生物医用材料
生物医用材料有哪些
生物医用材料有哪些
生物医用材料是指用于医学治疗、修复和替代组织或器官的材料。
它们在医学领域发挥着重要作用，可以用于骨科、牙科、软组织修复、药物输送系统等方面。
下面我们就来了解一下生物医用材料的种类和应用。
首先，生物医用材料可以分为金属材料、聚合物材料和陶瓷材料三大类。
金属材料包括钛合金、不锈钢等，它们具有良好的力学性能和生物相容性，常被用于骨科植入物的制造。
聚合物材料包括聚乳酸、聚酰胺等，具有较好的可塑性和生物相容性，常被用于软组织修复和药物输送系统。
陶瓷材料具有优异的耐磨性和生物相容性，常被用于牙科修复和人工关节制造。
其次，生物医用材料在临床上有着广泛的应用。
比如，钛合金植入物可以用于骨折固定、人工关节等领域，聚乳酸材料可以用于可降解的缝合线和修复软组织，陶瓷材料可以用于牙科修复和人工关节制造。
此外，生物医用材料还可以用于药物输送系统，通过控制释药速率，提高药物的疗效和减少副作用。
另外，随着生物医用材料领域的不断发展，生物可降解材料、生物仿生材料等新型材料也逐渐应用于临床。
生物可降解材料可以在组织修复完成后逐渐降解，避免二次手术取出植入物的痛苦。
生物仿生材料则是通过模仿自然界的结构和功能设计材料，以达到更好的生物相容性和功能性。
总的来说，生物医用材料在医学领域有着重要的地位，不断涌现出新的材料和应用。
随着科学技术的不断进步，相信生物医用材料会在未来发展出更多种类和更广泛的应用，为人类健康事业做出更大的贡献。
生物医用材料
生物医用高分子材料课程总结一、生物医用材料定义生物医用材料：对生物系统的疾病进行诊断、治疗、外科修复、理疗康复、替换生物体组织或器官（人工器官），增进或恢复其功能，而对人体组织不会产生不良影响的材料。
生物医用材料本身并不必须是药物，而是通过与生物机体直接结合和相互作用来进行治疗;生物医用材料是一种植入躯体活系统内或与活系统相接触而设计的人工材料。
研究内容包括：各种器官的作用；生物医用材料的性能；组织器官与材料之间的相互作用分类方法：按材料的传统分类法分为：(1)合成高分子材料（如聚氨酯、聚酯、聚乳酸、聚乙醇酸、）(2)天然高分子材料（如胶原、丝蛋白、纤维素、壳聚糖）(3)金属与合金材料(4)无机材料(5)复合材料按材料的医用功能分为：(1)血液相容性材料(2)软组织相容性材料(3)硬组织相容性材料(4)生物降解材料(5)高分子药物二、生物相容性与安全性生物相容性，是生物医用材料与人体之间相互作用产生各种复杂的生物、物理、化学反应的一种概念。
生物医用材料必须对人体无毒、无致敏、无刺激、无遗传毒性、无致癌性，对人体组织、血液、免疫等系统不产生不良反应。
主要包括：1.组织相容性：指材料用与心血管系统外的组织和器官接触。
要求医用材料植入体内后与组织、细胞接触无任何不良反应。
典型的例子表现在材料与炎症，材料与肿瘤方面。
影响组织相容性的因素：1）材料的化学成分；2）表面的化学成分；3）形状和表面的粗糙度：2.血液相容性：材料用于心血管系统与血液直接接触，主要考察与血液的相互作用材料，影响因素：材料的表面光洁度；表面亲水性；表面带电性，具体作用机理表现在：血小板激活、聚集、血栓形成；凝血系统和纤溶系统激活、凝血机能增强、凝血系统加快、凝血时间缩短；红细胞膜破坏、产生溶血；白细胞减少及功能变化；补体系统的激活或抑制；对血浆蛋白和细胞因子的影响。
主要发生在凝血过程，生物材料与血小板，生物材料与补体系统的作用过程。
《生物医用材料》课件
案例二
总结词
药物载体的新选择
详细描述
可降解高分子材料具有良好的生物相容性和可降解性，是 药物载体的理想选择。这种材料可以在体内降解，减少了 对身体的副作用和不良反应。
总结词
材料的合成与改性
详细描述
为了提高可降解高分子材料的载药量、稳定性和靶向性， 需要进行合成和改性研究。通过化学修饰和共聚等手段， 可以改善材料的性能，提高药物的包覆率和释放效果。
系统生物学与生物医用材料
结合系统生物学的研究方法，深入探究生物医用材料与人体组织之间 的相互作用机制，为新材料的研发和应用提供理论支持。
05
案例分析
案例一
总结词
骨修复领域的创新应用
详细描述
生物活性玻璃陶瓷材料是一种新型的骨修复材料，具有良 好的生物相容性和骨传导性。它在骨修复领域的应用已经 得到了广泛认可，能够有效地促进骨组织的再生和修复。
某些生物医用材料具有诱导骨形成的特性，可通 过体内外实验验证其诱导骨生成的潜力。
