生物无机材料的应用

生物无机材料的应用

学院：医药信息工程学院班级：生物医学工程【医学影像技术方向电子仪器方向】姓名：傅培伟苏海宁曾育权张根滔古利云黄春莲

摘要：本文主要介绍了生物无机材料的发展情况以及其应用的实例。生物无

机材料对于医学的发展起着基础的作用。特别是生物医学工程，生物无机材料的合成和研究更是起着重大作用，许多医学工程的进展得益于材料的发现与合成。了解生物无机材料的发展情况有利于我们在研究中借鉴其他优秀的研究成果，从而确定我们的研究方向。

关键词：人造骨生物无机材料钛合金医学传感器多孔无机材料稀土1、生物无机材料的运用——人造骨骼

人造骨是一种具有生物功能的新型无机非金属材料，它类似于人骨和天然牙的性质的结构，人造骨可以依靠从人体体液补充某些离子形成新骨，可在骨骼接合界面发生分解、吸收、析出等反应，实现骨骼牢固结合。人造骨植入人体内需要人体中的Ca2+与PO4 3-离子形成新骨。

对于我们来说，几乎每天都在不停地运动。我们运动时，每一块肌肉，每一块骨骼都尤为重要。难以想象当我们的骨骼受到严重损坏时，我们将多么的痛苦。特别是生活在当今的社会上，每天都有车祸发生，这对于我们来说更是一种生命上的威胁。车祸的幸存者往往会有多处骨折，甚至是粉碎，这给患者留下了不小的创伤，有的因此终身残废。现在医学技术水平较高，可以采用骨骼修补术，就是从病人身上的某个部位切下一块骨骼对损坏部位进行修补。不过这种方法会给患者极大地痛苦。不仅如此，手术会对患者造成另一创伤，损坏原本完好的部位。而且手术时间长，愈合慢，对医生的手术要求较高，切下来的骨骼无法完全利用，浪费材料。生物无机材料在人造骨骼中的应用可以较好的解决手术对骨的修复。

1.1人造骨对材料的要求

人造骨必须具有一定的生物功能性和生物相容性。

1.1.1生物相容性

生物相容性主要包括血液相容性、组织相容性。材料在人体内要求无不良反应，不引起凝血、溶血现象，活体组织不发生炎症、排斥、致癌等。

1.1.2力学性能

材料要有合适的强度、硬度、韧性、塑性等力学性能以满足耐磨、耐压、抗冲击、抗疲劳、弯曲等医用要求。

1.1.3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。

1.1.4成形加工性能

容易成形和加工，价格适中。

1.2人造骨的实例

1.2.1陶瓷膏状人造骨

日本特殊陶业公司研制出容易加工、变形陶瓷制膏状人造骨。膏状人造骨可以按照人体骨损坏部位的形状进行修补加工，但是迄今已有的人造骨硬化时间都很长有的需要几天时间。新研制的人造骨特点是硬化快，与已有人造骨大约相差8 个小时。此外新产品还具有可防血液浸入骨头内部、可以用专用注射针注入和与原骨亲和性高等特点。这家公司从20 0 年开始在东京大学医学系附属医院等日本国内5家医院进行了临床治疗骨折实验,得到的评价中”极为有用”占8 2%。它们取于2 0 0 4 年通过制药公司生产投入市场。

1.2.2美国陶瓷人造骨骼

美国科学家研制出一种陶瓷制成的新型人造骨骼,移植后可以替代人体内

的真正骨骼了且人体内的组织细胞不会出现坏死现象, 并能继续生长; 不仅如此,这种骨骼在手术前的二至三小时就可制作完成。以前需安装金属假肢的、或做人体骨骼手术的患者, 则要等待较长时间,才能找到较为合适的金属假肢或

人体骨骼。用陶瓷制造骨骼是通过计算机系统为患者专门定做的因此它完全适合患者。这项新技术依靠X 射线来确定骨骼尺寸和形状，它的精细度达到0.1毫米; 制定骨骼之后还可在骨骼上钻一些小孔以便手术医生将新骨骼与病人原先之骨骼连接起来。此外这种人造骨骼所用的材料与人体骨骼非常相似,有助于患者更加活动自如。外科手术医生寄希望于这项新技术，, 因为金属假肢尚不尽人意,移植骨骼也有缺陷; 但陶瓷骨骼能否长期保持其坚固性、仍需实践予以检验。

