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1、第二章 生物医学材料 第 一 节 、生物医学材料概述 第 二 节 、无机生物医学材料 第 三 节 、金属及合金生物医学材料 第 四 节 、高分子生物医学材料 第 五 节 、复合生物医学材料,第 一 节 生物医学材料概述,一、生物医学材料的定义 二、生物医学材料的发展历史 三、生物医学材料的分类 四、生物医学材料基本性能要求 五、生物医学材料的表面及界面,一、生物医学材料的定义 生物医学材料(Biomedical Materials)，生物材料(Biomaterials) 早期定义（ 1960s）“植入活体内或与活体结合而设计的与活体系统不起药物反应的惰性物质” 2。现在通用的定义（ 1980s
2、）“用于取代、修复活体组织的人造或天然的材料” 特征：医用、生物相容 3。生物医学材料、生物材料、生物学材料的区别及关系,药用或载药生物材料、生物活性材料、生物降解材料,生物材料(Biomaterials),=,生物学材料（Biological Materials）,特指医用材料 其它生物学应用材料 在生物医学工程领域生物材料与生物医学材料常常混用,二、生物医学材料的发展历史,生物材料及人工器官使用年表,三、生物医学材料的分类,1、按材料化学组成划分 2、按材料来源划分 3、按使用要求划分 4、按应用部位及功能划分,生物材料按材料化学组成分类 (1)、无机生物医学材料 如生物玻璃、生物玻璃陶瓷
3、、氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、碳素材料、羟基磷灰石、磷酸钙陶瓷等 (2)、金属及合金生物医学材料 不锈钢、钴基合金、钛及钛合金等 (3)、高分子生物医学材料 聚硅氧烷、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醚、聚砜、聚四氟乙烯、聚丙烯晴、聚碳酸酯、聚乳酸 (4)、复合生物医学材料 多种不同类型材料复合而成 (5)、生物功能材料 采用物理或化学的方法将生物活性分子如酶、抗体、抗原、多糖类、酯类、药物及细胞等固定在材料表面或内部，构成具有生理功能的生物医学材料,生物材料按材料来源分类 (1)、天然生物医学材料是来自人体自身、同种异体、或异种(如动物)同类器官与组织的材料。 天然生物材料及其衍生材料 (2)、合成
4、生物医学材料人工制备的生物医学材料，如硅橡胶、聚氨酯、中空纤维、生物陶瓷、医用合金等,生物材料按使用要求分类 (1)、植入与非植入材料 (2)、血液接触材料 (3)、一次性使用材料与重复使用材料 (4)、生物活性与生物惰性材料 (5)、 生物降解材料与非生物降解材料等,生物材料按应用部位及功能分类 (1)、硬组织材料 (2)、软组织材料 (3)、心血管材料 (4)、血液代用材料 (5)、齿科材料 (6)、分离、过滤材料 (7)、膜透析材料,四、生物医学材料基本性能要求 (1)、生物相容性 (Biocompatibility)指生命体组织与非生命材料产生合乎要求的反应(生物学行为)的一种性能，决
5、定于材料与活体间的相互作用 (2)、物理机械性能生物医学材料在植入后行使功能的能力，或为执行功能，其自身和植入位置应当满足的适当的物理化学要求 (3)、生物功能性在医学实际应用应具有的特定功能,(1)、生物相容性 血液相容性-材料在体内与血液接触后不发生凝血、溶血现象，不形成血栓。 具有低表面能的材料 表面极亲水或极疏水 具有负电荷界面的材料 表面附着有抗凝物质的材料 组织相容性-材料在与肌体组织（肌肉、骨骼、皮肤等）接触过程中不发生不利的刺激反应，不发生炎症、不发生排斥反应，没有致癌作用，不发生钙沉着。 材料的纯净度 材料的化学稳定性 机械强度和光滑表面 与组织相容性好的材料复合 无免疫原性