生长因子活性
某些生物医用材料能够吸附和释放生长因子，促 进组织再生，可通过实验验证其生长因子活性。
抗菌性能
某些生物医用材料具有抗菌性能，可抑制微生物 的生长，可通过实验验证其抗菌效果。
体内植入实验
短期植入
功能评价
将生物医用材料植入动物体内，观察 短期内的组织反应和材料性能变化。
总结词
应用范围与限制
详细描述
可降解高分子材料在药物载体领域的应用已经得到了广泛 的研究和探索。然而，其应用仍受到一些限制，如材料的 降解速度和药物的释放速度需要精确控制，同时也需要进 一步研究其长期稳定性和安全性。
案例三
总结词
癌症治疗的新突破
生物医用材料简介
生物医用材料简介
汇报人： 2024-01-09
目录
• 生物医用材料的定义与分类 • 生物医用材料的特性与要求 • 生物医用材料的应用领域 • 生物医用材料的发展趋势与挑
战 • 生物医用材料的未来展望
01
生物医用材料的定义与分类
定义
01
生物医用材料是指用于诊断、治 疗、修复或替换人体组织、器官 或增进其功能的非金属、非陶瓷 类无机非金属材料。
药物缓释技术
利用生物医用材料制备的药物缓释剂 ，可在一定时间内持续释放药物，减 少服药次数和剂量。
组织工程
人工器官
利用生物医用材料和细胞工程技术， 可以构建人工器官，以替代病变或损 伤的器官。
组织修复
生物医用材料可以用于修复和再生人 体组织，如皮肤、骨骼、肌肉等。Βιβλιοθήκη 再生医学干细胞培养
生物医用材料可以作为干细胞培养的支架，促进干细胞增殖和分化，实现受损组织的再生修复。
总结词
生物活性是指生物医用材料能够与人体细胞或组织发生相互作用，促进细胞生长 、分化、修复等功能的能力。
详细描述
具有生物活性的材料能够与人体细胞或组织形成紧密的结合，增强材料与人体之 间的相互作用，促进组织再生和功能恢复。生物活性可以通过材料的表面改性、 生长因子加载等方式实现。
安全性
总结词
安全性是指生物医用材料在使用过程中对人体的无害性，以 及在生产、储存、运输等环节中的安全性。
生物医用材料
不锈钢
钴基合金
可锻可铸，机械性能好 价格高，加工难、 常用来制作人工关节的金 硬度有硬，中，软之分 应用不够普及 属间华东联接。
质轻强度高，生物相容性 好及记忆效应，抗疲劳性 及耐腐蚀性好
钛和钛合金
价格高昂
用于齿科、骨科。人工齿龈， 人工下颚骨、颅骨修复网支撑、 心脏瓣膜支架等众多领域 用于人工假肢、估损修复，修 复肌腱、神经和血管的钽丝
多孔材料和复 合材料
性能固定牢靠，减少关 制备困难，成 节的磨损 本高
不锈钢 3Cr13和 4Crl3型马氏体不锈钢用于医疗器械， 如刀、剪、止血钳、针头等。 00Cr18Ni10型奥氏体不锈钢可制作各种人工关节 和骨折内固定器；在口腔科常用于镶牙、矫形和牙 根种植等器件的制作。
不锈钢骨固定螺钉和骨固定板
无机生物医用材料
无机生物医学材料从主要成分来看，包括 生物陶瓷、生物玻璃和碳素材料。1808年就已 用陶瓷来镶牙，近20年来由于无机生物学材料 性能的改善及复合材料发展的需要，这类材料 的研制和应用都有了较大的发展。
1、生物陶瓷
（1）普通生物陶瓷
多用于假牙制作，硬度及耐磨性优于树脂 制品。材料的化学性质差，生物相容性好。 主要成分为磷酸钙，植入人体后可以降解 吸收，由于被怀疑会引起淋巴结增生，现 已停止对其研究。
常见生物医用金属材料
名称
贵金属 优点 缺点 应用领域
牙科修复材料，制作植入体内 的器件的电极和导线材料，磁 性铂用于眼脸功能的修复。 体内植入的阴性对照材料，接 骨板、骨螺钉、齿冠、齿科矫 正器具等。
贵金属及其合金的耐腐 生物相容性差 蚀和机械性能优良 易加工，价格低
不锈钢耐腐蚀性 和机械性能不如 钴基合金
中国生物医用材料市场
生物医用材料
生物医用材料
生物医用材料是指用于医疗治疗和修复组织的材料，包括生物材料和医用材料
两大类。
生物医用材料具有良好的生物相容性和生物活性，能够与人体组织相互作用，并且在医疗治疗和组织修复中发挥重要作用。
生物医用材料的种类繁多，常见的包括生物陶瓷、生物金属、生物高分子材料等。
这些材料在医疗治疗和组织修复中扮演着重要角色，例如生物陶瓷可用于骨修复和关节置换，生物金属可用于植入体内支撑和修复骨折，生物高分子材料可用于软组织修复和再生。
生物医用材料的研究和应用对于医疗领域具有重要意义。
