生物医学材料和人工器官

《生物医学材料和人工器官》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物医学材料和人工器官（133页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、南方医科大学生物医学工程学院 周凌宏 第三讲第三讲 生物医学材料和人工器官生物医学材料和人工器官 南方医科大学生物医学工程学院 周凌宏 1 生物医学材料的发展概况生物医学材料的发展概况 2 生物医学材料安全性评价生物医学材料安全性评价 3 生物医学材料的基本要求生物医学材料的基本要求 4 生物医学材料分类及性能生物医学材料分类及性能 5 医用金属材料医用金属材料 6 医用高分子材料医用高分子材料 7 其他生物医学材料其他生物医学材料 8 生物医学材料发展趋势生物医学材料发展趋势 生物医学材料生物医学材料 1 生物医学材料的发展概况生物医学材料的发展概况 生物医学材料生物医学材料(Biomedi

2、cal Materials)是生物医学科学中一是生物医学科学中一个较新分支学科个较新分支学科，是生物是生物、医学医学、化学和材料科学交叉化学和材料科学交叉形成的边缘学科形成的边缘学科。具体涉及到化学具体涉及到化学、物理学物理学、高分子化高分子化学学、高分子物理学高分子物理学、生物物理学生物物理学、生物化学生物化学、生理学生理学、药物学药物学、基础与临床医学等很多学科基础与临床医学等很多学科 。 ISO定义定义，生物医学材料是指生物医学材料是指“以医疗为目的以医疗为目的，用于与组用于与组织接触以形成功能的无生命的材料织接触以形成功能的无生命的材料”。另有定义是：具另有定义是：具有天然器官组织的功

3、能或天然器官部分功能的材料有天然器官组织的功能或天然器官部分功能的材料。 3500年前年前，古埃及人就利用棉纤维古埃及人就利用棉纤维、马鬃作缝合线缝合伤口；马鬃作缝合线缝合伤口；印第安人使用木片修补受伤的颅骨印第安人使用木片修补受伤的颅骨。 中国和埃及在中国和埃及在2500年前的墓葬中发现有假牙年前的墓葬中发现有假牙、假鼻和假耳假鼻和假耳。 人类很早就用黄金来修复缺损的牙齿人类很早就用黄金来修复缺损的牙齿，并沿用至今并沿用至今。 1775年就有用金属固定体内骨折的记载年就有用金属固定体内骨折的记载。 1851年发明了天然橡胶的硫化方法后年发明了天然橡胶的硫化方法后，有人采用硬胶木制作有人采用硬

4、胶木制作了人工牙托的颚骨了人工牙托的颚骨。 器官移植取得巨大进展器官移植取得巨大进展，但存在排异但存在排异、器官来源器官来源、法律法律、伦伦理等难题理等难题。因此医学界对生物医学材料和人工器官的要求日因此医学界对生物医学材料和人工器官的要求日益增加益增加。 目前被详细研究过的生物材料已超过目前被详细研究过的生物材料已超过1000种种，被广泛应用被广泛应用的有的有90多种多种，1800多个制品多个制品。西方国家每年耗用生物材料西方国家每年耗用生物材料量以量以1015%的速度增长的速度增长。 我国生物材料的研究起步较晚我国生物材料的研究起步较晚，随着政府的重视和投入的随着政府的重视和投入的不断增加

5、不断增加，取得一批较高水平的研究成果取得一批较高水平的研究成果，如生物活性骨如生物活性骨、关节系统替换材料关节系统替换材料、人工心脏瓣膜等心血管替换材料以及人工心脏瓣膜等心血管替换材料以及眼科手术用高分子复合材料等眼科手术用高分子复合材料等。 2 生物医学材料安全性评价生物医学材料安全性评价 生物医学材料的安全性评价：生物医学材料的安全性评价：指采用生物学的方法来指采用生物学的方法来检测被检材料对受体的毒副作用检测被检材料对受体的毒副作用，从而预测该材料在从而预测该材料在医学应用中的安全性医学应用中的安全性。包括对局部组织包括对局部组织、血液与整体血液与整体反应及对受体的遗传效应反应及对受体的

6、遗传效应。 生物医学材料的安全性评价本身是一个不断发展的领生物医学材料的安全性评价本身是一个不断发展的领域域，“安全性安全性”是相对的概念是相对的概念。 根据材料与制品使用目的的不同制定各种安全性评价根据材料与制品使用目的的不同制定各种安全性评价程序程序。ASTM(美国材料试验标准美国材料试验标准 )。 3 生物医学材料的基本要求生物医学材料的基本要求 临床医学对生物医学材料有以下基本要求：临床医学对生物医学材料有以下基本要求： 无毒性无毒性、不致癌不致癌、不致畸不致畸、不引起人体细胞的突变和组不引起人体细胞的突变和组织细胞的反应；织细胞的反应； 与人体组织相容性好与人体组织相容性好，不引起中

7、毒不引起中毒、溶血凝血溶血凝血、发热和发热和过敏等现象；过敏等现象； 化学性质稳定化学性质稳定，抗体液抗体液、酶的作用；酶的作用； 具有与天然组织相适应的物理机械特性；具有与天然组织相适应的物理机械特性； 针对不同的使用目的具有特定的功能针对不同的使用目的具有特定的功能。 4 生物医学材料的分类及性能生物医学材料的分类及性能 两种分类方法两种分类方法 按应用性质来分类：按应用性质来分类： 抗凝血材料抗凝血材料(心血管材料心血管材料)、齿科材料齿科材料、骨科材料骨科材料、眼科眼科材料材料、吸附解毒材料吸附解毒材料(血液灌流用血液灌流用)、假体材料假体材料、缓释材料缓释材料、生物粘合材料生物粘合材

8、料、透析及超滤用膜材料透析及超滤用膜材料、一次性医用材料等一次性医用材料等。 按材料属性分类：按材料属性分类： 天然生物材料天然生物材料再生纤维再生纤维、胶原胶原、透明质酸透明质酸、甲壳素等甲壳素等。 合成高分子生物材料合成高分子生物材料硅橡胶硅橡胶、聚氨脂及其嵌段共聚物聚氨脂及其嵌段共聚物、涤纶涤纶、尼龙尼龙、聚丙烯腈聚丙烯腈、聚烯烃聚烯烃 医用金属材料医用金属材料不锈钢不锈钢、钛及钛合金钛及钛合金、钛镍记忆合金等钛镍记忆合金等 无机生物医学材料无机生物医学材料碳素材料碳素材料、生物活性陶瓷生物活性陶瓷、玻璃材料玻璃材料 杂化生物材料杂化生物材料来自活体的天然材料与合成材料的杂化来自活体的天

