生物医用材料 4

韩国的“美女”都是人造的？根据韩国体育朝鲜报纸的报道，著名的日本女性周刊女性SEVEN说：“最近在日本引起轰动的大多数韩国女明星都做了整容手术。”它还拿出了过去著名演员的照片，并与现在的照片进行了比较，引起了人们对整容手术的怀疑。女性SEVEN把手指指向冬季恋歌，这在日本现在很流行，并说：“两位女主角都做过整容手术。”该杂志拿出了1998年的冬季恋歌女主角崔智友和2002年的朴松梅的照片，并将其与现在的照片进行对比后说：“这完全不同。”对于由裴勇俊主演的丑闻，该杂志还展示了李1978年和全斗艳2001年的照片，并对两人提出了质疑。此外，该杂志还比较了目前在日本非常流行的尹孙河1995年的照片，并声称：“我们可以看到她努力变得美丽。”女性SEVEN分析称：“韩国人非常喜欢外表。只要外表漂亮，任何人都可以在网上拥有一个倡导俱乐部。因此，为了保持美女的地位，即使是顶级美女也不能满足现状。”该杂志还引用了一位最近出版了关于韩国书籍的自由作家的话：“韩国女性对美丽的依恋已经达到了惊人的程度。一些父母甚至给女儿做整容手术，作为大学入学的礼物。表演者说，虽然这种气氛似乎是在讽刺韩国，但实际上是为了容纳越来越多的韩国明星进入日本。日本艺人说，最近，一些媒体试图粉碎裴勇俊。这次，女性SEVEN也瞄准了由裴勇俊主演的冬季恋歌和丑闻。因此，将来可能会有争议。你接触到什么生物材料？对生物材料有什么要求？生物材料的常见类别是什么？普通生物材料的优点和缺点是什么？你接触到什么生物材料？对生物材料有什么要求？生物材料的常见类别是什么？普通生物材料的优点和缺点是什么？你接触到什么生物材料？对生物材料有什么要求？生物材料的常见类别是什么？普通生物材料的优点和缺点是什么？第十章生物医学材料，硬组织相容性材料概述软组织相容性材料血液相容性材料生物可降解材料，生物材料：一类天然或合成的特殊功能材料，也称为生物医学材料，用于与生命系统接触和相互作用，并能诊断、治疗、替代、修复或诱导其细胞、组织和器官再生。生物材料是材料科学领域中发展起来的一个跨学科的渗透领域。其研究内容涉及材料科学、生命科学、化学、生物学、解剖学、病理学、临床医学、药理学等学科，以及工程技术和管理学科。10.1生物医学材料概述，生物材料正在拯救和维持世界上成千上万的血管病人的生命；它被广泛用于残疾人肢体形状和功能的恢复。他们在计划生育、人口控制和改善人民健康方面发挥着重要作用。如图8-1所示。注：生物材料不是药物，其治疗方法的特点是活生物体的直接结合和相互作用。生物材料发展简史(历史、现代和现代)生物材料的分类(属性、功能、来源和用途)生物材料的特征和评价(宿主反应、材料反应、生物相容性)，10.1.1生物材料发展简史，古代(用天然物质和材料治疗)公元前5000年，缺失牙齿的金修复；公元前3500年，古埃及用棉纤维和马鬃缝合伤口。公元前2500年，中国和埃及发现了人造手、鼻和耳等人造假体。在隋末和唐朝初，银膏被用来填充牙齿它的成分是银、锡和汞，类似于汞合金，一种现代牙科填充材料。在现代，临床实践中使用的第一种金属材料是贵金属，如金、银和铂。(良好的化学稳定性和易于加工)1829年，通过对各种金属进行系统的动物实验，得出结论：金属铂对人体组织的刺激最小。1851年天然橡胶的硫化方法被发明后，它开始使用天然聚合物硬质橡木来制造用于临床治疗的人造牙齿托槽和颌骨。1892年，硫酸钙被用来填充骨缺损，这是陶瓷材料植入人体的最早例子。现代：生物医学材料的实质性进展始于20世纪20年代不锈钢：1926年，含18%铬和8%镍，应首先用于骨科治疗，然后用于口腔医学；1934年，研制出高铬低镍单相结构的AISI302和304，其在体内生理环境中的耐蚀性得到显著提高。1952年，抗腐蚀性能更好的不锈钢AISI316被开发出来，并逐渐取代AISI302。20世纪60年代，为了解决不锈钢的晶间腐蚀问题，开发了超低碳不锈钢AISI316L和317L。钴镍合金：铸造钴镍合金首次应用于口腔。20世纪30年代末，它还被用来制造接骨板和钉子等内固定装置。人工髋关节于20世纪50年代成功制造。为了提高机械性能，20世纪60年代开发并在临床上应用了锻造钴铬钨镍合金和锻造钴铬钼合金。20世纪70年代，为了提高钴基合金的抗疲劳性能，锻造钴铬钼钨铁合金和多相结构的MP35N钴铬钼镍合金被开发用于临床。