通过不断创新和研发，可以开发出更加安全、有效的生物医用材料，为医疗治疗和组织修复提供更好的支持和帮助。
同时，生物医用材料的研究也为医学科研提供了新的方向和机遇，推动了医学科学的发展和进步。
在生物医用材料的研究和应用过程中，需要充分考虑材料的生物相容性、力学
性能、耐久性等因素。
只有在充分了解材料的特性和作用机制的基础上，才能更好地应用于医疗治疗和组织修复中，确保治疗效果和患者安全。
总的来说，生物医用材料是医疗治疗和组织修复中不可或缺的重要组成部分，
其研究和应用对于医学领域具有重要意义。
随着科学技术的不断进步和创新，相信生物医用材料将会在医疗领域发挥越来越重要的作用，为人类健康事业做出更大的贡献。
生物医用材料
生物无机与有机高分子复合材料
❖ 几乎所有的生物体组织都是由两种或两种 以上的材料构成的
例如人体中的骨骼和牙齿可看作由胶原蛋白、 多糖基质等高分子构成的连续相和弥散于中 的羟基磷灰石晶粒复合而成。
❖ 利用高弹性模量的无机材料增强高分子材 料的刚性，并赋予其生物活性
❖ 利用高分子材料的可塑性增进生物无机材 料的韧性。
共聚调控降解时间
聚羟基丁酸酯PHB及其共聚物 可生物降解，用于药物释放载体和组织工程 多糖和蛋白质是自然界中重要的天然高分子，具有很好的生
物相容性、可降解性和低毒性，
聚原酸酯(Polyorthoesters,POE）
POE是通过多元酸或多元原酸酯与多元醇类 经无水条件下缩合形成原酸酯键而制成。
料的机械性能，导致断裂，还产生腐蚀产物， 对人体有刺激性和毒性。
常用的医用金属材料
❖ 1)齿科：镶牙、齿科矫形、牙根种植及辅助器件 ❖ 2)人工关节和骨折内固定器械：人工肩关节、肘关节、全髋
关节、半髋关节、膝关节、踝关节、腕关节及指关节。各种 规格的皮质骨和松质骨加压螺钉、脊椎钉、骨牵引钢丝、人 工椎体和颅骨板等， ❖ 3)心血管系统：各种传感器、植入电极的外壳和合金导线， 可制作不锈钢的人工心脏瓣膜、血管内扩张支架等 ❖ 4)其它：如用于各种眼科缝线、人工眼导线、眼眶填充、固 定环等。
要方法)a.热喷涂b.脉冲激光融覆c.离子溅射d.喷 砂法e.电结晶法f.电化学法g.离子注入
医用金属材料研究进展
医用镁及镁合金材料的研究 镁合金具备作为可降解骨植入材料的多方面优点：
(1) 镁是人体内含量最多的阳离子之一，几乎参 与人体内所有的新陈代谢过程。
(2) 镁及镁合金的弹性模量约为45GPa，更接近 人骨的弹性模量，能有效降低应力遮挡效应； 镁与镁合金的密度约为1.7g/cm3，与人骨密度 (1.75g/cm3)接近，符合理想接骨板的要求。
常用的生物医学材料
常用的生物医学材料生物医学材料是指能够在生物体内发挥一定功能的材料，用于医学领域的诊断、治疗、修复等方面。
它们可以被分为生物组织工程材料、生物传感材料、生物医学传导材料和生物医学涂层材料等几类。
下面将介绍一些常用的生物医学材料。
1.生物组织工程材料生物组织工程材料是指能够用于修复和替代组织和器官的材料。
常用的生物组织工程材料包括生物陶瓷、生物金属、生物降解材料和生物高分子材料等。
生物陶瓷主要用于骨修复和牙齿修复，如氧化锆陶瓷和羟基磷灰石陶瓷等。
生物金属主要用于骨修复，如钛合金和不锈钢等。
生物降解材料能够在体内逐渐降解，如可降解植入物和可降解缝线等。
生物高分子材料如胶原蛋白和明胶等主要用于组织修复和再生。
2.生物传感材料生物传感材料用于检测、监测和测量生物体内的生理参数和生物活性分子。
常用的生物传感材料包括生物传感纳米材料、生物传感膜材料和生物传感纤维材料等。
生物传感纳米材料如量子点和金纳米颗粒等，具有高灵敏度和选择性，可用于生物分子的检测和成像。
生物传感膜材料如生物生物膜、聚合物膜和多层膜等，用于传感信号的转换和传递。
生物传感纤维材料如碳纳米纤维和纳米纤维素纤维等，可用于制备传感器和生物相容性的织物。
3.生物医学传导材料生物医学传导材料用于调控生物体内的电信号和磁信号，广泛应用于心脑血管疾病的诊断和治疗。
常用的生物医学传导材料包括生物活性玻尿酸、生物医用硅胶和生物医用磁性材料等。
生物活性玻尿酸作为一种生物多聚物，具有良好的生物相容性和生物活性，用于心脑血管介入治疗和修复。
生物医用硅胶和生物医用磁性材料则用于制备生物医学传感器和生物医学成像剂。
4.生物医学涂层材料生物医学涂层材料用于在医疗器械表面形成一层保护层，提高器械表面的性能和生物相容性。