6、-材料在与肌体接触过程中不引起免疫反应，不刺激补体激活,生物材料与生物体间的作用 1. 生理环境对生物材料的影响 生理环境的作用因素：机械力、生理体液、自由基、酶等 材料的变化：磨损、降解或交联、发生相变、产生新的生成物 生物老化-生物材料受生理环境的作用而发生的结构和性能的改变 机械老化-指材料和制件的磨损和变形 物理化学老化-指溶出物、析出物和吸收物的生成 化学老化-化学解聚、化学链的断裂和交联等 2. 生物材料对生物体的作用 组织反应 组织囊块 囊块增厚、钙化或肿胀、感染 组织炎症、坏死 血液反应 血栓 免疫反应 体液反应和细胞反应 补体激活,(2)、物理机械性能,材料使用功能 性能要求
7、 人工心脏瓣膜-耐磨、耐蚀 颅骨修复材料-强度、导热性 齿科修复材料-硬度、耐磨、导热性 血管修复材料-柔性、化学稳定性 组织工程材料-细胞生长增殖的空间要求、合适的降解性 人工肾材料 -对分子的选择性透过性、强度 骨修复材料 -硬度、强度、弹性模量,生物惰性-在生物体内部环境中较长时间自身不发生有害的化学反应和物理破坏，也不对生物体产生不利影响 材料的化学结构 材料的纯净度 材料的聚集状态 可生物降解性-高分子材料在完成其功能后，可以被生物体分解和吸收,(3)、生物功能性,材料使用功能 性能要求 人工血浆 - 黏度、渗透压 人工皮肤 - 促进愈合 药物控释材料 - 药物控制释放 组织工程材料
8、 - 细胞亲合性,五、生物医学材料的表面及界面,材料的表面性能与其内部性能存在着一定差异。除一些特殊使用场合外，与血液、组织相接触的仅是材料的表面部分。,蛋白质对材料表面的强烈吸附趋势以及吸附作用对细胞与材料表面相互作用的影响巨大 !,材料表面特性,蛋白质性质,吸附蛋白质层的组织结构,细胞与表面的作用,材料的表面能 表面亲、疏水性 是否带电荷 表面化学组成 （附着生物活性物质）,材料表面特性,蛋白质性质,溶解性 可溶性蛋白质属于能在植入材料表面吸附的蛋白质 不溶性蛋白质(如胶原质collagen) 却一般不能扩散到植入 物表面而参与吸附，虽然这些蛋白质有时能以纤维的形式 通过细胞作用而包裹在异
9、物表面,组成和空间结构 非极性、极性不带电荷、带电荷；螺旋结构、片层结构 亲水性、憎水性的,由于蛋白质的结构和性质不同，对外来材料表面的亲和性质亦会有较大差异，由此造成不同的蛋白质在不同的外来材料表面上的吸附能力与吸附程度各不相同，进而产生不同的作用后果,生物材料表面与血液接触时蛋白吸附 (1) 首先发生的是血浆蛋白在表面上的吸附 白蛋白、球蛋白、纤维蛋白原表面吸附 血小板（浓度、扩散） (2) 吸附速度与蛋白的种类、材料表面性质、吸附条件等有关，吸附曲线符合Langmuir规律 (3) 不同蛋白吸附导致材料表面的血液相容性不同，白蛋白的吸附使表面变得更相容，而球蛋白和纤维蛋白原的吸附使血小板沉积、活化，则加速了凝血,每一大类生物材料与生物体 相互作用的特点 主要用途（部位） 主要应用的材料 在现在和将来，选择生物材料作为特定的应用必须以几个标准 为基础。材料的物理化学性质和耐久性、植入体的功能性、器官组织水平的生理环境性质、万一失败的不利影响以及费用和产品产量在每个应用中都应考虑到。 生物相容性是每种生物材料必须遵守的最高原则。,讨论： 21世纪的生物材料与20世纪使用的生物材料的区别。,