9、然材料与合成材料的杂化，如胶原与聚乙烯醇的交联杂化等如胶原与聚乙烯醇的交联杂化等 复合生物材料复合生物材料用碳纤维增强的塑料用碳纤维增强的塑料，用碳纤维或玻璃纤用碳纤维或玻璃纤维增强的生物陶瓷维增强的生物陶瓷、玻璃等玻璃等 生物材料是研制人工器官及一些重要医疗技术的物质基础生物材料是研制人工器官及一些重要医疗技术的物质基础，综观人工器官及医疗装置的发展史综观人工器官及医疗装置的发展史，每一种新型生物材料的每一种新型生物材料的发现都引起了人工器官及医疗技术的飞跃发现都引起了人工器官及医疗技术的飞跃。 生物惰性医用硅橡胶生物惰性医用硅橡胶人工耳人工耳、人工鼻人工鼻、人工颌骨等人工颌骨等 血液相容性

10、较好的各向同性碳被复材料血液相容性较好的各向同性碳被复材料碟片式机械心脏碟片式机械心脏瓣膜瓣膜 血液亲和性及物理机械性能较好的聚氨酯嵌段共聚物血液亲和性及物理机械性能较好的聚氨酯嵌段共聚物促促使人工心脏向临床应用跨越一大步使人工心脏向临床应用跨越一大步 可形成假生物内膜的编织涤纶管可形成假生物内膜的编织涤纶管人工血管进入实用化人工血管进入实用化 5 医用金属材料医用金属材料 在生物医学材料中在生物医学材料中，金属材料应用最早金属材料应用最早，唐代就用银汞合唐代就用银汞合金金(主要成份：汞主要成份：汞、银银、铜铜、锡锡、锌锌)来补牙来补牙。 医用金属材料是指一类用作生物材料的金属或合金医用金属材

11、料是指一类用作生物材料的金属或合金，又称又称外科用金属材料外科用金属材料。 属于生物惰性材料属于生物惰性材料，除具有较高的机械强度和抗疲劳性能除具有较高的机械强度和抗疲劳性能，具有良好的生物力学性能及相关的物理性质外具有良好的生物力学性能及相关的物理性质外，还必须具还必须具有优良的抗生理腐蚀性有优良的抗生理腐蚀性、生物相容性生物相容性、无毒性和简易可行无毒性和简易可行的手术操作技术的手术操作技术。 医用金属材料是临床应用最广泛的医用金属材料是临床应用最广泛的承力植入材料承力植入材料，由于有由于有较高的强度和韧性较高的强度和韧性，已成为骨和牙齿等硬组织修复和替换已成为骨和牙齿等硬组织修复和替换、

12、心血管和软组织修复以及人工器官制造的主要材料心血管和软组织修复以及人工器官制造的主要材料。 大部分金属不符合生物材料的要求大部分金属不符合生物材料的要求，仅有小部分或经处理仅有小部分或经处理过的可用于临床过的可用于临床。目前在临床使用的医用金属材料主要有目前在临床使用的医用金属材料主要有不锈钢不锈钢、钴基合金和钛基合金三大类钴基合金和钛基合金三大类，另外还有记忆合金另外还有记忆合金、贵金属以及纯金属钽贵金属以及纯金属钽、铌和铬等铌和铬等。 常用医用金属材料常用医用金属材料 不锈钢不锈钢 钴钴(Co)基合金基合金 钛钛(Ti)基合金基合金 形状记忆合金形状记忆合金 贵金属贵金属 5.1 不锈钢不

13、锈钢 铁基耐蚀合金铁基耐蚀合金(一般由铁一般由铁、铬铬、镍镍、钼钼、锰锰、硅组成硅组成)，易易加工加工、价格低廉价格低廉 。 不锈钢的耐蚀性和屈服强度可以通过冷加工而提高不锈钢的耐蚀性和屈服强度可以通过冷加工而提高，避免避免疲劳断裂疲劳断裂。 不锈钢可制成多种形体不锈钢可制成多种形体，如针如针、钉钉、髓内针髓内针、齿冠齿冠、三棱三棱钉等器件和人工假体而用于临床钉等器件和人工假体而用于临床，不锈钢还用于制作各种不锈钢还用于制作各种医疗仪器和手术器械医疗仪器和手术器械。 颅固定钢板、钢钉颅固定钢板、钢钉 手术器械手术器械 5.2 钴钴(Co)基合金基合金 含有较高的铬和钼含有较高的铬和钼，又称钴铬

14、钼合金又称钴铬钼合金，具有极为优异的耐具有极为优异的耐腐蚀性腐蚀性(比不锈钢高比不锈钢高40倍倍)和耐磨性和耐磨性，综合力学性能和生物相综合力学性能和生物相容性良好容性良好，可通过精密铸造成形状复杂的精密修复体可通过精密铸造成形状复杂的精密修复体。 主要用于主要用于 人工关节人工关节(特别是人体中受载荷最大的髋关节特别是人体中受载荷最大的髋关节) 人工骨及骨科内处固定器件人工骨及骨科内处固定器件 齿科修复中的义齿齿科修复中的义齿，各种铸造冠各种铸造冠、嵌体及固定桥嵌体及固定桥 心血管外科及整形科等心血管外科及整形科等 价格较高价格较高，加工困难加工困难，应用不普及应用不普及。 人造髋关节的头杆

15、部分人造髋关节的头杆部分 5.3 钛钛(Ti)基合金基合金 临床应用广泛临床应用广泛，其质轻其质轻、强度高强度高、力学性质接近人骨力学性质接近人骨、强强度远低于纯钛度远低于纯钛，耐疲劳耐疲劳、耐蚀性均优于不锈钢和钴基合金耐蚀性均优于不锈钢和钴基合金，且生物相容性和表面活性好且生物相容性和表面活性好，是较为理想的一种植入材料是较为理想的一种植入材料。 抗断裂强度较低抗断裂强度较低，耐磨性能不尽人意耐磨性能不尽人意，加工困难加工困难。冶炼及冶炼及成型工艺复杂成型工艺复杂。 主要用于：修补颅骨主要用于：修补颅骨，制成钛网或钛箔用于修复脑膜和腹制成钛网或钛箔用于修复脑膜和腹膜膜、人工骨人工骨、关节关节

16、、牙和矫形物牙和矫形物、人工心脏瓣膜支架人工心脏瓣膜支架、人人工心脏部件和脑止血夹工心脏部件和脑止血夹、口腔颌面矫形口腔颌面矫形、颌面修补颌面修补、手术手术器械器械、医疗仪器和人工假肢等医疗仪器和人工假肢等。 钛钛 板板 5.4 形状记忆合金形状记忆合金 1951年美国首次报道年美国首次报道Au-Cd(金金-镉镉)合金具有形状记忆效合金具有形状记忆效应应，目前已发现目前已发现20多种记忆合金多种记忆合金，其中以镍钛合金在临床上其中以镍钛合金在临床上应用最广应用最广。它在不同的温度下表现为不同的金属结构相它在不同的温度下表现为不同的金属结构相。如如低温时为单斜结构相低温时为单斜结构相，高温时为立

