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1、生物材料和人工器官主要內(nèi)容生物醫(yī)學(xué)材料定義、發(fā)展基本要求分類及介紹人工器官人工腎人工肝人工心臟人工肺生物醫(yī)學(xué)材料定義:生物材料(Biomaterials)即生物醫(yī)學(xué)材料(BiomedicalMaterials),指“以醫(yī)療為目的,用于與組織接觸以形成功能的無生命的材料”。它是生物醫(yī)學(xué)科學(xué)中的最新分支學(xué)科,是生物、醫(yī)學(xué)、化學(xué)和材料科學(xué)交叉形成的邊緣學(xué)科。生物材料是研制人工器官及一些重要醫(yī)療技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ),每一種新型生物材料的發(fā)現(xiàn)都引起了人工器官及醫(yī)療技術(shù)的飛躍。生物材料的發(fā)展概述生物材料的開發(fā)和利用可追溯到3500年前,那時(shí)的古埃及人就開始利用棉纖維、馬鬃作縫合線縫合傷
2、口;印第安人則使用木片修補(bǔ)受傷的顱骨。2500年前,中國(guó)和埃及的墓葬中就發(fā)現(xiàn)有假牙、假鼻和假耳。人類很早就用黃金來修復(fù)缺損的牙齒,并沿用至今。16世紀(jì)開始人們用黃金板修復(fù)顎骨,陶材做齒根,用金屬固定內(nèi)骨板,以及用金屬種植牙齒等。生物材料的發(fā)展概述生物醫(yī)學(xué)材料應(yīng)用廣泛,僅高分子材料,全世界在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用的就有90多個(gè)品種、1800余種制品,西方國(guó)家在醫(yī)學(xué)上消耗的高分子材料每年以10%~20%的速度增長(zhǎng)。我國(guó)生物醫(yī)用材料產(chǎn)業(yè)取得很大進(jìn)步,但是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不盡合理,細(xì)分程度低,一般、傳統(tǒng)和初級(jí)的產(chǎn)品占多數(shù),高端產(chǎn)品仍以進(jìn)口為主;研究仍以仿制為主,缺少真正具有自主技術(shù)的創(chuàng)新產(chǎn)品;從
3、事生物醫(yī)學(xué)材料的大企業(yè)太少;生物醫(yī)學(xué)材料的主要原材料也依靠進(jìn)口。生物醫(yī)學(xué)材料的基本要求材料與機(jī)體組織發(fā)生的兩種反應(yīng):活體系統(tǒng)材料材料反應(yīng)宿主反應(yīng)包括生物環(huán)境對(duì)材料的腐蝕、降解、磨損和性質(zhì)退化,甚至破壞。包括局部和全身反應(yīng),如炎癥、細(xì)胞毒性、凝血、過敏、致癌、畸形和免疫反應(yīng)等。生物醫(yī)學(xué)材料的基本要求(一)生物相容性①對(duì)人體無毒、無刺激、無致畸、致敏、致突變或致癌作用;②生物相容性好,在體內(nèi)不被排斥,無炎癥,無慢性感染,種植體不致引起周圍組織產(chǎn)生局部或全身性反應(yīng),最好能與骨形成化學(xué)結(jié)合,具有生物活性;③無溶血、凝血反應(yīng)等。生物醫(yī)學(xué)材料的基本要求(二)化學(xué)穩(wěn)定性①耐體液侵蝕
