1、常用的生物醫(yī)學(xué)材料 本節(jié)介紹幾種常用的生物醫(yī)學(xué)金屬材料、 無(wú)機(jī)生物醫(yī)學(xué)材料、高分子生物醫(yī)學(xué)材料，以 及最近受到人們普遍關(guān)注的、有望制造出具有 高生理功能的人工器官的雜化生物醫(yī)學(xué)材料。 本節(jié)介紹幾種常用的生物醫(yī)學(xué)金屬材料、無(wú)機(jī) 生物醫(yī)學(xué)材料、高分子生物醫(yī)學(xué)材料，以及最近受到 人們普遍關(guān)注的、有望制造出具有高生理功能的人工 器官的雜化生物醫(yī)學(xué)材料。 一、生物醫(yī)學(xué)金屬材料 金屬材料是生物醫(yī)學(xué) 材料中應(yīng)用最早的。由金 屬具有較高的強(qiáng)度和韌性， 適用于修復(fù)或換人體的硬 組織，早在一百多年前人 們就已用貴金屬鑲牙。隨 著抗腐蝕性強(qiáng)的不銹鋼、 彈性模量程骨組織接近銅 鐵合金，以及記憶合金材 料、復(fù)合材料等新

2、型生物 醫(yī)學(xué)金屬材料的不斷出現(xiàn)， 其應(yīng)用范圍也在擴(kuò)大。 生物醫(yī)學(xué)金屬材料的特殊要求和考慮 除了要具備前面介紹的一般性要求，生 物醫(yī)學(xué)金屬材料還有一些特殊要求及需要注意 和考慮的問(wèn)題。 （1）抗腐蝕性 （2）毒性低或無(wú)毒性 （3）高機(jī)械性能 名稱 優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域 貴金屬貴金屬及其合金的耐腐 蝕和機(jī)械性能優(yōu)良 生物相容性差牙科修復(fù)材料，制作植入體內(nèi) 的器件的電極和導(dǎo)線材料，磁 性鉑用于眼臉功能的修復(fù)。 不銹鋼易加工，價(jià)格低不銹鋼耐腐蝕性 和機(jī)械性能不如 鈷基合金 體內(nèi)植入的陰性對(duì)照材料，接 骨板、骨螺釘、齒冠、齒科矯 正器具等。 鈷基合金可鍛可鑄，機(jī)械性能好 硬度有硬，中，軟之分 價(jià)格高，加工難

3、、 應(yīng)用不夠普及 常用來(lái)制作人工關(guān)節(jié)的金 屬間華東聯(lián)接。 鈦和鈦合金質(zhì)輕強(qiáng)度高，生物相容性 好及記憶效應(yīng)，抗疲勞性 及耐腐蝕性好 價(jià)格高昂用于齒科、骨科。人工齒齦， 人工下顎骨、顱骨修復(fù)網(wǎng)支撐、 心臟瓣膜支架等眾多領(lǐng)域 多孔材料和復(fù) 合材料 性能固定牢靠，減少關(guān) 節(jié)的磨損 制備困難，成 本高 用于人工假肢、估損修復(fù)，修 復(fù)肌腱、神經(jīng)和血管的鉭絲 常見(jiàn)生物醫(yī)學(xué)金屬材料 二、無(wú)機(jī)生物醫(yī)學(xué)材料 無(wú)機(jī)生物醫(yī)學(xué)材料從主要成分來(lái)看，包括生物陶瓷、 生物玻璃和碳素材料。1808年就已用陶瓷來(lái)鑲牙，近20 年來(lái)由于無(wú)機(jī)生物學(xué)材料性能的改善及復(fù)合材料發(fā)展的 需要，這類(lèi)材料的研制和應(yīng)用都有了較大的發(fā)展 1 、生物

4、陶瓷 生物陶瓷由多種氧化物等燒結(jié)而成。一般可把生物陶瓷分 為普通生物陶瓷、生物活性陶瓷及特殊加工生物陶瓷3類(lèi)。 （1）普通生物陶瓷 多用于假牙制作，硬度及耐磨性優(yōu)于樹(shù)脂 制品。材料的化學(xué)性質(zhì)差，生物相容性好 （2）生物活性陶瓷 主要成分為磷酸鈣，植入人體后可以降解 吸收，由于被懷疑會(huì)引起淋巴結(jié)增生，現(xiàn) 已停止對(duì)其研究 （3）特殊加工生物陶瓷 摻入熒光物質(zhì)的陶瓷貼片可以貼在牙齒外 表增加美觀 生物陶瓷制作的聽(tīng)小骨 2 、生物醫(yī)學(xué)玻璃和玻璃陶瓷 （1） 非活性生物玻璃 （2）活性生物玻璃 （3）羥磷灰石（HAP）材料 多用于制作人工股骨、人工齒冠、齒橋，還用于強(qiáng)磁性的玻璃陶瓷埋入腫瘤附近， 通過(guò)材

