生物医用材料的概述
《材料化学》考察小论文
生物医学材料的概况
班级：111 姓名：褚鑫学号：11231120
摘要：生物医用材料, 是指以医疗为目的, 用于诊断、治疗、修复或替换人体组器官或增进其功能的材。迄今大量使用的生物医学材料仍主要是医用金属和合金、医用高分子、生物陶瓷、经处理过的生物组织衍生材料、医用复合材料等。
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，生物材料己成为各国科学家竞相进行研究和开发的热点。【1】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。
一生物医用材料的发展历程
20 世纪初, 第一次世界大战以前所使用的材料为第一代生物医学材料。代表材料有石膏、金属、橡胶以及棉花等物品。这一代的材料大都已被现代医学所淘汰。第二代生物材料起源于20 世纪60～70年代, 在对工业化的材料进行生物相容性研究基础上, 开发了第一代生物材料及产品在临床的应用, 例如体内固定用骨钉和骨板、人工关节、人工心脏瓣膜、人工肾等。代表材料有经基磷灰石、磷酸三钙、聚经基乙酸、胶原、多肤、纤维蛋白等。上述生物材料, 具有一个普遍的共性: 生物惰性。即生物材料发展所遵循的原则是尽量将受体对植入器械的异物反应降到最低【2】。第三代生物医学材料川是一类具有促进人体自身修复和再生作用的生物医学复合材料. 这种具有活性的材料能够在生理条件下发生可控的反应, 并作用于人体.
20 世纪80 年代中期, 生物活性玻璃、生物陶瓷、玻璃-陶瓷及其复合物等多种生物活性材料开始应用于整形外科和牙科。与惰性材料相比,这些材料在体内不存在免疫和干扰免疫系统的问题, 材料本身无毒, 耐腐蚀强度高, 表面带有极性, 能与细胞膜表层的多糖和糖蛋白等通过氢键相结合, 并有高度的生物相容性。且材料具有可控的降
解性.其分解产物可以代谢, 并最终排出体外. 现今人口快速老龄化, 生物惰性、生物活性及可降解植入物在临床的成功应用具有非常重要的意义。
二生物医用材料的分类
生物材料应用广泛，品种很多，有不同的分类方法。通常是按材料属性分为：合成高分子材料（聚氨酯、聚酯、聚乳酸、聚乙醇酸、乳酸乙醇酸共聚物及其他医用合成塑料和橡胶等）、天然高分子材料（如胶原、丝蛋白、纤维素、壳聚糖等）、金属与合金材料（如钦金属及其合金等）、无机材料（生物活性陶瓷，羟基磷灰石等）、复合材料（碳纤维/聚合物、玻璃纤维/聚合物等）。根据材料的用途，这些材料又可以分为生物惰性、生物活性（bioactive）或生物降解（biodegradable）【3】材料。这些材料通过长期植入、短期植入、表面修复分别用于硬组织和软组织修复与替换。生物医用材料由于直接用于人体或与人体健康密切相关，对其使用有严格要求。首先，生物医用材料应具有良好的血液相容性和组织相容性。其次，要求耐生物老化。即对长期植入的材料，其生物稳定性要好；对于暂时植入的材料，要求在确定时间内降解为可被人体吸收或代谢的无毒单体或片断。还要求物理和力学性质稳定、易于加工成型、价格适当。便于消毒灭茵、无毒无热源、不致癌不致畸也是必须考虑的。对于不同用途的材料，其要求各有侧重。
而根据物质属性，生物医学材料大致可以分为以下几种：1 生物医学金属材料：生物医用金属材料通常采用合金或钛金, 具有很高的机械强度和抗疲劳特性, 是临床应用最广泛. 镍钦形状记忆合金具