17、方体结构相高温时为立方体结构相，前者柔软可前者柔软可随意变形随意变形，如拉直式屈曲如拉直式屈曲，而后者刚硬而后者刚硬，可恢复原来的形状可恢复原来的形状，并在形状恢复过程中产生较大的恢复力并在形状恢复过程中产生较大的恢复力。 经过高温退火后经过高温退火后，加工为一种形状加工为一种形状( (如螺旋状如螺旋状) )，室温室温下降将其拉直下降将其拉直，当加热到一定的当加热到一定的“变态温度变态温度”时时，这根合金这根合金仿佛记起了什么似的仿佛记起了什么似的，立即恢复到它原来形状立即恢复到它原来形状( (螺旋状螺旋状) )。 单斜结构相单斜结构相 (低温，柔软低温，柔软) 立方体结构相立方体结构相(高温

18、，刚硬高温，刚硬) 形状记忆合金可以分为三种：形状记忆合金可以分为三种： 单程记忆效应单程记忆效应 形状记忆合金在较低的温度下变形形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的加热后可恢复变形前的形状形状，只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。 双程记忆效应双程记忆效应 某些合金加热时恢复高温相形状某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形冷却时又能恢复低温相形状状，称为双程记忆效应称为双程记忆效应。 全程记忆效应全程记忆效应 加热时恢复高温相形状加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的冷却时变为形状相同而

19、取向相反的低温相形状低温相形状，称为全程记忆效应称为全程记忆效应。 特点：奇特的形状记忆功能特点：奇特的形状记忆功能、质轻质轻、磁性微弱磁性微弱、强度较高强度较高、耐疲劳性能耐疲劳性能、高回弹性和生物相容性好等高回弹性和生物相容性好等。 应用：应用： 管腔狭窄的治疗管腔狭窄的治疗(喉气管狭窄喉气管狭窄、食管狭窄食管狭窄、胆道狭窄胆道狭窄、尿尿道狭窄及闭锁等道狭窄及闭锁等)：支架安入管腔狭窄的部位后：支架安入管腔狭窄的部位后，能将狭能将狭窄管腔撑开窄管腔撑开，并与管壁相贴紧并与管壁相贴紧，固定好固定好。 血栓过滤器血栓过滤器、脊柱矫形棒脊柱矫形棒、牙齿矫形丝牙齿矫形丝、脑动脉瘤夹脑动脉瘤夹、接接

20、骨板骨板、髓内针髓内针、人工关节人工关节、避孕器避孕器、心脏修补元件心脏修补元件、人造人造肾脏用微型泵等肾脏用微型泵等。 血管外科：治疗主动脉瘤血管外科：治疗主动脉瘤、冠状动脉和椎动脉狭窄等冠状动脉和椎动脉狭窄等。 5.5 贵金属贵金属(noble metal) 是一种金属或合金是一种金属或合金，如金具有极高的抗氧化性和如金具有极高的抗氧化性和抗腐蚀性抗腐蚀性。贵金属具有独特稳定的物理和化学性能贵金属具有独特稳定的物理和化学性能、优优异的加工特性异的加工特性、对人体组织无毒副作用对人体组织无毒副作用、刺激小等优良刺激小等优良的生物学性能的生物学性能。主要用于口腔科的齿科修复主要用于口腔科的齿科

21、修复，也可用于也可用于小型植入式电子医疗器械等小型植入式电子医疗器械等。 6 医用高分子材料医用高分子材料 低分子：分子量低于一千，如煤、糖、油、水泥和抗菌素等。低分子：分子量低于一千，如煤、糖、油、水泥和抗菌素等。 中分子：分子量在数千范围，如维生素中分子：分子量在数千范围，如维生素B12等。等。 高分子：分子量在几万至几百万，如蛋白质、棉、毛、木材、高分子：分子量在几万至几百万，如蛋白质、棉、毛、木材、松香、橡胶、塑料、合成纤维。松香、橡胶、塑料、合成纤维。 医用高分子材料：在医学上应用的、尤其能在机体内使用的医用高分子材料：在医学上应用的、尤其能在机体内使用的高分子材料。高分子材料。 天

22、然树脂：如松香。天然树脂：如松香。 合成树脂：由低分子量的化合物经过各种化学反应而制得的合成树脂：由低分子量的化合物经过各种化学反应而制得的高分子量的树脂状物质，如聚氯乙烯、聚乙烯。塑料的主要高分子量的树脂状物质，如聚氯乙烯、聚乙烯。塑料的主要成分就是合成树脂。成分就是合成树脂。 一些高分子与低分子化合物的分子量一些高分子与低分子化合物的分子量 命名：命名： 通俗命名法通俗命名法，根据制作高分子化合物的单体名称根据制作高分子化合物的单体名称，前前面冠以面冠以“聚聚”字而成字而成。如聚乙烯如聚乙烯、聚丙烯聚丙烯 习惯名称或商品名称来命名：如有机玻璃习惯名称或商品名称来命名：如有机玻璃(聚甲基丙烯

23、聚甲基丙烯酸甲酯酸甲酯)、涤纶涤纶(聚对苯二甲酸乙二醇酯聚对苯二甲酸乙二醇酯)等等。 医用高分子制品的研究医用高分子制品的研究，包括包括人工器官人工器官、医疗用品医疗用品(输血输血输液用具输液用具、注射器注射器、心导管心导管、主动脉气囊反搏器主动脉气囊反搏器、角膜角膜接触镜接触镜、中心静脉插管中心静脉插管、膀胱造瘘管膀胱造瘘管、医用粘合剂以及医用粘合剂以及各种医用导管各种医用导管、医用膜医用膜、创伤包扎材料和各种手术创伤包扎材料和各种手术、护护理用品等理用品等 )和和药用高分子药用高分子(作为赋形剂作为赋形剂 、合成新型药物合成新型药物 )三三大类大类。 6.1 天然高分子生物材料天然高分子生

24、物材料 人体的皮肤人体的皮肤、肌肉肌肉、组织和器官都是由高分子化合物组成组织和器官都是由高分子化合物组成的的，天然高分子生物材料是人类最早使用的医用材料之一天然高分子生物材料是人类最早使用的医用材料之一。 天然材料具有不可替代的优点：功能多样性天然材料具有不可替代的优点：功能多样性、与机体的相与机体的相容性容性、生物可降解性以及对其进行改性与复合和杂化等生物可降解性以及对其进行改性与复合和杂化等。 目前天然高分子生物材料主要有：目前天然高分子生物材料主要有： 天然蛋白质材料：胶原蛋白和纤维蛋白两种天然蛋白质材料：胶原蛋白和纤维蛋白两种 天然多糖类材料：纤维素天然多糖类材料：纤维素、甲壳素和壳聚

