第一篇：生物医用材料课程报告
生物医用材料课程报告
新材料国重 S2*******
一、课堂报告
郑老师的生物医用材料这门选修课，通过老师的整体介绍，然后让同学们分别就某一方面的生物医用材料进行了课堂展示，开拓了对于材料在医学领域的应用的见识。
生物医用材料指的是一类具有特殊性能、特种功能，用于人工器官、外科修复、理疗康复、诊断、疾患，而对人体组织不会产生不良影响的材料。现在各种合成材料和天然高分子材料、金属和合金材料、陶瓷和碳素材料以及各种复合材料，其制成产品已经被广泛地应用于临床和科研。
生物医用材料是用来对生物体进行诊断、、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能
的材料。现代生物医用材料具有新兴领域、发展迅速、高附加值的特点，是一个交叉学科，覆盖面广。理想的生物医用材料应该是对人体无毒性、无致敏性、无刺激性、无遗传毒性和无致癌性等不良反应。新的生物相容性内容的研究对材料的生物学评价提出新的要求，除了目前的ISO10993 标准外，新的评价方法将从以下几个方面展开：生物医用材料对人体免疫系统的影响；生物医用材料对各种细胞因子的影响；生物医用材料对细胞生长、凋亡的影响；降解控释材料对人体代谢过程的影响；智能材料对人体信息传递和功能调控的影响；药物控释材料、净化功能材料、组织工程材料的生物相容性评价。
生物材料也称为生物医学材料,是指以医疗为目的,用于与生物组织接触以形成功能的无生命的材料。生物医用材料有多种分类方法，按材料的组成和性质可以分为生物医用金属材料、生物医用复合材料、生物医用高分子材料、生物医用无机非金属材料。
生物医用金属材料是用作生物医用材料的金属或合金，又称外科用金属材料或医用金属材料，是一类惰性材料。这类材料具有高的机械强度和抗疲劳性能，是临床应用最广泛的承力植入材料。该类材料的应用非常广泛，遍及硬组织、软组织、人工器官和外科辅助器材等各个方面。常用的有不锈钢、钴基合金、钛及其合金、形状记忆合金、贵金属、可降解的镁、锶合金等。
生物医用复合材料是由两种或两种以上不同材料复合而成的生物医用材料，并且与其所有单体的性能相比，复合材料的性能都有较大程度的提高的材料。制备该类材料的目的就是进一步提高或改善某一种生物材料的性能。该类材料主要用于修复或替换人体组织、器官或增进其功能以及人工器官的制造。生物医用高分子材料是生物医用材料中发展最早、应用最广泛、用量最大的材料，也是一个正在迅速发展的领域。它有天然产物和人工合成两个来源。按性质医用高分子材料可分为非降解型和可生物降解型两类。前者主要包括聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、芳香聚酯等，后者主要包括胶原、线性脂肪族聚酯、甲壳素、纤维素、聚氨基酸等。可降解医用高分子材料可在生物环境作用下发生结构破坏和性能蜕变，其降解产物能通过正常的新陈代谢或被机体吸收利用或被排出体外，主要用于药物释放和送达载体及非永久性植入装置。
生物无机非金属材料又叫生物陶瓷，此类材料化学性能稳定，具有良好的生物相容性。常用的有骨水泥、羟基磷灰石、生物活性玻璃、碳纳米管、石墨烯等。骨水泥可用于硬组织缺损修复和固体移植，羟基磷灰石常用于颌面修复、牙科、生物活性涂层等领域。
近年来，生物医用材料迅猛发展，其具有以下发展趋势：组织工程材料面临重大突破、生
物医用纳米材料初见端倪、活性生物医用材料还待发展、生物医用金属材料的开发势在必行、材料表面改性的新方法和新技术还应探索表面改性研究、介入材料研究异军突起、复合生物医用材料仍是开发重点。组织工程材料面临重大突破：
（1）由于传统的人工器官（如人工肾、肝）不具备生物功能（代谢、合成），只能作为辅助装置使用，研究具有生物功能的组织工程人工器官已在全世界引起广泛重视。最近，由于干细胞具有分化能力强的特点，将其用作“种子”细胞进行构建人工器官成为热点。组织工程学已经在人工皮肤、人工软骨、人工神经、人工肝等方面取得了一些突破性成果，展现出美好的应用前景。
（2）生物医用纳米材料初见端倪：纳米技术在90年代获得了突破性进展，在生物医学领域的应用研究也不断得到扩展。目前的研究热点主要是药物控释材料及基因载体材料。
