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生物医用材料
摘要： 正文 前言
生物材料是一种与生物系统相互接触后可以对生物体的组织、器官或功能进行诊疗、可增或可替代的材料。生物材料从第二次世界大战发展至今，已经成为一门涵盖基础生物学、医学、工程学和材料学在内的范围很广的交叉学科。
虽然生物材料是一门相对较新的学科，但是其起源去可以追溯到几千年前。考古学家曾发现早在公元200年前即使用金属假牙的人体遗骸，而亚麻也早被古埃及人用作手术缝合线。但是生物材料学科的迅猛发展确实在第二次世界大战之后醉着战争用合成材料的广泛应用才开始的。
医学生物材料中，金属材料的使用可追溯到数百年前，十六世纪曾用金片来修补兔唇。十九世纪已用象牙制造人工关节，除了使用螺钉固定外，还使用树脂和轻石粉搅拌成骨粘结剂。这种人工关节虽然不能经受长期使用，但是反映出利用材料组合达到修补人体的原始思想。
20世纪40年底啊收菜报道叫塑料（合成高分子）植入人体的案例。当时关于高分子的所有研究都集中于聚甲基丙烯酸甲酯（次爱你是被用作航空材料）和尼龙（一种常用的降落伞材料）这两种合成高分子材料上。随后，生物材料领域迅速发展，包括各种类型的材料。第二次世纪之后的20年中，人工髋关节（金属生物材料）、肾透析仪（最初使用天然高分子衍生物——纤维素）、人造血管（使用另一种天然高分子——丝绸）等相继成功问世。
目前使用的生物材料中，大多是综合使用金属、高分子材料、陶瓷和天然材料．根据
《国际生物力学材料及研究》杂志1975”1980年发表的论文统计，合成有机材树占首位，共173篇，占41．3％，其次是金属，共10 3篇，占25．2％。校人体使用情统计，整形外科使用的生物材料遥居首位．
合成材料中包括合成纤维、橡胶、塑料和粘接剂等，金属材料为不锈钢、银、钻基合金和谈合金，此外松ZL金属和记忆合金也成为研究的新项目．无机材料中大部分为陶瓷．最近碳纤维的研究也增多。复合材料在生物材料中的地位越来越突出，玻璃纤维、卿纤维和碳纤维增强塑料及金属复合材料均有使用，而带涂层金属、肝磷脂化聚合物、骨胶原与聚合物的共亲初等新型生物材料也逐渐成熟。
在过去的50年间生物材料的发展经历的一下几个阶段：第一阶段是从20世纪60、70年代，这一阶段设计的生物材料主要是惰性的，或者说是不与人体发生反应的，此为次一代生物材料。到20世纪90年代，这一概念之间被第二代生物材料，即生物活性材料所替代，生物活性材料能与人类发生积极的相互作用，促进组织局部愈合。
由于生物材料学在几个学科上的交叉点上占据着独特的地位，因此奇特个科学取得的进步也推动着生物材料学的发展。性的实验技术是人们对细胞和分子生物学以及遗传学有利更详细的了解，同时，也促使了“智能”或启发性材料的出现。
生物材料大体可分为金属、高分子合成材料和陶瓷三类．近年来使用复合材料的场合增多，可列为第四类。
金属材料是什统生物材料，使用量仍很大，包括不锈钢、钻及钦合金、钻基合金、镍基合金、组合金等．近年来，松孔全届和记忆合金的研究工作引起了普遍的重视．
合成材料性态各异，从种繁多，可以适应多种要求，特别是人工脏器、人工血管和人工瓣
胆等必须采用这些材料，日前广泛采用的是合成纤维、合成橡胶、合成塑料和粘接剂等。 法国和西德对致密氧化钳(刚玉一Al2O3)陶瓷研究较多。有些设计采用了陶瓷球和陶瓷杯对磨的方式． D·Gednldig制成了刚玉人工馈关节和膝关节，除Al2O3外，曾经使用过的生物陶瓷还有TiO2、铝酸钙等。
在各类生物材料的实践阶段，曾经发现不少问题，但由于块少统一的标准评定方法，往往看法各异．下面列出的一些选材实例，是看法比较一致的．
1946年曾用甲基丙烯酸制成Judet人工骨，由于耐磨性差和设计强度不够而失败，Charnley在人工骸关节镀曰中使用氟塑料300例，随后又用聚缩醛制人工镀关节，均因磨损粉末与组织反应而无法长期使用。
