生物材料和人工器官

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1、生物材料和人工器官主要内容生物医学材料定义、发展基本要求分类及介绍人工器官人工肾人工肝人工心脏人工肺生物医学材料定义：生物材料（Biomaterials）即生物医学材料（BiomedicalMaterials），指“以医疗为目的，用于与组织接触以形成功能的无生命的材料”。它是生物医学科学中的最新分支学科，是生物、医学、化学和材料科学交叉形成的边缘学科。生物材料是研制人工器官及一些重要医疗技术的物质基础，每一种新型生物材料的发现都引起了人工器官及医疗技术的飞跃。生物材料的发展概述生物材料的开发和利用可追溯到3500年前，那时的古埃及人就开始利用棉纤维、马鬃作缝合线缝合伤

2、口；印第安人则使用木片修补受伤的颅骨。2500年前，中国和埃及的墓葬中就发现有假牙、假鼻和假耳。人类很早就用黄金来修复缺损的牙齿，并沿用至今。16世纪开始人们用黄金板修复颚骨，陶材做齿根，用金属固定内骨板，以及用金属种植牙齿等。生物材料的发展概述生物医学材料应用广泛，仅高分子材料，全世界在医学上应用的就有90多个品种、1800余种制品，西方国家在医学上消耗的高分子材料每年以10%～20%的速度增长。我国生物医用材料产业取得很大进步，但是产品结构不尽合理，细分程度低，一般、传统和初级的产品占多数，高端产品仍以进口为主；研究仍以仿制为主，缺少真正具有自主技术的创新产品；从

3、事生物医学材料的大企业太少；生物医学材料的主要原材料也依靠进口。生物医学材料的基本要求材料与机体组织发生的两种反应：活体系统材料材料反应宿主反应包括生物环境对材料的腐蚀、降解、磨损和性质退化，甚至破坏。包括局部和全身反应，如炎症、细胞毒性、凝血、过敏、致癌、畸形和免疫反应等。生物医学材料的基本要求（一）生物相容性①对人体无毒、无刺激、无致畸、致敏、致突变或致癌作用；②生物相容性好，在体内不被排斥，无炎症，无慢性感染，种植体不致引起周围组织产生局部或全身性反应，最好能与骨形成化学结合，具有生物活性；③无溶血、凝血反应等。生物医学材料的基本要求(二)化学稳定性①耐体液侵蚀

4、，不产生有害降解产物；②不产生吸水膨润、软化变质；③自身不变化等。(三)力学条件①足够的静态强度，如抗弯、抗压、拉伸、剪切等；②具有适当的弹性模量和硬度；③耐疲劳、摩擦、磨损、有润滑性能。生物医学材料的基本要求(四)其它要求①良好的空隙度，体液及软硬组织易于长入；②易加工成形，使用操作方便；③热稳定好，高温消毒不变质等性能。材料在生物体内的响应—材料反应生物机体作用于生物材料－材料反应，其结果可导致材料结构破坏和性质改变而丧失其功能。可分为如下三个方面：金属腐蚀聚合物降解磨损金属腐蚀生物体内的腐蚀性环境：（1）含盐的溶液是极好的电解质，促进了电化学腐蚀和水解；（2）组

5、织中存在具有催化或迅速破坏外来成分能力的多种分子和细胞。对于生物材料而言多为局部腐蚀，具体包括应力腐蚀开裂、点腐蚀、晶间腐蚀、腐蚀疲劳以及缝隙腐蚀等，导致生物材料整体破坏。可能会有物质溶入生物组织中，并对生物体组织产生毒性反应，造成组织的损害。聚合物降解聚合物在长期使用过程中，由于受到氧、热、紫外线、机械、水蒸气、酸碱及微生物等因素作用，逐渐失去弹性，出现裂纹，变硬、变脆或变软、发粘、变色等，从而使它的物理机械性能越来越差的现象。聚合物老化易形成的碎片、颗粒、小分子量单体物质。对耐久性器件，必须保持一定强度和其它机械性能，老化产物不能对周围组织有毒害作用。磨损人工关节

6、由于表面易氧化生成TiO2，其耐磨性差，植入人体后，磨损造成在关节周围组织形成黑褐色稠物，从而引起疼痛。目前，大量的人工髋关节是由坚硬的金属或陶瓷的股骨头与超高分子聚乙烯的髋臼杯组合成，然而它的寿命也不超过25年。假体失败的主要原因是超高分子聚乙烯磨损颗粒所造成的界面骨溶解，从而导致假体松动。这种磨损颗粒所导致的异物－巨细胞反应，又称颗粒病，是晚期失败的最主要原因。生物医学材料的分类按材料的属性分类生物医学材料医用金属材料无机生物医学材料高分子生物材料杂化生物材料复合生物材料医用金属材料一类生物惰性材料，除具有较高的机械强度和抗疲劳性能，具有良好的生物力学性能及相关的

7、物理性质外，还必须具有优良的抗生理腐蚀性、生物相容性、无毒性和简易可行及确切的手术操作技术。该材料是临床应用最广泛的承力植入材料，已成为骨和牙齿等硬组织修护和替换、心血管和软组织修复以及人工器官制造的主要材料。常用医用金属材料不锈钢钴（Co）基合金钛（Ti）基合金形状记忆合金贵金属纯金属钽、铌和铬等医用金属材料：不锈钢铁基耐蚀合金（一般由铁、铬、镍、钼、锰、硅组成），易加工，价格低廉。不锈钢的耐蚀性和屈服强度可以通过冷加工而提高，避免疲劳断裂。一般制成多种形状，如针、钉、髓内针、齿冠、三棱钉等器件和人工假体而用于临床，还用于制作各种医疗仪器和手术器械