生物医学材料

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  生物医学材料(biomedical material),与生物系统直接接触并相互作用,以诊断、治疗或替换生物机体中被疾病或外伤损坏的组织和器官或增进其功能的材料。生物医学材料的研究涉及到细胞生物学材料科学工程技术和临床应用等领域。生物医学材料不同于药物,其治疗目的不需通过体内的化学反应新陈代谢来实现。但是生物医学材料可以结合药理作用,甚至起着药理活性物质的作用。生物医学材料的功能常通过加工成器件或制品来实现,其成功使用不仅同材料的组织、结构的选择和设计有关,也同制品的形态等工程设计及制造过程有关。生物医学材料的性质必须满足十分严格的要求,除具有行使指定功能所必须的物理、化学性质外,还必须满足生物学要求,即生物相容性要求。

  生物相容性 指生物医学材料在特定应用中,引起适当的宿主反应和产生有效作用的能力。它描述材料在特定应用中与活体系统相互作用的生物学行为。这种相互作用包括两方面,一方面是材料对活体系统的作用,或活体系统对材料的反应,即宿主反应,包括局部反应和全身反应;另一方面是活体系统对材料的作用,或材料对活体系统的反应,称为材料反应,宿主反应的发生,是由于生物环境的作用导致构成材料的元素分子和颗粒、碎片等降解产物被释放进入邻近的组织和整个活体系统,以及材料对组织的机械、电、化学和电化学等作用。其结果可能造成对机体的毒副作用。材料反应则主要由生物环境对材料的生理腐蚀和降解作用所造成,可能导致材料结构破坏和性质蜕变。一种成功的生物材料,既要求所引起的宿主反应能够保持在可接受的水平,又要求材料反应不致造成材料发生破坏。

  生物医学材料的生物相容性分为两个方面。用于心血管系统与血液直接相互作用的材料的生物相容性,称为血液相容性;用于和机体组织器官相接触的材料的生物相容性,称为组织相容性,即一般所指的生物相容性。血液相容性和组织相容性密切相关,但又有所不同。组织相容的材料,不一定是血液相容的材料。

  种类 生物医学材料按组成和性质分为医用金属材料、生物陶瓷、生物玻璃、生物衍生材料、医用高分子材料。生物衍生材料是一类全部或主要部分由经过处理的无菌、无抗原性和无生命的生物体组织所构成的材料。常见的有用于人工心瓣膜的、经戊二醛处理固定成型的猪心瓣膜和牛心包;用作韧带修复的经处理过的牛腱;用于血管修复体的经处理过的人脐动脉和牛颈动脉,以及再生胶原弹性蛋白、透明质酸、软骨素硫酸酯、壳聚糖等。医用高分子材料是具有生理功能,符合医用要求并在医学领域应用的功能高分子材料。其应用范围包括从头盖骨到趾骨、从血液到皮肤、从内脏到五官、从牙齿到软组织,以及各种功能的体外用医疗机器、器械和辅助材料,如:注射器、导管、夹板、绷带、纱布及吸水、吸液材料等。

  按用途分为骨、牙、关节、肌腱等骨骼-肌肉系统修复和替换材料;皮肤、乳房、食道、呼吸道、膀胱等软组织材料;人工心瓣膜、血管、心血管内插管等心血管系统材料;血液净化、分离、气体选择性透过膜,角膜接触镜等医用膜材料;组织粘合剂和缝线材料;药物释放载体材料;临床诊断及生物传感器材料;齿科材料。

  按材料在生理环境中的生物化学反应又分为:①近于惰性的生物医学材料。在生理环境中能保持稳定,长期暴露于生理环境中仅发生轻微、甚至不发生化学变化的材料。有合成的非降解高分子材料、医用金属和合金,氧化铝和生物碳等陶瓷,以及生物复合材料。②生物活性材料。植入生物体后,可在材料界面上诱发特殊生物反应,从而导致材料和组织间形成键性结合的材料。主要是生物活性陶瓷和生物活性复合材料。③生物降解和吸收材料。在生物环境中可全部或部分被降解和吸收的材料。主要有可吸收生物陶瓷和生物复合材料,可生物降解和吸收的高分子材料,以及生物衍生材料等。