生物复合材料

生物复合材料概念及分类•定义：生物复合材料又称为生物医用复合材料，它是由两种或两种以上不同材料复合而成的生物医学材料。制备此类材料的目的就是进一步提高或改善某一种生物材料的性能。此类材料主要用于修复及替换人体组织、器官或增进其功能。•分类：•1、按材料组成和性质：•医用高分子材料（聚乙烯、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、硅橡•胶、聚乳酸、聚羟基乙酸）；•医用金属材料（不锈钢、钴基合金、钛和钛合金以及贵金属）；•医用陶瓷材料（羟基磷灰石材料）；•医用复合材料（金属基-陶瓷涂层体系等）•2、按材料在生理环境中的生物化学反应水平：•惰性的生物医用材料。•生物活性材料。•可生物降解和吸收的生物材料。•3、按用途：•骨骼-肌肉系统修复材料和替换材料（骨、牙、关节、肌腱）•软组织材料（皮肤、乳房、食道、呼吸道膀胱）•心血管系统材料（人工心瓣膜、血管、心血管内插管）•医用膜材料（血液净化膜和分离膜、气体选择性透过膜、角膜接触镜）•药物释放材料等。生物材料基本生物要求•植入体内的材料在人体复杂的生理环境中，长期受物理、化学、生物电等因素的影响，同时各组织以及器官间普遍存在着许多动态的相互作用，因此，生物医用组分材料必须满足下面几项要求：•(1)具有良好的生物相容性和物理相容性，保证材料复合后不出现有损生物学性能的现象。•(2)具有良好的生物稳定性，材料的结构不因体液作用而有变化，同时材料组成不引起生物体的生物反应。•(3)具有足够的强度和韧性，能够承受人体的机械作用力，所用材料与组织的弹性模量、硬度、耐磨性能相适应，增强体材料还必须具有高的刚度、弹性模量和抗冲击性能。•(4)具有良好的灭菌性能，保证生物材料在临床上的顺利应用。•此外，生物材料要有良好的成型、加工性能，不因成型加工困难而使其应用受到限制。研究及应用•根据基体材料的不同，可将生物医用复合材料大致分为金属基、陶瓷基和高分子基复合材料三类。通过相应的工艺成型方法将各类材料制作成不同医学应用领域的生物复合材料。•一、生物医用陶瓷材料•生物医用陶瓷材料又称生物医用无机非金属材料，包括陶瓷、玻璃、碳素等无机非金属材料。此类材料化学性能稳定，具有良好的生物相容性。一般来说，生物陶瓷主要包括惰性生物陶瓷、活性生物陶瓷和功能活性生物陶瓷三类。模拟性生物陶瓷材料和带有治疗功能的生物陶瓷复合材料。现在，功能活性生物陶瓷的研究还处于探索阶段，很少有I临床应用报道，但其应用前景是很光明的。不同种类的生物陶瓷的物理、化学和生物性能差别很大，在医学领域中的用途也不同。临床应用中，生物陶瓷存在的主要问题是拉伸•强度、扭转强度和韧性较差。氧化铝、氧化锆等生物惰性陶瓷耐压、耐磨和化学稳定性比金属、有机材料都好，但其脆性的问题没有得到解决。生物活性陶瓷的强度则很难满足人体较大承力部位的需要。•二、胶原基生物材料的应用•心脏瓣膜：目前已发展的有2类:一类是机械瓣膜,一类是生物瓣膜。用胶原基材料制作成的生物瓣膜的缺点是植入人体后会产生钙化,一般在前10a使用期内性能良好。现在,材料科学家正竭力合成新的医用瓣膜材料,目的是大幅度延长材料的使用寿命,减少二次手术,减轻患者痛苦。•血管修复：由于心血管疾病日益增加,对替换血管装置的要求越来越多。应用生物组织基心血管装置的主要优势,是直径小于5mm的心血管置换器。与合成材料相比,生物材料的多样性为改善置换器的性能提供了有利条件,并且胶原基装置还具有感染性低、宿主组织能向装置中渗入生长,而不需要高密度孔结构,以及可与天然血管在物理性质上较好的匹配等优点。未来发展趋势•近几年来人工器官的研究和应用迅速发展，用人工材料制成能部分或全部替代人体自然器官功能的装置，几乎对人体各个器官（除大脑外）都在进行人工模拟研制。不远的将来，科学家有可能借助于生物材料设计和制造整个人体器官，生物医用材料和制品产业将发展成为本世纪世界经济的一个支柱产业。•1、组织工程材料面临重大突破：•由于传统的人工器官（如人工肾、肝）不具备生物功能（代谢、合成），只能作为辅助治疗装置使用，研究具有生物功能的组织工程人工器官已在全世界引起广泛重视。最近，由于干细胞具有分化能力强的特点，将其用作种子细胞进行构建人工器官成为热点。组织工程学已经在人工皮肤、人工软骨、人工神经、人工肝等方面取得了一些突破性成果，展现出美好的应用前景。•2、生物医用纳米材料初见端倪•纳米技术在90年代获得了突破性进展，在生物医学领域的应用研究也不断得到扩展。目前的研究热点主要是药物控释材料及基因治疗载体材料。•3、血液净化材料重在应用•采用滤过沉淀或吸附的原理，将体内内源性或外源性毒物（致病物质）专一性或高选择性地去除，从而达到治病的目的，是治疗各种疑难病症的有效疗法。尿毒症、各种药物中毒、免疫性疾病（系统性红斑狼疮、类风湿性关节炎）、高脂血症等，都可采用血液净化疗法治疗，其核心是滤膜、吸附剂等生物材料。•4、复合生物材料仍是开发重点•作为硬组织修复材料的主体，复合生物材料受到广泛重视。它具有强度高、韧性好的特点，目前已广泛应用于临床。通过具有不同性能材料的复合，可以达到取长补短的效果，有效解决材料的强度、韧性及生物相容性问题。•5、材料表面改性是永久性课题•生物相容性包括血液相容性和组织相容性，是生物材料应用的基本要求。除•了设计、制造性能优异的新材料外，通过对传统材料进行表面化学处理（表面接枝大分子或基团）、表面物理改性（等离子体、离子注人或离子束）和生物改性是有效途径。材料表面改性的新方法和新技术被认为是生物材料研究的永久性课题。