生物医学工程学导论综述

生物医学材料综述

【摘要】：生物医学材料是一类具有特殊性能、特殊功能，用于人工器官、外科修复、理疗康复、诊断、治疗疾患，并且对人体组织不会产生不良影响的材料。现在各种合成和天然高分子材料、金属和合金材料、陶瓷和碳素材料以及各种复合材料，制成的产品已经被广泛应用于临床和科研。

【关键词】：生物，医学，材料，医疗器械，创伤，组织，植入

前言：材料科学与物理、化学、生物学及临床科学越来越紧密的结合产生了一个新兴的产业——-生物医学材料产业。生物医学材料已经成为生物医学工程的四大支柱产业之一，它为医学、药物学及生物学等学科的发展提供了丰富的物质基础，作为材料学的一个重要分支，它对于促进人类文明的发展必将做出更大的贡献。

随着材料工业的发展和人工器官的广泛应用，生物医学材料这门新兴交叉学科已经成为新技术革命的一个重要组成部分。经济发达国家已经成形了新型的生物材料工业体系，目前比较有代表性的生物材料产品包括：1、用于人工器官及待用品制造的膨体聚四氟乙烯、低温各向同性碳、表面修饰语交联的血红蛋白、碳化硅酯和高分子质量聚乙烯等。2、用于人工关节及骨代替的高分子质量高密度聚乙烯、氧化锆陶瓷、甲基丙烯酸甲酯语苯乙烯共聚物等。3、用于人工膜替换的甲基丙烯酸酯等。4、用于应用黏合剂的亚甲基丙二酸酯、GRF胶，蛋白胶等。

正文：我国生物材料的应用和开发研究起步比较晚，但是随着政府的重视和投入的不断增加，取得一批较高水平的研究和科研成果，如生物活性骨、关节系统替换材料、人工心脏瓣膜等心血管替换材料以及眼科手术用高分子复合材料等。

生物材料产业作为新兴的产业具有极大的发展前景，到21世纪初一直保持着较高的增长速度，其中蕴藏着巨大的经济利益和社会利益。我国生物材料产业不仅受国内的条件制约，同时也面临着国外企业的激烈竞争，加入WTO后我国生物技术产业将会面临更严峻的挑战。

作为体内移入物的材料, 不仅要在生物条件下物理机械性能长期稳定, 而且要对人体的组织、血液、免疫等系统不产生不良影响：

一、生物相容性：生物相容性是生物医学材料特定应用中伴随着适应宿主反应发挥有效作用的能力。生物医学材料和生物系统接触后，一方面材料要受生理环境的作用，引起可能导致其降解和性质蜕变的材料反应，另一方面材料也将对周围组织和整个机体发生作用，引起诸如炎症、局部或全身毒性等宿主反应。所以要求：没有毒性和过敏反应，具有化学稳定性；具有良好的耐蚀性；没有致癌性和抗原性；不会引起血液凝固和溶血；不会引起异常的新陈代谢；不会在生物体内变质，产生吸收物和在生物体内变质等]。

应该注意的是，在某种应用条件下是生物相容的材料在另一种条件下则不一定是生物相容的。直接接触血液，主要考查与血液互相作用的生物相容性，称血液相容性；直接与肌肉、骨骼、皮肤等组织接触并互相作用的生物相容性，称一般生物相容性。

二、力学性能：一些生物医学材料的最终使用是制成生物体内可接受的器官和器件，由此，这样的生物医学材料必须与生物结构（包括器官）的力学性能相容。为此，生物医学材料应具备有适当的力学性能：有一定的静载强度（包括抗拉、压缩、弯曲和剪切强度）；有适当的弹性模量和硬度；有良好的耐磨性；（其中摩擦磨损是人工关节材料的关键）有耐腐蚀和耐腐蚀疲劳性；具有良好的润滑性等）。力学的相容性并不是要求力学性能一定要高，而是取决于它所受的应力大小，要和相应的被置换的组织相匹配。

三、和组织的结合性：这种结合可以是组织长入不平整的植入表面而形成的机械嵌联。也可以是植入材料和生理环境间发生化学反应而形成的化学键结合。

四、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。

事实上，正是由于高分子科学的发展才确立了生物医学材料的学科地位。医用高分子材料，包括合成和天然高分子，品种达100多种，已被广泛应用于各种韧带、肌腱、皮肤、血管、角膜、骨和牙以及各种人工器官脏器的修复和制造。医用高分子材料所包括的范围虽然较繁杂，但大致上可归纳为5个方面：即软组织替换材料、硬组织替换材料、生物降解材料、组织工程材料（又称杂化生物材料、生物化材料或第三代生物医学材料）、药物传递系统、粘接剂和高分子药物等。根据材料的性质分为生物降解和非生物降解材料两大类。所谓降解型高分子材料是指材料在植入体内后，可在生物环境作用下发生结构破坏和性能蜕变，最终通过体内新陈代谢分解而排出体外，如胶原、纤维素、聚氨基酸、壳聚糖及某些聚酯材料等；非降解型高分子材料则相反，可作长期植入之用，如常见的聚乙烯、聚丙烯、硅橡胶、聚砜、聚丙烯酸酯（有机玻璃）等。生物复合材料是上述三种材料任意两种以上复合而成的。生物医学材料的研究仍属于仿生学范畴。从材料科学观点来看，几乎所有的生物体组织和器官，都是由两种或两种以上材料复合而成。

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【参考文献】：

廖湘萍候建平《生物工程概论》

何炳林马建标. 《生物医用材料基础研究进展》

王勃生孟庆嗯高振英《生物材料的战略意义及其发展方向》Langer, R., Folkman, J., Polymers for sustained release of proteins and other macromolecules. Nature, 263, 793-800 (1976).