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    生物材料    生物材料 分类： 医疗科技 属性： 技术 目录 · ·发展 · ·简介 · ·性能 · ·相容性反应 · ·分类特性 · ·性能评价 · ·人体影响 · ·术语 生物材料(biomaterials)是用于与生命系统接触和发生相互作用的，并能对其细胞、组织和器官进行诊断治疗、替换修复或诱导再生的一类天然或人工合成的特殊功能材料，又称生物医用材料生物材料是材料科学领域中正在发展的多种学科相互交叉渗透的领域，其研究内容涉及材料科学、生命科学、化学、生物学、解剖学、病理学、临床医学、药物学等学科，同时还涉及工程技术和管理科学的范畴生物材料有人工合成材料和天然材料; 有单一材料、复合材料以及活体细胞或天然组织与无生命的材料结合而成的杂化材料生物材料本身不是药物，其治疗途径是以与生物机体直接结合和相互作用为基本特征发展       自90年代后期以来，世界生物材料科学和技术迅速发展，即使在当今全球经济低迷的大环境下，生物材料依然保持着每年13%高速增长，充分体现了其强大的生命力和广阔的发展前景       现代医学正向再生和重建被损坏的人体组织和器官、恢复和增进人体生理功能、个性化和微创治疗等方向发展。

传统的无生命的医用金属、高分子、生物陶瓷等常规材料已不能满足医学发展的要求，生物医学材料科学与工程面临着新的机遇与挑战       未来，生物医用材料的市场占有率大有可能将赶上药物因此，加强生物医用材料的临床应用研究和推广应用，重点发展我国生物医用材料的研究、开发、生产、营销紧密结合的一体化体系是当务之急       实际上，国家当前在生物材料科学基础研究方面已经取得了重大突破进展，走在了世界先进行列，但产业化水平尚待提高，产业规模小、发展相对滞后，还不能满足全民医疗保健的实际需要在国家政策、经济的大力支持下，我国生物材料的产业化发展将提速企业应增强自主创新的能力，进一步解决依靠进口的局面，同时加大出口力度，实现跨越发展，扩大中国生物材料产品在国际上的影响力简介       原理       生物材料（Biological materials）又称生物工艺学或生物技术应用生物学和工程学的原理，对生物材料、生物所特有的功能，定向地组建成具有特定性状的生物新品种的综合性的科学技术生物工程学是70年代初，在分子生物学、细胞生物学等的基础上发展起来的，包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程等，他们互相联系，其中以基因工程为基础。

只有通过基因工程对生物进行改造，才有可能按人类的愿望生产出更多更好的生物产品而基因工程的成果也只有通过发酵等工程才有可能转化为产品       相关产品       医学上通过生物工程可以生产出大量廉价的防治人类疾病的药物，如入胰岛素、干扰素、生长激素、乙型肝炎疫苗等生物工程在食品、轻工中的应用面也很广1983年美国用生物工程生产的用于制作饮料的高果糖浆的年产量达600万吨，从而使蔗糖的消耗量减少一半采用生物工程技术，使育种工作发生了很大变化，如把抗病基因转移到烟草中去，已培育出防止害虫的烟草新品种；把低等生物根瘤菌的固氮基因转移到高等作物的细胞中，使之能自己制造氮肥，也取得了一定成果世界各国对生物工程十分重视，中国也把生物工程列为重点发展的科研项目之一生物工程学的研究将对人类的生产方式和生活方式产生巨大的影响性能       功能性       指生物材料具备或完成某种生物功能时应该具有的一系列性能根据用途主要分为：       *承受或传递负载功能如人造骨骼、关节和牙等，占主导地位       *控制血液或体液流动功能如人工瓣膜、血管等       *电、光、声传导功能如心脏起博器、人工晶状体、耳蜗等       *填充功能。

如整容手术用填充体等       相容性       指生物材料有效和长期在生物体内或体表行使其功能的能力用于表征生物材料在生物体内与有机体相互作用的生物学行为根据材料与生物体接触部位分为：       *血液相容性材料用于心血管系统与[[血液]]接触，主要考察与血液的相互作用       *与心血管外的组织和器官接触主要考察与组织的相互作用，也称一般生物相容性       *力学相容性考察力学性能与生物体的一致性       生物材料和纳米生物技术是国际化，跨学科，英文出版的关于生物材料的制备，性能和评价研究的原创性文献，由美国科研出版社发行涵盖物理，化学，毒物学，电化学，机械和光学特性的纳米材料，生物技术的应用（制药，药物输送系统，化妆品，食品技术，生物转化，可再生能源和能源储存，生物传感，纳米药物，组织工程，植入式医疗设备，生物光子学，纳米光动力疗法，肿瘤科）相容性反应        宿主反应       ⑴生物学反应       A: 血液反应       ⒈血小板血栓；       ⒉凝血系统激活；       ⒊纤溶系统激活；       ⒋溶血反应；       ⒌白细胞反应；       ⒍细胞因子反应；       ⒎蛋白粘附；       B:免疫反应       ⒈补体激活；       ⒉体液免疫反应（抗原－抗体反应）；       ⒊细胞免疫反应。