25、糖等甲壳素和壳聚糖等 由于结构和组成差异由于结构和组成差异，表现出不同性质表现出不同性质，应用于不同方面应用于不同方面。 6.1.1 天然蛋白质材料天然蛋白质材料胶原蛋白胶原蛋白 脊椎动物的蛋白脊椎动物的蛋白，是支持组织和结构组织是支持组织和结构组织(皮肤皮肤、肌腱和骨肌腱和骨骼的有机质骼的有机质)的主要组成成分的主要组成成分。 胶原来源广泛胶原来源广泛，广泛应用广泛应用。 胶原与人体组织相容性好胶原与人体组织相容性好，不易引起抗体产生不易引起抗体产生，植入人体植入人体后无刺激性后无刺激性、无毒性反应无毒性反应，能促进细胞增殖能促进细胞增殖，加快创口愈加快创口愈合并具有可降解性合并具有可降解性

26、，可被人体吸收可被人体吸收，降解产物也无毒副作降解产物也无毒副作用用。 胶原分散体具有再生特性胶原分散体具有再生特性，可以将其加工成不同形状的制品可以将其加工成不同形状的制品而用于临床而用于临床，越来越受到人们重视越来越受到人们重视。 胶原凝胶用作创伤敷料胶原凝胶用作创伤敷料 粉末用于止血剂和药物释放系统粉末用于止血剂和药物释放系统 纺丝纤维用作人工血管纺丝纤维用作人工血管、人工皮肤人工皮肤、人工肌腱和外科缝线人工肌腱和外科缝线 薄膜用于角膜薄膜用于角膜、药物释放系统和组织引导再生材料药物释放系统和组织引导再生材料 管用于人工血管管用于人工血管、人工胆管和管状器官人工胆管和管状器官 空心纤维用

27、于血液透析膜和人工肺膜空心纤维用于血液透析膜和人工肺膜 海绵用于创伤敷料和止血剂等海绵用于创伤敷料和止血剂等。 6.1.1 天然蛋白质材料天然蛋白质材料纤维蛋白纤维蛋白 是纤维蛋白原在生理条件下凝固而成的一种材料是纤维蛋白原在生理条件下凝固而成的一种材料。 纤维蛋白可用不同方法进行化学改性纤维蛋白可用不同方法进行化学改性，其中包括放射性碘化其中包括放射性碘化法法、与合成高分子进行接枝和在纤维蛋白上进行酶固定等与合成高分子进行接枝和在纤维蛋白上进行酶固定等。 纤维蛋白主要来源于血浆蛋白纤维蛋白主要来源于血浆蛋白，具有明显的血液和组织相容具有明显的血液和组织相容性性，无毒副作用和其他不良影响无毒副

28、作用和其他不良影响。作为止血剂作为止血剂、创伤愈合剂创伤愈合剂和可降解生物材料在临床上已经应用很久；其主要生理功能和可降解生物材料在临床上已经应用很久；其主要生理功能为止血为止血，另外还可明显促进创伤的愈合；还可作为一种骨架另外还可明显促进创伤的愈合；还可作为一种骨架，促进细胞的生长；并具有一定的杀菌作用促进细胞的生长；并具有一定的杀菌作用。 纤维蛋白在临床上常见的应用形式：纤维蛋白在临床上常见的应用形式： 纤维蛋白原的就地凝固纤维蛋白原的就地凝固，用于眼科手术的组织粘合剂用于眼科手术的组织粘合剂，肺切除后胸肺切除后胸腔填充物和外科手术中的止血腔填充物和外科手术中的止血 纤维蛋白粉末纤维蛋白粉

29、末，用作止血剂用作止血剂，可以与抗菌素共用可以与抗菌素共用，用作填充慢性骨用作填充慢性骨炎和骨髓炎手术后的骨缺损炎和骨髓炎手术后的骨缺损 纤维蛋白海绵纤维蛋白海绵，用作止血剂用作止血剂、扁平瘢的治疗和唾液腺外科手术后的扁平瘢的治疗和唾液腺外科手术后的填充物填充物 组织代用品组织代用品，用于关节成型术用于关节成型术、视网膜脱离视网膜脱离、眼外科治疗眼外科治疗、肝脏止肝脏止血及疝气修复等血及疝气修复等 纤维蛋白薄膜纤维蛋白薄膜，用于神经外科用于神经外科，替代硬脑膜和保护末梢神经缝线；替代硬脑膜和保护末梢神经缝线；用于烧伤治疗用于烧伤治疗，消除颌面窦和口腔间的穿孔消除颌面窦和口腔间的穿孔。 6.1.

30、2 天然多糖类材料天然多糖类材料 多糖是由许多单糖分子经失水缩聚多糖是由许多单糖分子经失水缩聚，通过糖苷键结合而成通过糖苷键结合而成的天然高分子化合物的天然高分子化合物。 均聚糖：多糖水解后只产生一种单糖均聚糖：多糖水解后只产生一种单糖，如纤维素如纤维素、淀粉淀粉 杂聚糖：水解产物是两种或两种以上的单糖杂聚糖：水解产物是两种或两种以上的单糖，如菊粉等如菊粉等。 自然界广泛存在的多糖主要有：自然界广泛存在的多糖主要有： 植物多糖植物多糖，如纤维素如纤维素、半纤维素半纤维素、淀粉淀粉、果胶等；果胶等； 动物多糖动物多糖，如甲壳素如甲壳素、壳聚糖壳聚糖、肝素肝素、硫酸软骨素等；硫酸软骨素等； 琼脂多

31、糖琼脂多糖，如琼脂如琼脂、海藻酸海藻酸、角叉藻聚糖等；角叉藻聚糖等； 菌类多糖菌类多糖，如如D-葡聚糖葡聚糖、D-半乳聚糖半乳聚糖、甘露聚糖等；甘露聚糖等； 微生物多糖微生物多糖，如右旋糖酐如右旋糖酐、凝乳糖凝乳糖、出芽短梗孢糖等出芽短梗孢糖等。 研究较多的多糖类材料为研究较多的多糖类材料为纤维素纤维素、甲壳素和壳聚糖甲壳素和壳聚糖。 6.1.2 天然多糖类材料天然多糖类材料纤维素纤维素 具有不同的构型和结晶形式具有不同的构型和结晶形式，是构成植物细胞壁的主要成是构成植物细胞壁的主要成分分，存在于自然界中数量最多的碳水化合物存在于自然界中数量最多的碳水化合物。结构复杂结构复杂，至今仍未被完全了