常用的生物医学涂层材料包括微纳米结构涂层材料、生物活性涂层材料和防生物污垢涂层材料等。
微纳米结构涂层材料如纳米钛合金涂层和纳米金属涂层等，可以提高器械表面的生物相容性和抗菌性。
生物医用材料的定义
生物医用材料的定义
生物医用材料是指用于医疗和生物学应用的材料，包括人工器官、医用植入物、医用纤维、医用涂层、医用粘合剂、医用纳米材料等。
这些材料在医学领域中发挥着重要的作用，可以用于治疗疾病、修复组织和器官、替代功能缺失的组织和器官等。
生物医用材料的种类繁多，其中最常见的是人工器官和医用植入物。
人工器官是指用于替代或辅助人体器官功能的人工装置，如人工心脏、人工肝脏、人工肾脏等。
医用植入物是指用于修复或替代人体组织的材料，如人工关节、人工骨头、人工血管等。
这些材料的研发和应用，可以帮助患者恢复健康，提高生活质量。
除了人工器官和医用植入物，生物医用材料还包括医用纤维、医用涂层、医用粘合剂、医用纳米材料等。
医用纤维可以用于制作医用敷料、缝合线等，具有良好的生物相容性和生物降解性。
医用涂层可以用于改善医疗器械的表面性能，如降低摩擦系数、增加耐腐蚀性等。
医用粘合剂可以用于组织黏合和修复，具有快速、有效、无创伤等优点。
医用纳米材料则可以用于制备高效的药物载体、生物传感器等，具有高灵敏度、高选择性等优点。
生物医用材料的研发和应用，需要考虑其生物相容性、生物降解性、机械性能、化学稳定性等多个方面的因素。
同时，还需要进行严格的生物安全评价和临床试验，确保其安全有效。
随着科技的不断进步和人们对健康的需求不断增加，生物医用材料的研究和应用将会
越来越广泛，为人类健康事业做出更大的贡献。
生物医用材料
2021/4/24
3
• 生物材料发展简史
（历史上、近代、现代）
• 生物材料分类
（属性、功能、来源、使用）
• 生物材料的特征与评价
（宿主反应、材料反应、生物相容性）
2021/4/24
4
10.1.1 生物医学材料发展简史
植 c.异种器官及组织 如动物骨、肾替换人体器官 d.天然生物材料 如动物骨胶原、甲壳素、珊瑚等 e.人工合成材料 如各种人工合成的新型材料
2021/4/24
14
4.按使用部位分类：
a.硬组织材料 骨、牙齿用材料 b.软组织材料 软骨、脏器用材料 c.心血管材料 心血管以及导管材料 d.血液代用材料 人工红血球、血浆等 e.分离、过滤、透析膜材料 血液净化、肾透析以
不锈钢： 1926年，含18%铬和8%镍首先应与于骨科治疗，随后应与于口腔科； 1934年，研制出高铬低镍单相组织的AISI302和304，在体内生理环 境下的耐腐蚀性显著提高； 1952年，开发出耐蚀性更好的AISI316不锈钢，并逐渐取代AISI302； 60年代，为了解决不锈钢的晶间腐蚀问题，又研制出超低碳不锈钢 AISI316L和317L。
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，同时还涉
及2工021程/4/2技4 术和管理学科的范畴。
2
生物材料正在挽救和 维持世界上成千上万血 管患者的生命；正广泛 用于伤残人肢体形态和 功能的恢复 ；正在计划 生育、控制人口、提高 人们健康水平方面发挥 巨大作用。如图8－பைடு நூலகம்。
生物医用材料PPT演示课件
个性化与定制化
随着医疗技术的发展， 临床对个性化、定制化 的生物医用材料需求越 来越高。
未来发展方向与展望
01
创新性研究
加强新材料、新技术和新工艺的研究，推动生物医用材料的创新发展。
02
交叉学科合作
加强生物医学工程、化学、物理学等多个学科的交叉合作，共同推动生
分类
根据用途可分为药物载体、医疗 器械、组织工程和再生医学材料 等。
生物医用材料的特性
生物相容性
功能性
稳定性
可加工性
材料与人体组织、血液 等相互作用时不产生有
害反应。
具备所需要的功能，如 传导热量、机械支撑等。
在体内保持稳定，不发 生降解、变质或毒性反
应。
易于加工成所需形状和 大小，以满足医疗需求。
常见的金属生物医用材料
不锈钢、钛和钛合金、钴铬合金等。
金属生物医用材料的优缺点
优点包括良好的机械性能和加工性能，缺点包括可能引发过敏反应 和金属腐蚀。
高分子生物医用材料
高分子生物医用材料的特性
01
具有良好的化学稳定性、生物相容性和加工性能，广泛用于制
造医疗用品、人工器官和药物载体等。
常见的高分子生物医用材料
氧化铝、氧化锆、生物活性玻璃和玻璃陶瓷等。
