3種關(guān)鍵生物醫(yī)用材料（生物醫(yī)用金屬材料、新

型可降解生物醫(yī)用鎂合金材料、生物醫(yī)用陶瓷材料性

能要求及應(yīng)用

生物醫(yī)用材料是指對生物體具有診斷、治療、修復(fù)、替代病變組織、重建

器官功能的新型高技術(shù)材料。作為材料和生物醫(yī)學(xué)的交叉研究領(lǐng)域，生物醫(yī)用

材料的研究和發(fā)展跟材料學(xué)科密不可分。

材料結(jié)構(gòu)決定性能，性能導(dǎo)向臨床應(yīng)用，而臨床試驗結(jié)果又會對材料結(jié)構(gòu)

提出新的優(yōu)化目標(biāo)。根據(jù)材料結(jié)構(gòu)和屬性不同，可將生物醫(yī)用材料劃分為醫(yī)用

金屬材料、陶瓷和高分子材料材料。本期為大家搜集總結(jié)了生物醫(yī)用材料的分

類，應(yīng)用領(lǐng)域和研究趨勢，供大家了解交流。

生物醫(yī)用金屬材料

醫(yī)用金屬材料是一類用作生物材料的合金或金屬,又稱外科用金屬材料。

它是一類生物惰性材料，具有突出的優(yōu)異綜合力學(xué)性能（強(qiáng)度、塑性、韌性、

硬度、疲勞、磨損、彎曲、扭轉(zhuǎn)等），一直是臨床中用量大而廣的一類生物醫(yī)

用材料，受到廣大相關(guān)材料工作者、臨床醫(yī)生、醫(yī)療器械制造企業(yè)等方面的廣

泛關(guān)注?，F(xiàn)已成為牙齒和骨等硬組織修復(fù)替換、心血管和軟組織修復(fù)及人工器

官制造的主要原料。

常用類別

古醫(yī)用金屬材料根據(jù)元素組成、合成方式和物理性質(zhì)等不同，可分為以下

種類：

奧氏體不銹鋼316L

Mn?Si|Crr\i|Mo,

C-Cr-Mo合金

CoNi-CrMo合金

醫(yī)用金屬材料Ti-6AMV合金

影狀記憶］

［孩JN卜I合金

醫(yī)用鋰

其他金屬］殆依、豹金、的銀

11醫(yī)用鈍

圖1.生物醫(yī)用金屬材料分類

性能要求

1.生物相容性：生物醫(yī)用金屬材料作為植入醫(yī)療器械的前提就是優(yōu)異的生物

相容性，即必須是無毒無害，最小化機(jī)體排異反應(yīng)、不致癌、不致畸、不引起

感染炎癥、不影響其他組織和器官的正常功能。各類醫(yī)用金屬材料長期植入機(jī)

體后會存在以下問題：

(1)不銹鋼醫(yī)用金屬容易溶出銀離子誘發(fā)毒性及腫瘤等

(2)鉆基合金材料長期磨損造成鉆、操等離子溶出，在體內(nèi)引起細(xì)胞和組織

壞死

(3)鈦合金溶出鋁、鈉等離子，導(dǎo)致組織炎癥反應(yīng)

2.力學(xué)性質(zhì):醫(yī)用金屬材料作為植入醫(yī)療器件(人工關(guān)節(jié)、錐體、骨折內(nèi)固

定鋼釘、骨釘?shù)?或外科手術(shù)器具時，必須滿足人體正常生活和工作時所需的

力學(xué)要求(通常指骨方面)，能在一定限度范圍保持優(yōu)良的力學(xué)性能和耐磨損

性。(人體股骨頭抗壓強(qiáng)度為143MPa,強(qiáng)度縱向彈性模量約為13.8GPa，徑

向彈性模量為縱向的1/3，但具有較低的彈性模量)

1金屬彈性模量/GPa|抗拉魂度/MPa屈原.強(qiáng)度/>1Pa延伸凈/%疲勞極限/MPa

3I6L不信鋼20054(K620200?25050-60260~280

儲怙合金2006554508316

僦鉆合金230900~1540380?10508-6024783

純飲110405~550345-48515-18310

T1-6AI-4V124896830l(bll551

表1.醫(yī)學(xué)常用金屬材料的力學(xué)性質(zhì)

