生医材料的发展

第一章 簡介 一、生醫材料的發展 1.何謂生醫材料 (Biomaterials)： 結合生物、醫學及材料工程方面，橫跨不同的學術領域 的一門科學。 2.廣泛的生物材料為應用於人類醫療相關之各種材料，亦 即包括 (1).金屬 (2).陶瓷 (3).高分子 (4).複合材料 (5).天然物質 (6).生體分子。 2.生醫材料的使用： (1).近代生物材料用於人工器官的歷史追溯至 19世紀使用 金屬與陶瓷於硬組織取代 。 (2).常見的骨科用生醫金屬，即是以不锈鋼、鈷鉻合金與 鈦金屬為最重要三大類。 (3).在 20世紀的後 20年，以人工或生物 (以基因工程方法 ) 合成方法製備的仿生材料 (聚胜肽、珍珠、陶瓷 )，刺 激了材料科學中材料結構 -生物功能的了解。 二 .組織工程學： 1.組織工程將細胞培養和生醫材料做了緊密的結合。 2.包括於體外進行細胞培養再移植入生物體 ， 或直接移植生體 器官於生體 。 3.組織工程材料的發展有賴了解： (1).細胞的行為 (如生長、移動、黏著 ) (2).細胞處理 (3).組織中大分子的信息傳遞等 (4).免疫排斥過程 4.由於生物科技的發達 、 以生物分解性材料 、 配合調控組織再 生能力之填補駐植物的開發 ， 使得組織工程學日益重要 。 5.應用範圍相當的廣泛，如人工皮膚、人工血管、人工肝 臟、人工眼角膜及人工軟骨等。 三 .生醫材料的基本要求： 1.當駐植生醫材料於生物體內時，最基本的要求即是需具備： (1).適當的機械性質 (2).生物相容性 表一 駐植體、人工臟器等裝置、功能及材料 裝 置 功 能 材 料 (一 )軟組織 人工顏面器官 (耳、鼻、頰 ) 取代受損器官 矽膠、聚乙烯、鐵氟龍、波麗龍網 人工乳房 乳房重建 矽膠、達克龍、 hydron sponge 縫線 手術用 絲、尼龍、達克龍、聚羥基乙烯、羊腸線、聚丙烯 人工氣管 氣管重建 達克龍 -聚脲化合物、聚丙烯網、鉭網 藥物釋放系統 釋入藥品 矽膠、水膠、乙烯 -醋酸乙烯共聚物 (二 )骨骼修復取代 人工關節 取代受損關節 316L不銹鋼、鈷 -鉻合金、鈦 -鋁 -釩合金、鈦合金、鈷 -鉻 -鉬 -鎳合金、 HDPE、高密度氧化鋁、金屬 -生物玻璃複合物、聚四氟乙烯(PTFE) 、 PMMA-碳纖維 骨板、螺絲釘 骨折之修復 316L不銹鋼、鈷 -鉻合金、鈦合金、金屬 -生物玻璃複合物 裝 置 功 能 材 料 (三 )心臟血管系統 節律器 維持心跳 不銹鋼、鈦合金、矽膠、鉑 -銥電導體、鈷合金 人工心瓣膜 取代心瓣膜 鈷 -鉻合金、鈦合金、達克龍、矽膠、豬心瓣膜 人工心臟、人工血管 取代心臟、血管 聚脲化物 (PU)、肝素、鐵氟龍網、 HEMA、達克龍、 PTFE 人造血液 取代血 四氟化碳類 (四 )感覺神經系統 人工水晶體 應用於白內障手術後 聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA) 人工淚管 解除慢性阻塞 聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA) 人工耳咽管 提供清楚的傳導通道 矽膠、鐵氟龍 人工中耳 取代三小聽骨 PMMA、金屬線、陶瓷碳纖維 -聚四氟乙烯 癲癇控制器 提供電訊至腻部 ，控制癲癇 鉑 -銥導體、鈷合金、鉭導體、不銹鋼、矽膠、PMMA、尼龍、達克龍 電麻醉器 解除疼痛 鉑 -銥導體、鈷合金、鉭導體、不銹鋼、矽膠、PMMA、尼龍、達克龍 裝 置 功 能 材 料 膀胱控制器 引導膀胱收縮 鉑 -銥導體、鈷合金、鉭導體、不銹鋼、矽膠、PMMA、尼龍、達克龍 膈神經刺激器 控制呼吸頻率 鉑 -銥導體、鈷合金、鉭導體、不銹鋼、矽膠、PMMA、尼龍、達克龍 (五 )牙科 齒槽骨、下頷骨重建 修補齒槽骨，以利假牙固位 鐵氟龍、氧化鋁、生物玻璃、氫氧磷灰石 牙齒駐植體 取代脫落的牙齒 不銹鋼、鈷 -鉻 -鉬合金、鈦合金、氧化鋁、生物玻璃、氫氧磷灰石、鐵氟龍 膺復填補物 填補齲齒窩洞 汞齊、陶瓷、樹脂 牙齒黏著劑 黏著膺復物 樹脂、磷酸鋅、氧化鋅 -丁香油酚、多羧酸鹽 四 .