生物医用材料

生物医用材料定义

广义的生物材料：一是指用于生物体内的材料，达到治疗康复的目的，

例如隐形眼镜、人工髓关节；二是指来源于生物体，可能用于或不再用于

生物体内（这种不是本课程讨论对象），例如动物皮革用于服装。

在本课程中生物医用材料或生物材料的含义：生物医用材料又叫

做生物材料,分别来自于BiomedicalMaterials和Biomaterials的译名。

目前国际上两本本学科最主要的学术期刊是英国的《Biomaterials》和美

国的（JournalofBiomedicalMaterialsResearch》,两个期刊所涉及的

内容是相同的，由此可见BiomedicalMaterials和Biomateria]s两词是

指相同的材料。

我们给生物医用材料明确的定义：对生物系统的疾病进行诊断、治疗、

外科修复、理疗康复、替换生物体组织或器官（人工器官），增进或恢复其

功能，而对人体组织不会产生不良影响的材料。生物医用材料本身并不必

需是药物，而是通过与生物机体直接结合和相互作用来进行治疗。另一种

说法是：生物医用材料是一种植入躯体活系统内或与活系统相接触而设计

的人工材料。

生物医用材料的分类：由于生物材料应用广泛，品种很多，所以会有不同

角度的分类。

按材料的传统分类法分为：

（1）合成高分子材料（如聚氨酯、聚酯、聚乳酸、聚乙醇酸、乳酸乙醇

酸共聚物）

（2）自然高分子材料（如胶原、丝蛋白、纤维素、壳聚糖）

（3）金属与合金材料（如钛及钛合金）

（4）无机材料（如生物活性陶瓷、羟基磷灰石）

（5）复合材料（如碳纤维/聚合物、玻璃纤维/聚合物）

按材料的医用功能分为：

（1）血液相容性材料

用于人工血管、人工心脏、血浆分别膜、血液灌流用的吸附剂、细胞

培育基材。由于与血液接触，所以不行以引起血栓、不行以与血液发生相

互作用。主要包括聚氨酯/聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯/聚甲基丙烯酸羟

乙酯、含聚氧乙烯酸的聚合物、肝素化材料、尿酶固定化材料、骨胶原材

料等。

(2)软组织相容性材料

假如用作与组织非结合性的材料，必需对四周组织无刺激、无毒副作

用，如软性隐形眼镜片；假如用作与组织结合性的材料，要求材料与四周

组织有肯定粘结性、不产生毒副反应，主要用于人工皮肤、人工气管、人

工食道、人工输尿管、软组织修补材料。这样的材料有聚硅氧烷、聚酯、

聚氨基酸、聚甲基丙烯酸羟乙酯、改性甲壳素。

(3)硬组织相容性材料

硬组织生物材料主要用于生物机体的关节、牙齿及其他骨组织八包括

生物陶瓷、生物玻璃、钛及合金、碳纤维、聚乙烯等。

(4)生物降解材料

生物降解材料在生物机体中，在体液环境中，不断降解，或者被机体

汲取，或者排出体外，植入的材料被新生组织取代。可以用于可汲取缝合

线、药物载体、愈合材料、粘合剂、组织缺损用修复材料。包括多肽、聚

氨基酸、聚酯、聚乳酸、甲壳素、骨胶原/明胶等高分子材料，以及B-磷

酸三钙可降解生物陶瓷。

(5)高分子药物

高分子药物是一类本身具有药理活性的高分子化合物，可以从生物机

体组织中提取，也司以通过人工合成、基因重组等技术，获得自然生物

高分子的类似物，如多肽、多糖类免疫增加刑、胰岛素、人工合成疫苗等，

用丁治疔糖尿病、心血管病、癌症以及炎症等疾病。

还可以依据有无生物活性分为生物惰性材料(bioinert)、生物活性材料

(bioactive)o

还可以依据可否生物降解(biodegradable)来划分。

还可以分为人工合成材料和自然材料。

