生物材料和人工器官主要内容
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不锈钢的耐蚀性和屈服强度可以通过冷加 工而提高，避免疲劳断裂。 一般制成多种形状，如针、钉、髓内针、 齿冠、三棱钉等器件和人工假体而用于临 床，还用于制作各种医疗仪器和手术器械。
医用金属材料：不锈钢
按显微组织的特点可分为:
奥氏体不锈钢 铁素体不锈钢 马氏体不锈钢 沉淀硬化型不锈钢等
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
医用金属材料：钴基合金
含有较高的铬和钼，又称钴铬钼合金，具有极为 优异的耐腐蚀性（比不锈钢高40倍）和耐磨性， 综合力学性能和生物相容性良好，可通过精密铸 造成形状复杂的精密修复体，有硬、中、软三种 类型。在所有医用金属材料中，其耐磨性最好； 植入体内不会产生明显的组织反应，适合于制造 体内承载苛刻的长期植入件。 临床上主要用于用于制造人工髋关节、膝关节以 及接骨板、骨钉、关节扣钉和骨针，及人工心脏 瓣膜等。
②生物相容性好，在体内不被排斥，无炎症， 无慢性感染，种植体不致引起周围组织产生局 部或全身性反应，最好能与骨形成化学结合， 具有生物活性； ③无溶血、凝血反应等。
生物医学材料的基本要求
(二)化学稳定性
①耐体液侵蚀，不产生有害降解产物； ②不产生吸水膨润、软化变质； ③自身不变化等。
生物医学材料的分类
按材料的属性分类
医用金属材料 无机生物医学材料
生物医学材料
高分子生物材料 杂化生物材料 复合生物材料
医用金属材料
一类生物惰性材料，除具有较高的机械强 度和抗疲劳性能，具有良好的生物力学性 能及相关的物理性质外，还必须具有优良 的抗生理腐蚀性、生物相容性、无毒性和 简易可行及确切的手术操作技术。
对于生物材料而言多为局部腐蚀，具体包括应力 腐蚀开裂、点腐蚀、晶间腐蚀、腐蚀疲劳以及缝 隙腐蚀等，导致生物材料整体破坏。 可能会有物质溶入生物组织中，并对生物体组织 产生毒性反应，造成组织的损害。
聚合物降解
聚合物在长期使用过程中，由于受到氧、热、 紫外线、机械、水蒸气、酸碱及微生物等因素 作用，逐渐失去弹性，出现裂纹，变硬、变脆 或变软、发粘、变色等，从而使它的物理机械 性能越来越差的现象。 聚合物老化易形成的碎片、颗粒、小分子量单 体物质。对耐久性器件，必须保持一定强度和 其它机械性能，老化产物不能对周围组织有毒 害作用。
生物材料的发展概述
生物材料的开发和利用可追溯到3500年前， 那时的古埃及人就开始利用棉纤维、马鬃 作缝合线缝合伤口；印第安人则使用木片 修补受伤的颅骨。2500年前，中国和埃及的 墓葬中就发现有假牙、假鼻和假耳。人类 很早就用黄金来修复缺损的牙齿，并沿用 至今。16世纪开始人们用黄金板修复颚骨， 陶材做齿根，用金属固定内骨板，以及用 金属种植牙齿等。
磨损
人工关节由于表面易氧化生成TiO2，其耐磨性差， 植入人体后，磨损造成在关节周围组织形成黑褐 色稠物，从而引起疼痛。
目前，大量的人工髋关节是由坚硬的金属或陶瓷 的股骨头与超高分子聚乙烯的髋臼杯组合成，然 而它的寿命也不超过25年。 假体失败的主要原因是超高分子聚乙烯磨损颗粒 所造成的界面骨溶解，从而导致假体松动。这种 磨损颗粒所导致的异物－巨细胞反应，又称颗粒 病，是晚期失败的最主要原因。
(三)力学条件
①足够的静态强度，如抗弯、抗压、拉伸、剪 切等； ②具有适当的弹性模量和硬度； ③耐疲劳、摩擦、磨损、有润滑性能。
生物医学材料的基本要
①良好的空隙度，体液及软硬组织易于长入； ②易加工成形，使用操作方便； ③热稳定好，高温消毒不变质等性能。
材料在生物体内的响应—材料反应
生物机体作用于生物材料－材料反应，其 结果可导致材料结构破坏和性质改变而丧 失其功能。可分为如下三个方面：
金属腐蚀 聚合物降解 磨损