（3）血液净化材料重在应用：采用滤过沉淀或吸附的原理，将体内内源性或外源性毒物（致病物质）专一性或高选择性地去除，从而达到治病的目的，是各种疑难病症的有效疗法。尿毒症、各种药物中毒、免疫性疾病（系统性红斑狼疮、类风湿性关节炎）、高
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脂血症等，都可采用血液净化疗法，其核心是滤膜、吸附剂等生物材料。
（4）复合生物材料仍是开发重点：作为硬组织修复材料的主体，复合生物材料受到广泛重视。它具有强度高、韧性好的特点，目前已广泛应用于临床。通过具有不同性能材料的复合，可以达到“取长补短”的效果，有效解决材料的强度、韧性及生物相容性问题。拖把挤水器
（5）材料表面改性是永久性课题：生物相容性包括血液相容性和组织相容性，是生物材料应用的基本要求。除了设计、制造性能优异的新材料外，通过对传统材料进行表面化学处理（表面接枝大分子或基团）、表面物理改性（等离子体、离子注人或离子束）和生物改性是有效途径。材料表面改性的新方法和新技术被认为是生物材料研究的永久性课题。
随着社会发展，人们的生活习惯和饮食结构发生变化，导致心脑血管疾病的危险因素流行趋势明显，心脑血管病患人数呈快速增长趋势。自20世纪微创技术已被应用于血管疾病，支架植入被广泛用于心血管疾病，图1（a）为血管支架植入过程中不同阶段的示意图，血管支架通过球囊等方法运送至血管病变处，把原来狭窄或者堵塞的血管撑开以保
证正常的血流，长时间的支撑使血管病变部位组织重生从而达到减缓和的功效。图1（b）为一种血管支架形貌，血管支架不但要达到一定的力学支撑性能，还要减小与体内环境的接触面积。由于世界人口老龄化，进一步增加了心血管疾病的发病率，对血管支架的需求进一步增加，大约的支架所用材料都是金属材料。然而，由于目前医用金属材料中存在很多问题，需要进一步完善。
图1 血管支架
（a）血管支架植入过程示意图（b）血管支架形貌
血管支架材料的分类及特性
血管支架作为异物植入人体内，由于人体内环境理化性质的复杂性，对血管支架材料的选用提出了很高的性能要求，以减少置入后过敏、炎症以及血栓等并发症和后期再狭窄发生的可能。总的来说，用于制作血管支架所用的材料应具有良好的耐腐蚀性能；良好的血液相容性；优异的力学性能；磁共振成像可视性。丝绵机
目前，已经有许多不同种类的生物医用材料被用来制作血管支架，包括不可降解医用材料
和可降解医用材料。不可降解的材料大体包括如下：316L不锈钢、钴基合金、锆合金、钛合金、钽和铌合金等几大类。
1、钛及其合金
医用钛及钛合金在金属医用材料中占据重要地位，钛及钛合金具有很好的力学性能和耐腐蚀性。目前研究的主要有Ti-6Al-7Nb合金和Ti-5Al-2.5Fe合金，Ti-Zr合金，Ti-Sn合金，Ti-6Mo-8Al合金，Ti-24Nb-2Zr合金等。但是由于钛合金具有较大的杨氏模量，导致钛及其合金植入体内后会产生应力遮挡，同时钛及合金具有低硬度，低磨损性，从而影响钛及钛合金的应用。
2、Ti-Ni形状记忆合金
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阳极铜Ti-Ni形状记忆合金己经是应用在医疗行业十分常见和知名的工程材料，拥有其他合金材料所不具备的柔初性和记忆功能特性，医疗公司利用Ti-Ni合金己经生产制造出多种医疗器械产品。由这种合金材料加工而成的医用支架，利用微创介入技术通过放送器植入到人体血管内，在主动脉夹层方面起到了良好的效果，随着人们对血管支架认识的不断提高，
以及生活水平的改善，患者对支架的需求不断増大，市场前景非常看好，所以针对Ti-Ni形状记忆合金血管支架的研究工作已经成为医疗器械领域及记忆合金领域的重要课题。如图2所示为形状记忆效应示意图。
图2形状记忆效应示意图
Ti-Ni形状记忆合金为近等原子比的化合物，原子比为1：1左右，重量比约为45％：55％，其高温相是CsCl型体也立方结构，低温相单胞为单斜晶结构，医用Ti-Ni合金成分为Ti－50.5％-51.5％ａｔ％Ni。
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