陶瓷生物医用材料的优缺点
优点包括良好的化学稳定性和生物相容性，缺点包括脆性大、加工 困难。
复合生物医用材料
复合生物医用材料的特性
通过将两种或多种材料组合在一起，发挥各自的优势，弥补单一材 料的不足，具有良好的综合性能。
常见的复合生物医用材料
聚合物/陶瓷复合材料、聚合物/高分子复合材料、金属/陶瓷复合 材料等。
生物医用材料
1.牙套 2. 记忆合金钢圈 3.节育环 4.骨科内固定记忆合金
生物医用金属材料
形状记 忆合金
形状记忆合金
1.内窥镜
2.食道支架 3.血栓过滤器 4.结食收集器
生物医用金属材料
形状记 忆合金
无机生物医学材料
定义
生物陶瓷
普通生物陶瓷 生物活性陶瓷 特殊加工生物陶瓷
无机生物医学材料从主要成分来看，包括生物陶瓷、 生物玻璃和碳素材料。1808年就已用陶瓷来镶牙， 近20年来由于无机生物学材料性能的改善及复合材 料发展的需要，这类材料的研制和应用都有了较大 的发展。 。 多用于假牙制作，硬度及耐磨性优于树脂制品。 材料的化学性质差，生物相容性好。
硅橡胶医用导管
合成高分子材料
硅橡胶 PMMA
血液凝块构造（R:红细胞， B:血小板，Y:纤维蛋白）
生物高分子材料
纳米生物材料
纳米生物材料
• 纳米载体 • 纳米生物器件 • 纳米医药
用金壳包覆夹心二氧化硅实现 多功能平台用于肿瘤的热化疗 协同治疗；还将夹心二氧化硅 作为微反应器发展了具有金属 和半导体内核的夹心二氧化硅 构建新型催化材料等。
引起机体 不良反应
Fe----与血红细胞结合可形成铁血黄素； Cr----能与机体内的丝蛋白结合； Ni----过量富集有可能诱发肿瘤的形成； 通常，医用不锈钢的小量腐蚀不会引 起组织的明显变化，但量大时会引起 水肿、感染、组织坏死或过敏反应。
生物医用金属材料
不锈钢
纯钛与钛合金
钛(Ti)是20世纪50年代走向工业化生产的一种重要金属，其性质优良，储量十分 丰富，被誉为正在崛起的“第三金属”。由于具有良好的生物相容性，在医疗行 业得到广泛应用。
介孔二氧化硅纳米材料设计合成及作为 药物传递载体用于肿瘤治疗的示意图
生物医用材料
生物医用材料 The manuscript was revised on the evening of 2021生物医学材料指的是一类具有特殊性能、特种功能，用于人工器官、外科修复、理疗康复、诊断、治疗疾患，而对人体组织不会产生不良影响的材料。
现在各种合成材料和天然高分子材料、金属和合金材料、陶瓷和碳素材料以及各种复合材料，其制成产品已经被广泛地应用于临床和科研。
生物医用材料是用来对于生物体进行诊断、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。
二关键词:生物，医学，材料，医疗器械，创伤，组织，植入biomedical material， new materials三文献综述1生物医用材料定义生物医用材料（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，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。
医用生物材料
医用生物材料医用生物材料是指用于医疗治疗或替代组织、器官的材料，它们可以是天然的或者人工合成的。
这些材料在医学领域中起着至关重要的作用，可以用于修复组织缺损、替代功能受损的器官，甚至用于药物缓释和医学诊断。
医用生物材料的研究和应用已经成为当今医学科学的热点之一。
首先，医用生物材料可以分为天然材料和人工合成材料。
天然材料包括植物组织、动物组织和微生物产物，如胶原蛋白、明胶、壳聚糖等。
这些天然材料具有良好的生物相容性和生物降解性，能够有效地促进组织再生和修复。
而人工合成材料则是通过化学合成或生物工程技术制备的材料，如聚乳酸、聚乙烯醇等。
这些材料具有可控的物理化学性质和结构，可以根据需要进行定制设计，具有广泛的应用前景。
其次，医用生物材料在临床上有着广泛的应用。
例如，生物降解性支架可以用于血管再造术和心脏瓣膜置换术，生物材料修复剂可以用于骨折愈合和软组织修复，生物材料载体可以用于药物缓释和基因治疗。
这些应用不仅可以提高治疗效果，减少并发症，还可以减轻患者的痛苦，提高生活质量。
另外，医用生物材料的研究和开发也面临着一些挑战和难题。