金属腐蚀
生物体内的腐蚀性环境：
（1）含盐的溶液是极好的电解质，促进了电化学腐蚀 和水解； （2）组织中存在具有催化或迅速破坏外来成分能力的 多种分子和细胞。
生物材料和人工器官
主要内容
生物医学材料
定义、发展 基本要求 分类及介绍
人工器官
人工肾 人工肝 人工心脏 人工肺
生物医学材料
定义：生物材料（Biomaterials）即生物医学 材料（Biomedical Materials），指“以医疗 为目的，用于与组织接触以形成功能的无 生命的材料”。 它是生物医学科学中的最新分支学科，是 生物、医学、化学和材料科学交叉形成的 边缘学科。 生物材料是研制人工器官及一些重要医疗 技术的物质基础，每一种新型生物材料的 发现都引起了人工器官及医疗技术的飞跃。
生物医学材料的基本要求
材料与机体组织发生的两种反应：
包括生物环境对材料的腐蚀、降解、 磨损和性质退化，甚至破坏。
材料反应
活体系统
宿主反应
包括局部和全身反应，如炎症、细胞毒性、凝 血、过敏、致癌、畸形和免疫反应等。
材料
生物医学材料的基本要求
（一）生物相容性
①对人体无毒、无刺激、无致畸、致敏、致突 变或致癌作用；
生物材料的发展概述
生物医学材料应用广泛，仅高分子材料，全世界 在医学上应用的就有90多个品种、1800余种制品， 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。
我国生物医用材料产业取得很大进步，但是产品 结构不尽合理，细分程度低，一般、传统和初级 的产品占多数，高端产品仍以进口为主；研究仍 以仿制为主，缺少真正具有自主技术的创新产品； 从事生物医学材料的大企业太少；生物医学材料 的主要原材料也依靠进口。
该材料是临床应用最广泛的承力植入材料， 已成为骨和牙齿等硬组织修护和替换、心 血管和软组织修复以及人工器官制造的主 要材料。
常用医用金属材料
不锈钢 钴（Co）基合金 钛（Ti）基合金 形状记忆合金 贵金属 纯金属钽、铌和铬等
医用金属材料：不锈钢
铁基耐蚀合金（一般由铁、铬、镍、钼、 锰、硅组成），易加工，价格低廉。
医用金属材料：不锈钢
按显微组织的特点可分为:
奥氏体不锈钢 铁素体不锈钢 马氏体不锈钢 沉淀硬化型不锈钢等
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
医用金属材料：钴基合金
含有较高的铬和钼，又称钴铬钼合金，具有极为 优异的耐腐蚀性（比不锈钢高40倍）和耐磨性， 综合力学性能和生物相容性良好，可通过精密铸 造成形状复杂的精密修复体，有硬、中、软三种 类型。在所有医用金属材料中，其耐磨性最好； 植入体内不会产生明显的组织反应，适合于制造 体内承载苛刻的长期植入件。 临床上主要用于用于制造人工髋关节、膝关节以 及接骨板、骨钉、关节扣钉和骨针，及人工心脏 瓣膜等。
②生物相容性好，在体内不被排斥，无炎症， 无慢性感染，种植体不致引起周围组织产生局 部或全身性反应，最好能与骨形成化学结合， 具有生物活性； ③无溶血、凝血反应等。
生物医学材料的基本要求
(二)化学稳定性
①耐体液侵蚀，不产生有害降解产物； ②不产生吸水膨润、软化变质； ③自身不变化等。
生物医学材料的分类
按材料的属性分类
医用金属材料 无机生物医学材料
生物医学材料
高分子生物材料 杂化生物材料 复合生物材料
医用金属材料
一类生物惰性材料，除具有较高的机械强 度和抗疲劳性能，具有良好的生物力学性 能及相关的物理性质外，还必须具有优良 的抗生理腐蚀性、生物相容性、无毒性和 简易可行及确切的手术操作技术。
对于生物材料而言多为局部腐蚀，具体包括应力 腐蚀开裂、点腐蚀、晶间腐蚀、腐蚀疲劳以及缝 隙腐蚀等，导致生物材料整体破坏。 可能会有物质溶入生物组织中，并对生物体组织 产生毒性反应，造成组织的损害。
聚合物降解
