生物医用材料分类

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摘要:物医用材料(Biomedical Materials),又名生物材料(Biomaterials),是一类具有特殊性能,应用于生物体疾病的诊断、、康复和预防,以及替换生物体组织、器官、增进或恢复功能,诱导再生的材料它是研究人工器官和医疗器械的基础,当代材料学科的重要分支,随着生物技术的蓬勃发展和重大突破,生物医用材料已成为科学家研究和开发的热点。生物材料的特征之一是生物功能性(biofunctionality),即能对生物体进行诊断、或修复;二是生物相容性(biocompatibility),即不引起生物组织血液等的不良反应。
关键词:生物医用材料、生物医用金属材料、生物医用高分子材料、生物医用无机非金属材料或生物陶瓷、生物医用复合材料、生物医用衍生材料
自古以来,人类就不断的与疾病就不断的与病魔作斗争,生物医用材料是人类与疾病作斗争的有效工具之一。在不同的历史时期,生物医用材料被赋予了不同的意义,在现代医学上有着举足轻重的医用地位。生物医用材料作为临床广泛应用的医疗用品,它具有以下较高的基本要求:无毒性、不致癌、不致畸和不引起人体细胞、组织和器官发生突变;与人体组织相容性好,不引起中毒、溶血凝血、发热和过敏等现象;化学性质稳定,抗体液、
血液及酶的作用;具有与天然组织相适应的物理机械特性;针对不同的使用目的具有特定的功能。生物医用材料可以按照来源、性质、应用部位、使用要求和材料的类型进行不同类型的分类。    下面我将从材料类型说一下:
1.生物医用金属材料
生物医用金属材料,就是外科用金属材料及生物医学手术中使用的合金或金属,属于惰性材料,具有较高的抗疲劳性能和机械强度、又有较好的生物力学特性。目前广泛应用与外科辅助器材、人工器官、软硬组织等方面。因为具有广泛的应用,所以它有较高的性能要求:
(1)机械性能:要有足够的强度和韧性,适当的弹性与硬度,良好的抗疲劳性(金属材料的疲劳:材料、零构件在循环应力或循环应变作用下,在一处或几处逐渐产生局部永久性累积损伤,经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。)和必要的耐磨性。
(2)抗腐蚀性能:植入材料可能会与人体内环境发生电解作用,植入材料混入杂质诱发点腐蚀与植入材料在某部位发生应力集中而引起的应力腐蚀。抗腐蚀性是医用金属材料的必备性能。
(3)生物相容性:对人体无毒、无刺激、无致癌、无突变等作用;人体无排异反应;与周围的骨骼及其他 组织能够牢固结合,好能够形成化学键合以及具有 生物活性;无溶血、凝血反应,即具有抗血栓性。
较为常见的生物医用金属材料有:
1.医用钛合金:人工关节,人工种植牙,人工心脏(瓣膜),心脏起搏器外壳等。
染酸
2.医用钴基合金:膝关节和髋关节替换假体等。
3.医用不锈钢金属:髓内针、板、钉,手术器具和医疗仪器等,应用最为广泛。
4.医用形状记忆合金:整形外科和口腔科,钛镍记忆合金自膨胀架用于心血管支架等。
目前,生物医用金属材料在临床上得到了广泛的应用,也具备更重要的研究价值,虽然在过去几十年中得到了快速发展,但在临床的广泛应用中仍有发展空间,需要更深一步的研究。
2.生物医用高分子材料
生物医用高分子材料是一种聚合物材料,可分为非降解和可生物降解两大类。非降解材料可长期在内环境中稳定保存,有良好的力学特性;可生物降解的主要用于药物释放载体及非永久性植入器械。具有以下三点基本要求:
1.安全性:必须无毒或副作用极少。且其高分子化合物本身以及单体杂质、降解或磨损产物不对身体产生不良影响。
