生物医学材料简介

生物材料简介——今日新材料生物材料生物材料的定义1分类特性3人体影响4发展前景5原理21.生物材料的定义狭义：指天然生物材料，也就是由生物过程形成的材料广义：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。2.原理生物材料学是涉及生物材料的组成结构、性能与制备相互关系和规律的科学。其主要目的是在分析天然生物材料微组装、生物功能及形成机理的基础上，发展仿生学高性能工程材料，及用于人体组织器官修复与替代的新型医用材料。其主要研究内容有：生物过程形成的材料结构、生物矿化原理，材料生物相溶性机理，生物材料自主组装、自我修复的原理。2.原理生物工程学生物工程学是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。2.原理基因工程2.原理2.原理细胞培养皿发酵工程设备3.分类、特性1.按材料功能划分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；软组织相容性材料：隐形眼睛片的高分子材料，人工晶状体等，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硬组织相容性材料：金属、聚乙烯、生物陶瓷，关节、牙齿、其它骨骼；生物降解材料：甲壳素、聚乳酸等，用于缝合线、药物载体、粘合剂等高分子多肽、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3.分类、特性2.按材料来源分类•自体材料•同种异体器官及组织•异体器官及组织•人工合成材料•天然材料3.分类、特性3.按组成和性质分类生物医用金属材料生物医用高分子：硬组织材料、软组织材料和生物降解材料生物医用无机非金属材料：生物陶瓷、生物玻璃和医用碳素材料生物医用复合材料1.医用不锈钢2.钴基合金3.医用钛和钛合金4.银汞合金……3.分类、特性生物陶瓷材料人工晶状体人工皮肤可吸收缝合线3.分类、特性医用钛合金•用于制造植入人体内的医疗器件、假体或人工器官和辅助治疗设备的钛合金。•主要有钛6铝4钒、钛5铝2.5锡、ELI钛6铝4钒等合金。它们具有比强度高、力学性质接近人骨，强度远优于纯钛，还具有耐疲劳、耐腐蚀及生物相容性优良等特点。•广泛用于各种人工关节人工骨、骨固定器件、义齿、齿科嵌、固定桥等。3.分类、特性特点（一）：生物功能性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3.分类、特性特点（二）：相容性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）。力学相容性负荷情况下，材料与所处部位的生物组织的弹性形变相匹配的性质和能力。取决于组织-界面的性质和所承受负荷的大小。3.分类、特性常见缺陷（材料反应）：（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。•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3.分类、特性常见缺陷（材料反应）：（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。3.分类、特性常见缺陷（材料反应）：（3）磨损植入器件之间切向反复的相对滑动造成表面磨损。例如：人工关节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。4.人体影响（1）局部组织反应①排异反应生物材料植人体内后，可在植人物周围发生不同程度的炎症反应。这是机体对异物进行酶解和消化的结果。②钙化：生物材料表面形成钙化经常导致材料丧失功能。③感染：感染是植入材料最常见的并发症。植入材料常常增加临床手术的感染发生率。其原因一方面是材料的污染，另一方面，植入材料本身具有很强的加重组织感染的易感性，④肿瘤⑤血液反应：主要是血栓4.人体影响（2）免疫反应有些生物材料植入后可导致全身性的免疫反应，包括体液免疫和细胞免疫反应。常见于应用接触血液的生物医学材料，如人工透析使用的透析膜等。在临床上可表现为过敏反应，容易感染，恶性肿瘤发生率高，软组织钙化或纤维化，特别是肺纤维化、钙化及动脉硬化等。5.发展前景生物材料有着强大的生命力和广阔的发展前景。现代医学正向再生和重建被损坏的人体组织和器官、恢复和增进人体生理功能、个性化和微创治疗等方向发展。传统的无生命的医用金属、高分子、生物陶瓷等常规材料已不能满足医学发展的要求，生物医学材料科学与工程面临着新的机遇与挑战。