生物医用材料

未来人造皮肤
+ 有触感 + 可拉伸 + 能防弹
可剥落的电子表皮
人造心脏瓣膜的置换
• 第一个可靠的人工心 脏瓣膜，在1961年由 美国俄勒冈州波特兰 的外科医生史塔尔和 他的合作者爱德华斯 发明，是装在不锈烤瓷牙
齿科材料
• 修复牙齿用的合金除银之外主要有镍铬、钴铬和 烤瓷合金。
白鼠体上移植的人造皮肤
+ 研制者：第四军医大学的研究人员 + 从新生或出生前的试验鼠身上取出少量皮肤
组织，采用灭菌、消化、分离、培养等手段，获 得了足够的细胞数量后，再用组织工程的办法将 其重新组合，成功地研制出具有表皮组织和结缔 组织的皮肤。这个过程用一个形象的比喻就是在 器皿中“种皮肤”。试验人员将这些人造皮肤移 植到白鼠身上，经过观察发现，人造皮肤不仅具 有正常皮肤的部分功能，而且具有良好的修复皮 肤创伤的作用，到目前为止并未发现有免疫排斥 反应。可以说，目前人造“鼠皮”已研制成功。 当然，这种皮肤与真正的皮肤还有差距，比如说 没有汗腺和毛发等附属物
人工皮肤的发展
+ 人造皮肤在中国起步较晚，但经过几十年 的发展，其在各个领域上面都取得 了巨大 的成就。 在美国、 加拿大、 日本和欧共体 国家组织工程的研究和产业化得到迅速发 展， 尤其是美国有 50 余家公司从事组织工 程产品的产业化生产，已经形成价值 60 亿 美元的产业，并以每年 25%的速度递增。 初步估计，到 2020 年美国组织工程 产品市 场可达每年 180 亿美元。
更佳。
牙槽骨内种植体
No Image
种植牙并不是真的种上一棵或几棵与天然牙一样 的牙齿，而是以种植材料埋植到牙槽骨内（种植 体），再在其上做假牙的一种“假牙”修复方法 。它是一种以植入骨组织内的下部结构为基础来 支持、固位上部牙修复体的缺牙修复方式。主要 包括下部的支持种植体和上部的牙修复体两部分
我国第一个“人造皮肤”正 式进入临床应用
四军医大口腔医院研制的我国组 织工程第一个产品实现产业化
这项技术的先进性在于，国内目前的 人造皮肤研究仅能进行表皮的复制， 四军医大则发展出带有结缔组织第二 层的皮肤，这种技术目前在国际上只 有美国掌握，在国内四军医大是第一 家。
金岩教授展示 组织工程皮肤
俄罗斯以纳米材料制人造皮肤
人工皮肤
1980年哈佛大学的二位教授 Yannas及Burke发展二层 结构的人工皮肤结构，
上层由矽胶组成，似人体的 上皮；
下层为多孔状类真皮结构， 主要成分为小牛的胶原蛋白
及鲨鱼的软骨素交联而成
人造皮肤的结构及制作
+ 人造皮肤有两层：表层和里层。表层是由 一种硅橡胶薄膜制成，能阻挡细菌的进攻。 里层是一种特殊的培养基，能帮助受伤的 皮肤生长。
整形外科用材料 人工皮肤 粘合剂 医用缝合线、吸收材料 人工气管、人工食管、人工胆管、人工 输尿管、人工尿道 人工神经 敏感元件 亲水性材料、生物相容性材料
过敏性
毒性
刺激性
致畸性 致癌性
材料对机体产生的生物危害性
溶血性 致突性
生物相容性
老化
机体组织对材料的影响 降解
腐蚀
注意：材料的降解和腐蚀不仅会 影响材料的生物功能性，其产物 也会对机体产生潜在的生物危害。
人造皮肤的最新研究
+ 多伦多大学的科研人员 通过把单个细胞放入凝 胶状的薄片材料里，使 其生长出一种全新的人 造皮肤。值得一提的是， 这种新的人造皮肤不仅 能够根据实际需要被培 育成字母等特殊的形状， 其生长速度也大幅提高， 从之前的一次生长几微 米变成现在一次生长几 厘米。