32、解至今仍未被完全了解。 天然的纤维素属于纤维天然的纤维素属于纤维型型，再生纤维素属于纤维再生纤维素属于纤维型型，后者结构更为稳定后者结构更为稳定。不同的天然纤维素其结晶度有明显差不同的天然纤维素其结晶度有明显差异异，随着结晶度的提高随着结晶度的提高，其抗张强度其抗张强度、硬度硬度、密度增加密度增加，但弹性但弹性、韧性韧性、膨胀性膨胀性、吸水性和化学反应性下降吸水性和化学反应性下降。 应用形式主要是制造各种医用膜：应用形式主要是制造各种医用膜： 硝酸纤维素膜：用于血液透析和过滤硝酸纤维素膜：用于血液透析和过滤，但由于制膜困难及不稳定等但由于制膜困难及不稳定等缺点缺点，已逐渐被其他材料取代已逐渐被

33、其他材料取代 粘胶纤维粘胶纤维(人造丝人造丝)或赛珞玢或赛珞玢(玻璃纸玻璃纸)管：用于透析管：用于透析，但由于含有磺化但由于含有磺化物及尿素物及尿素、肌酐的透析性不好等原因肌酐的透析性不好等原因，作为透析用的赛珞玢逐渐被作为透析用的赛珞玢逐渐被淘汰淘汰 再生纤维素再生纤维素(铜珞玢铜珞玢)：是目前人工肾使用较多的透析膜材料：是目前人工肾使用较多的透析膜材料，对溶质对溶质的传递的传递，纤维素膜起到筛网和微孔壁垒作用纤维素膜起到筛网和微孔壁垒作用 醋酸纤维素膜醋酸纤维素膜，主要用于血透析系统主要用于血透析系统 全氟代酰基纤维素：用于制造代膜式肺全氟代酰基纤维素：用于制造代膜式肺、人工心瓣膜人工心瓣

34、膜、人工细胞膜人工细胞膜层层，各种导管各种导管、插管和分流管等插管和分流管等 6.1.2 天然多糖类材料天然多糖类材料甲壳素甲壳素 化学名称为聚化学名称为聚N-乙酰乙酰-D葡萄糖胺葡萄糖胺，分子式为分子式为(C3H13NO5)n，属于氨基多糖属于氨基多糖，是仅有的具有明显碱性的天然多糖是仅有的具有明显碱性的天然多糖。 广泛存在于低等植物及甲壳动物的外壳中广泛存在于低等植物及甲壳动物的外壳中，每年生物合每年生物合成资源最高达成资源最高达1000亿吨亿吨，是地球上仅次于植物纤维的第是地球上仅次于植物纤维的第二大生物资源二大生物资源。 来源于动物的天然多糖来源于动物的天然多糖，普遍存在于虾普遍存在于

35、虾、蟹等低等动物蟹等低等动物及昆虫等节肢动物的外壳中及昆虫等节肢动物的外壳中。将甲壳动物的外壳通过酸将甲壳动物的外壳通过酸碱处理碱处理，脱去钙脱去钙、盐和蛋白质盐和蛋白质，即得到甲壳素即得到甲壳素。 被科学家誉为继蛋白质被科学家誉为继蛋白质、糖糖、脂肪脂肪、维生素维生素、矿物质以外矿物质以外的第六生命要素的第六生命要素。甲壳素有强化免疫甲壳素有强化免疫、降血糖降血糖、降血脂降血脂、降血压降血压、强化肝脏机能强化肝脏机能、活化细胞活化细胞、调节植物神经系统及调节植物神经系统及内分泌系统等功能内分泌系统等功能，还可作为保健材料还可作为保健材料，用于健康无害烟用于健康无害烟、护肤产品护肤产品、保健内

36、衣等保健内衣等。 作为医用生物材料可用于：作为医用生物材料可用于： 医用敷料：甲壳素具有良好的组织相容性医用敷料：甲壳素具有良好的组织相容性，可灭菌可灭菌、促进伤口愈合促进伤口愈合、吸收伤口渗出物且不脱水收缩吸收伤口渗出物且不脱水收缩 药物缓释剂：药物缓释剂： 基本为中性基本为中性，可与任何药物配伍可与任何药物配伍 止血棉止血棉、止血剂：在血管内注射高粘度甲壳素止血剂：在血管内注射高粘度甲壳素，可形成血栓口愈合可形成血栓口愈合剂剂，使血管闭塞使血管闭塞，从而在手术中达到止血目的从而在手术中达到止血目的，较注射明胶海绵等较注射明胶海绵等常规止血方法常规止血方法，操作容易操作容易，感染少感染少。

37、甲壳素缝线的电镜照片甲壳素缝线的电镜照片 甲壳素人工皮的电镜照片甲壳素人工皮的电镜照片 6.1.2 天然多糖类材料天然多糖类材料壳聚糖壳聚糖 是甲壳素去除部分乙酸基后的产物是甲壳素去除部分乙酸基后的产物(甲壳素的衍生物甲壳素的衍生物)，甲壳素继续用浓碱乙酸基化则得到壳聚糖甲壳素继续用浓碱乙酸基化则得到壳聚糖，具有一定的具有一定的粘度粘度，无毒无毒、无害无害、无副作用无副作用。 不溶于水和碱液不溶于水和碱液，但可溶于多种酸溶液中但可溶于多种酸溶液中。 可进行酯化可进行酯化、醚化醚化、氧化氧化、磺化以及接枝交联等反应对磺化以及接枝交联等反应对其进行改性其进行改性。特别是磺化产品特别是磺化产品，其结

38、构与肝素极其相似其结构与肝素极其相似，可作为肝素的代用品作抗凝剂可作为肝素的代用品作抗凝剂。 医学多上用于：医学多上用于： 可吸收性缝合线可吸收性缝合线，用于消化道和整形外科用于消化道和整形外科 人工皮人工皮，用于整形外科用于整形外科、皮肤外科皮肤外科，用于用于、度烧伤度烧伤，采采皮伤和植皮伤等皮伤和植皮伤等 细胞培养细胞培养，制备不同形状的微胶囊制备不同形状的微胶囊，培养高浓度细胞培养高浓度细胞，如包如包封的是活细胞封的是活细胞，则构成人工生物器官则构成人工生物器官 海绵海绵，用于拔牙患者用于拔牙患者 、囊肿切除囊肿切除、齿科切除部分的保护材料齿科切除部分的保护材料 眼科敷料眼科敷料，可生成

39、较多的成胶原和成纤维细胞可生成较多的成胶原和成纤维细胞 隐形眼镜隐形眼镜 膜膜，用于药物释放系统和组织引导再生材料用于药物释放系统和组织引导再生材料 固相酶载体固相酶载体 6.2 合成高分子生物材料合成高分子生物材料 迅速地取代了除了食品以外的许多宝贵天然资源迅速地取代了除了食品以外的许多宝贵天然资源。 利用聚合方法制备的一类生物材料利用聚合方法制备的一类生物材料。由于合成高分子可以由于合成高分子可以通过组成和结构控制而具有多种多样的物理和化学性质通过组成和结构控制而具有多种多样的物理和化学性质。 是一门新兴的边缘学科是一门新兴的边缘学科，合成高分子材料已成为制造各种合成高分子材料已成为制造各

