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生物医用材料课堂笔记

一、生物医用材料定义

广义的生物材料：一是指用于生物体内的材料，达到治疗康

复的目的，例如隐形眼镜、人工髋关节；二是指来源于生物体，

可能用于或不再用于生物体内（这种不是本课程研究对象），例如

动物皮革用于服装。

我们给生物医用材料明确的定义：对生物系统的疾病进行诊

断、治疗、外科修复、理疗康复、替换生物体组织或器官（人工

器官），增进或恢复其功能，而对人体组织不会产生不良影响的材

料。生物医用材料本身并不必须是药物，而是通过与生物机体直

接结合和相互作用来进行治疗。

另一种说法是：生物医用材料是一种植入躯体活系统内或与

活系统相接触而设计的人工材料

生物医用材料学科的研究内容

1.各种器官的作用；

2.生物医用材料的性能；

3.组织器官与材料之间的相互作用：在体内，生物医用材料

如何影响活组织（称之为宿主反应）；活组织又如何影响生物材料

的性能变化（称之为材料反应）。重点研究化学（包括生物化学）

和力学两方面。（例如植入髋关节，磨损碎屑，炎症反应，以及金

属离子的溶出）

二、生物医用材料简介

2.1生物医用材料的分类：由于生物材料应用广泛，品种很多，

所以会有不同角度的分类。

按材料的传统分类法分为：

(1)合成高分子材料（如聚氨酯、聚酯、聚乳酸、聚乙醇酸、乳

酸乙醇酸共聚物）

(2)天然高分子材料（如胶原、丝蛋白、纤维素、壳聚糖）

(3)金属与合金材料（如钛及钛合金）

(4)无机材料（如生物活性陶瓷、羟基磷灰石）

(5)复合材料（如碳纤维／聚合物、玻璃纤维／聚合物）

按材料的医用功能分为：

(1)血液相容性材料

(2)软组织相容性材料

(3)硬组织相容性材料

(4)生物降解材料

(5)高分子药物

2.2生物医用材料的生物相容性

2.1.1生物相容性概念和原理

生物医用材料必须对人体无毒、无致敏、无刺激、无遗传毒

性、无致癌性，对人体组织、血液、免疫等系统不产生不良反应。

材料的生物相容性是生物医用材料研究设计中首先考虑的重要问

题。

生物医用材料与组织、细胞、血液接触时，会产生各种反应，

（包括宿主反应（即机体生物学反应）和材料反应）。见下图。

2.1.2生物相容性的分类

生物医用材料的生物相容性分为两类：

若材料用于心血管系统与血液直接接触，主要考察与血液的相互

作用，称为血液相容性；

若与心血管系统外的组织和器官接触，主要考察与组织的相互作

用，称为组织相容性或一般生物相容性。

2.3组织工程材料与人工器官软组织修复与重建

组织工程是指用生命科学与工程的原理构建一个生物装置来

维护、增进人体细胞和组织的生长，以恢复受损组织或器官的功

能。

传统材料如金属、陶瓷、高分子，植入体内存在着磨损、性

能下降、安全性等问题；即使是暂时性植入材料，也存在着力学

性能匹配、生物相容性、代谢途径等问题。组织工程学的出现，

为人们寻找更为理想的体内植入材料开辟了一条新的途径。

器官移植会产生排斥作用，必须服用药物，这样又会破坏人体的

免疫平衡，可能导致肿瘤。组织工程给组织器官的替代修复带来

了新的曙光。

2.4硬组织修复与骨组织工程材料

迄今为止，用于硬组织修复与替换的材料，仍然首推金属与

合金，其次是生物陶瓷、聚合物、复合材料、人和动物的骨骼衍

生物。不仅要求修复材料无毒副作用、有生物安全性，还要在骨

和关节复杂的应力条件下，有足够的力学强度，并且能与原骨牢

固结合。

硬组织修复与重建材料是生物医学材料中发展最早、最成熟

的领域。这不仅表现在临床中被广泛接受与使用，还表现在形成

了“生物活性”这个核心概念，这就是要有利于植入材料与活体

组织形成键合。而非生物活性的材料在植入材料与活体组织界面

处则会形成非粘附的纤维组织层。

2.5生物医用材料表面改性

生物材料必须具有良好的生物相容性：不引起生物体发生毒

性、致敏、炎症、致癌、血栓等的不良生物反应。

生物相容性取决于材料表面性质：材料表面成分、表面结构、表

面形貌、表面能量状态、表面亲水性、表面电荷、表面导电性等。

2.6生物玻璃

生物玻璃是由SiO2,Na2O,CaO,P2O5等氧化物组成的玻

璃系列，改变比例，可以得到活性程度不同的生物玻璃。

生物玻璃的最大优点