•为何能根据需 要培育成特殊
俄罗斯的生物皮肤和外国的类似产品性质不同。它具有高度 的相容性，疗效好。特点是用它进行的包扎无需更换。“吉 阿马特里克斯”和恢复的皮肤结合。此外，它有再生的性能， 在它上面能繁殖移殖的细胞。还有，俄罗斯的生物皮肤较便 宜，这也很重要。
斯坦福大学华裔女科学家鲍哲楠 (Zhenan Bao，音译)在已取得人造电 子皮肤科研成果的基础上，再接再 厉，研发出更仿真的透明、超弹性 的传感器皮肤，让人造电子皮肤拥 有更接近自然皮肤的触觉。这项研 究已于10月23日发表在《自然纳米 科技》杂志上。
英国 ：ICX-SKN的人造皮肤
研制者：从事细胞疗法 研究的Intercytex集团
名为ICX-SKN的人造皮肤，这种 皮肤在28天后可完全与人体结合， 封闭并愈合伤口。 在初步的临床 实验中，由于质地逼真，耐久性 好，人造皮肤移植取得突破性成 功。
• ICX-SKN是由自体皮肤细胞产生的一种基 质，即结缔组织细胞构成的。结缔组织细 胞能在天然皮肤中形成骨胶原。这些结缔 组织细胞可构成类似于真实皮肤的组织结 构。
+ 制作：第一种从病人身上提取胶原蛋白， 然后放在培养皿上培养成一块皮肤。
+ 第二种则是从病人身上提取皮肤细胞，只 培养细胞，然后把细胞喷在伤口上，让其 生长成皮肤。前者的缺点是平均要等待21 天才培养出皮肤。后者虽然可以快速在病 人身上生成皮肤，但仍然在实验阶段。
这是培养5周的人工复合皮肤组织切片，可 见具有与正常皮肤类似的皮层结构
功能
3. 代谢系统 甲状腺调节功能 血糖调节功能 代谢、合成功能 营养功能 解毒功能 选择透过溶质功能 选择透过气体功能
4. 其它 身体形态修补填充功能 创伤覆盖功能 身体粘结功能 分解吸收功能 导管功能
神经兴奋传递功能 生物信息检测功能 组织相容性
需用材料
人工甲状腺细胞 人工细胞 人工肝细胞、固定化酶 高营养输液 吸附剂、人工肾、人工肝材料 人工肾透析膜、过滤膜、血浆分离膜 人工肺分离膜
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预压缩
受热扩张后 植入腔道内效果
医用腔内支架的应用原理示意 腔内支架临床应用实例
消化道内支架 血管内支架 胆道内支架
记忆合金支架经过预压缩变形后（a） ，能够经 很小的腔隙安放到人体血管、消化道、呼吸道、胆 道、前列腺腔道以及尿道等各种狭窄部位。支架扩 展后形成如图（b）所示的记忆合金骨架，在人体腔内 支撑起狭小的腔道，这样就能起到很好的治疗效果。
• 将一定形状的记忆合金试样冷却到Mf点以下，对之进行一定限度 的变形，卸去载荷后，变形被保留下来；
• 将变形了的试样加热到As以上，试样开始恢复，加热到Af点，试 样恢复到变形前的形状。
功能
需用材料
1. 血液、呼吸、循环 止血功能 血液相容功能 瓣膜功能 血液导管功能 收缩功能 血浆功能 氧的传递功能 气体交换功能
固定断骨的销和接骨板：利用体温使合金发生相 变，恢复到母相状态，形状改变，将两段骨固定 住，而且产生压力，迫使断骨很快愈合。
尺桡骨骨折
术前
术后
