生物材料在医学上的应用

生物材料在医学上的应用
赵 娜 （ 黑 龙 江 农 业 工程 职 业 学 院 ， 黑龙 江 哈 尔滨 １ ５ ０ ０ ８ ８ ）
摘 要： 为 了满足 临床 对人 工骨材料各种形状的 需要 ， 要 求生物微 晶玻 璃除 了具有 良好的 生物相 容性和一定的力 学性 能外， 还必须 具备一定的可切 削性 能。钛与生物活性微 晶玻璃复合材料 ， 既具有金属 材料 高的强度 、 韧性 ， 又具有生物活性 陶瓷材料的 良好的生物性 能 和生物相容 性 ， 是一种较为理想的硬 组织植入材料 。
关键词 ： 真 空烧 结 ； 生 物 活性 微 晶玻 璃 ； 复 合 材 料
生物医用复合材料针对 单一相材料的局限ｆ 十 制造 ，兼顾了各 ３ 生物 微 晶玻璃 种材料间的性能 ， 因而具有更大的优越 眭。 本工作通过在真空烧结钛生 ３ ． １ 不同晶相的 生物微晶玻璃 。 １ ９ ８ ２ 年京都大学的 小久保正研制出 — ｗ 微晶玻璃 。此种玻璃具有很高的机械强度和断裂韧陛， 并能与人 物活性微晶玻璃复合材料， 结合金属与微晶玻璃的优越性 ， 提高材料的 Ａ 韧性 、抗冲击能力 ，借助于 Ｔ Ｇ — Ｄ Ｓ Ｃ 、 Ｓ Ｅ Ｍ等测试手段 ，初步探讨了 骨快速牢固地结合， 是迄今为止最好的生物微晶玻璃之一。 该项成果后 转让给 日本电气玻璃公司（ Ｎ Ｅ Ｇ ） ， 商品名 Ｃ ｅ ｒ ａ ｂ ｏ ｎ ｅ 。 主要用于修复替换 Ｔ ｉ ／ Ｈ Ａ生物活陛微晶玻璃复合材料的相组成和性能。 １ 生物材 料应 用前 景 人的脊椎骨 、 肠骨等。Ａ — ｗ 微晶玻璃中含有羟基磷灰石和硅灰石相 ， 分 随着人类文明的进步和生活水平的提高重视 ，人类迫切需要新的 别赋予材料以高生物活 陛和高强度。 材料对 人 体内发生病变 、损伤和老化的组织器官进行替代、 修补和矫 为了使生物玻璃兼有生物活性和可机械加工性 ，人们在研究可切 正， 人体硬组织替换材料将具有广阔的发展前景。 生物微晶玻璃作为生 削的云母微晶玻璃的基础上 ， 制备出了氟磷灰石 一氟金云母微晶玻璃 、 命科学与材料科学交叉渗透发展的成果之一 ， 以其 良好的生物相容眭、 氧化锆增韧的云母微晶玻璃等 。合成具有梯度构造 的 Ｃ ａ Ｏ — Ｐ ２ ０ 一 Ａ １ ： Ｏ ， 生物亲和性和无毒副作用 ，耐化学腐蚀等优 而 日 益受到更加广泛 的 系统生物微 晶玻璃 的研究也有报 道。此类 生物微 晶玻璃的表层 为 青睐。 除了具有 良好 的生物相容 ｆ 生 和生物活 陛外 ， 由于它们的化学组成 Ｂ— Ｔ Ｃ Ｐ和 Ｈ Ａ Ｐ微晶， 内层为透光陛良好的 Ｂ— Ｔ Ｃ Ｐ晶相。 虽然近年已 与生物体的自 然骨骼相似，容易与周围的骨骼形成 紧密牢 固的化学键 成功开发出多种生物微 晶玻璃 ， 但研制一种具有高生物活性 、 高的初始 合， 或经生物降解形成新的骨骼成分。随着制备技术的发展， 在保证生 强度 、 体内可生物降解的生物微晶玻璃仍是人们努力的方 向。 物相容性的基础上 ， 进一步提高强度 ， 并可以具有 良好 的可加工性 ， 使 ３ ． ２生物微晶玻璃析晶机理的研究。弄清楚生物微晶玻璃的析晶机 其临床应用性能得到了大幅度的提高， 可以被广泛地应用于骨科、 牙科 理和微观结构有助于开发新的生物材料和提高已有材料的性能，近年 的替代及骨组织工程等领域 ， 同时也展现了良 好的发展前景。 来对其研究较多。对磷酸钙基生物玻璃 的晶化和微观结构 的研究表 明 ２生物医学材料的分类 、 添加 Ｚ ｒ Ｏ ￣ Ｔ ｉ Ｏ ： 等使磷酸钙基微晶玻璃中能析 出可生物再吸收的晶相 生物医学材料品种繁多 ， 几乎涉及材料学科的各个领域。 在临床上 如 １ ３ 一 Ｃ ａ ￣ Ｐ ２ ０ ， 等。 通过研究含磷灰石和白榴石晶相的微晶玻璃的结构、 的使用也多种多样 ， 覆盖临床多个学科。 迄今被详细研究过的生物医学 化学稳定 ｌ 生 等， 发现在烧结中受控析晶表面和体 内 反应控制 ， 在热处理 材料已超过一千种 ， 被广泛应用的也达数十种之多。 仅以高分子材料为 中磷灰石和白榴石平行析晶。 ‘ 例， 世界范围在临床上应用的就有 ９ ０ 多个品种 、 １ ８ ０ ０ 余种制品。 依据不 通过研究不 同含量的 Ｐ ｚ Ｏ 对Ｓ ｉ Ｏ ： 一 Ｋ ： Ｏ — Ｚ ｒ Ｏ ２ － Ｐ ： ０ ５ 体 系的析晶和 同的分类标准 ， 目前生物材料可以分为不同的类型。 