3.耐腐蝕：醫(yī)用金屬材料長期植入機(jī)體后最大的缺點(diǎn)就是腐蝕問題。由于體

液環(huán)境復(fù)雜，包含多種有機(jī)組分和無機(jī)鹽離子等，致使金屬產(chǎn)生均勻腐蝕。腐

蝕不僅會導(dǎo)致金屬材料機(jī)械性能下降或失效，還會溶出有毒金屬離子，產(chǎn)生炎

植入醫(yī)療器械領(lǐng)域?qū)山到怄V合金需求增長。生物醫(yī)用鎂合金行業(yè)的研發(fā)和臨

床轉(zhuǎn)化將會成為未來醫(yī)療器械行業(yè)的“金三角"！

生物醫(yī)用陶徭材料

生物醫(yī)用陶瓷是指通過植入人體或與人體組織直接接觸，使機(jī)體功能得以

恢復(fù)或增強(qiáng)，用天然或人工合成的粉狀化合物經(jīng)過成形和高溫?zé)Y(jié)制成的，由

金屬和非金屬元素的無機(jī)化合物構(gòu)成的多晶固體材料。生物陶瓷作為臨床醫(yī)用

植入材料，必須具備以下條件:良好的機(jī)械性能、生物相容性、與生物組織有優(yōu)

異的親和能力，抗血栓，不引起炎癥或自殺菌并具有很好的物理、化學(xué)穩(wěn)定

性。

發(fā)展歷史

生物陶瓷在人類生活中應(yīng)用非常廣泛，最初用于齒科。1788年法國的

Nicholas瓷全口及瓷牙修復(fù)。到了20世紀(jì)60年代，生物醫(yī)用陶瓷的研究和

臨床應(yīng)用進(jìn)入快速發(fā)展期，Hench教授發(fā)明的生物活性玻璃具有里程碑意義，

掀開了生物陶瓷在臨床使用中的新篇章。

1808年初成功制成

了用于鑲牙的陶齒1V

1871年羥基磷灰

石被人工合成

/---------------------------------------------------

1894年熟石膏作

為替替換材料

\____________________________/f1926年發(fā)現(xiàn)骨礦物

質(zhì)與羥基磷灰石的

X射線譜相似

1971攔羥基磷灰

石被成功研制并

擴(kuò)大到臨床應(yīng)用

1974年Hench發(fā)明

生物活性玻璃，活

性骨結(jié)合材料誕生,

圖4.生物陶瓷材料發(fā)展歷史

常用類別

生物陶瓷植入材料根據(jù)與生物體組織的反應(yīng)程度一股可以分為三類：生物

惰性陶瓷、生物活性陶瓷和生物可降解陶瓷。

種類1特點(diǎn)1材料?示例臨床應(yīng)用

生物體內(nèi)與組織反應(yīng)

很小，生物相容性好，氧化鋁陶宛、氟化餡圖

生物情性陶瓷人工關(guān)節(jié)

化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對機(jī)瓷、碳素材料等

體無剌激

生物活性成端、玻璃陶

生理環(huán)境下與組織界

生物活性陶瓷兗、羥基璘灰石、硝酸骨再生、牙齒

面形成化學(xué)鍵結(jié)合

鈣件水泥

在生物體內(nèi)逐漸降解，

最終通過體液溶解或磷酸三鈣、硫酸鈣陶克，

生物可降解陶克填充粒骨材料

被新陳代謝系統(tǒng)排出可降解生物玻璃

體外

表2.生物醫(yī)用陶瓷分類、特點(diǎn)及應(yīng)用

臨床應(yīng)用

生物惰性陶瓷材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能、生物相容性和化學(xué)惰性，常被用