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代替传统石膏绷带用于 创伤部位的固定材料。
骨伤固定： 手术时，医生先用低温（0～5摄氏度）消毒盐水冷却记 忆合金器械，然后根据需要改变其抱合部位的形状，安装于患者骨伤部 位。待患者体温将其 “ 加热 ” 到设定的温度时，器械的变形部分便恢复
• 镍铬合金（软质）适于制作齿冠、冠桥等部件； • 钴铬合金（中硬质）适于作齿环、基托，硬质者
则适于作舌杆、整体部件
• 烤瓷合金是用于制造烤瓷固定修复体的底层合金。 先用紧密铸造制成帽状冠，在表面涂上烤瓷，高温 烧结。强度与耐磨性高于塑料牙，又能按牙齿色调 配制。
• 高铜银合金粉系用于龋齿治疗。为了解决银合金粉 与汞调和中汞蒸气的危害，已制成银汞胶囊，效应
以上都是在一个生物反应器里完成的，时间大约1~2周， 一块类似的人体皮肤就形成了，从而可以用于植皮手 术。
优点
1. 与其他干细胞制作人工皮肤 相比，丝蛋白不会轻易遭到人 体排斥 2. 丝蛋白通过技术手段制作的 支架结构可以逐步在人体内降 解，这才是仿生人工皮肤不被 人体保卫系统侵蚀的最大秘密 3. 根据测算，要想制作巴掌大 的一块仿生人工皮肤，所需要 的丝蛋白不过在5克左右，差 不多18个蚕茧就能解决问题
生物医学材料应具有良好的物理、 化学和机械性能， 以行使所替代、器官的生理功能。
制造人工心脏材料要考虑在心脏 有节律的收缩与舒张压力 变化 情况下应力老化。 假牙材料必须具有与活体牙相近似的热膨胀系 数、低导 热性、高硬度以及优良的耐磨性。
表1-5.1 对材料所要求的生物医学功能
表1-5.2 对材料所要求的生物医学功能
。
人工皮肤的材料分合成高分子和生 物高分子两类
医学应用
血栓过滤器、脑动脉瘤夹、食道支架、鼻出血 的止血材料；
脊柱矫形棒、牙齿矫形丝、颅骨成型板、接骨 板、人工股关节；
心血脏栓修过补滤元器件：等将。马氏体状态的NiTi合金丝通过导 管送到静脉中预定位置，去掉合金的束缚，在体温 下其恢复到母相的网状，从而将静脉中的血凝块打 碎，并阻止其流向心脏。
到种手复原新术杂来技时操设术间形作计与缩状的传短简。形统三单状的分、骨之，伤二从取内而。下固由将定于伤方术材骨便相料紧、比自紧身，抱质的大合轻记大，忆起降、功到低强能固了度十定手分与术高稳支的、定撑难的，易度作，良做用好并成的。可这使
“ 抱合力 ” 使病人手术的愈合期也大大缩短。
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医用细丝 牙齿弓丝（方）
2. 骨骼运动功能 身体结构支持功能 关节功能 运动功能 关节润滑防磨损功能
止血材料 抗凝血材料 人工瓣膜材料 人工血管材料 人工血浆 人工红血球 人工肺
人工骨 人工关节 人工肌腱、人工肌肉 人工浆膜
（图中Ms表示冷却时开始产生热弹性马氏体的转变温度，Mf表示 冷却时转变的终止温度，As表示升温时逆转的温度，Af表示逆转完全的 温度）。
生物医用材料
L/O/G/O
定义
1. 定义：生物材料是一类具有特殊性能、特殊 功能，用于人工器官、外科修复、理 疗康复、诊断、检查、治疗疾患等医 疗保健领域，而对人体无毒，无副作 用，不凝血，不溶血，不引起人体细 胞的突变，畸变和癌变，不引起免疫 排异反应的材料。