钛：金属钛，优异的耐腐蚀性、生物相容性、低密度；在20世纪40年代，外科植入物被制造出来。20世纪50年代，纯钛被用来制造骨板和钉子。20世纪70年代，使用了Ti6A14V合金(强度比纯钛高，耐蚀性和密度相近)、TiSAl2.5Sn合金和钛-钼-锌-锡合金。因此，钛和钛合金成为继不锈钢和钴基合金之后的又一重要医用金属材料。自20世纪70年代以来，NiTi基形状记忆合金已逐渐应用于骨科和口腔医学，并已成为医用金属材料的重要组成部分。生物陶瓷：自20世纪60年代初，它们就被应用于生物材料。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-含有活细胞或生长因子的生物陶瓷框架；医用聚合物：有机硅聚合物的发展始于20世纪50年代。有机硅聚合物-聚甲基丙烯酸甲酯(骨水泥)-医用高分子材料有了很大的发展。20世纪90年代后，人造心脏瓣膜、人造血管、人造骨骼、手术缝合线和其他材料被制造出来。随着生物技术和基因工程的发展，非生物材料已经扩展到具有生物功能的材料领域。其基本特征是促进细胞分化、增殖、诱导组织再生、参与生命活动等功能。10.1.2生物材料根据材料属性、材料功能、材料来源和使用位置进行分类。1.根据材料属性，医用金属材料：包括不锈钢、钴基合金、钛及合金，广泛用于人工假体、人工关节、医疗器械等。医用无机材料：主要是生物陶瓷。它分为惰性生物陶瓷，如氧化铝生物陶瓷；表面生物活性陶瓷，如磷酸钙基生物陶瓷；生物可降解生物陶瓷，如-磷酸三钙陶瓷等。医用高分子材料：按来源分为天然和合成，天然如多糖和蛋白质，合成聚氨酯，聚乙烯，聚乳酸，聚四氟乙烯等。用于人体器官、组织、关节、药物载体等。d .医用复合材料：混合或组合不同的材料，以克服单一材料的缺点，获得性能更好的材料。根据材料的功能分类，a .硬组织相容性材料：主要用于生物体内的关节、牙齿等骨组织；b .软组织相容性材料：主要用于人工皮肤、人工气管、人工食管等。c .血液相容性材料：主要用于人工血管、人工心脏、血浆分离膜、血液灌流吸附剂、细胞培养基质等。d .生物降解a根据材料的来源，a .自体组织如人的听觉骨骼、血管和其他替代组织b .同种异体器官和组织如不同人体之间的器官移植c .异种器官和组织如动物骨骼和肾脏替代人体器官d .天然生物材料如动物骨胶原、甲壳质、珊瑚和其他e .人工合成材料如各种人工合成新材料，4 .按使用部位分类：a .硬组织材料骨、牙材料b .软组织材料软骨、器官材料c .心血管材料心血管和导管材料d .血液替代材料人工红细胞、血浆等e .分离、过滤、透析膜材料血液净化、肾脏透析和人工肺透气材料等。10.1.3生物材料的特性和评价，宿主反应和材料反应的生物相容性，任何生物材料，除了必要的物理和化学性能外，还需要满足在生理环境中工作的生物学要求，即良好的生物相容性。这也是生物材料不同于其他材料的基本特征。对生物材料的要求是：(1)对人体组织无刺激，无毒副作用，无致癌性。接触人体各种体液(唾液、淋巴液、血液)时，应具有良好的耐腐蚀性。唾液、血液和组织液是电解质溶液，主要由氯离子、钠离子和钾离子组成。生物材料在这种溶液中不应发生反应、腐蚀或变质。(3)具有必要的强度、耐磨性和抗疲劳性。例如，髋关节在静止时承受一半的重量，水平行走时为静止时的3.3倍，跑步时超过4倍。此外，每公里步行约有1000项活动，根据一般生活条件，每年将承受约1106 3106次重复负荷。(4)与生物组织和血液的相容性不会引起凝固，与软硬组织的良好粘附，也不会产生吸收物质和沉淀物。10.2硬组织材料：硬组织材料包括人造骨骼、人造关节、假牙等。人工髋关节是一种比较成功的临床应用。髋臼由高分子量聚乙烯制成，股骨主要由金属制品制成。这种塑料和金属的结合使得它的耐磨性是金属和金属的10倍。1890年，格鲁克首次使用象牙制作下颌关节。1938年，怀尔斯使用不锈钢作为髋臼和股骨头。然后摩尔进行人工股骨髁置换。1940年，粉末兄弟用合成树脂制造了人造关节。全髋关节置换术始于1951年。1952年，Habowsh用丙烯酸树脂固定了人工骨髓关节，用于固定牙齿，因此合成树脂被用于将人工关节与骨结合。1958年，查恩赫根据重体环境润滑理论，用聚四氟乙烯髋臼和金属股骨头制成低摩擦人工关节。