织工程中的应用》•《牙组织工程的研究现状和展望》•技术与方法•《氯磷酸二钠表面改性羟基磷灰石血清蛋白吸附行为的改变》•《人成釉蛋白抗体的制备及组织表达特异性》•研究快报•《新型材料vitapex糊剂一次性根管充填与常规材料根管充填效果比较》•《钛表面粗糙度对牙周韧带细胞早期附着的影响》•学术探讨•《碳纳米管在生物医学领域的应用现状及展望》•经验交流•《金－瓷修复体瓷边缘的制作技术》•本刊生物材料研究重点组稿内容：•研究对象：心、脑血管组织工程支架材料；骨及软骨组织工程支架材料；新型功能复合生物材料；口腔材料；人工器官材料；微胶囊材料；药物控制释放材料；载药栓塞剂；生物微反应器•研究内容：力学性能；理化性能；耐蚀性能；材料表面改性；细胞黏附性能；组织相容性、血液相容性；生物安全性；生物降解性；骨传导性；血液-材料相互作用评价；体内实验及评价；生物材料临床应用特点•生物材料主要用在人身上，对其要求十分严格，必须具有四个特性：•（1）生物功能性。因各种生物材料的用途而异，如：作为缓释药物时，药物的缓释性能就是其生物功能性。•（2）生物相容性。可概括为材料和活体之间的相互关系，主要包括血液相容性和组织相容性（无毒性、无致癌性、无热原反应、无免疫排斥反应等）。•（3）化学稳定性。耐生物老化性（特别稳定）或可生物降解性（可控降解）。•（4）可加工性。能够成型、消毒（紫外灭菌、高压煮沸、环氧乙烷气体消毒、酒精消毒等）。2.材料在生物体内的响应－材料反应•生物机体作用于生物材料－材料反应，其结果可导致材料结构破坏和性质改变而丧失其功能。可分为如下三个方面：•*金属腐蚀•*聚合物降解•*磨损•（1）金属腐蚀•生物体内的腐蚀性环境：（1）含盐的溶液是极好的电解质，促进了电化学腐蚀和水解；（2）组织中存在具有催化或迅速破坏外来成分能力的多种分子和细胞。将对生物金属材料产生腐蚀。•对于生物材料而言多为局部腐蚀，具体包括应力腐蚀开裂、点腐蚀、晶间腐蚀、腐蚀疲劳以及缝隙腐蚀等，导致生物材料整体破坏。•虽然金属材料在生物体内保持惰性状态，但仍然可能会有物质溶入生物组织中，并对生物体组织产生毒性反应，造成组织的损害。如不锈钢中溶出的Cr＋6生物组织的毒性。•（2）聚合物降解•聚合物在长期使用过程中，由于受到氧、热、紫外线、机械、水蒸气、酸碱及微生物等因素作用，逐渐失去弹性，出现裂纹，变硬、变脆或变软、发粘、变色等，从而使它的物理机械性能越来越差的现象。•聚合物老化易形成的碎片、颗粒、小分子量单体物质，因此使用它时必须谨慎，对耐久性器件，必须保持一定强度和其它机械性能，老化产物不能对周围组织有毒害作用。•例如，医用缝合线降解时会产生酸性物质，如果量少，很容易被人体中的化学物质中和，如果老化产物较大，则会对周围组织产生损害。•（3）磨损•人工关节常用材料为Ti6Al4V，由于表面易氧化生成TiO2，其耐磨性差，植入人体后，磨损造成在关节周围组织形成黑褐色稠物，从而引起疼痛。钛合金人工全髋关节平均寿命一般都低于10年。•目前，大量的人工髋关节是由坚硬的金属或陶瓷的股骨头与超高分子聚乙烯的髋臼杯组合成，然而它的寿命也不超过25年。长期随访资料显示，假体失败的主要原因是超高分子聚乙烯磨损颗粒所造成的界面骨溶解，从而导致假体松动。这种磨损颗粒所导致的异物－巨细胞反应，又称颗粒病，是晚期失败的最主要原因。应用及发展•1.生物材料的一般性能要求•（1）生物相容性•生物相容性主要包括血液相容性、组织相容性。材料在人体内要求无不良反应，不引起凝血、溶血现象，活体组织不发生炎症、排拒、致癌等。•（2）力学性能•材料要有合适的强度、硬度、韧性、塑性等力学性能以满足耐磨、耐压、抗冲击、抗疲劳、弯曲等医用要求。•（3）耐生物老化性能•材料在活体内要有较好的化学稳定性，能够长期使用，即在发挥其医疗功能的同时要耐生物腐蚀、耐生物老化。•（4）成形加工性能•容易成形和加工，价格适中。•2.生物材料分类•按材料功能划分：•*1、血液相容性材料如人工瓣膜、人工气管、人工心脏、血浆分离膜、血液灌流用吸附剂、细胞培养基材等；•*2、软组织相容性材料如隐形眼睛片的高分子材料，人工晶状体、聚硅氧烷、聚氨基酸等，用于人工皮肤、人工气管、人工食道、人工输尿管、软组织修补等领域；•*3、硬组织相容性材料如医用金属、聚乙烯、生物陶瓷等，关节、牙齿、其它骨骼等；•*4、生物降解材料如甲壳素、聚乳酸等，用于缝合线、药物载体、粘合剂等；•*5、高分子药物多肽、胰岛素、人工合成疫苗等，用于糖尿病、心血管、癌症以及炎症等。