生物材料的发展现状与展望VIP

生物材料的发展现状与展望,生物材料基本概述,定义：归纳起来可理解为生物材料是一类用于人工器官、修复、理疗康复、诊断、检查、治疗疾病等医疗保健领域,而且对人体组织、血液不致产生不良影响的功能材料。,发展阶段,生物惰性材料：不锈钢、钛、金、银等基体金属合金；氧化物陶瓷、玻璃陶瓷生物活性材料：羟基磷灰石（最多，与骨骼极为相似）、磷酸钙生物活性材料、生物玻璃生物复合材料：胶原、明胶、海藻酸、聚氨基酸（天然降解）聚乳酸、聚乙醇酸、聚环氧丙烯、聚原酸酯（合成降解）,1、生物材料的血液相容性,抗凝血性是人造心血管材料所必须具备的一种重要功能，因此生物材料植入人体必须提高其抗凝血性,提高血液相容性的技术,1、改善表面的亲水性能（1）提高材料亲水性以降低表面自由能（2）提高高分子材料的疏水性,使其对血液成分的吸附能力下降,2、使表面带负电荷正常人体血管壁内皮细胞的电位值为负,血液中的红细胞、白细胞及血小板等均带负电荷,因此不易发生粘附。使高分子材料表面带上负电,从而减少血栓的形成,3、表面粗糙度的影响材料表面越粗糙,暴露在血液上的面积越大,凝血的可能性也就越大。但如果在0.122um的范围内存在不均匀结构,则亦可提高材料的抗凝血性能,血液相容性评价方法,体外试验模型血浆蛋白血小板粘附和激活基质蛋白,2、天然可降解高分子材料,天然可降解高分子材料是组织工程支架材料的主流发展方向，原因有两个：一是天然可降解性生物材料本身来自于生物体,其细胞亲和性和组织亲和性得到保证,同时最终降解产物为多糖或氨基酸,容易吸收而不产生炎症反应二是通过酶解可解决降解速度匹配问题,如甲壳糖难于降解,可通过酶解达到提高降解速度的目的,镁基生物材料,镁的生理作用：镁是体内含量第四位的阳离子，正常人体内镁总含量为20g-28g，其中约53%分布于骨骼，约27%分布在肌肉，约19%分布于软组织，少量存在于肝、肾和脑组织中；镁是合成100多种酶的必要因素；镁缺乏与骨质疏松软、组织钙化，高血压冠心病脑梗塞等多种疾病有关,镁基生物材料的优点,密度小（轻质）弹性模量与骨骼相似易加工、价格便宜在体内可降解,镁基生物材料降解优势,镁和镁合金的标准电极电位很低（-2.37V），在含有大量氯离子环境下耐蚀性很差，而人体生理环境中含有大量氯离子，降解的多余镁离子无毒害，具有促进骨细胞生长的作用，可以由肾脏排出体外,镁基生物材料体内降解机理,镁与水反应生成氢氧化镁覆盖在表层，会减缓腐蚀；而当溶液中氯离子浓度超过30mol时便可以使氢氧化镁发生点蚀，转化为更易溶解的氯化镁；人体中氯离子浓度高达150mol，可以使镁在人体中充分降解,镁基生物材料的应用,（1）外科骨固定材料（2）可吸收心血管支架（3）可吸收管腔内支架（4）骨组织工程支架材料,镁基生物材料的防腐蚀研究,采用恒电压阴极电沉积法在镁合金上制备了羟基磷灰石薄膜，以提高合金的抗腐蚀性和生物相容性,3、生物陶瓷的再生功能,生物陶瓷在人体内极其稳定,压缩强度高,对生物组织有良好的相容性与亲和性,且耐腐蚀,无毒副作用，与生物组织无排斥反应研究集中在具有特异性功能、良好的力学性能、可促进组织生长、具有高抗凝血功能的材料,磷酸盐基体陶瓷材料最为活跃,生物陶瓷,带有治疗功能的生物陶瓷复合材料利用压电效应刺激骨折愈合具有力学性能促进组织生长的功能材料利用强力作用保证不在界面上与骨分离具有生物体组织结构的复合材料随着降解和细胞繁殖形成新的组织或器官，达到永久代替,生物材料对重金属离子的吸附富集,非活体生物材料能快速结合重金属离子,可用于贵金属的回收、金属的富集以及从水体中去除重金属离子。生物材料来源方便,费用低,选择性好,某些工业的废弃物(如发酵的副产物)或自然界大量存在的生物(如藻类)作生物吸附剂,可有效去除重金属离子,生物材料的类型,活体材料用于有毒金属离子的吸附时,由于其毒性作用,限制了生物体对重金属离子的吸附富集及在离子选择性结合方面的应用。而非活体生物材料不存在离子的毒性作用,常被用来吸附水体中的重金属离子,生物材料的展望,（1）对第一二代生物材料的表面改性研究,提高其制备的器械性能,延长其使用寿命（2）第三代生物材料的研发,特别是在材料中含特定生长因子和基因,促进组织的再生（3）发展具有主动诱导