1962年，查恩利用直径22毫米的高密度聚乙烯髋臼和金属股骨头制成全髋关节人工关节，并用骨水泥(甲基丙烯酸酯)固定，取得了满意的效果。自此，人工关节置换进入了实际应用的新阶段。到目前为止，膝关节、髋关节、肘关节、肩关节、手指关节和脚趾关节假体已经发展到临床应用。在欧洲和美国等发达国家，仅全髋关节置换每年就超过80万例。在中国，人工关节置换有25万例。髋关节、人工髋关节、模拟训练、磨损原因和无菌性松动是人工关节置换术后最常见的并发症和导致失败的主要因素。磨损产品-碎屑是无菌松动的原因。人工关节长期使用后，一方面磨损会影响替换关节的装配性能；更重要的是，产生了大量的碎片，其中较小的碎片被组织细胞消耗，较大的碎片被组织细胞包围。从而激活组织细胞，分泌大量可溶性和滑溜因子，造成人工关节的溶骨性和松动性。松动的人工关节加剧磨损，产生更多的磨屑，形成恶性循环，最终使替换关节失效。虽然有多种生物金属材料和金属材料，但很少能长期安全使用经过长期研究和临床筛选后广泛使用的金属材料主要包括不锈钢、钴基合金、钛及其合金、形状记忆合金和贵金属，此外还有钽、铌、锆和磁性合金。1.不锈钢成本低，但在体内有腐蚀和组织反应。在不锈钢中加入钼可以克服铬钝化膜在氧化环境中的耐蚀性，如含钼的316和317。降低含碳量，如采用超低碳不锈钢骨钉，316L可防止晶间腐蚀。常用于制作各种人工关节、骨折内固定器、截骨连接器等。它也用于制造各种设备，如牙科。含钼钴基合金已用于生物。例如，钴铬镍铁钼合金用于牙科和整形外科。这种合金的耐腐蚀性是普通不锈钢如316的40倍。钴基铬钼合金的生物相容性优于铁铬镍和钴铬合金。钴基合金在所有医用金属材料中具有最好的耐磨性。与不锈钢相比，钴基合金更适合制造承受严重内部载荷的长期植入物。股骨帽由钴铬合金制成。3.钛和钛合金主要是纯钛和TC4(Ti-6Al-4V)。这种合金不如钴合金坚固，但耐腐蚀性好，与人体组织反应弱，钛合金的密度、弹性和模量低，接近天然骨。广泛用于制作各种人工关节、接骨板、接骨螺钉和骨折固定针等。也用于制造牙根植入物等。显示出良好的抗疲劳性。(3)生物陶瓷材料，生物陶瓷材料在生物体内非常稳定，与生物组织有很好的亲和性，特别适合替代和修复人体骨骼、牙齿等硬组织，并能与人体骨骼一起生长形成化学结合。生物陶瓷中耳通气引流管1。磷酸钙陶瓷是可生物降解的，可以被人体吸收。羟基磷灰石Ca10(PO4)6(OH)2是骨组织和牙齿组织的无机成分。其单位细胞与人体骨组织相同，但脆性和强度不高。它不能直接用于负载量大的物种。羟基磷灰石和聚合物用于人工骨，效果更好。聚乙烯及其复合材料是可用的。羟基磷灰石作为金属植入物的表面涂层，可以大大提高骨向孔内生长的速度。接头头采用高纯氧化铝生物陶瓷，接头手柄采用钒钛合金，手柄上涂有生物活性陶瓷涂层，有效解决了人工关节易磨损、生物相容性差、松动、下沉等问题，延长了人工关节的使用寿命。该可吸收内固定材料由羟基磷灰石和聚乳酸制成，抗弯强度120兆帕，植入体内后无需二次手术取出，对组织无刺激，可被人体完全吸收，二氧化碳、水、钙和磷矿物质最终代谢排出体外，部分钙和磷参与成骨，无毒副作用。适用于人松质骨骨折的骨块(段)固定、截骨和关节融合。图8-4人工听骨。当音频大于2000赫兹时，氧化铝听骨系统改善听力的能力开始表现出大的衰减，而羟基磷灰石听骨系统通常在4000赫兹以上开始表现出明显的衰减。由含微孔的增强羟基磷灰石(HA)陶瓷制成的人工听骨假体在语言频率范围内平均可提高患者听力20-30dB，在特定语言频率范围内平均可提高听力45-60dB。透明质酸制备中耳通气引流管，界面润湿角小，毛细血管作用力大，引流效果好，适合分泌性中耳炎患者。患者的鼓膜自行愈合，插管后患者的听力明显改善。这是一个理想的通风和排水管道。10.3、将分类为人造皮肤、人造皮肤、皮肤细胞的软组织相容材料植入由胶原制成的模型皮肤上，并在体外培养后获得皮肤。艺术有很多种类型例如，环氧乙烷和环氧丙烷的共聚物凝胶可以首先制备成溶液；将该溶液涂在伤口表面、人造皮肤上，并在体温下固化成人造皮肤。该凝胶的含水量为80%，可帮助维持体液平衡，加入抗炎药物、维生素和其他药物后可促进伤口愈合。6.发展：随着组织工程的出现和发展，人工皮肤的研究已经从简单的创伤敷料和人工皮肤