生物医学材料的发展和应用

生物医学材料的特点及应用

2009-11-30 13:20:21| 分类：论文|字号订阅

摘要

本文对生物医用材料发展现状，要满足的性能，类型，以及常用的一些材料进行了全面的介绍。生物医用材料要满足的首要性能是生物相容性，因为这密切地关系着宿主的生命安全，还要有足够的力学性能，和组织相容性，以及耐生物老化性能。按其在生物体内的状态，这种材料可分近于惰性的生物医学材料，生物活性材料，可生物降解和吸收的材料。

本文介绍一些常用的生物医用材料有，医用金属和合金主要包括，不锈钢，钴基合金，钛和钛基合金；医用高分子生物材料；医用生物陶瓷；医用生物复合材料；生物衍生材料。这些材料在现代医学中起着重要的作用，但其自身仍有许多的不足之处，需要进一步的发展和完善。

关键词：生物医用材料，生物相容性，生物活性，降解，生物玻璃，衍生

The characteristics and application

of biomedical materials

Abstract

The development of bio-medical materials, the performance of satisfaction, type, and some commonly used materials were introduced comprehensively in the paper. The primary performance of Bio-medical materials to meet was the biocompatibility, because this was the close relationship with the lives of hosts, and they must have a sufficient mechanical properties, the organizational compatibility, and the performance of resistance biological aging. According the state in the body, materials were divided into near-inert biomedical materials, bio-active materials, and bio-degradation and absorption materials.

The article described some common bio-medical materials who were medical polymer biomaterials; medical bio-ceramics; medical bio-composite materials; bio-derived materials; and medical metals and alloys that were stainless steel, cobalt-based alloys, titanium and titanium-based alloys. These materials in modern medicine played an important role, but they still had many of their own shortcomings and needed the further development and improvement.

Key words: Bio-medical materials, biocompatibility, bioactivity, degradation,

bio-glass, derivative

狭义的生物医用材料, 是指长期与活体组织接触或植入活体内部, 起某种生物功能的

材料。而广义的生物医用材料还包括制造生物医药的原材料、医学诊断试剂、药物送达释放体系用材以及一次性使用的医用材料。生物医用材料及其制品已广泛应用于人体植入体。以现代科技手段生产的生物医用新材料及其制品在代替、修补、辅助修复人体组织器官上取得了显著的进展, 医学上已广泛用于制造人工心脏、心脏瓣膜、人造血管、人工肾、人造皮肤、人工骨, 以及药物释放体系等。已显示出较显著的社会和经济效益, 成为一个新兴产业[1]。预计未来10～20年内, 包括生物医用材料在内的医疗器械产业将达到药物市场规模, 成为世纪世界经济的支柱产业。[2]

1.生物医用材料的性能特点

作为体内移入物的材料, 不仅要在生物条件下物理机械性能长期稳定, 而且要对人体

的组织、血液、免疫等系统不产生不良影响[3]。

1.1生物相容性

生物相容性是生物医学材料特定应用中伴随着适应宿主反应发挥有效作用的能力。生物医学材料和生物系统接触后，一方面材料要受生理环境的作用，引起可能导致其降解和性质蜕变的材料反应，另一方面材料也将对周围组织和整个机体发生作用，引起诸如炎症、局部或全身毒性等宿主反应。所以要求：没有毒性和过敏反应，具有化学稳定性；具有良好的

耐蚀性；没有致癌性和抗原性；不会引起血液凝固和溶血；不会引起异常的新陈代谢；不会在生物体内变质，产生吸收物和在生物体内变质等[4]。

应该注意的是，在某种应用条件下是生物相容的材料在另一种条件下则不一定是生物相容的。直接接触血液，主要考查与血液互相作用的生物相容性，称血液相容性；直接与肌肉、骨骼、皮肤等组织接触并互相作用的生物相容性，称一般生物相容性。

1.2力学性能

一些生物医学材料的最终使用是制成生物体内可接受的器官和器件，由此，这样的生物医学材料必须与生物结构（包括器官）的力学性能相容。为此，生物医学材料应具备有适当的力学性能：有一定的静载强度（包括抗拉、压缩、弯曲和剪切强度）；有适当的弹性模量和硬度；有良好的耐磨性；（其中摩擦磨损是人工关节材料的关键）有耐腐蚀和耐腐蚀疲劳性；具有良好的润滑性等[5]。

力学的相容性并不是要求力学性能一定要高，而是取决于它所受的应力大小，要和相应的被置换的组织相匹配。

1.3和组织的结合性

这种结合可以是组织长入不平整的植入表面而形成的机械嵌联。也可以是植入材料和生理环境间发生化学反应而形成的化学键结合。

1.4耐生物老化性能

材料在活体内要有较好的化学稳定性, 能够长期使用, 即在发挥其医疗功能的同时要

耐生物腐蚀、耐生物老化[6]。

2. 生物医用材料类型

生物医学材料的功能常通过加工成器件或制品来实现。它的成功使用涉及多方面因素，如材料的组成和结构，制品的形态和制造工艺，临床手术和技术，以及受体自身的状况等。按材料在生理环境的生物化学反应水平可分为：近于惰性的生物医学材料，生物活性材料，可生物降解和吸收的材料[7]。

2.1近于惰性的生物医学材料

在生理环境中能保持稳定，长期暴露于生理环境中仅发生轻微、甚至不发生化学变化的材料。主要有合成的非降解聚合物材料、医用金属和合金，氧化铝和医用碳素等近乎惰性的生物陶瓷和复合材料等。

2.2生物活性材料