生物医学材料和人工器官

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1、第三讲生物医学材料和人工器官1生物医学材料的发展概况2生物医学材料安全性评价3生物医学材料的基本要求4生物医学材料分类及性能5医用金属材料6医用高分子材料7其他生物医学材料8生物医学材料发展趋势生物医学材料1生物医学材料的发展概况生物医学材料(BiomedicalMaterials)是生物医学科学中一个较新分支学科，是生物、医学、化学和材料科学交叉形成的边缘学科。具体涉及到化学、物理学、高分子化学、高分子物理学、生物物理学、生物化学、生理学、药物学、基础与临床医学等很多学科。ISO定义，生物医学材料是指“以医疗为目的，用于与组织接触以形成功能

2、的无生命的材料”。另有定义是：具有天然器官组织的功能或天然器官部分功能的材料。3500年前，古埃及人就利用棉纤维、马鬃作缝合线缝合伤口；印第安人使用木片修补受伤的颅骨。中国和埃及在2500年前的墓葬中发现有假牙、假鼻和假耳。人类很早就用黄金来修复缺损的牙齿，并沿用至今。1775年就有用金属固定体内骨折的记载。1851年发明了天然橡胶的硫化方法后，有人采用硬胶木制作了人工牙托的颚骨。器官移植取得巨大进展，但存在排异、器官来源、法律、伦理等难题。因此医学界对生物医学材料和人工器官的要求日益增加。目前被详细研究过的生物材料已超过1000种，被广泛应

3、用的有90多种，1800多个制品。西方国家每年耗用生物材料量以10~15%的速度增长。我国生物材料的研究起步较晚，随着政府的重视和投入的不断增加，取得一批较高水平的研究成果，如生物活性骨、关节系统替换材料、人工心脏瓣膜等心血管替换材料以及眼科手术用高分子复合材料等。2生物医学材料安全性评价生物医学材料的安全性评价：指采用生物学的方法来检测被检材料对受体的毒副作用，从而预测该材料在医学应用中的安全性。包括对局部组织、血液与整体反应及对受体的遗传效应。生物医学材料的安全性评价本身是一个不断发展的领域，“安全性”是相对的概念。根据材料与制品使用目的

4、的不同制定各种安全性评价程序。ASTM(美国材料试验标准)。3生物医学材料的基本要求临床医学对生物医学材料有以下基本要求：无毒性、不致癌、不致畸、不引起人体细胞的突变和组织细胞的反应；与人体组织相容性好，不引起中毒、溶血凝血、发热和过敏等现象；化学性质稳定，抗体液、酶的作用；具有与天然组织相适应的物理机械特性；针对不同的使用目的具有特定的功能。4生物医学材料的分类及性能两种分类方法按应用性质来分类：抗凝血材料(心血管材料)、齿科材料、骨科材料、眼科材料、吸附解毒材料(血液灌流用)、假体材料、缓释材料、生物粘合材料、透析及超滤用膜材料、一次性医

5、用材料等。按材料属性分类：天然生物材料—再生纤维、胶原、透明质酸、甲壳素等。合成高分子生物材料—硅橡胶、聚氨脂及其嵌段共聚物、涤纶、尼龙、聚丙烯腈、聚烯烃医用金属材料—不锈钢、钛及钛合金、钛镍记忆合金等无机生物医学材料—碳素材料、生物活性陶瓷、玻璃材料杂化生物材料—来自活体的天然材料与合成材料的杂化，如胶原与聚乙烯醇的交联杂化等复合生物材料—用碳纤维增强的塑料，用碳纤维或玻璃纤维增强的生物陶瓷、玻璃等生物材料是研制人工器官及一些重要医疗技术的物质基础，综观人工器官及医疗装置的发展史，每一种新型生物材料的发现都引起了人工器官及医疗技术的飞跃。生

6、物惰性医用硅橡胶—人工耳、人工鼻、人工颌骨等血液相容性较好的各向同性碳被复材料—碟片式机械心脏瓣膜血液亲和性及物理机械性能较好的聚氨酯嵌段共聚物—促使人工心脏向临床应用跨越一大步可形成假生物内膜的编织涤纶管—人工血管进入实用化5医用金属材料在生物医学材料中，金属材料应用最早，唐代就用银汞合金(主要成份：汞、银、铜、锡、锌)来补牙。医用金属材料是指一类用作生物材料的金属或合金，又称外科用金属材料。属于生物惰性材料，除具有较高的机械强度和抗疲劳性能，具有良好的生物力学性能及相关的物理性质外，还必须具有优良的抗生理腐蚀性、生物相容性、无毒性和简易可

7、行的手术操作技术。医用金属材料是临床应用最广泛的承力植入材料，由于有较高的强度和韧性，已成为骨和牙齿等硬组织修复和替换、心血管和软组织修复以及人工器官制造的主要材料。大部分金属不符合生物材料的要求，仅有小部分或经处理过的可用于临床。目前在临床使用的医用金属材料主要有不锈钢、钴基合金和钛基合金三大类，另外还有记忆合金、贵金属以及纯金属钽、铌和铬等。常用医用金属材料不锈钢钴(Co)基合金钛(Ti)基合金形状记忆合金贵金属5.1不锈钢铁基耐蚀合金(一般由铁、铬、镍、钼、锰、硅组成)，易加工、价格低廉。不锈钢的耐蚀性和屈服强度可以通过冷加工而提高，避

8、免疲劳断裂。不锈钢可制成多种形体，如针、钉、髓内针、齿冠、三棱钉等器件和人工假体而用于临床，不锈钢还用于制作各种医疗仪器和手术器械。颅固定钢板、钢钉手术器械5.2钴