做牙冠、骨釘和人工關(guān)節(jié)等醫(yī)用植入固定材料。生物活性陶瓷可與機(jī)體進(jìn)行生

理相互作用，主要應(yīng)用于置換或修復(fù)骨組織、牙齒、皮膚創(chuàng)面修復(fù)等方面。部

分生物醫(yī)用陶瓷已作為體內(nèi)植入器械或制成商品如生物活性玻璃牙膏和創(chuàng)面修

復(fù)凝膠應(yīng)用于人體組織修復(fù)和重建，具有廣闊的應(yīng)用需求和市場前景。

研究趨勢

生物活性

復(fù)合陶瓷

/

骨組織工

程

醫(yī)療器械1

表而涂層J

圖6.生物醫(yī)用陶瓷發(fā)展方向

生物體絕大多數(shù)組織如骨骼、牙齒等都是由多種材料組成的復(fù)合體，因此

具有綜合性能，尤其是力學(xué)性能會隨組分比例不同而顯現(xiàn)出巨大差異。為更加

模擬人體正常組織的結(jié)構(gòu)和功能，將生物陶瓷和高分子材料組合起來制成復(fù)合

材料，利用高彈性模量的生物無機(jī)陶瓷提高高分子材料的剛性和強(qiáng)度，同時高

分子的可塑性又能改善生物陶瓷的脆性，增強(qiáng)其韌度。

開發(fā)生物陶瓷基復(fù)合材料是研究人造類器官、組織功能修復(fù)材料和骨骼、

牙齒等替代材料的重點(diǎn)方向和目標(biāo)，極具科研意義和商業(yè)價值。常見的生物陶

瓷與高分子復(fù)合材料包括HAP基膠原復(fù)合材料、HAP基PDLLA（聚DL-丙交

酯）復(fù)合材料和碳纖維增建PMMA復(fù)合材料。

生物醫(yī)用高分子材料

生物醫(yī)用高分子材料是指能應(yīng)用于制造人體組織和器官的修復(fù)或替代品、

外用醫(yī)用耗材和醫(yī)療器械以及各種診斷設(shè)備，無毒無害，具有優(yōu)異生物相容性

的一類天然或合成有機(jī)高聚物。由于人體絕大部分都是由有機(jī)脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和

多糖構(gòu)成，因此生物醫(yī)用高分子材料的研究和臨床轉(zhuǎn)化一直以來都是一項重要

課題?？茖W(xué)家曾預(yù)言，在未來除了大腦外，所有器官都可以用人造器官替代。

生物醫(yī)用高分子材料的重要應(yīng)用之一就是用于制造人造器官，因此其未來臨床

應(yīng)用市場需求量大，市場價值不可估量。

發(fā)展歷史

1943年賽璐璐薄膜

(硝酸纖紐)用于

血液透析1949年P(guān)MMA用于修

補(bǔ)骨組織，聚酰胺纖

乂維用于手術(shù)縫合線；

1950年有相麻橡膠

開始應(yīng)用于臨床蛆

織替代和整彩20世紀(jì)50年衣人工尿迸、食

道、心臟瓣膜、關(guān)節(jié)、肝等

高分子材料應(yīng)用于臨床

20世紀(jì)60年代生

物醫(yī)用高分子材

料開始快速發(fā)展

1960年可生物降解高

分子聚.乳酸(PLA)

應(yīng)用于臨床

1970-1980年穩(wěn)形

眼鏡和藥物控釋

系統(tǒng)等開始應(yīng)用

圖7.生物醫(yī)用高分子材料發(fā)展歷史

常見類別

根據(jù)材料的性質(zhì)，可將醫(yī)用高分子材料劃分為生物惰性高分子材料和生物

活性（可降解）高分子材料。醫(yī)療上常用的植入性材料屬于生物惰性材料，其

在體液中表現(xiàn)出化學(xué)惰性,不受環(huán)境中酸堿和酶的影響。而可生物降解的具有

活性的高分子材料會在體內(nèi)環(huán)境下發(fā)生降解而生成對人體無毒無害的小分子。

研究趨勢

生物醫(yī)用高分子材料因與人體組織和器官組砌口結(jié)構(gòu)類似，在臨床應(yīng)用十

分廣泛。近年來，生物醫(yī)用高分子市場占比高達(dá)50%左右，在眾多種類的醫(yī)用

材料中獨(dú)占鰲頭。國家十四五