金属材料进入人体后由于腐蚀损伤，溶解出的离子会对人体组织产生影响．因此对生物金属的耐腐蚀性要求极严，优秀的生物金属首先必须是耐腐蚀性强的。钽和贵金属的强度不足，加以价格昂贵，不宜用作整形手术工具和植入件。铌可作为髋间钉。含把、铂的金—银—铜合金是传统的假牙合金．不锈钢是一种通用性生物金属，广泛用于制造螺钉、销订、骨板等，在ASTM的生物材料说明书中，不锈钢占很大比例。
金属材料在各种人工关节中暴露的缺点，除了比重高外，主要集中在生物相容性上，特别是对钛合金的疑点较多．解决的办法是利用粉末冶金法生产控制松孔度的人工关节，或者使用加工方法在金属部件接合部位制出纹理、凸凹或窗口，让骨组织长入而避免纤维化。此外，在钵合金表面上可喷徐稳定性更好的涂层，如氮化层或闻瓷涂层。 利用复合材料原理制备出专用的生物复合材料也是一种解决曲办法．例如，以柔软的硅橡胶为面层，以比强度高的破纤维复合材料为中间层，以松孔钦为芯层，组成各种性能都更接近自然骨的复合材料。
人体令的电极材料可以导电，从而引起—些特殊问题。心脏起博器就是一个例子。当有电流通过冰能产生对人体有害的腐蚀．现在一般用的材料是铂、铑，材料问题仍需改进。当电流超过—定极限值后产生腐蚀，日前的应用已非常极近极限值。所以正在寻求能通过大密度电流的材料．或许复合材料是适用的。现在采用的电容器型材料是二氧化钛和二氧化钽，玻璃状碳和导电聚合物。
医用材料必须有三个功能；1．能够承受修复水的强度；2．通过电流利激某一器官；3.通过转换器测量身体的参数，如体温。测量必须对人体无害。目前还没有完全满意的材料，正在寻求改进。
生物陶瓷包括氧化铝、氧化锆、氧化钛、碳素、羟基磷灰石、生物玻璃等。它们的特点天生物相容性好，并具有适宜的机械强度和优良的耐腐蚀性，已大量用于假齿和人工髋关节。与鈷合金、鈷合金比较，陶瓷的密度、硬度、耐磨和耐腐蚀性都略胜一筹，但较脆。 最近单品氧化铝陶瓷已用于临床，虽然加工比较困难，但弯曲和抗冲击强度大幅度提高，在一定程这亡克服了脆性。单品氧化铝可与不锈刚、高分子材料和多品氧化铝组成复合形人工关节，使两效果较好。
在假齿方面，用磷酸钙和羟基磷灰石粉末烧结成的陶瓷，与人体骨骼和牙齿成分相同，因此很容易与新生骨紧密结合、生物玻璃的成分为Na20一SiO2一CaO—P2O5，在其中加入K2O和MgO后具有极好的生物相容性，西德最新的C e ravitar生物玻璃即为此种成分。
在1500℃高温将碳化氢加热获得的热分解碳索原是一种核燃料包复材料，具有很高的耐磨性和疲劳强度，现已用于人工心脏阀、泵、人工血管相接头的包复，在临床上大量应用。由于其价格较负，近年改用真空沉积碳代替。
现在世界上换用人工器官病人的敛目越来越多。据1982年统计6每午在体内植入心脏起搏器的为5万人，累计100万例。人工血管累计10万例，人工阀门累计20万例．人工肺累计11万例，人工肾累计10万例。这些成绩的取得与合成高分子材料的进步是分不开的。 现在，合成塑料、合成橡胶和合成纤维这“三大合成”已发展成为生物材料的中坚。用它们制成了各种人工器官。
此外，硅胶和亲水性生物胶已成功地用于美容术和扩大女性人工乳房，注入体内后外观和手感与肌肉无异．在美国进行的人工血管移植4000例中，由于合成材料吻合不良引起的问题占千分之一，效果稍差于自身血管移植。近年日本制成带有微气孔的氨塑料人工气管，消除了凝血和伪内膜作用，已成功使用十万例以上。
人工心脏是员复杂的人工器官，所用材料往往是几种合成树脂的共聚物，因此具有更好的综合性能。
某些特殊生物材料，如体内分解吸收材料．药剂可控制强放材料等只能由合成材料充任。用聚乙烯醇．聚乙二醇。聚乳酸等制成的手术缝合线和药囊，在人体内能自动分解吸收。 将来的生物材料植入人体不单单是为了治疗或代替某种器官，同时还要承担某种功能，即功能生物材料．例如止血和包复创面、血糖调节、药剂自动释放、病情监控等。生物材料的发展，一定会更进一步造福于人类。