生物医用材料 5

生物医疗材料、生物医疗材料(biomedicalmaterials)是天然或人工合成的特殊功能材料，通过与生命系统接触，可以诊断、修复细胞、组织和器官，并诱导其再生，也被称为生物材料。 生物医疗材料市场的发展概况生物医疗材料的基本特性和分类金属生物医疗材料、无机生物医疗材料、有机高分子生物医疗材料混合生物医疗材料、目录，我国生物医学材料的生物医学工程产业市场增长率达到28% (全球市场增长率20% )，居世界首位。 我国人工关节置换年增长率达30%，远远超过美国的4%。 -国家科技部资料，中国生物医疗材料市场， 775万残疾患者和每年新增的300万骨损伤患者-需要大量骨修复材料的2000万心血管疾病患者-每年24万套人工心脏瓣膜肾衰竭患者-每年需要12万肾脏透析器世界生物医疗材料细分市场发展增长率为26%， 增长率为45%，市场为800亿美元，快速增长、快速增长、中国生物材料和产品所占的世界市场份额不到1.5%，产品单一的同类产品与国外产品相比，基本属于仿制品，自主知识产权较少的生物医疗材料和产品70-80%需要依赖进口生物医疗材料产业现状：我国生物医疗材料产业化，代表性的生物医疗材料产品和公司，生物医疗材料市场发展概况生物医疗材料的基本特性和分类金属生物医疗材料无机生物医疗材料有机高分子生物医疗材料混合生物医疗材料，目录，代替损害器官和组织的如人工心脏瓣膜、假牙、 人工血管等器官功能的改善或恢复隐形眼镜、心脏起搏器等介入治疗过程中使用的如血管内支架、血液透析中使用的膜、药物载体等，一、生物医疗材料的用途，二、生物医疗材料的基本要求，材料和生物组织发生的两种反应：对生物环境材料的腐蚀、分解、磨损包括炎症、细胞毒性、凝血、过敏、致癌、畸形、免疫反应等局部和全身反应。 对人体无毒、刺激、畸形、致敏、突变、致癌作用生物适应性好，体内无排斥、无炎症、无慢性感染，植入物对周围组织无局部或全身反应，希望与骨头化学结合，具有生物活性无溶血、凝血反应等。 (1)生物相容性；(2)化学稳定性耐体液侵蚀，不产生有害的分解产物；(3)吸水膨润，不产生软化变质；(4)自身不变化等。 (3)力学条件弯曲、抗压、拉伸、剪切等充分的静态强度具有适度的弹性模量和硬度具有抗疲劳、摩擦、磨损、润滑性能。 (4)其他要求良好的空隙度，体液和硬软组织容易生长加工成形容易，使用方便热量稳定，高温消毒不变质等性能。 按材料用途分类：三、生物医疗材料分类，金属生物医疗材料：包括不锈钢、钴基合金、钛和合金等，广泛应用于人工假体、人工关节、医疗器械等。 无机生物医疗材料：可分为惰性生物陶瓷、生物玻璃、碳材料。 有机高分子生物医疗材料：天然和合成，天然可用于人体器官、组织、关节、药物载体等，如多糖类、蛋白类、合成聚氨酯、聚乙烯、聚乳酸、聚四氟乙烯等。 混合生物医疗材料：不同材料的混合和结合，能克服单一材料的缺点，得到性能良好的材料。按材料组成进行分类：生物医疗材料市场发展概况生物医疗材料的基本特性和分类金属生物医疗材料无机生物医疗材料有机高分子生物医疗材料混合生物医疗材料、目录、金属生物医疗材料、金属材料是生物医疗材料中应用最早的材料。 随着耐腐蚀性强的不锈钢、弹性模量骨组织接近铜铁合金，记忆合金材料、复合材料等新型生物医学金属材料的出现，其应用范围也在扩大。 (1)耐腐蚀性(2)毒性低或无毒(3)高机械性能，Fe-与血红蛋白细胞结合形成铁蛋白的Cr-生物体内的丝切蛋白结合的Ni-过剩的财富可能诱发肿瘤的形成，通常医用不锈钢的少量腐蚀不会引起组织的明显变化，但量因此，必须严格控制医用不锈钢在体内的金属离子溶出。 