生物医学材料范文

生物医学材料范文 生物医学材料的发展及应用摘要现代社会科技迅速发展，人们对各种材料的结构性能和应用有了新的认识，近年来生物医学材料越来越受到科技研究工作者的重视，使生物医学材料得到了快速的发展。 简单来说生物医学材料就是无毒副作用、生物相容性良好、耐腐蚀性能优越的医用材料。 目前生物医学材料主要广泛应用于人体器官的制造方面，但随着技术的发展，生物医学材料在医学领域的应用会越来越广泛，其发展前景也非常乐观。 生物医学材料在医学上的广泛应用为医学、药学、生物学等学科的发展提供了丰富的物质基础，同时这些学科的进步也不断地推动生物医学材料的进步发展，目前生物医学材料已经发展成为生物医学工程学科的支柱学科之一。 本文将从生物医学材料的分类、发展近况及应用等方面简单介绍生物医学材料这一学科。 关键词生物医学材料组织工程人工器官 一、生物医学材料的发展生物医学材料是指具有特殊性能、特种功能，用于人工器官、外科修复、理疗康复、诊断、治疗疾患，而对人体组织不会产生不良影响的材料。 生物医学材料的原材料包括各种合成材料和天然高分子材料、金属和合金材料、陶瓷和碳素材料以及各种复合材料，其制成产品已经被广泛地应用于临床和科研。 生物材料的开发和利用最早可以追溯到3500年前，那时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假牙、假鼻和假耳，人们很早就用黄金来修补破损的牙齿并沿用至今。 1588年人们用黄金板修复颚骨。 1775年就有用金属固定体内骨折的记录。 1851年发明了天然橡胶的硫化方法后，有人采用橡胶木制作了人工牙托的颚骨。 1886年用钢片和镀镍刚治疗骨折，自此人工器官比较广泛应用于临床。 生物医学材料取得实质性进展开始于20世纪20年代 （1）不锈钢1926年含18%铬和8%镍，首先应用于骨科治疗，随后应用于口腔科；1934年研制出高铬低镍单相组织的AISI302和304，在体内生理环境下的耐腐蚀性显著提高；1952年开发出耐蚀性更好的AISI316不锈钢，逐渐取代AISI302；20世纪60年代，为解决不锈钢晶间腐蚀问题，研制出超低碳不锈钢AISI316L和317L； （2）钴镍合金铸造钴镍合金首先在口腔中得到应用；20世纪30年代末，应用于制作接骨板、骨钉等内固定器械；20世纪50年代，成功制成人工髋关节；20世纪60年代，研制出锻造钴铬钨镍合金和锻造钴铬钼合金，提高力学性能，并应用于临床；20世纪70年代，研制出锻造钴铬钼钨铁合金和具有多相组织的MP35N钴铬钼镍合金，改善钴基合金抗疲劳性能，应用于临床； （3）钛、金属钛具有优异的耐蚀性、生物相容性、密度低；20世纪40年代，用来制作外科植入体；20世纪50年代，用纯钛制作接骨板和骨钉；20世纪70年代，Ti6A14V合金（强度比纯钛高，耐蚀性和密度与之相似）、TiSAl2.5Sn合金和钛钼锌锡等合金获得应用从而使钛和钛合金成为继不锈钢和钴基合金之后的又一类重要医用金属材料；20世纪70年代后NiTi系为代表的形状记忆合金逐渐在骨科和口腔科得到应用，并成为医用金属材料的重要组成部分。 （4）生物陶瓷从20世纪60年代初开始应用于生物材料，例如多晶氧化铝陶瓷；低温各向同性碳；生物玻璃；羟基磷灰石（生物活性陶瓷）；生物陶瓷复合材料；引入活体细胞或生长因子的生物陶瓷构架等。 （5）生物医用高分子始于20世纪50年代有机硅聚物的发展，例如有机硅聚合物；聚甲基丙烯酸甲脂（骨水泥）；生物医用高分子材料的发展，制作了人工心瓣膜、人工血管、人工骨、手术缝合线等。 20世纪90年代后生物医学材料高速发展，借助于生物技术和基因工程的发展，由无生物存活性材料扩展到具有生物学功能的材料领域，其基本特征是具有促进细胞分化、增殖、诱导组织再生、参与生命活动等功能。 我国现代生物医学材料科学与工程的研究开始于20世纪70年代初，近10余年来，我国生物医学材料科学与工程取得了巨大进展。 目前，在生物医学材料科学与工程的一些新的研究领域我国已处于国际领先水平，例如组织工程和纳米材料的研究。 与此相应，据影响因子1以上的44种SCI收录的国际生物医学工程期刊统计，xx-xx年我国学者发表的材料科学、生物材料学科论文数已仅次于美、日，居国际第三位（图1）；申请的专利数达3431件，居世界第五位（图2）。 1999-xx年我国第一作者论文10年复合增长率达40.5%，居世界第一位。 我国生物医学材料科学与工程研究与国外的差距已越来越小，不远的将来将会赶上国际先进水平。 1图1xxxx年各国材料科学、生物材料领域文献量对比图2xxxx年世界医疗器械专利优先权排名前15的国家和地区 二、生物医学材料的分类生物医学材料分类有很多，按照不同的标准分类结果也不同。 生物医学材料按材料的属性可以分为医用金属和合金、医用高分子、生物复合材料等。 医用金属和合金主要包括三大类:医用不锈钢(316L,317L等);医用钴基合金;医用钛和钛合金。 