生物醫(yī)學(xué)工程導(dǎo)論-生物材料

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1、生物材料生物醫(yī)學(xué)工程導(dǎo)論1生物材料生物醫(yī)學(xué)材料的發(fā)展概況生物材料的分類(lèi)及性能醫(yī)用金屬材料醫(yī)用高分子材料其他生物醫(yī)學(xué)材料生物醫(yī)學(xué)材料的安全性生物材料的發(fā)展趨勢(shì)納米醫(yī)學(xué)材料簡(jiǎn)介24.1生物醫(yī)學(xué)材料的發(fā)展概況生物醫(yī)學(xué)材料是生物醫(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。具體涉及到化學(xué)、物理學(xué)、高分子化學(xué)、高分子物理學(xué)、生物物理學(xué)、生物化學(xué)、生理學(xué)、藥物學(xué)、基礎(chǔ)與臨床醫(yī)學(xué)等很多學(xué)科。ISO定義，生物材料（Biomaterials）即生物醫(yī)學(xué)材料（BiomedicalMaterials），它是指“以醫(yī)

2、療為目的，用于與組織接觸以形成功能的無(wú)生命的材料”。另有定義是：具有天然器官組織的功能或天然器官部分功能的材料。3生物材料的開(kāi)發(fā)和利用可追溯到3500年前，那時(shí)的古埃及人就開(kāi)始利用棉纖維、馬鬃作縫合線(xiàn)縫合傷口；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(lèi)很早就用黃金來(lái)修復(fù)缺損的牙齒，并沿用至今。1588年人們用黃金板修復(fù)顎骨。1775年就有用金屬固定體內(nèi)骨折的記載。1851年發(fā)明了天然橡膠的硫化方法后，有人采用硬膠木制作了人工牙托的顎骨。器官移植取得巨大進(jìn)展，但有難題：

3、排異、器官來(lái)源、法律、倫理等。因此醫(yī)學(xué)界對(duì)生物醫(yī)學(xué)材料和人工器官的要求日益增加。4目前被詳細(xì)研究過(guò)的生物材料已超過(guò)1000種，被廣泛應(yīng)用的有90多種，1800多種制品。西方國(guó)家每年耗用生物材料量以10~15%的速度增長(zhǎng)，1980年全球醫(yī)用生物材料及制品的銷(xiāo)售額為200億美元，1990年達(dá)500億美元，1995年近1000億美元。我國(guó)生物材料的研究起步較晚（五十年代），但發(fā)展很快。54.2生物材料的分類(lèi)及性能兩種分類(lèi)方法按應(yīng)用性質(zhì)來(lái)分類(lèi)：抗凝血材料（心血管材料）、齒科材料、骨科材料、眼科材料、吸附解毒材料（血液灌流用）、假

4、體材料、緩釋材料、生物粘合材料、透析及超濾用膜材料、一次性醫(yī)用材料，等等。6按生物材料的屬性分類(lèi)：天然生物材料—再生纖維、膠原、透明質(zhì)酸、甲殼素等。合成高分子生物材料—硅橡膠、聚氨脂及其嵌段共聚物、滌綸、尼龍、聚丙烯腈、聚烯烴醫(yī)用金屬材料—不銹鋼、鈦及鈦合金、鈦鎳記憶合金等無(wú)機(jī)生物醫(yī)學(xué)材料—碳素材料、生物活性陶瓷、玻璃材料雜化生物材料—指來(lái)自活體的天然材料與合成材料的雜化，如膠原與聚乙烯醇的交聯(lián)雜化等復(fù)合生物材料—用碳纖維增強(qiáng)的塑料，用碳纖維或玻璃纖維增強(qiáng)的生物陶瓷、玻璃等7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)

5、基礎(chǔ)，綜觀(guān)人工器官及醫(yī)療裝置的發(fā)展史，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。生物惰性醫(yī)用硅橡膠—人工耳、人工鼻、人工頜骨等血液相容性較好的各向同性碳被復(fù)材料—碟片式機(jī)械心臟瓣膜血液親和性及物理機(jī)械性能較好的聚氨酯嵌段共聚物—促使人工心臟向臨床應(yīng)用跨越一大步可形成假生物內(nèi)膜的編織滌綸管—人工血管向?qū)嵱没w躍。84.3醫(yī)用金屬材料在生物醫(yī)學(xué)材料中，金屬材料應(yīng)用最早，已有數(shù)百年的歷史。唐代就用銀汞合金（主要成份：汞、銀、銅、錫、鋅）來(lái)補(bǔ)牙。醫(yī)用金屬材料是指一類(lèi)用作生物材料的金屬或合金，又稱(chēng)外科用金屬材料。它

6、是一類(lèi)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(wú)毒性和簡(jiǎn)易可行及確切的手術(shù)操作技術(shù).9該材料是臨床應(yīng)用最廣泛的承力植入材料，由于有較高的強(qiáng)度和韌性，已成為骨和牙齒等硬組織修復(fù)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。化學(xué)周期表中的大部分金屬不符合生物材料的要求，僅有小部分或經(jīng)處理過(guò)的可用于臨床。目前在臨床使用的醫(yī)用金屬材料主要有不銹鋼、鈷基合金和鈦基合金三大類(lèi)，另外還有記憶合金、貴金屬以及純金屬鉭、鈮和鋯等。10常用醫(yī)

7、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純金屬鈮純金屬鉻114.3.1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(guò)冷加工而提高，避免疲勞斷裂。一般不銹鋼制成多種形體，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，不銹鋼還用于制作各種醫(yī)療儀器和手術(shù)器械。12器械包134.3.2鈷（Co）基合金含有較高的鉻和鉬，又稱(chēng)鈷鉻鉬合金，具有極為優(yōu)異的耐腐蝕性（比不銹鋼高40倍）和耐磨性，綜合力學(xué)性能和生物相容性良好，可通過(guò)精

8、密鑄造成形狀復(fù)雜的精密修復(fù)體，有硬、中、軟三種類(lèi)型。臨床上主要用于人工關(guān)節(jié)（特別是人體中受載荷最大的髖關(guān)節(jié)）人工骨及骨科內(nèi)處固定器件的制造齒科修復(fù)中的義齒，各種鑄造冠、嵌體及固定橋的制造心血管外科及整形科等由于其價(jià)格較高，加工困難，應(yīng)用尚不普及。14人造髖關(guān)節(jié)的頭桿部分。從股骨上端插進(jìn)金屬桿，桿頭有一個(gè)金屬頭，它嵌在