生物医学材料在骨科临床应用

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1、生物医用材料在骨科临床应用邱贵兴北京协和医院骨科生物材料的概念生物材料(Biomaterials)即生物医学材料(BiomedicalMaterials)用于人体组织和器官的诊断修复或增进其功能的高技术材料取代修复活组织的天然或人造材料其作用药物不可替代能增进或替换因疾病损伤等失去的某种功能生物医用材料的用途替代损害的器官或组织如：人造心脏瓣膜、假牙、人工血管等改善或恢复器官功能的材料如：隐型眼镜、心脏起搏器等用于治疗过程如：介入性治疗血管内支架、用于血液透析的薄膜、药物载体与控释材料等生物材料发展概况—古代公元前5000年黄金修复缺损牙齿并沿用至

2、今公元前3500年古埃及人用棉花纤维马鬃缝合伤口印第安人用木片修补颅骨公元前2500年中国和埃及的墓葬中发现假牙假鼻和假耳隋末唐初银膏补牙—成分是银、锡、汞与现代牙齿填充材料类似生物材料发展概况—近代1588年黄金板修复颚骨1775年金属固定体内骨折1829年多种金属的动物实验发现金属铂对机体组织刺激最小1851年发明了天然橡胶的硫化方法开始用天然高分子硬橡木制作人工牙托和颚骨进行临床治疗1892年用硫酸钙填充骨缺损陶瓷材料植入人体的最早实例生物材料发展概况—现代生物材料取得实质性进展始于20世纪20年代生物材料的分类按材料性质分类按材料功能分类按

3、材料来源分类按使用部位分类通常按材料性质分类金属材料不锈钢钴基合金钛基合金等广泛应用于人工假体人工关节医疗器械非金属材料无机材料有机材料无机材料主要是生物陶瓷分为惰性生物陶瓷如氧化铝生物陶瓷表面生物活性陶瓷如磷酸钙基生物陶瓷可降解生物陶瓷如β-磷酸三钙陶瓷等有机材料PMMA聚乙交酯聚丙交酯生物胶聚乳酸通常按材料性质分类高分子材料根据来源分天然和合成天然如多糖类、蛋白类合成如硅橡胶、聚乙烯、聚乳酸、聚四氟乙烯等用于人体器官组织关节药物载体等生物复合材料不同种材料混合或结合克服单一材料缺点可获性能更优的材料按材料功能分类硬组织相容性材料用于关节牙齿及其他

4、骨组织软组织相容性材料用于人工皮肤人工气管人工食道等血液相容性材料用于人工血管人工心脏血浆分离膜血液灌流用吸附剂细胞培养基材等生物降解材料用于吸收型缝合线药物载体愈合材料粘合剂及组织缺损用修复材料按材料来源分类自体组织如人体髂骨血管等同种异体器官及组织异种器官及组织天然生物材料动物骨胶原甲壳素珊瑚等人工合成材料人工合成的新型材料按使用部位分类硬组织材料骨、牙齿用材料软组织材料软骨、脏器用材料心血管材料心血管以及导管材料血液代用材料人工红血球血浆等分离、过滤、透析膜材料血液净化肾透析及人工肺气体透过材料等对生物医用材料的基本要求良好的生物相容性良好的化

5、学稳定性满足生物力学要求可灭菌可成型易加工生物相容性无毒无刺激无致畸致敏致突变或致癌在体内不被排斥无炎症无慢性感染不引起周围组织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无溶血凝血反应等化学稳定性耐体液侵蚀不产生有害降解产物不产生吸水膨润软化变质自身不变化生物力学要求足够的静态强度如抗弯抗压拉伸剪切等有适当的弹性模量和硬度耐疲劳摩擦磨损其它要求良好的空隙度体液及组织易长入易加工成形使用操作方便消毒灭菌不变质等性能生物材料在骨科的应用不锈钢钴基合金钛合金记忆合金生物材料在骨科领域—发展最迅速应用最广泛一、金属材料不锈钢为铁基合金成本低在体内有腐

6、蚀和组织反应等添加Mo可克服铬钝化膜在氧化环境中耐腐蚀性能如加Mo的316、317降低碳含量如使用超低碳的316L可防止晶间腐蚀.可用来制作人工关节和骨折内固定器等目前最常用于手术工具的制造1、不锈钢加Mo的钴基合金耐腐蚀性是不锈钢如316的40倍钴铬钼合金的生物相容性超过铁铬镍和钴铬合金钴基合金的耐磨性是所有医用金属材料中最好的更适于体内的长期植入物用于人工关节接骨板骨钉等CoCrMo合金制股骨帽2、钴基合金骨科应用以纯钛和TC4(Ti-6Al-4V)为主强度不如钴基合金耐腐蚀性好与人体组织反应很弱钛合金的密度小弹性模量低接近于天然骨有良好的耐疲劳

7、性能广泛用于制作人工关节接骨板骨螺钉髓内钉等3、钛基合金1951年美国首次报道Au-Cd（金-镉）合金具形状记忆效应目前已有20多种记忆合金其中镍钛合金临床上应用最大不同的温度下表现为不同的金属结构相如低温时为单斜结构相高温为立方体结构相前者柔软可随意变形后者刚硬可恢复原形状并在形状恢复过程中产生较大的恢复力4、形状记忆合金脊椎矫正植入体特点奇特的形状记忆功能质轻磁性微弱强度较高耐疲劳性高回弹性和生物相容性好应用人工关节骨折连接脊柱侧凸矫形等5、纯金属钽（Ta）良好生物相容性和可塑性无毒性独特的表面负电性使其具优良抗血栓性和生物相容性很高的抗缺口裂纹

8、能力能和周围的新骨形成骨性结合植入软组织可依附在表面正常生长退火后的纯钽很软可加工成板带箔丝等主要用作接骨板