首先是生物相容性和生物安全性的问题，材料与人体组织的相互作用是一个复杂的过程，需要充分考虑材料的生物相容性和生物降解性。
其次是材料的力学性能和稳定性，一些生物材料在植入体内后可能会受到机械性能的影响，导致材料的失效和患者的并发症。
此外，生物材料的可控性和可定制性也是一个重要的问题，不同的疾病和患者需要定制化的治疗方案，因此需要开发出具有多样性和可调控性的生物材料。
综上所述，医用生物材料是医学领域中的重要组成部分，它们在组织修复、器官替代和药物缓释等方面具有广阔的应用前景。
随着生物工程技术和材料科学的不断发展，相信医用生物材料将会在未来发挥更加重要的作用，为人类健康事业作出更大的贡献。
生物医用材料的种类及应用
生物医用材料的种类及应用
一、生物医用材料的种类
1、金属材料
金属材料具有良好的机械特性，其中常用的金属材料包括钛材料、钢
材料、不锈钢材料、铝合金等。
它们通常用于制造医疗器械（例如刀具、
针管、器官移植支架）以及一些器械设备，如内窥镜、微创手术的器具等。
2、陶瓷材料
陶瓷材料是一种熔体结晶性材料，具有良好的刚性、热导率和耐热性
特征，常用的陶瓷材料包括氧化铝陶瓷、三氧化硅系陶瓷、氧化铝自熔质
陶瓷等。
它们在医疗领域的应用非常广泛，如制造血液净化膜、体外血液
流变仪等。
3、高分子材料
高分子材料是以热塑性聚合物为主的多种物质的总称，具有良好的柔
韧性和可加工性，常用的高分子材料有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚甲
醛等。
它们的应用主要是用于制造生物相容性的医疗器械。
例如人工植入物、组织修复材料、心脏假体等。
4、纳米材料
纳米材料是指重量在一吨以下，体积在10-9m3以下的微型材料。
纳
米材料具有极好的生物相容性，可以用于制造人工器官和生物体内的结构
材料，例如纳米纤维、纳米胶囊等。
二、生物医用材料的应用
1、生物活性器件
生物活性器件是将器件与生物体（例如人体）结合制成的新型器件。
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生物医用材料大作业姓名：学号：学院：完成日期年月日第一部分：提高金属表面生物相容性方法及相关研究进展1.生物相容性简介生物相容性是指生物材料在医疗过程中可以发挥其效用,而不会让使用者产生任何不期望的局部或系统性反应,但是在其特定的环境下,可以让细胞和组织产生最有效的反应,并且最优化该治疗的临床表现[1]。
生物材料的生物相容性按照材料与人体接触部位的不同可以分为血液相容性和组织相容性，这两种相容性必须建立在力学相容的基础上因此还有力学相容性。
若材料用于心血管系统与血液直接接触，主要考虑与血液的相互作用，称为血液相容性；若与心血管系统外的组织和器官接触，主要考察与组织的相互作用，称为组织相容性或一般相容性[2]。
2.金属生物材料简介金属在生物材料方面的应用已有比较长的你是，从最初的不锈钢材料、钴铬合金、工业纯钛到钛合金、镍钛记忆合金等一些列的金属材料被应用到生物医用材料领域[2]。
众所周知，生物金属材料中使用的比较广泛的主要是牙科和骨科用的金属材料。
牙科主要是应用金、银、铂等金属合金以及不锈钢、钴基和钛基合金等；骨科主要是应用镍铬不锈钢、钴铬钼合金和钛及其合金，有时也应用价格昂贵的钽、铌、金、银、钯、铂等。
3.一些金属材料表面改性举例a)钛合金表面改性钛合金在20世纪40年代被引入生物医学领域；60年代后期，钛在外壳植入方面应用得到较快发展；70年代初开始在临床使用至今。
但是，钛合金的耐磨性差、生物活性较低，合金中含有V、Al等对人体有害元素，进一步提高其耐蚀性能也是此类合金使用中需要解决的重要问题[3]。
目前，在钛合金方面的研究主要是集中在利用表面改性技术提高金属表面的稳定性和耐磨性，通过表面生物医学设计，赋予其生物活性，使新骨快速生成，实现骨性结合的研究是当前研究的热点。
钛合金表面改性的方法主要有表面机械方法改性、表面生物化学改性、表面物理改性、表面化学改性等[6]。
表面机械方法改性主要针对的是改变表面粗糙度的表面三维形貌的改性，使表面呈现出多孔、格子、纵列、突起、凹点等形貌。
这种粗糙的表面形态可以通过各种工艺来获得，例如：离子束蚀刻、化学腐蚀、等离子蚀刻、电子束蚀刻、光照蚀刻、表面涂层、冷冻刻蚀、烧结、紫外线照射、机械表面粗糙化等。
表面化学改性主要是将大分子蛋白质或者酶等以化学键的形式连接到基体表面上，植入人体后可诱导有利的组织反应，促进细胞的增殖分化，提高生物相容性。
