生物醫(yī)學材料簡介

1、生物材料簡介,——今日新材料,,,,生物材料,1.生物材料的定義,狹義：指天然生物材料，也就是由生物過程形成的材料廣義：生物材料用于人體組織和器官的診斷、修復或增進其功能的一類高技術材料，即用于取代、修復活組織的天然或人造材料，其作用藥物不可替代。生物材料能執(zhí)行、增進或替換因疾病、損傷等失去的某種功能，而不能恢復缺陷部位。,,2.原理,生物材料學是涉及生物材料的組成結構、性能與制備相互關系和規(guī)律的科學。其主要目的是在分析天然生物

2、材料微組裝、生物功能及形成機理的基礎上，發(fā)展仿生學高性能工程材料，及用于人體組織器官修復與替代的新型醫(yī)用材料。其主要研究內容有：生物過程形成的材料結構、生物礦化原理，材料生物相溶性機理，生物材料自主組裝、自我修復的原理。,2.原理,生物工程學生物工程學是70年代初，在分子生物學、細胞生物學等的基礎上發(fā)展起來的，包括基因工程、細胞工程、酶工程、發(fā)酵工程等，他們互相聯(lián)系，其中以基因工程為基礎。只有通過基因工程對生物進行改造，才有可能按人類

3、的愿望生產出更多更好的生物產品。而基因工程的成果也只有通過發(fā)酵等工程才有可能轉化為產品。,2.原理,基因工程,2.原理,2.原理,細胞培養(yǎng)皿,發(fā)酵工程設備,3.分類、特性,按材料功能劃分 血液相容性材料：如人工瓣膜、人工氣管、人工心臟、血漿分離膜、血液灌流用吸附劑、細胞培養(yǎng)基材等；軟組織相容性材料：隱形眼睛片的高分子材料，人工晶狀體等，用于人工皮膚、人工氣管、人工食道、人工輸尿管、軟組織修補等領域硬組織相容性材料：金屬、聚乙烯、生

4、物陶瓷，關節(jié)、牙齒、其它骨骼；生物降解材料：甲殼素、聚乳酸等，用于縫合線、藥物載體、粘合劑等高分子多肽、胰島素、人工合成疫苗等 用于糖尿病、心血管、癌癥以及炎癥等,3.分類、特性,2. 按材料來源分類自體材料同種異體器官及組織異體器官及組織人工合成材料天然材料,3.分類、特性,3.按組成和性質分類生物醫(yī)用金屬材料生物醫(yī)用高分子：硬組織材料、軟組織材料和生物降解材料生物醫(yī)用無機非金屬材料：生物陶瓷、生物

5、玻璃和醫(yī)用碳素材料生物醫(yī)用復合材料,,1.醫(yī)用不銹鋼2.鈷基合金3.醫(yī)用鈦和鈦合金4.銀汞合金……,3.分類、特性,生物陶瓷材料,人工晶狀體,人工皮膚,可吸收縫合線,3.分類、特性,醫(yī)用鈦合金用于制造植入人體內的醫(yī)療器件、假體或人工器官和輔助治療設備的鈦合金。主要有鈦6鋁4釩、鈦5鋁2.5錫、ELI鈦6鋁4釩等合金。它們具有比強度高、力學性質接近人骨，強度遠優(yōu)于純鈦，還具有耐疲勞、耐腐蝕及生物相容性優(yōu)良等特點。廣泛用于各種

6、人工關節(jié)人工骨、骨固定器件、義齒、齒科嵌、固定橋等。,3.分類、特性,特點（一）：生物功能性承受或傳遞負載功能：如人造骨骼、關節(jié)和牙等，占主導地位控制血液或體液流動功能：如人工瓣膜、血管等電、光、聲傳導功能：如心臟起博器、人工晶狀體、耳蝸等填充功能：如整容手術用填充體等,3.分類、特性,特點（二）：相容性生物相容性 可概括為材料和活體之間的相互關系，主要包括血液相容性和組織相容性（無毒性、無致癌性、無熱

7、原反應、無免疫排斥反應等）。力學相容性負荷情況下，材料與所處部位的生物組織的彈性形變相匹配的性質和能力。取決于組織-界面的性質和所承受負荷的大小。,3.分類、特性,常見缺陷（材料反應）：（1）金屬腐蝕生物體內的腐蝕性環(huán)境： ①含鹽的溶液是極好的電解質，促進了電化學腐蝕和水解； ②組織中存在具有催化或迅速破壞外來成分能力的多種分子和細胞。將對生物金屬材 料產生腐蝕。雖然金屬材料在生物

8、體內保持惰性狀態(tài)，但仍然可能會有物質溶入生物組織中，并對生物體組織產生毒性反應，造成組織的損害。如不銹鋼中溶出的Cr+6生物組織的毒性,3.分類、特性,常見缺陷（材料反應）：（2）聚合物降解聚合物在長期使用過程中，由于受到氧、熱、紫外線、機械、水蒸氣、酸堿及微生物等因素作用，逐漸失去彈性，出現(xiàn)裂紋，變硬、變脆或變軟、發(fā)粘、變色等，從而使它的物理機械性能越來越差的現(xiàn)象。聚合物老化易形成的碎片、顆粒、小分子量單體物質，因此使用它時必須

9、謹慎，對耐久性器件，必須保持一定強度和其它機械性能，老化產物不能對周圍組織有毒害作用。,3.分類、特性,常見缺陷（材料反應）：（3）磨損植入器件之間切向反復的相對滑動造成表面磨損。例如：人工關節(jié)由于表面易氧化生成TiO2，其耐磨性差，植入人體后，磨損造成在關節(jié)周圍組織形成黑褐色稠物，從而引起疼痛。,4.人體影響,（1）局部組織反應①排異反應生物材料植人體內后，可在植人物周圍發(fā)生不同程度的炎癥反應。這是機體對異物進行酶解和消化的

10、結果。②鈣化：生物材料表面形成鈣化經常導致材料喪失功能。③感染：感染是植入材料最常見的并發(fā)癥。植入材料常常增加臨床手術的感染發(fā)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強的加重組織感染的易感性，④腫瘤 ⑤血液反應：主要是血栓,4.人體影響,（2）免疫反應有些生物材料植入后可導致全身性的免疫反應，包括體液免疫和細胞免疫反應。常見于應用

11、接觸血液的生物醫(yī)學材料，如人工透析使用的透析膜等。在臨床上可表現(xiàn)為過敏反應，容易感染，惡性腫瘤發(fā)生率高，軟組織鈣化或纖維化，特別是肺纖維化、鈣化及動脈硬化等。,5.發(fā)展前景,生物材料有著強大的生命力和廣闊的發(fā)展前景。現(xiàn)代醫(yī)學正向再生和重建被損壞的人體組織和器官、恢復和增進人體生理功能、個性化和微創(chuàng)治療等方向發(fā)展。傳統(tǒng)的無生命的醫(yī)用金屬、高分子、生物陶瓷等常規(guī)材料已不能滿足醫(yī)學發(fā)展的要求，生物醫(yī)學材料科學與工程面臨著新的機遇與挑戰(zhàn)。,