生醫材料的發展與展望： 1.生醫材料是將材料科學與生物醫學配合，研究並製造出用以 取代身體器官或組織功能之材料。 2.由於社會年齡層之老化，由生醫材料所製成之人工臟器及駐 植體之需求日漸增加，其使用量分列於表六。 種 類 數 量 人工心臟 103(累計至 1988年 1月 ) 輔助心臟 500(累計至 1988年 ) 人工心瓣膜 30,000/年 人工血管 150,000/年 心臟節律器 300,000/年 人工肺 200,000/年 人工腎臟 300,000/年 人工乳房 100,000/年 人工髖骨 (關節 ) 110,000/年 人工關節 65,000/年 人工肩膀、手部關節 50,000/年 人工牙齒 20,000/年 人工水晶體 900,000/年 補 . 聯合報 97.04.17 塑膠奶瓶含雙酚 A (Bisphenol A 簡稱 BPA，酚甲烷 ) 1.嬰兒奶瓶等塑膠日用品常用 (如塑膠水壺、食品容器等 ) 2.可能對人體產生致癌等重大健康威脅。 3.初步報告：老鼠實驗 (1).導致乳癌 (2).攝護腺癌 (3).泌尿系統問題 (4).女性性早熟 (5).行為改變 補 . 桿菌性痢疾 1.致病原為痢疾桿菌，分為 1、 2、 3、 4種亞群 2.主要傳染方式為直接或間接攝食被病人或帶菌者糞便污染的東 西而感染，蒼蠅也可能散播病菌到食物上 3.常見症狀為腹瀉，伴隨發燒、噁心，典型患者糞便中會有血跡 、黏液及細菌群落形成的膿， 1/3的患者會有水樣下痢情形。 補 . 聯合報 96.12.08 鼠尾幹細胞 治癒鐮刀型貧血 1.利用自體幹細胞治療遺傳性疾病 2.人體患者體內會缺乏血紅素，呼吸沈重費力，身體虛弱，甚至 早夭。 3.在人體進行這種試驗的潛在問題： 帶有皮膚細胞改造基因的病毒，可能在數年後引發癌症。 4.找尋解決辦法。 補 . 中國時報 96.12.07 A8 口紅、指甲油塑化劑，恐致乳癌 1.口紅和指甲油中的鄰苯二甲酸丁酯苯甲酯 (簡稱 BBP) 2.會危害乳房組織健康，增加罹患乳癌的機率。 3.其功用主要用以使化妝品更光滑。 4.這種塑化劑為鄰苯二甲酸酯類的一種，嚴重影響女性荷爾蒙雌 激素。 5.常見用於日常生活中的食物包裝紙、玩具、地毯或各式溶劑。 6.過去研究發現，這種塑化劑可能導致難產、腎臟疾病或不孕 症。 補 . 中國時報 96.11.22 F1 皮膚培育幹細胞，美日重大突破 1.取出幹細胞方法 (1).現有方法讓受精卵進行細胞分裂，發展成為胚胎，直至囊 胚 (胚泡 )，再取出幹細胞，並將胚胎銷毀。 (2).新方法：取出大量皮膚細胞，以反轉錄病毒作為載體，將 4 種基因植入皮膚細胞，這 4種基因將細胞重組成幹細胞。 2.新方法之特性： (1).使用反轉錄病毒作為載體 (2).以往使用胚胎屢遭抨擊。 (3).有副作用尚不能用於人體 (4).新里程可比萊特發明飛機 (5).放棄胚胎研究言之過早。 3.殺生道德爭議可望歸零。 補 . 中國時報 96.07.23 A10 紅色螢光鼠 1.已有綠色螢光鼠、紅色螢光鼠二種 2.綠色螢光鼠、紅色螢