40、种人工器官人工器官、软硬组织修复体软硬组织修复体、医用粘结剂医用粘结剂、缝合线缝合线、人造人造血液等的最主要的也是用量最大的生物材料血液等的最主要的也是用量最大的生物材料。 合成高分子材料的组成物合成高分子材料的组成物(单体单体，添加剂等添加剂等)可能向生物环可能向生物环境释放境释放，有可能导致毒性反应有可能导致毒性反应。 弹性模量低弹性模量低，不能用于承受较大负荷的体位修复不能用于承受较大负荷的体位修复。 可分为：可分为： 生物不可降解的：硅橡胶生物不可降解的：硅橡胶、聚氨酯聚氨酯、环氧树脂环氧树脂、聚氯聚氯乙烯乙烯、聚四氟乙烯聚四氟乙烯、聚乙烯聚乙烯、聚丙烯聚丙烯、聚甲基丙烯酸聚甲基丙烯酸

41、甲酯甲酯、丙烯酸酯水凝胶丙烯酸酯水凝胶、-氰基丙烯酸酯类氰基丙烯酸酯类、聚酸胺聚酸胺和饱和聚酯等和饱和聚酯等。 生物可降解的：聚乙烯醇生物可降解的：聚乙烯醇、聚乳酸聚乳酸、聚乙内酯聚乙内酯、乳酸乳酸-乙醇酸共聚物和聚乙醇酸共聚物和聚-羟基丁酸酯等羟基丁酸酯等。 6.2 合成高分子生物材料合成高分子生物材料硅橡胶硅橡胶 平均分子量平均分子量40万万，是含有硅原子的特种合成橡胶的总称是含有硅原子的特种合成橡胶的总称。 具有优异的生理特性：无毒无味具有优异的生理特性：无毒无味、生物相容性好生物相容性好、耐生物耐生物老化老化、较好的抗凝血性较好的抗凝血性、长期植入体内物理性能下降甚微长期植入体内物理性

42、能下降甚微、耐高温严寒耐高温严寒( -90 250)、良好的电绝缘性良好的电绝缘性、耐氧老化耐氧老化性性、耐光老化性以及防霉性耐光老化性以及防霉性、化学稳定性等化学稳定性等。 在医学上主要用于粘合剂在医学上主要用于粘合剂、导管导管、整形和修复外科整形和修复外科(人工人工关节关节、皮肤扩张皮肤扩张、烧伤的皮肤创面保护烧伤的皮肤创面保护、人工鼻梁人工鼻梁、人工人工耳廓和人工眼环耳廓和人工眼环)、缓释和控释等缓释和控释等。 防噪音耳塞：佩戴舒适防噪音耳塞：佩戴舒适，阻隔噪音阻隔噪音，保护耳膜保护耳膜。 胎头吸引器：操作简便胎头吸引器：操作简便，使用安全使用安全，可根据胎儿头部大小变形可根据胎儿头部大

43、小变形，吸吸引时胎儿头皮不会被吸起引时胎儿头皮不会被吸起，可避免头皮血肿和颅内损伤等弊病可避免头皮血肿和颅内损伤等弊病，能能大大减轻难产孕妇分娩时的痛苦大大减轻难产孕妇分娩时的痛苦。 人造血管：具有特殊的生理机能人造血管：具有特殊的生理机能，能做到与人体能做到与人体“亲密无间亲密无间”，人人的机体也不排斥它的机体也不排斥它，经过一定时间经过一定时间，就会与人体组织完全结合起来就会与人体组织完全结合起来，稳定性极为良好稳定性极为良好。 鼓膜修补片：其片薄而柔软鼓膜修补片：其片薄而柔软，光洁度和韧性都良好光洁度和韧性都良好。是修补耳膜的是修补耳膜的理想材料理想材料，且操作简便且操作简便，效果颇佳效

44、果颇佳。 此外还有硅橡胶人造气管此外还有硅橡胶人造气管、人造肺人造肺、人造骨人造骨、硅橡胶十二指肠管等硅橡胶十二指肠管等，功效都十分理想功效都十分理想。 硅橡胶硅橡胶医用导管类医用导管类 6.2 合成高分子生物材料合成高分子生物材料聚氨酯聚氨酯(PU，Polyurethane) 是聚醚是聚醚、聚酯和二异氰酸酯的总称聚酯和二异氰酸酯的总称。 具有良好的延伸性和抗挠曲性具有良好的延伸性和抗挠曲性，强度高强度高、耐磨损耐磨损，血液相血液相容性容性、抗血栓性能好抗血栓性能好，且不损伤血液成分且不损伤血液成分，使其在医疗领使其在医疗领域得到广泛应用域得到广泛应用。 主要用于人工心脏搏动膜主要用于人工心脏

45、搏动膜、心血管医学元件心血管医学元件、人工心脏人工心脏、辅助循环辅助循环、人工血管人工血管、体外循环血液路体外循环血液路、药物释放体系药物释放体系、缝合线与软组织粘合剂绷带缝合线与软组织粘合剂绷带、敷料敷料、吸血材料吸血材料、人工软骨人工软骨和血液净化器具的密封剂等和血液净化器具的密封剂等。 6.2 合成高分子生物材料合成高分子生物材料环氧树脂环氧树脂(Epoxy Resin) 基本特性是所用单体中至少含有一个环氧基团基本特性是所用单体中至少含有一个环氧基团。环氧基可环氧基可与含有与含有“活泼氢活泼氢”的化合物发生反应的化合物发生反应，因此可用适当的胺因此可用适当的胺或某些酸类催化作均聚反应或

46、某些酸类催化作均聚反应。 主要用途：与玻璃布一起用于骨折的开放性复位和固定主要用途：与玻璃布一起用于骨折的开放性复位和固定，粘合骨头加强髋关节髁粘合骨头加强髋关节髁，牙科充填材料牙科充填材料，电子起搏器与体电子起搏器与体液分开的保护层液分开的保护层(灌封灌封)。眼睑修补术和加固颅动脉瘤和脑眼睑修补术和加固颅动脉瘤和脑电极探针的绝缘等电极探针的绝缘等。 6.2合成高分子生物材料合成高分子生物材料聚氯乙烯聚氯乙烯(PVC，氯纶，氯纶) 是由单体氯乙烯聚合而成的合成树脂是由单体氯乙烯聚合而成的合成树脂，是用量最大的医用是用量最大的医用高分子材料高分子材料。 原料丰富原料丰富、聚合容易聚合容易、抗凝血

