生物材料发展现状与展望

报告内容 生物材料定义 生物材料发展三阶段 生物材料展望

生物材料的定义 生物材料的定义很多，归纳起来可理解为生物材料是一类用于人工器官、修复、理疗康复、诊断、检查、治疗疾病等医疗保健领域，对人体组织、血液不致产生不良影响的功能材料。 生物材料的发展已经有非常长的历史，自人类认识了解材料起，就有了生物材料端倪。早在公元前3500年，古埃及人就利用棉花纤维、马鬃做缝合线。16世纪开始用黄金板修复颚骨，陶材做齿根；用金属固定内骨板以及用金属种植牙齿等。随着医学以及材料学的发展，尤其是新型材料的研究开发成功，如20世纪40年代高分子材料的大力发展，为生物材料的研究与应用提供了极大的发展机会。目前可以说从人体天灵盖到脚趾骨、从内脏到皮肤，从血液到五官，除了脑以及大多数内分泌器官外，都可用人工器官来代替。

生物材料发展三阶段 （1）惰性生物材料阶段 （2）生物材料生物化阶段 （3）组织工程支架材料阶段

（1）惰性生物材料阶段 惰性生物材料是指对人体组织化学惰性，其物理机械和功能特性与组织匹配，使材料在应用过程中不致产生不利于功能发挥和对其它组织影响的反应，特别是与组织接触或短时间不产生炎症或凝血现象，无急性毒性或刺激反应，一般无补体激活产生的免疫反应的一类功能材料。这类材料的应用基于对材料本身性能的全面了解，是人类最早、最广泛应用的生物材料。

目前惰性材料主要品种 金属材料 非金属材料 高分子材料 复合材料 目前惰性材料主要品种

金属材料 金属材料主要集中在不锈钢、钛、金、银等基体金属及钴、镍、银-汞合金等。可用作导管支架用于介入治疗消化道系统疾病。 左图即为金属覆膜导管支架。

无机非金属材料 非金属材料主要有氧化铝、氧化锆、氧化硅、氧化镁、氧化钛、铝酸钙等陶瓷材料。最为我们熟悉的就是烤瓷牙了。 烤瓷牙全称是烤瓷熔附金属全冠，是一种理想的修复体。它是先用合金制成金属基底，再在其表面覆盖与天然牙相似的低熔瓷粉，在真空高温烤瓷炉中烧结熔附而成，因而有金属的强度和烤瓷全冠的美观。它的特点是能恢复牙体的形态功能，抗折力强且颜色、外观逼真，表面光滑，耐磨性强不会变形，色泽稳定， 成功的烤瓷修复体应当是形态逼真，色泽稳定．耐酸碱，属永久性修复体。 非金属材料主要有氧化铝、氧化锆、氧化硅、氧化镁、氧化钛、铝酸钙等陶瓷材料。最为我们熟悉的就是烤瓷牙了。

高分子材料 有机高分子材料品种多，应用最为广泛，它有聚乙烯、聚丙烯，聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚氨酯、硅橡胶、天然橡胶、碳纤维、聚砜纤维、聚丙烯中空纤维、吸附树脂等。这些材料可用于人工血管、人工角膜、人工瓣膜、人工心脏及心脏辅助设备、心脏补片、人工晶状体、人工中耳骨、人工食道、喉、乳房、肾、肝、胰、胆道、输尿管、阴茎、皮肤、承力骨、颅骨、关节，以及医疗辅助设备如医用插管、输液管、输血管、手套、避孕套、绷带、止血海绵、组织黏结剂等

复合材料 复合材料主要有纤维增强聚合物材料或金属-陶瓷复合材料。 作为工程结构材料应用最多的是纤维增强复合材料，有以下几种：玻璃纤维增强复合材料(GFRP)、碳纤维增强复合材料(CFRP)、芳纶纤维增强复合材料(KFRP)和硼纤维增强复合材料。它们都属于树脂基纤维增强复合材料，也叫做纤维增强塑料(FRP)。 复合材料主要有纤维增强聚合物材料或金属-陶瓷复合材料。 聚合物基纤维增强复合材料(FRP)

（2）生物材料生物化阶段 随着材料科学、医学的发展，以及先进仪器设备的发明，带动了生物材料的发展。集中表现在发现新型生物材料，以及更多关注惰性生物材料所制成的人工器官和医疗器械在使用过程中与组织或血液产生的界面反应，也即材料在使用过程中逐渐生物化。

（2）生物材料生物化阶段 另一个研究重点是惰性生物材料的生物化-即在不破坏原有材料性能的基础上，通过表面改性设计使材料在长期使用过程中与细胞亲和性好，不产生炎症、凝血、畸变、甚至癌变等反应。研究的重点是抗凝血材料的设计与制备。

（3）组织工程支架材料阶段 材料生物化毕竟不能改变材料的基本结构，这为材料的长期使用留下隐患，同时器官(尤其是组织)是一个复杂的系统，不可能用单一无活性的材料来模仿其全部或大部分功能。因此在器官(或组织)供体来源非常有限的情况下，如何在体外培养出正常的组织供手术使用，是医学界和生物医学工程学界追求的目标之一。组织工程的出现和发展为这一目标的实现提供了可能。

组织工程 组织工程是近十年发展起来的一门新兴学科，它是应用生命科学和工程的原理与方法，研究、开发用于修复、增进或改善人体各种组织或器官损伤后功能和形态的新学科，作为生物医学工程的一个重要分支，是继细胞生物学和分子生物学之后，生命科学发展史上又一个新的里程碑。

组织工程 组织工程的关键是构建细胞和生物材料的三维空间复合体,该结构是细胞获取营养、气体交换、废物排泄和生长代谢的场所,是新的具有形态和功能的组织、器官的基础.

组织工程 采用可降解材料制作的导管支架，具有自膨胀和药物缓释功能，可以用于各种消化道如胆管梗阻，食道狭窄等疾病。完成治疗任务后可完全降解。

组织工程应具备哪些性能 4 使细胞按一定形状生长,良好材料-细胞界面,利于细胞黏附、增殖、激活细胞特异基因表达等 1 无毒,具有良好的生物相容性和组织相容性 2 可降解吸收,在组织形成过程中材料降解并被吸收 3 具有可加工性,尤其是能形成三维结构并有较大的孔隙率 4 使细胞按一定形状生长,良好材料-细胞界面,利于细胞黏附、增殖、激活细胞特异基因表达等

生物材料的展望 克隆技术尤其是克隆猪技术的成功为人类器官的异种移植提供了器官供体，但基于异种排斥反应,组织工程生产的人工器官才是最可靠的;从伦理和动物保护角度考虑,组织工程人工器官也会是人类器官移植的最终选择.因此我们在多种冲击和困难面前应把握时机和研究方向,尤其是把握组织工程的基础之一——生物材料的研究方向,为人类的健康和进步作出贡献.

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