还可以分为单一材料、复合材料、活体细胞、自然组织与无生命材料结

合的杂化材料F

目前，世界各国对生物材料的讨论大多处于阅历和半阅历的阶段，材料与

活组织之间的相互作用机理还有很多不清晰的地方，一般以现有材料为对

象，凡性质基本能满意使用要求者，则进行适当纯化，包括配方上削减有

害助刑、工艺上削减单体残留量和低聚物，然后加以采用；性能不满意要

求者，进行适当改性后再加以采用；还有的则把两种材料的性质结合起来

以实现肯定的功能。至今，真正建立在分子设计基础上，依据生物相容性，

依据材料结构与性能的关系，来设计新型生物材料的讨论尚不多见。因此，

目前应用的生物材料，尤其是用于人工器官的材料，只是处于“牵强可用”

或“仅可使用”的状态，还未满意应用的要求。

近年来，对于材料结构与生物相容性之间的关系的讨论已经受到重视。目

前已经进入了为“生物材料分子设计学”积累数据和资料的阶段，个别性

能的分子设计己被应用并取得了较好结果。

生物医用材料的讨论方向

(1)生物相容性的分子设计学讨论，重点讨论材料的一次结构及表面高

次结构与活体的组织相容性、血液相容性及体内耐老化性的关系，深化研

讨生物材料分子设计的理论与方法，并用于指导新材料的开发。

(2)血液相容性材料讨论，特殊是对仿肝素结构材料和表面生物化处理

材料的讨论。

(3)生物膜材料的讨论，重点是人工肺膜用气体透析材料，血液净化用

透析膜、超漉膜尤其是可分别分子物质的透析膜材料”

(4)缓释材料讨论，重点是讨论植入型可汲取性缓释材料及生物粘附型

缓释材料。

(5)自然生物材料中再生胶原及弹性纤维蛋白的稳定化和增加处理

方法、甲壳素和透亮质酸代替物的应用讨论。

(6)生物陶瓷和生物玻璃材料讨论，重点是提高生物陶瓷表面生物相容

性和力学相容性及表面修饰与处理方法的讨论，生物陶瓷表面与机体组织、

体液相互作用的机理讨论，以及具合各种功能的生物陶瓷、生物玻璃的应

用讨论。

定义：生物医用复合材料是由两种或两种以上的不同材料复合而成的生物医用材

料，它主要用于人体组织的修复、替换和人工器官的制造。

为什么要复合：单一材料不能很好地满意临床应用的要求。采用不同性质的材料

复合而成的生物医用复合材料，不仅兼具组分材料的性质，而且可以得到单组分

材料不具备的新性能，为获得结构和性质类似于人体组织的生物医学材料开拓了

一条宽阔的途径。

为什么要复合举例1:传统医用金属材料和高分子材料不具生物活性，与组织不

易坚固结合，在生理环境中或植入体内后受生理环境的，导致金属离子或单体释

放，造成对机体的不良影响。

为什么要复合举例2：生物陶瓷材料虽然具有良好的化学稳定性和相容性、高的

强度和耐磨、耐蚀性，但材料的抗弯强度低、脆性大，在生理环境中的疲惫与破

坏强度不高，在没有补强措施的条件下，它只能应用于不承受负荷或仅承受纯压

应力负荷的状况。

生物医用复合材料组分材料的选择要求：

生物医用复合材料依据应用需求进行设计:基体材料•+增加材料或功能材料。

复合材料的性质取决于组分材料的性质、含量、组分间的界面。

常用的基体材料有医用高分子、医用碳素材料、生物玻璃、玻璃陶瓷、璘酸

钙基或其他生物陶瓷、医用不锈钢、钻基合金等医用金属材料。

增加体材料有碳纤维、不锈钢和钛基合金纤维、生物玻璃陶瓷纤维、陶瓷

纤维等纤维增加体，此外还有氧化精、磷酸钙基生物陶瓷、生物玻璃陶瓷等颗粒

增加体。

植入体内的材料在人体简单的生理环境中，长期受物理.、化学、生物电等

因素的影响，同时各组织以及器官间普遍存在着很多动态的相互作用。

因此，生物医用组分材料必需满意下面几项要求：

(1)具有良好的生物相容性和物理相容性，保证材料复