47、性能良好抗凝血性能良好，但耐热性不高但耐热性不高(70)。通过添加物的应用可使改变为具有可屈挠性能通过添加物的应用可使改变为具有可屈挠性能。 在医学中用量最大的是制作塑料输血输液袋在医学中用量最大的是制作塑料输血输液袋，可提高红细可提高红细胞和血小板的生存率；还可用于医用导管胞和血小板的生存率；还可用于医用导管、人工输尿管人工输尿管、胆管和心脏瓣膜胆管和心脏瓣膜、血泵隔膜血泵隔膜、增补面部组织增补面部组织、青光眼引流青光眼引流管和中耳孔等管和中耳孔等。软质软质PVC的毒性问题仍有争议的毒性问题仍有争议，目前只能目前只能用于制造与人体短期接触的制品用于制造与人体短期接触的制品。 聚氯乙烯树脂聚氯

48、乙烯树脂 6.2合成高分子生物材料合成高分子生物材料聚四氟乙烯聚四氟乙烯(PTFE) 又名泰氟隆又名泰氟隆(Teflon)，热塑性塑料热塑性塑料，最好的耐高温塑料最好的耐高温塑料，结晶结晶熔点高达熔点高达327，几乎完全是化学惰性的几乎完全是化学惰性的，具有自润滑性或具有自润滑性或非粘性非粘性，不易被组织液浸润不易被组织液浸润。 主要用于人工输尿管主要用于人工输尿管、胆管胆管、气管气管、喉喉、韧带和肌腱韧带和肌腱、人工人工血液血液、人工心脏瓣膜人工心脏瓣膜、下颌骨下颌骨、髋关节和皮肤髋关节和皮肤、增强皮肤增强皮肤、修复眼眶骨修复眼眶骨、组织引导再生材料组织引导再生材料、人工血管人工血管、涤纶缝

49、线和涂涤纶缝线和涂层层、外科用引流管及插管外科用引流管及插管、巩膜的系扣和在耳鼻手术上作为巩膜的系扣和在耳鼻手术上作为插入的薄膜以防止粘连；食管扩张器插入的薄膜以防止粘连；食管扩张器、心脏瓣膜的缝合环心脏瓣膜的缝合环、血液相容性丝绒血液相容性丝绒、修补肺动脉和室间隔的缺损修补肺动脉和室间隔的缺损、血管闭塞物血管闭塞物、缝线及动脉修补缝线及动脉修补、包裹动脉癌及内淋巴液分流器等包裹动脉癌及内淋巴液分流器等。 6.2 合成高分子生物材料合成高分子生物材料聚甲基丙烯酸甲聚甲基丙烯酸甲酯酯(PMMA) 又称有机玻璃又称有机玻璃，属于丙烯酸类塑料属于丙烯酸类塑料，是目前塑料中透明度最好的一种是目前塑料中

50、透明度最好的一种。具有良好的生物相容性具有良好的生物相容性、耐老化性耐老化性，机械强度较高机械强度较高。 用于剜出后的植入物用于剜出后的植入物、隐形眼镜隐形眼镜、可植入透镜可植入透镜、人工角膜和假牙人工角膜和假牙、人工人工喉喉、食管和腕骨食管和腕骨、闭塞器闭塞器、喉支持膜喉支持膜、牙科夹板牙科夹板、气管切开导管和吻合气管切开导管和吻合钮钮、鼻窦的植入性引管鼻窦的植入性引管、经皮装置和用于实验的标本箱及人工器官外壳经皮装置和用于实验的标本箱及人工器官外壳等；增补面部的软和硬组织等；增补面部的软和硬组织，特别是修补眼窝的爆裂骨折；颅骨缺损时特别是修补眼窝的爆裂骨折；颅骨缺损时的替代骨片；充填乳突切

51、除后的遗留腔隙；听小骨部分的替代物和脊椎的替代骨片；充填乳突切除后的遗留腔隙；听小骨部分的替代物和脊椎鼓节段的固定鼓节段的固定，颅内动脉瘤的加固和充填静脉瘤囊以使之稳定颅内动脉瘤的加固和充填静脉瘤囊以使之稳定，牙科某牙科某些直接充填树脂的基础等些直接充填树脂的基础等。 PMMA人工晶体人工晶体 丙烯酸酯折叠人工晶体丙烯酸酯折叠人工晶体 7 其他生物医学材料其他生物医学材料 7.1 无机生物医学材料无机生物医学材料 18世纪初开始应用世纪初开始应用。无毒无毒、与生物体组织有良好的生物相与生物体组织有良好的生物相容性容性、耐腐蚀耐腐蚀。 包括生物陶瓷包括生物陶瓷、生物玻璃和碳素材料三大类生物玻璃和

52、碳素材料三大类，主要用于齿主要用于齿科科、骨科修复和植入材料骨科修复和植入材料。 基本都是脆性材料基本都是脆性材料，容易破裂容易破裂，发展方向应向开发复合发展方向应向开发复合(多相多相)生物材料以及在金属基体上加涂无机生物陶瓷涂层生物材料以及在金属基体上加涂无机生物陶瓷涂层(薄膜薄膜)材料的方面材料的方面。 7.1无机生物医学材料无机生物医学材料生物陶瓷生物陶瓷 有各种不同的化学成分有各种不同的化学成分，根据其在生理环境中的化学活性根据其在生理环境中的化学活性和性质可分为四类：和性质可分为四类： 近似于惰性：三氧化二铝近似于惰性：三氧化二铝、氧化锆等氧化物生物陶瓷氧化锆等氧化物生物陶瓷，Si3

53、N4、钛钛酸钡等非氧化物生物陶瓷以及医用碳素等酸钡等非氧化物生物陶瓷以及医用碳素等，这类材料长期暴露于这类材料长期暴露于生理环境下能保持稳定生理环境下能保持稳定。 表面活性：羟基磷灰石生物活性陶瓷和生物活性玻璃陶瓷表面活性：羟基磷灰石生物活性陶瓷和生物活性玻璃陶瓷，在生在生理环境中可通过其表面发生的生物化学反应与组织形成化学键性理环境中可通过其表面发生的生物化学反应与组织形成化学键性结合结合，起到了适合新生骨沉积的生理支架作用起到了适合新生骨沉积的生理支架作用，也就是所谓的也就是所谓的“骨引导骨引导”和和“骨传导骨传导”作用作用。 可吸收性：如石膏可吸收性：如石膏、磷酸三钙陶瓷磷酸三钙陶瓷，在

54、生理环境中可逐渐被在生理环境中可逐渐被降解吸收降解吸收，诱导骨质生长诱导骨质生长，并随之被新组织所替代并随之被新组织所替代，从而达从而达到修复或替换病损组织的目的到修复或替换病损组织的目的 。 复合型：生物陶瓷与生物陶瓷或与其他无机材料复合型：生物陶瓷与生物陶瓷或与其他无机材料、有机材料有机材料复合而成的复合型材料复合而成的复合型材料。根据临床的不同要求可以制成不同根据临床的不同要求可以制成不同类型的复合材料类型的复合材料。 在临床上生物陶瓷主要用于肌肉一骨骼系统的修复和在临床上生物陶瓷主要用于肌肉一骨骼系统的修复和替换替换，也可用于心血管系统的修复也可用于心血管系统的修复、制作药物释放和制作