4、,不產(chǎn)生有害降解產(chǎn)物;②不產(chǎn)生吸水膨潤(rùn)、軟化變質(zhì);③自身不變化等。(三)力學(xué)條件①足夠的靜態(tài)強(qiáng)度,如抗彎、抗壓、拉伸、剪切等;②具有適當(dāng)?shù)膹椥阅A亢陀捕龋虎勰推?、摩擦、磨損、有潤(rùn)滑性能。生物醫(yī)學(xué)材料的基本要求(四)其它要求①良好的空隙度,體液及軟硬組織易于長(zhǎng)入;②易加工成形,使用操作方便;③熱穩(wěn)定好,高溫消毒不變質(zhì)等性能。材料在生物體內(nèi)的響應(yīng)—材料反應(yīng)生物機(jī)體作用于生物材料-材料反應(yīng),其結(jié)果可導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)破壞和性質(zhì)改變而喪失其功能??煞譃槿缦氯齻€(gè)方面:金屬腐蝕聚合物降解磨損金屬腐蝕生物體內(nèi)的腐蝕性環(huán)境:(1)含鹽的溶液是極好的電解質(zhì),促進(jìn)了電化學(xué)腐蝕和水解;(2)組
5、織中存在具有催化或迅速破壞外來成分能力的多種分子和細(xì)胞。對(duì)于生物材料而言多為局部腐蝕,具體包括應(yīng)力腐蝕開裂、點(diǎn)腐蝕、晶間腐蝕、腐蝕疲勞以及縫隙腐蝕等,導(dǎo)致生物材料整體破壞??赡軙?huì)有物質(zhì)溶入生物組織中,并對(duì)生物體組織產(chǎn)生毒性反應(yīng),造成組織的損害。聚合物降解聚合物在長(zhǎng)期使用過程中,由于受到氧、熱、紫外線、機(jī)械、水蒸氣、酸堿及微生物等因素作用,逐漸失去彈性,出現(xiàn)裂紋,變硬、變脆或變軟、發(fā)粘、變色等,從而使它的物理機(jī)械性能越來越差的現(xiàn)象。聚合物老化易形成的碎片、顆粒、小分子量單體物質(zhì)。對(duì)耐久性器件,必須保持一定強(qiáng)度和其它機(jī)械性能,老化產(chǎn)物不能對(duì)周圍組織有毒害作用。磨損人工關(guān)節(jié)
6、由于表面易氧化生成TiO2,其耐磨性差,植入人體后,磨損造成在關(guān)節(jié)周圍組織形成黑褐色稠物,從而引起疼痛。目前,大量的人工髖關(guān)節(jié)是由堅(jiān)硬的金屬或陶瓷的股骨頭與超高分子聚乙烯的髖臼杯組合成,然而它的壽命也不超過25年。假體失敗的主要原因是超高分子聚乙烯磨損顆粒所造成的界面骨溶解,從而導(dǎo)致假體松動(dòng)。這種磨損顆粒所導(dǎo)致的異物-巨細(xì)胞反應(yīng),又稱顆粒病,是晚期失敗的最主要原因。生物醫(yī)學(xué)材料的分類按材料的屬性分類生物醫(yī)學(xué)材料醫(yī)用金屬材料無機(jī)生物醫(yī)學(xué)材料高分子生物材料雜化生物材料復(fù)合生物材料醫(yī)用金屬材料一類生物惰性材料,除具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和抗疲勞性能,具有良好的生物力學(xué)性能及相關(guān)的
7、物理性質(zhì)外,還必須具有優(yōu)良的抗生理腐蝕性、生物相容性、無毒性和簡(jiǎn)易可行及確切的手術(shù)操作技術(shù)。該材料是臨床應(yīng)用最廣泛的承力植入材料,已成為骨和牙齒等硬組織修護(hù)和替換、心血管和軟組織修復(fù)以及人工器官制造的主要材料。常用醫(yī)用金屬材料不銹鋼鈷(Co)基合金鈦(Ti)基合金形狀記憶合金貴金屬純金屬鉭、鈮和鉻等醫(yī)用金屬材料:不銹鋼鐵基耐蝕合金(一般由鐵、鉻、鎳、鉬、錳、硅組成),易加工,價(jià)格低廉。不銹鋼的耐蝕性和屈服強(qiáng)度可以通過冷加工而提高,避免疲勞斷裂。一般制成多種形狀,如針、釘、髓內(nèi)針、齒冠、三棱釘?shù)绕骷腿斯ぜ袤w而用于臨床,還用于制作各種醫(yī)療儀器和手術(shù)器械