此外NiTi记忆合金亦日益广泛地用于临床。 医用金属类材料在诸多生物医用材料中由于具有较高的机械强度,作为承受应力部位的人工骨、人工关节等材料独树一帜。 钛及钛合金是世界公认的优异金属材料，可以用来制作股骨头、髋关节、肱骨、颅骨、膝关节、肘关节、肩关节、掌指关节、颌骨以及心瓣膜、血管扩张器、夹板、假体、紧固螺钉等上百种金属器官。 医用高分子材料种类繁多,如聚丙烯腈(用于创伤或灼伤创面的覆盖)、聚氯乙烯(制作各种体内外导管等)、聚丙烯酸酯(组织黏合剂)、聚乳酸(可吸收骨材料)、聚羟基乙酸(缝线)、聚乙烯醇(止血纤维、可吸收缝线)等。 医用高分子材料其加工性和弹塑性好，但有强度低、易感染的缺点，在当前临床生物材料的运用极为广泛。 生物复合材料是指由两种或两种以上材料组合而成的生物医用材料。 生物复合材料综合性能优良,在临床医学上主要用于修复或替换人体软、硬组织和器官或增进其功能。 2生物医学材料按材料功能分类，可以分为硬组织相容性材料、软组织相容性材料、血液相容性材料、生物降解材料等。 硬组织相容性材料主要用于生物机体的关节、牙齿及其他骨组织；软组织相容性材料主要用于制造人工皮肤、人工气管、人工食道等；血液相容性材料主要用于制造人工血管、人工心脏、血浆分离膜、血液灌流用吸附剂、细胞培养基材等；生物降解材料主要用于制造吸收型缝合线、药物载体、愈合材料、粘合剂以及组织缺损用修复材料按用途可以分为硬组织材料、软组织材料、心血管材料、血液代用材料、分离、过滤、透析膜材料等。 硬组织材料主要用修补替换骨、牙齿。 软组织材料主要用于修复软骨、内脏器官等。 心血管材料主要用于修复心血管及导管。 膜材料包括用于血液净化血浆分离和气体选择性透过等功能的各种薄膜制品。 结合材料包括用于组织粘合域缝合的材料,以及药物载体材料。 3 三、生物医学材料的应用近年来我国人口仍在迅速增加，我国现在人口已经超过13亿，人口老龄化已经成为社会亟待解决的问题，同时中国青壮年受伤的人数也在不断增加，年增长率高达7.3%，种种因素决定了生物医学材料在我国拥有巨大的市场和发展的空间。 生物医学材料主要在应用在制造人工关节、人工血管和人工器官。 人工关节是人们为挽救已失去功能的关节而设计的一种人工器官，它在人工器官中属于疗效最好的一种。 一般来说，其使用年限可达20年以上。 随着科技进步，人工关节手术已经是一种十分成功和有把握的手术它可以即刻消除关节疼痛、恢复关节的正常活动功能，使长期受关节病痛折磨的人们再次获得新生，手术后可以象正常人那样，行走、爬楼、外出旅行、外出工作、购物和体育锻炼等。 人工血管是以尼龙、涤纶、聚四氟乙稀（PTFE）等合成材料人工制造的血管代用品，适用于全身各处的血管转流术。 人工血管的可以用于治疗 （1）动脉疾病用替代或者架桥（血管旁路手术）的方式来来恢复血液的通路从而来治疗胸主动脉、腹主动脉、骼动脉等血管段。 动脉疾病，如动脉栓塞或者动脉瘤。 （2）静脉疾病可以替代或者架桥（血管旁路手术）的方式来治疗静脉疾病，如布-加氏综合症。 （3）动静脉瘘可以运用在慢性肾病的血液透析过程中，在四肢部分连接自身动脉和静脉，形成一条可反复穿刺的血液透析通路。 人工器官是指暂时或永久性地代替身体某些器官主要功能的人工装置。 目前使用较广泛的有人工肺（氧合器）可以模拟肺进行O2与CO2交换的装置，通过氧合器使体内含氧低的静脉血氧合为含氧高的动脉血；人工心脏（血泵）可以代替心脏排血功能的装置，结构与泵相似，能驱动血流克服阻力沿单向流动。 人工心脏与人工肺合称人工心肺机，于1953年首次用于人体，主要适用于复杂的心脏手术；人工肾（血液透析器）可以模拟肾脏排泄功能的体外装置，1945年开始用于临床。 人工肾由透析器及透析液组成，透析器的核心是一层半透膜，可允许低分子物质如电解质、葡萄糖、水及其他代谢废物（如尿素）等通过，血细胞、血浆蛋白、细菌、病毒等则不能通过，从而调节机体电解质、体液和酸碱平衡，维持内环境的相对恒定。 主要应用于急、慢性肾功能衰竭和急性药物、毒物中毒等。 人工器官目前只能模拟被替代器官12种维持生命所必需的最重要功能，尚不具备原生物器官的一切天赋功用和生命现象，但它拓宽了疾病治疗的途径，增加了病人获救的机会，已经并仍在继续使越来越多的患者受益。 图三我国研发的一些生物医学材料及器械随着经济和科技的迅速发展，生物材料科学也在不断进步，不但发展完善，我们相信生物医学材料会越来越广泛的得到应用，给更多的人带去康复的希望和健康。 四、总结生物医学材料近年来快速发展，已经成为生物医学工程学的四大支柱学科之一。 学科研究的内容非常广泛，涉及到化学、物理学、高分子化学、高分子物理学、无机材料学、金属材料学、生物化学、生物物理学、生理学、解剖学、病理学、基础与临床医学、药物学、药剂学等多门学科。 生物医用材料在临床医学上的应用为挽救生命和提高人体抗疾病能力作出了重大贡献。 近年来人们对生物医学材