5、料在交變磁場(chǎng)作用下磁場(chǎng)下磁滯損耗發(fā)熱而殺死癌細(xì)胞，或用經(jīng)中子照射產(chǎn)生 射 線源的生物陶瓷的埋入治療癌癥等。 這種材料生物相容性好，和骨組織結(jié)合好，成骨過(guò)程快、有利于植入物早期固定， 種植成功率高。國(guó)內(nèi)外也生產(chǎn)了可進(jìn)行切削加工的生物玻璃陶瓷，國(guó)外也有制成柔順性 強(qiáng)的生物玻璃纖維的研究工作報(bào)告。 HAP是人牙和骨骼的主要無(wú)機(jī)成分，1976年開(kāi)始AI合成HAP材料。HAP材料具有 吸收和聚集體液中鈣離子的作用，參與體內(nèi)鈣代謝，能起到適合于新生骨沉積的生理搭 橋作用，即起著股傳送作用，常制作復(fù)合人工骨，與高分子材料制成的混合材料常用做 人工中耳骨等。 3.碳素材料 碳是構(gòu)成生物體的重要 組成元素，由于

6、它具有極好 的抗血栓性，因而碳素材料 被認(rèn)為是最佳的人工心臟瓣 膜材料。碳纖維束有利于生 物組織依附生長(zhǎng)，經(jīng)聚乳酸 浸制成人工韌帶和肌腱已用 于臨床。碳纖維與高分子材 料制成的復(fù)合材料用于制作 假牙、人工軟骨、人工中耳 骨及用于脛骨骨折固定板、 頜面修復(fù)等?；钚蕴砍Ｓ糜?血液凈化材料等。 碳素材料制作的高爾夫球棍 三、生物醫(yī)學(xué)高分子材料 生物醫(yī)學(xué)高分子材料種類(lèi)龐大，已獲得應(yīng)用的材料品種 近百種，制品近2000種。為了學(xué)習(xí)和掌握方便，我們首先 介紹高分子材料醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的3個(gè)重要問(wèn)題：高分子材料的 血液相容性、高分子材料的藥用范圍和天然高分子的應(yīng)用： 稍微詳細(xì)的介紹聚有機(jī)硅氧烷、聚氨酯、聚丙烯酸類(lèi)

7、等材 料，最后簡(jiǎn)要的按字母順序介紹十多種常見(jiàn)的材料。 1.高分子材料的血液相容性 血液相容性就是指血液對(duì)與它接觸的非存活材料和器件產(chǎn)生合 乎要求的反應(yīng)的一種性能；具體來(lái)說(shuō)應(yīng)具備以下性質(zhì)：不凝血、不 溶血、不破壞血細(xì)胞、不致使血漿蛋白變性及酶系統(tǒng)破壞，不擾亂 電解質(zhì)平衡。其中，不凝血是血液相容性最重要，也是最不易做到 的要求。（凝血是指血漿由流動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槟z凍狀態(tài)的整個(gè)復(fù)雜生化過(guò)程。） 常用的抗凝措施是：材料表面的肝素化、親水化、負(fù)電荷化、 化學(xué)惰性化和生物活性化：也有采取假內(nèi)膜或培育一層內(nèi)皮細(xì)胞的 技術(shù)措施的。對(duì)高分子材料進(jìn)行分子設(shè)計(jì)改性也望可取得較好的血 液相容性。 2.藥用高分子材料 高分

8、子化合物主要的三個(gè)方面 （1）作為控制釋放藥物的載體。 （2）作為藥物使用。 （3）作為藥物制劑的輔助材料。 特別是采用智能高分子材料，可使藥物釋放體系 （DDS）智能化。此體系的特點(diǎn)是藥物是否需要可由藥劑 本身判斷，它可感知疾病引起的化學(xué)物質(zhì)及物理量變化的 信號(hào)，藥劑能對(duì)信號(hào)響應(yīng)并自主地控制藥物的釋放。 3.天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料 天然高分子生物醫(yī)學(xué)材料是人類(lèi)最早使用的醫(yī)學(xué)材料之一。 由于它具有多功能性、生物相容性、生物可降解性，仍然不失為 重要的生物醫(yī)學(xué)材料，主要包括糖類(lèi)和蛋白質(zhì)材料兩大類(lèi) （一）最常用的天然多糖類(lèi)材料有纖維素、甲殼素等。 （1）纖維素：纖維素是一種非還原性的碳水化合物，不

