生物医学材料-第1章-概论

生物材料,陈云武汉大学基础医学院生物医学工程系,第1章概论,1.1生物材料的定义,生物材料(biomaterials)：是一种与生物系统相互接触后可以对生物体的组织、器官或功能进行诊断、治疗、可增强或可替代的材料(amaterialintendedtointerfacewithbiologicalsystemstoevaluate,treat,augment,orreplaceanytissue,organorfunctionofthebody)。,20世纪30年代：少量医用材料。,1.2生物材料学的发展简史,3500年前：利用棉纤维、马鬃作缝合线缝合伤口；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有假牙、假鼻和假耳。,20世纪80年代：生物技术的发展和材料结构及功能设计的发展，产生了组织工程概念。,20世纪中后期：高分子工业的发展大大推动了生物材料的发展。如透析膜，聚酯纤维，血管植入物，人工心脏材料。,1.3生物材料的分类,1.3.1按材料的生物性能分类,(1)生物惰性材料(bioinertmaterial)：是指一类在生物环境中能够保持稳定，不发生或仅发生微弱化学反应的生物医学材料，主要是惰性生物陶瓷类和医用金属及合金类材料。,氧化物陶瓷：主要包括氧化铝陶瓷和氧化锆陶瓷，如纯刚玉双杯式人工髋关节、纯刚玉/金属复合型人工股骨头、纯刚玉/聚甲基丙烯酸酯/钴铬钼合金铰链式膝关节等。,玻璃陶瓷：主要用来制作部分人工关节。,医用碳素材料：主要制作人工心脏瓣膜等人工脏器以及人工关节等。,医用金属材料该类材料是目前人体承重材料中应用最广泛的材料，在其表面涂上活性生物材料后可增加它与人体环境的相容性.同时它还能制作各类其他人体骨的替代物。,(2)生物活性材料(bioactivematerial)：生物活性材料是一类能与周围组织发生不同程度生化反应的生物医学材料。生物活性材料主要有以下几类：羟基磷灰石材料、磷酸钙生物活性材料、磁性生物陶瓷材料、生物玻璃等。,羟基磷灰石Ca10(PO4)6(OH)2(HAP)：是脊椎动物骨和齿的主要无机成分，结构也非常相近，与动物体组织的相容性好、无毒副作用、界面活性优于各类医用钛合金、硅橡胶及植骨用碳素材料。广泛应用于生物硬组织的修复和替换材料，如口腔种植、牙槽脊增高、耳小骨替换、脊椎骨替换等多个方面。,磷酸钙生物活性材料：主要包括磷酸钙骨水泥和磷酸钙陶瓷纤维两类。前者是一种广泛用于骨修补和固定关节的新型材料,有望部分取代传统的PMMA有机骨水泥。后者具有一定的机械强度和生物活性，可用于无机骨水泥的补强及制备有机与无机复合型植入材料。,磁性材料：主要为治疗癌症用磁性材料，植入肿瘤病灶内，在外部交变磁场作用下，产生磁滞热效应,导致磁性材料区域内局部温度升高，借以杀死肿瘤细胞，抑制肿瘤的发展。,生物玻璃：主要指微晶玻璃，包括生物活性微晶玻璃和可加工生物活性微晶玻璃两类。,(3)生物降解材料(biodegradablematerial)：生物降解材料是指那些被植入人体以后，能够不断发生降解，降解产物能够被生物体所吸收或排出体外的一类材料，主要包括-TCP生物降解陶瓷和降解性高分子生物材料两类。,-TCP生物降解陶瓷,聚已内酯绷带,壳聚糖,生物降解材料在体外降解的评价方法：测量CO2的产生量,生物降解材料在体外降解情况：光镜观察和电镜观察,生物膜在体内的降解情况：SEM观察,材料与组织之间的界限还较明显，但材料变得疏松，有的出现部分孔洞结构，表明已部分降解,生物海绵的降解速度比对应的生物膜要快,生物海绵在体内的降解情况：SEM观察,部分降解,几乎完全降解,(4)生物医用复合材料(compositebiomaterial)：是由二种或二种以上不同材料复合而成的。,具有活性涂层的钛合计人工齿示意图,按基材分为：高分子基、陶瓷基、金属基等生物医用复合材料。,按增强体形态和性质分为纤维增强、颗粒增强、生物活性物质充填生物医用复合材料。,按材料植入体内后引起的组织与材料反应分为：生物惰性、生物活性和可吸收性生物医用复合材料。,1.3.2按材料的组成和性质分类,(1)生物医用金属材料(biomedicalmetallicmaterial)：是用于生物医学材料的金属或合金，又称外科用金属材料(surgicalmetal)，是一类惰性材料。此类材料具有高机械强度和抗疲劳性能，是临床应用最广泛的承力植入材料。此类材料的应用非常广泛，涉及硬组织、软组织、人工器官和外科辅助器材等各个方面。,人造髋关节示意图,(3)生物医用陶瓷材料(biomedicalceramic)：生物医用陶瓷材料又称生物医用无机非金属材料，包括陶瓷、玻璃、碳素等无机非金属材料。此类材料化学性能稳定，具有良好的生物相容性。,(4)生物衍生材料(biologicallyderivedmaterial)：它是由经过特殊处理的天然生物组织形成的生物医用材料，也称为生物再生材料，主要用于人工心脏瓣膜、血管修复体、皮肤敷膜、纤维蛋白制品、软膜修复体、鼻软骨种植体，血液透析膜等。,人工心脏瓣膜,(2)生物医用高分子材料(biomedicalpolymer)：它既可以来源于天然产物，又可以人工合成。此类材料除应满足一般的物理、化学性能要求外，还必须具有足够好的生物相容性。按照不同的性质，医用高分子材料可分为非降解型和可降解型两类。,1.3.3按用途分类：,抗凝血材料（心血管材料）齿科材料骨科材料眼科材料吸附解毒材料（血液灌流用）假体材料,其它软组织或硬组织修复与重建材料缓释材料生物粘合材料透析及超滤用膜材料一次性医用材料.,1.3.4其它分类：,按来源分类：天然生物材料再生纤维、胶原、透明质酸、甲壳素等。合成高分子生物材料硅橡胶、聚氨脂及其嵌段共聚物、涤纶、尼龙、聚丙烯腈、聚烯烃,按降解性能分类：降解型生物材料胶原、纤维素、甲壳素、PLA、PCL等。非降解型生物材料硅橡胶、涤纶、尼龙、聚丙烯腈、聚烯烃、金属等。,生物材料学,基础医学,化学,材料学,力学,物理学,临床医学,1.