微观结构的影响， Ｓ ｃ ｈ ｗ ｅ ｇ ｅ ｒ 等认 为 Ｌ ｉ ￣ Ｓ ｉ ０ 相变和析晶主要受 ０ 的 根据材料 的生物性能 ， 生物医学材料可分为 ： 生物惰性材料 、 生物 影响。也有人拐 寸ｒ ｒ ｊ ｏ ２ 在Ｓ ｉ Ｏ ２ — ３ Ｃ ａ Ｏ・ Ｐ ２ ０ 一 Ｍｇ Ｏ体系中诱导分相和析 活 陛材料和生物降解材料三类 。 晶 的 作 用 机 理 、熔 制 玻 璃 中 棒 状 氟 磷 灰 石 的 析 晶 机 制 及 ２ ． １ 生物情ｌ 生 材料 （ Ｂ ｉ ｏ ｉ ｎ ｅ ｒ ｔ Ｍ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ） 是指一类在生物环境中能保 Ｃ ａ Ｏ — Ｐ ２ ０ 一 Ｍ ｇ Ｏ — Ｓ ｉ Ｏ ： 体系结晶过程 中 力学Ｉ 生 能的改变。 持稳定 ， 不发生或仅发生微弱化学反应 的生物 医学材料 ， 主要有生物陶 ４本领域存在的问题 瓷类和医用合金类材料。 由于在实际中不存在完全惰性的材料 ， 因此生 生物衙眭玻璃陶瓷具有优 良的生物活性及生物相容性 ，但终因其 物惰性材料在机体内也只是基本上不发生化学反应 。它与组织间的结 机械 胜能不稳定 、 可靠 Ｊ 生 差、 韧性不好而限制了其应用 。因此 ， 人们 目前 合主要是组织长人其粗糙不平的表面形成一种机械嵌联 ， 即形态结合。 普遍关注于生物陶瓷 一 金属复合材料 的研究 。 生物惰性材料主要包括氧化物陶瓷 （ Ａ ｌ ２ ０ ， 、 Ｚ ｒ Ｏ ） 、玻璃 陶瓷 、 Ｓ ｉ Ｎ 陶 生物活『 生玻璃作为理想的材料已得到广泛研究和应用 ，越来越显 瓷、 医用碳素材料、 医用金属材料等。 该类材料由于具有隋性， 植人 体内 示 出惰性生物材料所不能 比拟的优势 ，就生物活性玻璃来说以下几个 后无论是形态或结构一般不会发生改变， 力学性能稳定 ， 因此该类材料 方面问题值得研究 ： 是 目前人体承重材料中应用最广的材料。 ４ ． １ 生物活性玻璃同传统陶瓷一样需要高温结烧成型， 这样有些材 ２ ． ２生物活性材料 （ Ｂ ｉ ｏ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ） 是 一类能在材料 界面诱导 料的活 胜不免会受到影响而大大降低，因此在制备工艺上采用熔融破 出特殊生物反应或调节生物活 ｆ 生的生物医学材料 ，它可与组织在界面 碎法制备生物活性玻璃。 形成化学结合 。生物浯ｌ 生 材料主要有以下几类 ： 羟基磷灰石材料 、 磷酸 ４ ． ２ 生物潘ｆ 生玻璃像普通玻璃与陶瓷一样存在力学弱点， 即脆 ｆ 生大， 钙生物活 性材料、 磁 陛生物陶瓷材料 、 生物潘 陛玻璃等 。这类材料突出 因而限制 了其应用范围。 的牦 是材料植入生体后 ， 随着移植时间的推移 ， 材料表面发生化学变 ４ ． ３ 生物活性玻璃使用环境的特殊Ｉ 生， 可植 人人体， 决定了它既属于 化， 从而使材料与生体组织间的结合更牢固。 羟基磷灰石是一种典型的 材料学， 但是在使用上还是有—定的局限性。 生物涪 ｉ 生材料 ， 由于它与 ＾ 体骨的主要无机质成分相似， 当羟基磷灰石 参考文献 植＾ 生体 内后不仅能引导骨形成 ， 而且可以与组织形成骨ｌ 生 结合。 ［ １ ］ 李世普． 生物 医用材料导 Ｉ ． 武汉： 武汉工业大学 ￣ ￣ ２ ０ ０ ０ ： １ － ５ ． ２ ． ３ 生物 降解材料（ Ｂ ｉ ｏ ｄ ｅ ｇ ｒ ａ ｄ ａ ｂ ｌ ｅ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ） 是指一类在被植入人 『 ２ １ 俞耀庭－ 生物 医 用材辛 斗 １ Ｍ１ ． 天举 天津大学出 版社’ ２ ｏ ０ ０ ： １ － ３ ． 体后不断地发生分解 、并且分解产物能被生物体所吸收或排 出体外的 ［ ３ 】 孙雪， 奚延 斐等． 生物材料和再生医学的进展 中国修复重建外科杂 类材料 。 主要包括 Ｄ— Ｔ Ｃ Ｐ生物降解陶瓷和可降解高分子材料。 生物 ￣ ． ， ２ ０ ０ ６ ， ２ ０ （ ２ ） ： １ ８ ９ － １ ９ ３ ． 降解陶瓷主要用于修复骨缺损或用作药物载体。可降解高分子材料主 ［ ４ ］ 晨爱 民， 万涛等． 生物 医学材料研 究与展 望叨． 武 汉理工 大学学报 ， 要用于药物释放载体及非永久ｆ 生植 ＾ 、 装置 ， 如心血管系统、 软组织等 。 ２ ０ ０ ５ ， ２ ７ （ ８ ） ： １ １ ６ － １ １ ８ ．