•按材料来源分类：•*1、自体材料•*2、同种异体器官及组织；•*3、异体器官及组织；•*4、人工合成材料；•*5、天然材料•根据组成和性质分为：•*1、生物医用金属材料•*2、医用高分子材料•*3、医用无机非金属材料性能评价•1.生物材料机械性能评价•#医用金属作为受力期间，在人体内服役，其受力状态及其复杂，如人工关节，每年要承受约3.6×106次、且数倍于人体重量的载荷冲击和磨损。•#人体骨的力学性能因年龄、部位而异，评价骨和材料的机械性能最重要的指标有：抗拉抗压强度、屈服强度、弹性模量。疲劳极限和断裂韧性等；•#对于摩擦部位的材料，一般用硬度反映其耐磨性能。•#弹性模量是生物材料的重要性质之一，过高过低都不行。模量相对与骨过高，在应力作用下，承受应力的金属和骨将产生不同的应变，在金属与骨的接触面会出现相对位移，从而造成界面处松动；长时间下，还会造成应力屏蔽，引起骨组织的功能退化和吸收。过低，变形较大，起不到固定和支撑作用。•2.生物学评价标准•生物材料的生物学评价一般按用途、接触方式、接触人体部位和接触时间等划分，但标准还未完全实现统一，且随着新一般生物相容材料向智能生物材料（如组织工程材料）转变，标准还在完善。•目前各国在已基本统一的国际标准化组织提出的生物标准上，保留了各自的特点。•目前已有的标准有：•1、ISO10993.1－1992至ISO10993.12－1992；•2、美国ASTM（F748－82）标准；•3、我国在美国和日本的基础上，1997年由卫生部颁布了我们自己的标准。生物功能材料•生物功能材料分类•国家已将生命生物功能材料的发展可分为两个方面，即功能生物材料和仿生功能材料。功能生物材料的研究在于开发生物材料的物理、化学、生物特性的应用。本文着重叙述了生物组织电性能的研究及生物光电材料的应用；提出从生物活性材料活动规律研究入手，由生物模型简化为数学、物理模型从而设计出仿生功能材料的方法。举例说明了生物功能材料的发展对改变传统生产方式及对高科技产业的巨大影响，并对国民经济的发展有很大的促进作用。•科学和新材料科学列为二十一世纪重点发展的领域，而生物材料学作为生命科学和材料科学的前沿性交叉学科，更是优先发展的重点。生物功能材料专业正是根据社会发展的需要，特别是生物医学工程、组织工程和药物释放等交叉学科技术的迅速发展对专业人才的迫切需求而设立的。本专业培养具有材料科学与工程、生物学和医学等领域的相关知识，掌握生物材料的基础和专业知识，能在生物材料的制备、改性、加工成型及应用等领域从事基础研究、应用研究和技术开发等的综合型高级技术人才。•本专业是材料学、生物学和医学等学科领域的跨学科专业，主干学科有高分子材料科学与工程、生物医学工程。本专业现有教师13人，其中教授6人，副教授4人，全部具有博士学位，主要从事生物材料和生物医学工程方面的教学与科研工作。背靠学科—高分子材料与工程专业的师资力量也十分雄厚，目前有教授27名，副教授38名，主要从事高分子材料与工程方面的教学与科研工作。而且本专业在人才培养、学术交流等方面与国内外有广泛的合作，已与韩国釜山大学和日本工学院大学生命科学建立了长期合作关系。•本专业开设的主要课程有生物化学、分子生物学、生物医学工程、高分子化学、高分子物理、生物医学材料学、生物材料制备与加工、生物材料综合实验等专业基础及专业课程。同时加大了选修课的比例，开设有生物医用高分子改性、组织工程学、控制释放理论与应用、生物可降解高分子、环境材料基础等选修课程，课程注重与当前科学研究的前沿热点相结合，既让学生对该领域有较广泛深入的了解，又能对其日后的科研、工作有所启发。•由于生物功能材料是一门正在高速发展的交叉学科，因此随着相关研究和技术的进步，本专业毕业生就业、继续升学和出国深造的前景广阔。本专业毕业生适应能力强、就业面宽，毕业后可在研究院所、设计院、大专院校和企事业单位工作。聚乳酸•从事生物降解环保材料--聚乳酸及其制品的研发、生产和销售的高科技公司。•聚乳酸（PLA）是一种可生物降解的新型高分子材料，它以绿色植物经过现代生物技术生产出的乳酸为原料，再经过特殊的聚合反应过程生成的高分子材料，也被称为生物质塑料。•聚乳酸材料具有完全可降解性，在自然界中微生物的作用下可彻底分解成水和二氧化碳，在不增加环境负担同时还可以肥田改良土壤。聚乳酸是以可再生的生物资源而非石油资源为原料的生物基高分子，摆脱了人类对石油资源的过分依赖。聚乳酸制品废弃后的任何一种处理方式如燃烧、堆肥、掩埋等手段，都是把二氧化碳返回自然界，这些二氧化碳在随后会、植物的光合作用过程中得到重新利用，成为一个永恒的封闭的碳循环系统，不会造成大气中的二氧