关于生物医用材料的分析

关于生物医用材料的分析

自动化41 2140504024 张吉仲

人与动物的最根本的区别就是人类可以使用工具，那么工具从何而来，必是由材料制成的，可见材料同工具一样，在人类的发展史上占据和举重若轻的作用。从早期的石器时代，到青铜器，铁器，再到纸的出现，各种金属材料的大量使用，最后到如今的纳米技术，信息材料，材料的发展不可谓不快，而材料的发展也从一定程度上反映出了人类社会，正向着更高层次发展着。

公元前4000到5000年，当人类刚刚出现在这个星球上时，还是主要使用由木头石头骨头等简单材料制成的简单的工具，在如今开来，这些工具是如此简陋和落后，但正是因为这些工具，人类才走上了正确的发展之路，才开创了对材料的应用与研究，对美好生活的向往，激励着人们寻找新的材料。于是便有了陶器，各种陶器不仅开启了人类的新石器时代，还给人们的生活带来了便利，更在历史上留下了重要的刻印。炭加热铜得到青铜，于是由产生了青铜器，作为历史上的第一种合金，它的历史地位不可谓不高，人类由青铜制出了鼎，编钟等有代表性的青铜器。而随着开采铁和炼铁技术的高速发展，铁器时代随之而来，作为地面上含量最多的金属，铁的发现也是社会发展必然的结果，铁器伴随人类发展经历了相当长的时间，即使在今天，铁器的使用仍然十分广泛地存在在人类社会中。而进入十九世纪以来，各种新型材料如雨后春笋般出现，1824年英国第一次制造出了现代意义上的水泥材料，开创了水泥时代，水泥开始广泛应用到人类的生活中，各种楼房和桥梁的建设都离不来水泥材料。随后的钢铁材料的出现更是具有跨时代的意义，我想世界上没有那个国家能够离开钢铁材料，每一个国家都会大炼钢铁，促进钢铁材料的发展，就意味着工业的飞速发展。而如今，我们迎来了新材料时代，包括铝合金，钛材料，计算机材料，电子管，晶体管，集成电路，信息材料，航天与汽车材料在内的一系列新型材料，而其中最重要的我认为当属生物医用材料。

什么是生物医用材料呢？生物医用材料是用来对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的材料，这是百度百科给予的权威答案。生物医用材料是用来对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的材料。它是研究人工器官和医疗器械的基础，已成为当代材料学科的重要分支，尤其是随着生物技术的蓬勃发展和重大突破，生物医用材料已成为各国科学家竞相进行研究和开发的热点。其特点十分突出：用于与生命系统接触和发生互相作用的，并能对细胞组织器官进行诊断治疗、替换修复和诱导再生的一类特殊的功能材料。生物材料是材料科学领域中正在发展的多种学科相互交叉渗透的领域，其研究领域内容涉及材料科学、生命科学、化学、生物学、解剖学、病理学、临床医学、药物学等学科，同事还涉及工程技术和管理学科的范畴。

为什么说它重要，众所周知，生命对于人来说最为重要，且最为宝贵，没有健康的身体，任何财富和事业都是徒劳，而生物材料正是可以挽救和维持成千上万患者生命的一种学科，它可以再生新的器官，新的组织，这听起来像是天方夜谭，但随着医学材料的发展，这些都将成为现实。生物材料的发展具有悠久的历史，其开端还要追溯到公元前5000年的埃及，古老的埃及人用黄金修复牙齿，标志着生物材料的产生，而近代的生物材料的开端是在1588年用黄金版修复颚骨，从那之后，各种生物材料开始兴起，从一开始单一的黄金材料，到后来各种金属，天然橡胶以及硫酸钙等无机物。而到了现代，生物材料更多的是不锈钢，合金等材料，人们曾经成功地用不锈钢应用于骨科和口腔科治疗，用合金制作了接骨板和骨钉等固定器械。从20世纪60年代以后，生物陶瓷应用，伴随的还有医用的高分子材料，制作人工心脏瓣膜，人工血管，人工骨，手术缝合等。生物医用材料是研制人工器官以及一些重要