表面物理改性主要分为等离子喷涂、激光熔覆等。
等离子喷涂是目前应用比较成熟的一种改性方法，主要是利用直流电驱动等离子电弧作为热源，电离电极间的气体，继而形成高温热等离子体，将陶瓷、合金、金属等的粉末通过等离子焰加热熔融，并高速喷向金属基体上快速凝固形成附着牢固的涂层。
将粉料按照比例进行配比涂覆在钛合金表面，然后利用激光对粉末及基体进行熔覆处理，粉末与基体能够形成冶金结合，合成及熔覆活性涂层一步完成，即为激光熔覆的基本过程。
表面化学改性主要包括溶胶凝胶、碱热处理法、双氧水处理法、仿生矿化发、电泳沉积法、电结晶沉积法以及阳极氧化法等。
由于钛及其合金具有良好的化学稳定性、抗腐烛性和生物相容性,主要是由于其表面存在一层致密的钝化膜。
如图1所示。
图1 纯钛表面形成的自然氧化层示意图b)镁合金表面改性由于镁是极活泼金属，标准电极位为-2.37V，耐腐蚀性极差，将其用于生物材料领域，首要解决的是改善材料腐蚀行为、生物活性等问题[8]。
已发展的镁合金表面处理方法较多，大致可分为物理法和化学法[2]。
物理法包括等离子体喷涂、磁控溅射、离子束溅射、脉冲激光法、电泳法、浸涂法、喷涂法等；化学法包括碱热处理、阳极/微弧氧化、离子注入、溶胶凝胶法、化学转化法、单分子层自组装、电化学沉积、仿生矿化法等。
简单介绍几种常见方法，稀土转化膜表面改性一般是将金属置于含稀土离子的溶液中，浸泡一段时间(化学浸泡法)或将金属作为阴极通电极化(阴极极化法)，可在其表面形成稀土转化膜；阳极氧化技术是利用电解作用，对镁及其合金进行阳极氧化处理，可获得具有双层结构的氧化膜：内层为致密层，外层为多孔层。
微弧氧化又称微等离子体氧化或阳极火花沉积，突破传统阳极氧化技术工作电压的限制，将工作区域引到高压放电区，利用微弧区瞬间高温烧结作用直接在金属基体表面原位生长陶瓷膜。
金属镀层是在镁合金上进行金属涂层处理，可以获得高的耐蚀性。
金属涂层可使用电镀、化学镀或热喷涂方法获得。
强束流改性技术是利用高能量束流直接作用于靶材表面，利用产生的热效应，使材料表面和次表面层瞬间经受急热和急冷，从而达到材料表面改性的目的。
举例最优化条件下制备的三组样品：MgO、MgO/HA和MgO/HA/PLA对比结果观察如图2所示，a1是阳极氧化过后MgO修饰层，a2是a1的放大图。
100倍下可以观察到镁合金表面较为平整光滑；5000放大倍数下，可以观察到有许多凸起和气坑，白色球状小颗粒尺寸在1～2μm之间。
分析原因可能是电压导致氧气和熔融态物质生成，熔融物通过放电气孔不断涌出，遇到电解液后迅速冷却并在孔周围凝固形成凹凸不平表面。
图2 MgO修饰层表面的SEM图[8]如图3所示，b1是在MgO修饰层的基础上电泳得到的羟基磷灰石（HA）修饰层，b2是b1的放大图。
100倍下可观察到修饰层均匀致密，没有起伏，无裂纹产生，有较多的大尺寸HA颗粒从修饰层表面均匀凸出来；5000放大倍数下，可观察到颗粒团聚在一起，大小不均，底层是小颗粒，凸起的部分是大颗粒，整个修饰层没有明显的裂缝。
图3 MgO/HA修饰层表面的SEM图[8]如图4所示，c1是在HA修饰层的基础上浸涂得到的蜂窝状聚乳酸（PLA）修饰层，c2是c1的放大图。
100倍下可以观察到表面有凸起颗粒，这是羟基磷灰石大颗粒的不平整性造成的；5000放大倍数下，发现薄膜呈有序多孔结构排列，孔洞阵列分布均匀，并不是球形排布，而是六方密排阵列，孔径大约2.5μm。
这是一种以水为模板的新型自组装图案化技术，称为水滴模版法(breath figures method)[9]。
图4 MgO/HA/PLA修饰层表面的SEM图[8]如图5所示，由四组镁合金试样在SBF中释放氢气量与时间的对应关系说明HA在一定程度上起到了抗腐蚀作。
MgO/HA/PLA修饰层有效填充了HA 颗粒之间的缝隙，阻挡了腐蚀介质Cl向基底镁合金的侵蚀作用，减少了由于阳极氧化膜和HA修饰层的不完整性造成的与腐蚀介质过多的接触面积，通过阻止腐蚀离子向基底的扩散作用有效提高了抗腐蚀性。
图5镁合金及含修饰层镁合金氢气释放量测试[8]c)钽涂层生物相容性自从1997年起，多孔钽材料在临床矫形外科领域得到广泛应用，包括关节置换、肿瘤切除后的组织重建、股骨头缺血坏死的治疗以及椎体融合。
随着多孔钽材料作为小梁金属在临床矫形外科的广泛应用，各种钽制生物材料的优势也逐渐展现出来[11,12]。