生理腐蚀，金属器件埋入体内，金属离子溶出组织液，引起生物不良反应，常见的生物医用金属材料3Cr13和4Crl3型马氏体不锈钢用于医疗器械，如刀、剪刀、止血钳、针等。 00Cr18Ni10型奥氏体不锈钢在可制作各种人工关节和骨折内固定器的口腔科常用于牙套、整形、牙根栽培等器件的制作。 不锈钢的骨固定螺钉和骨固定板、不锈钢、钴基合金、钴基合金的人体内一般保持钝化状态，与不锈钢相比，钴基合金的钝化皮膜更稳定，在耐腐蚀性更好的所有医疗用金属材料中耐磨性最高的植入物中不发生明显的组织反应，体内整形外科用于制造人工髋关节、膝关节及接骨板、骨钉、关节钉、骨针等。 在心脏外科，被用于制造人工心脏瓣膜等。 CoCrMo合金、医用钴基合金适用于体内负荷条件严格的长期植入物。 钛基合金，Ti难以溶解稀有金属，熔点1762，密度小，比强度高，Ti合金对人体毒性小，密度小，弹性模量接近天然骨，是较好的金属生物医疗材料。 Ti合金强度可达到高水平，比强度为不锈钢的3.5倍，Ti与氧反应形成的氧化膜致密稳定，具有良好的钝化作用，具有较强的耐腐蚀性。 生理环境下，Ti合金均匀腐蚀小，不发生点蚀、间隙腐蚀、晶粒间腐蚀。 Ti合金的磨损和应力腐蚀显着。EL1Ti6Al4V钛基合金制骨钉与骨板、钛基合金的医学应用：广泛应用于制作各种人工关节、牙床、人工心脏瓣膜、颅骨修复等。 生物医疗材料市场的发展概况生物医疗材料的基本特性和分类金属生物医疗材料无机生物医疗材料有机高分子生物医疗材料混合生物医疗材料、目录、无机生物医疗材料、无机生物医学材料从主要成分来看，包括生物陶瓷、生物玻璃和碳材料。 自1808年以来用陶瓷镶齿以来，近20年来，由于无机生物学材料性能的改善和复合材料的发展需要，这种材料的研制和应用有了很大的发展。 1、多用于生物陶瓷、假牙的制作，硬度和耐磨性优于树脂制品。 材料化学性质差，生物相容性好。 主要成分为磷酸钙，移植到人体后被分解吸收，怀疑会引起淋巴结增殖，因此中止了研究。 像配合了荧光物质的陶瓷片一样，贴在牙齿表面的话会变得美观。(1)普通生物陶瓷、(2)生物陶瓷、(3)特殊加工生物陶瓷、各种生物陶瓷的临床应用：1)用于骨科、牙科和颌面： Al2O3陶瓷、稳定ZrO2陶瓷、具有生物活性的表面涂层(生物显微) 生物活性玻璃)的相应材料等2 )种植牙齿，提高牙齿： Al2O3陶瓷、氟聚合物/金属类复合材料、生物活性玻璃、自固化磷酸盐水泥和玻璃水泥、活性涂层材料等3 )耳鼻咽喉替代材料： Al2O3陶瓷、生物活性玻璃和生物活性结晶化玻璃， 磷酸盐陶瓷，4 )人工腱和韧带： PLA-碳纤维复合材料，5 )人工心脏瓣膜：热解碳涂层(抗凝固性摩擦系数小)，6 )可组织生长涂层(心血管、整形、牙齿、面额修复)，例如多孔质Al2O3陶瓷，7 )骨的填充材料，例如， 磷酸钙和磷酸钙盐粉末或颗粒，8 )使用脊椎外科，例如生物活性玻璃或生物活性玻璃陶瓷，9 )义眼，例如生物玻璃、多孔羟基磷灰石、含强化细孔羟基磷灰石(HA )陶瓷，制作人工听觉小骨假体，使用语言是安全方便的听小骨缺损替代品，适用于炎症(如慢性化脓性中耳炎)和外伤等疾病引起听小骨缺损、畸形的患者的听小骨置换手术。 由LiFe3O5、a-Fe2O3和Al2O5-SiO2-P2O5玻璃体复合材料制成的高密度玻璃等能治疗癌症的生物陶瓷具有热磁性。 耐腐蚀能发射射线的生物陶瓷也可用于癌症的治疗。 