1.2.3人造“懒骨头”

现在日本医学科学家发明了一种人造骨,其工作特点颇具智能,可为病人减少定时服用钙制剂及定期测定血钙的痛苦,有人戏称“懒骨头”。此种骨的工作原理是, 将药物预先装入人造骨骼中,完成植入手术。该骨不仅可支撑体重同时当体内血钙浓度降低时人造骨即释放钙离子入血; 而当血钙升高时钙离子即在人造骨表面形成一神奇薄膜堵塞其表面的微孔阻止药物释放入血。

1.2.4磷酸钙和骨胶原人造骨骼

日本物质和材料研究机构与有关大学合作开发出新的人造骨骼,是用由骨

骼的无机成分磷酸钙和有机成份骨胶原组成的复合材料制成的，其强度与弹性均接近于真正的骨骼。把它移植到缺损部位能很快被吸收并长出新的骨骼来。在狗身上做实验表明大约3 个月就可以再生出新的骨骼来。这一科研成果目前仅处于动物实验阶段, 尚需进行实用化研究开发，才能达到临床试验水平。

1.2.5钛骨骼

金属钛的合金材料是目前医学界公认的人造骨骼替代材料,钛被人们赞誉

为“新生物金属”，现在它已开始应用于膝关节、肩关节、肋关节、头盖骨、主动心瓣、骨骼固定夹等方面。钛无毒，又与人体组织和血液有良好的相容性。因此钛是一种理想的生物材料。钛骨头、钛制心脏起搏器不受雷雨天气的影响；钛义齿在头面部M AI检查中不须拆除修复体。1973 年在国内首先开始研制成功钛制人工关节，此项目在19 7 8 年获全国科学大会奖。金属钛具有良好的生物相容性和弹性模量，但其抗磨性能较差。金属钛有强度和良好的韧性很接近生物骨骼的要求，但植入人体或生物体后往往难以产生理想的生物相容性缺乏生物活性,只是简单的机械物理结合，使这种材料的应用受到很大的限制。

1.2.6海草人造骨

德国基尔市的科学家成功制成了一种新型的可代替骨头的生物材料，它是生长在海赫尔果兰岛边浅水处的某些海草。这些海草形成的钙化骨骼含有碳酸钙，其表面有布满直径5-10 微米的小孔，与天然骨头差不多。利用这种多孔材料可以制成性能几乎与人的骨头完全一样的人造骨，是理想的骨组织替代物,尤其适用于假牙。

1.2.7生物玻璃人造骨

生物功能玻璃主要是指能够满足和达到生理和生物功能的玻璃。近年来开发出一些具有生物活性、机械强度高的生物功能玻璃。它具有与周围骨质结合牢固(生物活性），植入没有排异反应，对人体无毒(生物亲和性),机械强度较自然骨骼高，且在人体内无强度疲劳现象容易灭菌成型加容易等特点。能玻璃多为含钙和磷的向晶玻璃。将这样的玻璃植入骨骼后自玻璃表面溶出的钙离子与体液中存在的磷酸根离子结合生成磷酸钙层借此与骨头表面新后骨的磷酸钙层牢固结合在一起。生物玻璃主要在人造骨、人造牙、人造关节等方面。这种玻璃的临床使用会为人类生活带来更多快乐和幸福大大提高人们的生活质量。

2、生物无机材料的运用——医学传感器

２.1基于壳聚糖、纳米金、纳米普鲁士蓝、L-半胱氨酸修饰

的葡萄糖传感器

在金电极表面修饰带正电荷的L-半胱氨酸, 再利用静电吸附作用固定纳米普鲁士蓝(nano-PB), 然后利用壳聚糖-纳米金复合膜将葡萄糖氧化酶(GOD)固

定于修饰电极表面, 制成新型的葡萄糖传感器。通过交流阻抗技术, 循环伏安法和计时电流法考察了电极的电化学特性。在优化的实验条件下, 该传感器在葡萄糖浓度为3.0×10－6～1.0×10－3mol/L 范围内有线性响应, 检测下限为1.6×10－6 mol/L。此外该传感器具有响应快、稳定性好和选择性良好的特点, 能有效排除常见干扰物质如抗坏血酸、尿酸等对测定的影响。

2.2 基于纳米氧化铝、壳聚糖无机、有机复合纳米材料的辣