聚合物在长期使用过程中，由于受到氧、热、 紫外线、机械、水蒸气、酸碱及微生物等因素 作用，逐渐失去弹性，出现裂纹，变硬、变脆 或变软、发粘、变色等，从而使它的物理机械 性能越来越差的现象。 聚合物老化易形成的碎片、颗粒、小分子量单 体物质。对耐久性器件，必须保持一定强度和 其它机械性能，老化产物不能对周围组织有毒 害作用。
生物材料的发展概述
生物材料的开发和利用可追溯到3500年前， 那时的古埃及人就开始利用棉纤维、马鬃 作缝合线缝合伤口；印第安人则使用木片 修补受伤的颅骨。2500年前，中国和埃及的 墓葬中就发现有假牙、假鼻和假耳。人类 很早就用黄金来修复缺损的牙齿，并沿用 至今。16世纪开始人们用黄金板修复颚骨， 陶材做齿根，用金属固定内骨板，以及用 金属种植牙齿等。
磨损
人工关节由于表面易氧化生成TiO2，其耐磨性差， 植入人体后，磨损造成在关节周围组织形成黑褐 色稠物，从而引起疼痛。
目前，大量的人工髋关节是由坚硬的金属或陶瓷 的股骨头与超高分子聚乙烯的髋臼杯组合成，然 而它的寿命也不超过25年。 假体失败的主要原因是超高分子聚乙烯磨损颗粒 所造成的界面骨溶解，从而导致假体松动。这种 磨损颗粒所导致的异物－巨细胞反应，又称颗粒 病，是晚期失败的最主要原因。
(三)力学条件
①足够的静态强度，如抗弯、抗压、拉伸、剪 切等； ②具有适当的弹性模量和硬度； ③耐疲劳、摩擦、磨损、有润滑性能。
生物医学材料的基本要
①良好的空隙度，体液及软硬组织易于长入； ②易加工成形，使用操作方便； ③热稳定好，高温消毒不变质等性能。
材料在生物体内的响应—材料反应
生物机体作用于生物材料－材料反应，其 结果可导致材料结构破坏和性质改变而丧 失其功能。可分为如下三个方面：
金属腐蚀 聚合物降解 磨损
金属腐蚀
生物体内的腐蚀性环境：
（1）含盐的溶液是极好的电解质，促进了电化学腐蚀 和水解； （2）组织中存在具有催化或迅速破坏外来成分能力的 多种分子和细胞。
生物材料和人工器官
主要内容
生物医学材料
定义、发展 基本要求 分类及介绍
人工器官
人工肾 人工肝 人工心脏 人工肺
生物医学材料
定义：生物材料（Biomaterials）即生物医学 材料（Biomedical Materials），指“以医疗 为目的，用于与组织接触以形成功能的无 生命的材料”。 它是生物医学科学中的最新分支学科，是 生物、医学、化学和材料科学交叉形成的 边缘学科。 生物材料是研制人工器官及一些重要医疗 技术的物质基础，每一种新型生物材料的 发现都引起了人工器官及医疗技术的飞跃。
生物医学材料的基本要求
材料与机体组织发生的两种反应：
包括生物环境对材料的腐蚀、降解、 磨损和性质退化，甚至破坏。
材料反应
活体系统
宿主反应
包括局部和全身反应，如炎症、细胞毒性、凝 血、过敏、致癌、畸形和免疫反应等。
材料
生物医学材料的基本要求
（一）生物相容性
①对人体无毒、无刺激、无致畸、致敏、致突 变或致癌作用；
生物材料的发展概述
生物医学材料应用广泛，仅高分子材料，全世界 在医学上应用的就有90多个品种、1800余种制品， 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。
我国生物医用材料产业取得很大进步，但是产品 结构不尽合理，细分程度低，一般、传统和初级 的产品占多数，高端产品仍以进口为主；研究仍 以仿制为主，缺少真正具有自主技术的创新产品； 从事生物医学材料的大企业太少；生物医学材料 的主要原材料也依靠进口。
该材料是临床应用最广泛的承力植入材料， 已成为骨和牙齿等硬组织修护和替换、心 血管和软组织修复以及人工器官制造的主 要材料。
常用医用金属材料
不锈钢 钴（Co）基合金 钛（Ti）基合金 形状记忆合金 贵金属 纯金属钽、铌和铬等
医用金属材料：不锈钢
铁基耐蚀合金（一般由铁、铬、镍、钼、 锰、硅组成），易加工，价格低廉。