医疗技术的物质基础，纵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。截至目前，被详细研究过的生物医用材料已经超过了1000种，被广泛应用的有90多种材料，1800多种制品。

人类利用生物医用材料的历史与人类历史一样漫长。自从有了人类，人们就不断地与各种疾病作斗争，生物医用材料是人类同疾病作斗争的有效工具之一。追溯生物医用材料的历史，公元前约3500年古埃及人就利用棉花纤维、马鬃作缝合线缝合伤口。而这些棉花纤维、马鬃则可称之为原始的生物医用材料。墨西哥的印第安人使用木片修补手上的颅骨。公元前2500年前中国、埃及的墓葬中就发现有假牙、假鼻、假耳。人类很早就用黄金来修复缺损的牙齿。文献记载，1588年人们就用黄金板修复颚骨。1775年，就有金属固定体内骨折的记载，1800年有大量有关应用金属板固定骨折的报道。1809年有人用黄金制成种植牙齿。1851年有人使用硫化天然橡胶制成的人工牙托和颚骨。20世纪初开发的高分子新材料促成了人工器官的系统研究的开始，人工器官的临床应用则始于1940年。由于人工器官的临床应用，拯救了成千上万患者的生命，减轻了病魔给患者及其家属带来的痛苦与折磨，引起了医学界的广泛重视，加快了人工器官研究步伐。目前可以说，从天灵盖到脚趾骨，从人体的内脏到皮肤，从血液到五官，除了脑以及大多数内分泌器官外，大豆有了代用的人工器官。依据生物材料的发展历史及材料本身的特点，可以将已有的材料分为三代，它们鸽子都有自己明显的特点和发展时期，代表了生物医用材料发展的不同水平。20世纪初第一次世界大战以前所使用的医用材料可归于第一代生物医用材料，代表材料有石膏、各种金属、橡胶以及棉花等物品，这一代的材料大都被现代医学所淘汰。第二代生物医用材料的发展是建立在医学、材料科学、生物化学、物理学及大型物理测试技术发簪的基础之上的。研究工作者也多由材料雪茄或主要由材料学家与医生合作来承担。代表材料有羟基磷灰石、磷酸三钙、据羟基乙酸、聚甲基丙烯酸羟乙基酯、胶原、多肽、纤维蛋白等。这类材料与第一代生物医用材料一样，研究的思路仍然是努力改善材料本身的力学、生化性能，以使其能够在生理环境下有长期的替代、模拟生物组织的功能。第三代生物医用材料是一类具有促进人体自修复和再生作用的生物医学复合材料，它以对生物体内各种细胞组织、生长因子、生长抑素及生长基质等结构和性能的了解为基础来简历生物医用材料的概念。它们一般是由具有生理“活性”的组元及控制载体的“非活性”组元所构成，具有比较理想的修复再生效果。其基本思想是通过材料之间的复合，材料与活细胞的融合，活体材料和人工材料的杂交等手段，赋予材料具有特异的靶向修复、治疗和促进作用，从而达到病变组织主要甚至全部由健康的再生组织所取代。骨形态发生蛋白材料是第三代生物医用材料中的代表材料。而我国生物医用材料的现状是：我国的生物材料和制品所占世界市场份额不足1.5%。产品技术水品出于初级阶段，并且产品单一。同类产品同国外产品比，基本上属于仿造，自主知识产权比较少。生物医用材料与制品70-80%靠进口。产业出于起步初级阶段。

在生物医学材料这堂课上，对我印象最深刻的是3D打印机，在老师的概念中，3D打印机就和平常的打印机一样，只不过他什么都可以打印而不仅仅局限在纸制品，更是可以打印器官和组织，更令人惊讶的是，这样的机器已经被开发出来，随着3D打印机的出现，生物医学材料必将面临重大改革。而我相信，在未来，更多和生物医用材料有关的发明与科学技术相会出现，到那时，人们甚至将不会为自己的生命而感到烦恼。