2.适应性:与医疗用品中其他的材料的适应性,材料与人体生物相容性、血液相容性及组织相容性。
3.物理、化学和机械性能需满足医用所需设计和功能的要求。
根据其具体用途可分为:
(1)与生物体组织不直接接触的材料;如药剂容器、血浆袋、输血输液用具、注射器、化验室用品、手术室用品等;
(2)与皮肤、粘膜接触的材料,如手术用手套、麻醉用品(吸氧管、口罩、气管插管等)
、诊疗用品(洗眼用具、耳镜、压舌片、灌肠用具、肠、胃、食道窥镜导管和探头、腔门镜、导尿管等)、绷带、橡皮膏等及人体整容修复材料(假肢、假耳、假眼、假鼻等);
(3)与人体组织短期接触的材料,如:人造血管、人工心脏、人工肺、人工肾脏、渗析膜 人造皮肤等;
(4)长期植入体内的材料,如脑积水症髓液引流管、人造血管、人工瓣膜、人工气管、人工尿道、人工骨骼、人工关节、手术缝合线及组织粘合剂等;
(5)药用高分子,包括大分子化药物和药物高分子。大分子化药物是指将传统的小分子药物大分子化,如聚青霉素;药物高分子是指本身就有药理功能的高分子,如阴离子聚合物型的干扰素诱发剂。
3.生物医用无机非金属材料或生物陶瓷
生物陶瓷是材料产业的新兴力量,将来可能会成为材料产业的中坚力量之一。生物陶瓷相比于其他的医用材料具有更为优良的性能,不仅可以抵抗外界的干扰,而且具有塑料以及不锈钢的优点,还有非常好的亲水性可以与生物进行结合。在人体细胞修复中占有十分重
要的地位。它的主要优势可分为三点:
(1).可通过研究与人体结构详实的无机复合材料不断完善各项性能。
(2).在人骨研究的基础上开发与人体组织适应性好的生物陶瓷。
(3).大部分生物陶瓷可以直接移植到体内。
定时点火装置
根据生物陶瓷与生物组织的反应程度可分为:生物惰性陶瓷和生物活性陶瓷。
生物惰性陶瓷:化学稳定性好,生物相容性好,结构稳定,具有较高的机械强度。可用于人造骨、人工关节和人造齿根。
生物活性陶瓷:能被生物体部分吸收或全部吸收,在生物体内能诱发新生骨的生长。以羟基磷灰石活性陶瓷的应用最为广泛。
4.生物复合材料
顾名思义生物医用复合材料是由两种或两种以上的不同材料复合而成的生物医用材料。通
过相应的复合工艺制作的材料与生物组织的结构和性质都类似,制作工艺设计多样化,是研究的又一大热点。作为一种重要的临床材料它也有着严格的要求:(1)有优良的组织和物理相容性。(2)有优良的化学稳定性(3)有优良的机械性能(4)有优良的防菌性能、工艺成型性能。
生物复合材料按照基体分,大致可分为三类:
1.金属基生物医用复合材料,将金属材料与其他材料复合而成。力学强度高、韧性优良、耐疲劳性能好、成型工艺优异;
2.陶瓷基生物医用复合材料,将晶片、晶须、颗粒或纤维等增强材料引入陶瓷中获得。由于生物陶瓷材料弯曲强度低、弹性差等特点需要引入其他类型的材料。目前处于实验阶段;
3.高分子基生物医用复合材料,按材质可分为生物降解型和非降解型,在临床医学上均有广泛应用。
5.生物医用衍生材料
生物衍生材料是由经过特殊处理的天然生物组织形成的生物医用材料,又称生物再生材料。处理的生物组织可以是同种或异种动物体的组织,处理后的生物组织失活。但因为生物衍生材料组成类似于自然组织,所以它在维持人体动态修复和替换的过程中有重要作用。主要用于人工心脏瓣膜、血管修复体、皮肤敷膜、纤维蛋白制品、骨修复体、软膜修复体、鼻软骨种植体、血液透析膜等。
目前生物医用材料产业高速发展,社会需求逐步增高,科学、技术创新能力和产业技术层次快速提升。生物医用材料正在成为世界经济的支柱产业,具有广阔的发展前景。
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