9、溶于水和一 般有機(jī)溶劑，但能溶于某些酸、堿溶液。纖維素在酸作用下發(fā)生降解， 完全水解時(shí)得到單一的葡萄糖。 （2）甲殼素：甲殼素是一種來(lái)源于動(dòng)物的天然多糖，普遍存在于蝦 蟹及昆蟲(chóng)甲殼之中，也存在于真菌和藻類(lèi)的細(xì)胞壁中。 （二）蛋白質(zhì)類(lèi)： 蛋白質(zhì)廣泛存在于動(dòng)物和植物體中，作為醫(yī)學(xué)材料應(yīng)用的主要是 結(jié)構(gòu)蛋白，如膠原和纖維蛋白等。 （1）膠原：膠原是人體和脊椎動(dòng)物的主要結(jié)構(gòu)蛋白，基本單位是膠原蛋白。 大部分膠原不溶于酸，膠原制品主要用來(lái)制作人工皮膚、縫線、結(jié)扎線、人 工透析膜、人工血管、人工肌腱、人工晶體、人工角膜、止血?jiǎng)?、?chuàng)傷敷料， 以及藥物載體等。膠原材料與人體組織相容性好，無(wú)副作用，植入人體能促

10、 進(jìn)細(xì)胞增殖、加快創(chuàng)口的愈合并具有降解性。 （2）纖維蛋白：纖維蛋白主要來(lái)源于血漿蛋白，因此具有明顯的血液相容 性、無(wú)毒、無(wú)不良影響，其主要生理功能是止血，還具有一定的殺菌、促進(jìn) 創(chuàng)傷愈合的作用。纖維蛋白制品無(wú)毒、無(wú)熱原反應(yīng)。 4.有氧硅氧烷、聚氯脂、聚丙乙酸類(lèi) （1）硅氧烷類(lèi)：含有Si.0.Si一鏈節(jié)的化合物，這種有機(jī)聚合物又稱硅酮。 醫(yī)用級(jí)聚有機(jī)硅氧烷主要用在與人體組織、器官、體液直接接觸的制品上。 常用的應(yīng)用形式有硅油、有機(jī)硅凝膠、有機(jī)硅橡膠等。 （2）聚氨酯：聚氨酯（PU）是聚醚、聚酯和二異氰酸脂縮聚產(chǎn)物的總稱。 在臨床上由于材料優(yōu)良的血液相容性、生理惰性和優(yōu)良的機(jī)械性能，多用 SPU

11、制作輔助人工心臟、輔助循環(huán)裝置、人工心臟搏動(dòng)膜等，還可用做縫 合線與軟組織粘合劑、繃帶、敷料、人工軟骨、醫(yī)療器械進(jìn)行封口用的密 封劑等。 （3）聚丙烯酸類(lèi)：一般是指乙丙烯酸和甲基丙烯酸及其脂類(lèi)為單體的均聚 物或共聚物，俗稱有機(jī)玻璃。材料具有良好的強(qiáng)度，韌性、粘連性和生物 相容性。 四、雜化生物醫(yī)學(xué)材料 雜化生物醫(yī)學(xué)材料和非活性材料所組合的新型材料， 是制造高生理功能的人工器官的較為理想的材料。雜化生 物醫(yī)學(xué)材料主要是人工材料與圣體材料的組合，它包括用 于組織結(jié)構(gòu)材料的多糖類(lèi)等生理活性物質(zhì)雜化，以固定化 酶為代表的功能性雜化材料和雜化細(xì)胞3類(lèi)。 1.人工材料與生理活性物質(zhì)雜化 在人工結(jié)構(gòu)材料表面結(jié)合上生理活性物質(zhì)，既能保留人工材料基質(zhì)的 力學(xué)強(qiáng)度，又能具有良好的生物相容性及抗凝血性。 肝素 肝素是這方面的一種生物高分子，屬粘多 糖類(lèi)，廣泛的分布于動(dòng)物組織，是一種良好的 抗凝血?jiǎng)┖涂怪獎(jiǎng)?2.與生體高分子的雜化 主要是人工材料與酶、抗體、抗原、激素等的雜化。這類(lèi)材料除可作為 人體組織、器官的結(jié)構(gòu)材料外，尚可用于生物傳感器及醫(yī)學(xué)診斷和治療 利用酶的生物信息傳遞功能與具有刺激響應(yīng)的材料組合可形成酶?jìng)鞲衅鳎?同樣可形成免疫傳感器、細(xì)胞傳感器等生物傳感器。 生 物 傳 感 器 生物傳感器利用生物功能性物質(zhì)的分