例如，Al2O5-SiO2-P2O5玻璃体复合材料可以被激发或发射射线. 2、生物医学玻璃和玻璃陶瓷、(1)非活性生物玻璃、(2)活性生物玻璃、(3)羟基磷灰石(HAP )材料多用于人工大腿骨、人工牙冠、牙桥的制作，强磁性玻璃陶瓷嵌入肿瘤附近，材料在交变磁场下在磁场下产生磁滞损耗生物相容性好，与骨组织结合，成骨过程快，有利于植入物早期固定，栽培成功率高。HAP是人牙骨的主要无机成分，具有吸收和凝聚体液中钙离子的作用，参与体内钙代谢，对骨增殖有刺激和诱导作用，促进缺损组织的修复，显示生物活性。 与高分子材料的混合材料常用于人工中耳骨等。 3、碳材料、碳是生物体的重要组成部分，具有良好的抗血栓性，因此碳材料被认为是最佳的人工心脏瓣膜材料。 活性炭常用于血液净化材料等。 人工心脏瓣膜、碳纤维束有利于生物组织的依赖生长，浸泡在聚乳酸中形成人工韧带和肌腱已被应用于临床研究。 碳纤维和高分子材料的复合材料可用于义齿、人工软骨、人工中耳骨、胫骨骨折固定板、颌面修复等。 用于人工关节的多孔材料是由碳纤维和聚四氟乙烯组成的各向同性碳。 在人工关节前端涂上这样的材料，关节的固定会变得良好。人工关节UHMWPE材料、德国、3 .碳材料、生物医疗材料市场发展概况生物医疗材料的基本特性以及分类金属生物医疗材料、无机生物医疗材料、有机高分子生物医疗材料、目录、有机高分子生物医疗材料、医疗高分子材料、聚氨酯、硅酮材料(硅酮、甲基硅油)等合成高分子材料如人工脏器、手术缝合线、组织修补材料等药用高分子材料、缓释药、药物载体、辅助材料、缓释胶囊、移植型药物缓释棒、用于人工器官的医用高分子材料、药用高分子材料、(1)控制药物释放的载体纳米树高分子。 (2)药物使用靶材，聚乙烯正氧吡啶为具有药理活性的高分子，注射其水溶液或吸入烟雾剂，对治疗硅肺病有疗效。(3)作为药物制剂的辅助材料，青霉素和乙烯醇乙烯胺共聚物通过酰胺键结合，得到水溶性的药物高分子。 该高分子青霉素在体内滞留了低分子青霉素的30-40倍。 靶纳米微球，细胞表面受体靶，脂质体抑制肿胀疼痛在体内生长(c.a.nartchoweltal.targetesomeinc .USA )，代表性药物控制系统与公司，难题高分子材料的血液相容性，材料界面性质与血液界面性能差异在医疗用高分子材料的研究开发过程中面临的重大课题之一是材料的抗血栓问题。 人体自然保护反应发生排列现象时，其中之一是材料与肌体的接触表面发生凝血，即血栓，结果手术失败，引起严重的生命危险。 因此，高分子材料的抗血栓性研究是医用高分子研究的重要问题。 生物医疗材料市场的发展概况生物医疗材料的基本特性和分类金属生物医疗材料、无机生物医疗材料、有机高分子生物医疗材料、混合生物医学材料、混合生物医学材料和惰性材料相结合的新材料是制造高生理功能人工器官的理想材料。 杂种生物医学材料主要是人工材料和自制材料的组合，包括用于组织结构材料的多糖等生理活性物质的杂种、以固定化酶为代表的功能性杂种材料和杂种细胞3种。 1、人工材料与生理活性物质杂交，生理活性物质结合在人工结构材料表面，可以保持人工材料基质的力学强度，同时具有良好的生物适应性和抗凝固性。 2、与生物高分子的杂种主要是人工材料和酶、抗体、抗原、激素等杂种。 这种材料可作为人体组织、器官的结构材料，也可用于生物传感器、医学诊断和治疗，由酶的生物信息传递功能和具有刺激响应的材料组合形成酶传感器，还可形成免疫传感器、细胞传感器等生物传感器。 3 .与细胞