生物医用功能材料综述报告

生物医用功能材料综述报告

生物医用功能材料涉及材料学、医学、生物学诸方面领域的交叉边缘科学。它直接影响着人们的身体健康与生命，所以引起各方面的极大注意。具有巨大的社会意义。

生物医用材料发展简史

生物医用材料的应用已经有很长的历史了。早在公元前5000年，人类祖先就用了黄金来修补牙齿。公元前3500年，古埃及人用棉花纤维、马鬃缝合伤口。公元前2500年的中国和埃及的墓葬里被挖掘出假牙、假鼻和假耳朵。我国的隋唐时期采用了银、锡、汞合金来填补牙齿。1851年，当天然橡胶硫化法发明以后，人们用硬橡胶制作了人工牙托和鄂骨。

20世纪20年代。随着合成高分子材料的出现和发展，生物医用材料也得到了快速的发展，逐渐出现了用高分子材料制取人体器官的历史。金属的生物医用材料也得到了应用和发展。不锈钢在骨科、口腔科成功应用，受到了人们的重视和欢迎。钛基合金为生物医用材料也获得了大的进展。钛和钛合金具有优异的耐蚀性和低密度的优点，并且还具有生物相容性，成为了在骨科上重要的应用材料。Ti-Ni合金的形状记忆特性在骨科、牙科和心血管上得到了成功的应用。到下20世纪70年代，人工晶体、角膜、骨、人工上肝、肾、心脏等相继成功的诞生，随后开始了极广泛应用。生物陶瓷材料的出现，使得生物医用功能材料越来越丰富。

生物医用材料概述

生物医用材料（biomedical material）是用于对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的新型高技术材料。它是研究人工器官和医疗器械的基础，己成为材料学科的重要分支，尤其是随着生物技术的莲勃发展和重大突破，生物材料己成为各国科学家竞相进行研究和开发的热点。当代生物材料已处于实现重大突破的边缘，不远的将来，科学家有可能借助于生物材料设计和制造整个人体器官，生物医用材料和制品产业将发展成为本世纪世界经济的一个支柱产业.。

由生物分子构成生物材料，再由生物材料构成生物部件。生物体内各种材料和部件有各自的生物功能。它们是“活”的，也是被整体生物控制的。生物材料中有的是结构材料，包括骨、牙等硬组织材料和肌肉、腱、皮肤等软组织；还有许多功能材料所构成的功能部件，如眼球晶状体是由晶状体蛋白包在上皮细胞组成的薄膜内而形成的无散射、无吸收、可连续变焦的广角透镜。在生物体内生长有不同功能的材料和部件，材料科学的发展方向之一是模拟这些生物材料制造人工材料。它们可以做生物部件的人工代替物，也可以在非医学领域中使用。前者如人工瓣膜、人工关节等；后者则有模拟生物黏合剂、模拟酶、模拟生物膜等。

近十几年来，生物医用材料的研究与开发，已成为世界各国高新技术重点发展的项目之一。这是由于生物医学功能材料应用广泛，仅高分子材料，全世界在医学上应用的就有90多个品种、1800佘种制品，西方国家在医学上消耗的高分子材料每年以10％～20％的速度增长。随着现代科学技术的发展尤其是生物技术的重大突破，生物材料的应用将更加广泛。

生物医用材料的要求

生物医用材料与人体接触，与人体健康有关，所以除了应具有医疗功能以外，还必须具有绝对安全可靠性，不允许对人体产生有害作用。

生物医用材料植入人的机体后，与人的组织直接接触和作用，要产生两种反

应：宿主反应——人体组织对材料作用的反应；材料反应——材料对人体生理环境作用的反应。这两种反应必须应对人体不产生有害的作用。要达到这个结果的必要条件是材料要具有很好的生物相容性和血液相容性。具体地讲，材料必须满足以下的要求：

(1) 对人体是无毒的(即必须是惰性材料)；

(2) 不产生人体过敏反应；

(3) 不致癌；

(4) 不产生畸变；

(5) 不破坏所接触的人体组织；

(6) 与血液接触时，不破坏血液成分，不引起凝血和血小板凝聚，不改变电解质的平衡等。

除了这些条件以外，还需要有理想的物理性能和力学性能；来源广、价格低；容易加工成型；不发生性能退化现象等。

生物医用材料的分类

生物材料应用广泛，品种很多，有不同的分类方法。通常是按材料属性分为：合成高分子材料（聚氨醋、聚醋、聚乳酸、聚乙醇酸、乳酸乙醇酸共聚物及其他医用合成塑料和橡胶等）、天然高分子材料（如胶原、丝蛋白、纤维素、壳聚糖等）、金属与合金材料（如钦金属及其合金等）、无机材料（生物活性陶瓷，羟基磷灰石等）、复合材料（碳纤维／聚合物、玻璃纤维／聚合物等）。根据材料的用途，这些材料又可以分为生物惰性（bioinert）、生物活性（bioactive）或生物降解（biodegradable）材料。这些材料通过长期植入、短期植入、表面修复分别用于硬组织和软组织修复与替换。生物医用材料由于直接用于人体或与人体健康密切相关，对其使用有严格要求。首先，生物医用材料应具有良好的血液相容性和组织相容性。其次，要求耐生物老化。即对长期植入的材料，其生物稳定性要好；对于暂时植入的材料，耍求在确定时间内降解为可被人体吸收或代谢的无毒单体或片断。还要求物理和力学性质稳定、易于加工成型、价格适当。便于消毒灭茵、无毒无热源、不致癌不致畸也是必须考虑的。对于不同用途的材料，其要求各有侧重。

生物医用材料简介

(一) 医用金属材料

在医学上能用的金属材料主要是医用不锈钢、医用钴基合金、医用钛和钛合金，医用贵金属和医用形状记忆合金。

医用不锈钢是奥氏体不锈钢。主要在骨科和牙科得到了不少的应用。如制作各种人工关节、骨折内固定器、镶牙、矫形等。也可以用作心血管系统上的人工心瓣膜、血管内支架等。

钴基合金具有高的耐磨性和耐蚀性，所以在医学上广泛地用来制取人工关节、接骨板、骨钉等。另外，还可以用在口腔科制取义齿、基托等。也可以制取人工心瓣膜、血管内支架等。

钛和钛合金最大的优点是密度低，与人体硬组织的弹性模量基本相匹配，而且耐蚀性能高，对人体无毒性，所以广泛地用在制取义齿、牙床、牙桥、牙冠等牙科上领域。

形状记忆合金在医学上的应用，已在本章第四部分中进行了介绍，这里不再叙述。

医用贵金属主要是金、银、铂及它们的合金。这些材料对人体无毒、化学稳