有形状记忆特性和智能性, 可用于矫形外科、心血管外科等。2 生物医学高分子材料：生物医学高分子材料有天然和合成两种, 其中合成高分子材料发展较快。合成的软性材料常用作人体软组织如血管、食道和指关节等; 合成的硬性材料则用作人工硬脑膜、人工心脏瓣膜的球形阀等;液态的合成材料如室温硫化硅橡胶可作为注人式组织修补材料【4】3 生物医学无机非金属材料或生物陶瓷：生物陶瓷的化学性质稳定, 具有良好的生物相容性。生物陶瓷主要包括两类:①惰性
生物陶瓷(如氧化铝、医用碳素材料等 ),这类材料具有较高的强度, 耐磨性能良好, 分子中化学键的作用力较强:②生物活性陶瓷(如轻
基磷灰石和生物活性玻璃等 ), 此类材料能在生理环境中逐步降解
吸收,或与生物机体形成稳定的化学键, 因而具有极为广泛的发展前景。4 生物医学复合材料：生物医学复合材料是由两种或两种以上不同材料复合而成的, 主要用于修复或替换人体组织、器官或增进其功能, 也可用作人工器官的制造。其中钻钦合金和聚乙烯组织假体常用作人工关节;
【5】;高分子材料与生物高分子(如酶抗原、抗体和激素等)结合可以作为生物传感器。5 生物医学衍生材料：生物医学衍生材料是由经过特殊处理的天然生物组织衍生而成的。经过处理的生物衍生材料是无生物活性的材料, 但其具有类似天然组织的构型和功能, 在维持人体动态的修复和替换中具有重要作用, 如皮肤掩膜、血液透析膜、人工心脏瓣膜等【6】。
三中国的生物医用材料
生物医学材料得以迅猛发展的主要动力来自人口老龄化、中青年创伤的增多、疑难疾病患者的增加和高新技术的发展。我国生物医学研究起步较晚。自20世纪70年代末起，北京大学和南开大学从事这一领域的研究。“九五”期间由何炳林与卓仁禧主持的国家自然科学基金重大项目组织大批科研力量进行研究，在此领域取得了显著成绩。1998年“生物医学高分子”项目获教育部科技进步一等奖。例如，冯新德等设计合成的链段化聚醚氨酯以及由铈离子引发的接枝聚合物，具有良好的抗凝血性能；何炳林等根据分子识别原理设计合成的血液净化材料不仅可通过血液灌流清除肝衰竭【7】、肾衰竭、自免疫疾病患者体内积蓄的内源性物质【8】，而且还可以救治安眠药等药物中毒患者，已在临床试用千余例；在医用固定化酶和高分子修饰酶研究中，发展了若干有效的反应方法，使生物高分子保持高活性的前提下达到较高的固载量【9】。卓仁禧等不仅设计合成了大量的始于药物控释的生物降解聚磷酸酯，而且发展了以4一二甲氨基吡啶催化磷酸酯的缩聚反应制备高分子量聚磷酸酯【10】和用脂肪酶催化含磷杂环化合物的开环聚合方法u4|，并研究发现聚磷酸酯的免疫活性【11】。林思聪等提出设计抗凝血材料的表面结构的“维持正常构象”假说，并发展了聚氨酯、聚硅氧烷、聚烯烃的表面接枝反应，合成了多种表面抗凝血性能良好的新材料【12】。这些研究成果不仅在国际上产生了重要影响，而且对于我国生物医用高分子领域的发展奠定了基础。
生物医用材料是当代科学技术中涉及学科最为广泛的多学科交叉领域，涉及材料、生物和医学等相关学科，是现代医学两大支柱—生物技术和生物医学工程的重要基础。由于当代材料科学与技术、细胞生物学和分子生物学的进展，在分子水平上深化了材料与机体间相互作用的认识，加之现代医学的进展和临床巨大需求的驱动，当代生物材料科学与产业正在发生革命性的变革，并已处于实现意义重大的突破的边缘─再生人体组织，进一步，整个人体器官，打开无生命的材料转变为有生命的组织的大门。在我国常规高技术生物医用材料市场基本上为外商垄断的情况下，抓住生物材料科学与工程正在发生革
命性变革的有利时机，前瞻未来20-30年的世界生物材料科学与产业，刻意提高创新能力，不仅可为振兴我国生物材料科学与产业，赶超世界先进水平赢得难得的机遇，且可为人类科学事业的发展做出中国科学家的巨大贡献。
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