钽具有良好的生物相容性、独特的物理及机械学特性[13-16]。
图6是钽在矫形外壳方面的应用。
对于钽材料表面改性一般使用等离子喷涂等，这里不再一一介绍。
图6 在矫形外科临床应用的多孔钽小梁金属[10]a.各种多孔钽假体b.电镜下多孔钽三维孔隙c.背散射电镜下骨长入情况4.小结随着人口老龄化等问题的出现，以及生活水平的提高，人们越来越关注自己的生活质量，社会对生物医用材料的需求量越来越大。
对于生物医用材料发展服役时间更长并且具有优良生物相容性的金属医用材料是非常必要的。
对金属材料进行表面改性也势在必行，相信这也会成为生物医用材料发展的一大契机。
参考文献[1] 李世普.生物医用材料导论[M].武汉：武汉工业大学出版社,2000.[2] 乔丽英, 高家诚, 王勇. 镁基生物材料表面改性及其生物相容性的研究与发展现状[J].中国材料进展, 2011, 30(4): 23-29.[3] 冯颖芳, 康浩方. 钛合金医用植入物材料的研究及应用[J]. 稀有金属, 2001, 25(5):349-354.[5] 任娜. 生物医用钛基植入体材料表面纳米结构的构建及其生物学性能研究[D]. 山东大学, 2013.[6] Brunette D.M., Tengvall P., Textor M., et al. Titanium in Medicine: material science,surfacescience,engineering biological responses and medical applications [M]. Berlin:Springer, 2001.[7] 张鹏. TiO_2 生物活性改性膜层及其摩擦学与生物性能的研究[D]. 华南理工大学, 2013.[8] 陶志凯. 可降解生物材料表面改性及生物相容性研究[D]. 河南师范大学, 2012.[9] 孙巍.基于水滴模板法构建微纳复合功能界面的研究[D].杭州:高分子科学与工程学系,浙江大学,2010.[10] 段永宏. 钽涂层人工假体界面特性及生物学特性的研究[D]. 第四军医大学, 2011.[11] Cohen R. A porous tantalum trabecular metal: basic science. Am J Orthop(Belle Mead NJ)2002;31(4):216-7.[12] Christie MJ. Clinical applications of Trabecular Metal. Am J Orthop (Belle Mead NJ)2002;31(4):219-20.[13] Bobyn JD, Poggie RA, Krygier JJ, Lewallen DG, Hanssen AD, Lewis RJ, etal. Clinicalvalidation of a structural porous tantalum biomaterial for adult reconstruction. J Bone Joint Surg Am 2004;86-A Suppl 2123-9.[14] Levine BR, Sporer S, Poggie RA, Della VCJ, Jacobs JJ. Experimental and clinicalperformance of porous tantalum in orthopedic surgery. Biomaterials 2006;27(27):4671-81. [15] Klein GR, Levine HB, Hartzband MA. Removal of a well-fixed trabecular metal monoblocktibial component. J Arthroplasty 2008;23(4):619-22.[16] Kim WY, Greidanus NV, Duncan CP, Masri BA, Garbuz DS. Porous tantalum uncementedacetabular shells in revision total hip replacement: two to four year clinical and radiographic results. Hip Int 2008;18(1):17-22.。