       C:组织反应       ⒈炎症反应；       ⒉细胞粘附       ⒊细胞增殖（异常分化）       ⒋形成蘘膜       ⒌细胞质的转变       ⑵生物体对生物反应的变化       ⒈急性全身反应       过敏、毒性、溶血、发热、神经麻痹等       ⒉慢性全身反应       毒性、致畸、免疫、功能障碍等       ⒊急性局部反应       炎症、血栓、坏死、排异等       ⒋慢性局部反应       致癌、钙化、炎症、溃疡等       材料反应       生物机体作用于生物材料－材料反应，其结果可导致材料结构破坏和性质改变而丧失其功能可分为如下三个方面：       *金属腐蚀       *聚合物降解       *磨损⑴金属腐蚀       生物体内的腐蚀性环境：⑴含盐的溶液是极好的电解质，促进了电化学腐蚀和水解；⑵组织中存在具有催化或迅速破坏外来成分能力的多种分子和细胞将对生物金属材料产生腐蚀       对于生物材料而言多为局部腐蚀，具体包括应力腐蚀开裂、点腐蚀、晶间腐蚀、腐蚀疲劳以及缝隙腐蚀等，导致生物材料整体破坏       虽然金属材料在生物体内保持惰性状态，但仍然可能会有物质溶入生物组织中，并对生物体组织产生毒性反应，造成组织的损害。

如不锈钢中溶出的Cr+6生物组织的毒性⑵聚合物降解       聚合物在长期使用过程中，由于受到氧、热、紫外线、机械、水蒸气、酸碱及微生物等因素作用，逐渐失去弹性，出现裂纹，变硬、变脆或变软、发粘、变色等，从而使它的物理机械性能越来越差的现象       聚合物老化易形成的碎片、颗粒、小分子量单体物质，因此使用它时必须谨慎，对耐久性器件，必须保持一定强度和其它机械性能，老化产物不能对周围组织有毒害作用       例如，医用缝合线降解时会产生酸性物质，如果量少，很容易被人体中的化学物质中和，如果老化产物较大，则会对周围组织产生损害⑶磨损       人工关节常用材料为Ti6Al4V，由于表面易氧化生成TiO2，其耐磨性差，植入人体后，磨损造成在关节周围组织形成黑褐色稠物，从而引起疼痛钛合金人工全髋关节平均寿命一般都低于10年       大量的人工髋关节是由坚硬的金属或陶瓷的股骨头与超高分子聚乙烯的髋臼杯组合成，然而它的寿命也不超过25年长期随访资料显示，假体失败的主要原因是超高分子聚乙烯磨损颗粒所造成的界面骨溶解，从而导致假体松动这种磨损颗粒所导致的异物－巨细胞反应，又称颗粒病，是晚期失败的最主要原因。

分类特性       分类       生物材料应用广泛，品种很多，其分类方法也很多生物材料包括金属材料（如碱金属及其合金等）、无机材料（生物活性陶瓷，羟基磷灰石等）和有机材料三大类有机材料中主要是高分子集合物材料，高分子材料通常按材料属性分为合成高分子材料（聚氨酯、聚酯、聚乳酸、聚乙醇酸、乳酸乙醇酸共聚物及其他医用合成塑料和橡胶等）、天然高分子材料（如胶原、丝蛋白、纤维素、壳聚糖等）；根据材料的用途，这些材料又可以分为生物惰性（bioinert）、生物活性（bioactive）或生物降解（biodegradable） 材料，高分子聚合物中，根据降解产物能否被机体代谢和吸收，降解型高分子又可分为生物可吸收性和生物不可吸收性根据材料与血液接触后对血液成分、性能的影响状态则分为血液相容性聚合物和血液不相容性根据材料对机体细胞的亲和性和反映情况，可分为生物相容性和生物不相容性聚合物等       特点       生物材料主要用在人身上，对其要求十分严格，必须具有四个特性：       ⑴生物功能性因各种生物材料的用途而异，如：作为缓释药物时，药物的缓释性能就是其生物功能性       ⑵生物相容性。

可概括为材料和活体之间的相互关系，主要包括血液相容性和组织相容性（无毒性、无致癌性、无热原反应、无免疫排斥反应等）       ⑶化学稳定性耐生物老化性（特别稳定）或可生物降解性（可控降解）       ⑷可加工性能够成型、消毒（紫外灭菌、高压煮沸、环氧乙烷气体消毒、酒精消毒等）       应用发展       性能要求       ⑴生物相容性       生物相容性主要包括血液相容性、组织相容性材料在人体内要求无不良反应，不引起凝血、溶血现象，活体组织不发生炎症、排拒、致癌等       ⑵力学性能       材料要有合适的强度、硬度、韧性、塑性等力学性能以满足耐磨、耐压、抗冲击、抗疲劳、弯曲等医用要求       ⑶耐生物老化性能       材料在活体内要有较好的化学稳定性，能够长期使用，即在发挥其医疗功能的同时要耐生物腐蚀、耐生物老化       ⑷成形加工性能       容易成形和加工，价格适中：       材料分类       按材料功能划分：       *1、血液相容性材料 如人工瓣膜、人工气管、人工心脏、血浆分离膜、血液灌流用吸附剂、细胞培养基材等；       *2、软组织相容性材料 如隐形眼睛片的高分子材料，人工晶状体、聚硅氧烷、聚氨基酸等，用于人  工皮肤、人工气管、人工食道、人工输尿管、软组织修补等领域；       *3、硬组织相容性材料 如医用金属、聚乙烯、生物陶瓷等，关节、牙齿、其它骨骼等；       *4、生物降解材料 如甲壳素、聚乳酸等，用于缝合线、药物载体、粘合剂等；       *5、高分子药物多肽、胰岛素、人工合成疫苗等，用于糖尿病、心血管、癌症以及炎症等。

       按材料来源分类：       *1、自体材料       *2、同种异体器官及组织；       *3、异体器官及组织；       *4、人工合成材料；       *5、天然材料       根据组成和性质分为：       * 1、生物医用金属材料       * 2、医用高分子材料       * 3、医用无机非金属材料       生物医用金属材料：       较优秀的生物医用金属材料有，医用不锈钢、钴基合金、钛及钛合金、镍钛形状记忆合金、金银等贵重。