55、药物释放和传递的载体传递的载体。复合型的生物陶瓷还可以用于制造人工复合型的生物陶瓷还可以用于制造人工腱和韧带等腱和韧带等。 Al2O3-金属组合全髋关节金属组合全髋关节 7.1 无机生物医学材料无机生物医学材料生物玻璃生物玻璃 是经特别设计的化学组成可诱发生物活性的含氧化硅化合是经特别设计的化学组成可诱发生物活性的含氧化硅化合物物。一般把原料粉末按成分要求配比混合均匀一般把原料粉末按成分要求配比混合均匀，将粉末在将粉末在高温炉内熔化高温炉内熔化，再将融化好的玻璃浇注成型再将融化好的玻璃浇注成型(板板、条条、块块等形状等形状)，然后在适当温度进行退火处理然后在适当温度进行退火处理(消除应力消除应

56、力)，即可即可得到玻璃得到玻璃。 如将某些玻璃在适当的高温进行晶化处理如将某些玻璃在适当的高温进行晶化处理，则玻璃中可析则玻璃中可析出大量微小晶体出大量微小晶体，这样的玻璃称为微晶玻璃这样的玻璃称为微晶玻璃、结晶化玻璃结晶化玻璃或玻璃陶瓷或玻璃陶瓷。 生物玻璃材料大致可分为两类：非活性的近似惰性的和生生物玻璃材料大致可分为两类：非活性的近似惰性的和生物活性的物活性的。 在非活性生物玻璃及生物玻璃陶瓷中包括：在非活性生物玻璃及生物玻璃陶瓷中包括： 人工骨用生物医学玻璃人工骨用生物医学玻璃，它具有良好的耐酸碱腐蚀特性它具有良好的耐酸碱腐蚀特性、生物相生物相容性和耐磨性能；容性和耐磨性能； 治疗用生

57、物医学玻璃治疗用生物医学玻璃，可埋入肿瘤部位可埋入肿瘤部位，通过在磁场下发热的特通过在磁场下发热的特性或其内部的同位素放出的射线杀死癌细胞性或其内部的同位素放出的射线杀死癌细胞，也有良好的生物相也有良好的生物相容性；容性； 人工齿冠用生物医学玻璃陶瓷人工齿冠用生物医学玻璃陶瓷，具有制作容易具有制作容易、审美性高审美性高、强度强度高高、适应性好适应性好、生物相容性好生物相容性好、类似天然齿等优点类似天然齿等优点。 7.1 无机生物医学材料无机生物医学材料碳素材料碳素材料 作为生物医学使用的各种碳素及其复合材料作为生物医学使用的各种碳素及其复合材料 具有极好的抗血栓性具有极好的抗血栓性，主要有三种

58、：玻璃碳主要有三种：玻璃碳、低温各向同低温各向同性碳和超低温各向同性碳性碳和超低温各向同性碳。这三种碳在生理环境中化学性这三种碳在生理环境中化学性质稳定质稳定，也不发生疲劳破坏也不发生疲劳破坏，是生物相容性非常好的一类是生物相容性非常好的一类惰性材料惰性材料。它的最大优点是血液相容性好它的最大优点是血液相容性好，不可渗透性不可渗透性，再加上优良的力学性能再加上优良的力学性能，使其在医学上得到广泛使用使其在医学上得到广泛使用。 主要用于制造心血管修复体的重要材料主要用于制造心血管修复体的重要材料、人工骨人工骨、人工牙人工牙根根、肌腱和人工韧带等肌腱和人工韧带等，还可用于人工软骨还可用于人工软骨、

59、人工中耳人工中耳、人工关节运动磨损表面作为减磨涂层和血液净化等人工关节运动磨损表面作为减磨涂层和血液净化等。尤其尤其是它的较高的抗血栓性是它的较高的抗血栓性、耐磨性耐磨性、低比重和长期使用不劣低比重和长期使用不劣化等性能化等性能，使碳素材料几乎是目前唯一可选用的人工心脏使碳素材料几乎是目前唯一可选用的人工心脏瓣膜材料瓣膜材料。 7.2 杂化生物材料杂化生物材料 是由活体材料和非活体材料组成的复合体是由活体材料和非活体材料组成的复合体。它主要包括合成材料与它主要包括合成材料与生物体高分子材料或与细胞的杂化生物体高分子材料或与细胞的杂化。从广义上讲从广义上讲，它包括所有的人它包括所有的人工材料与生

60、物体高分子和生理活性物质的杂化工材料与生物体高分子和生理活性物质的杂化。例如：例如： 胶原胶原/聚乙烯醇杂化材料聚乙烯醇杂化材料，可增进组织细胞的增殖可增进组织细胞的增殖 胶原胶原/葡萄糖膜上被覆一层硅橡胶可作为人工皮使用葡萄糖膜上被覆一层硅橡胶可作为人工皮使用 杂化生物材料主要包括三类：杂化生物材料主要包括三类： 用于组织结构材料的多糖类等生理活性物质杂化材料用于组织结构材料的多糖类等生理活性物质杂化材料 以固定酶为代表的功能性杂化材料以固定酶为代表的功能性杂化材料 杂化细胞杂化细胞 7.3 纳米医学材料纳米医学材料 1纳米纳米( Nanometre，nm)=10-9米米。 纳米科学技术纳米

61、科学技术(NanoST)：在纳米级微观环境下工作：在纳米级微观环境下工作，它是一种操纵原子它是一种操纵原子、分子或原子团和分子团使其形成分子或原子团和分子团使其形成所需要物质所需要物质，以以0.1到到100nm的空间尺度范围作为研究的空间尺度范围作为研究与应用的对象与应用的对象，研究其内在规律与特点研究其内在规律与特点，并运用这些并运用这些特性制造具有特定功能的物品与设备的一项高新科学特性制造具有特定功能的物品与设备的一项高新科学技术技术。许多特性许多特性，如纳米尺度的生物大分子能导电如纳米尺度的生物大分子能导电、纳米微粒的抗菌作用等只有在纳米级时才可显现出来纳米微粒的抗菌作用等只有在纳米级时

62、才可显现出来。 纳米聚酯纳米聚酯 纳米技术是于纳米技术是于20世纪世纪90年代发展起来的年代发展起来的。 纳米材料的独特性能在于它的小尺寸效应纳米材料的独特性能在于它的小尺寸效应、界面效应和纳界面效应和纳米结构单元之间的交互作用米结构单元之间的交互作用。 纳米陶瓷材料用于人工骨关节纳米陶瓷材料用于人工骨关节、牙齿修复牙齿修复、耳骨修复等耳骨修复等，其强度其强度、韧性韧性、硬度以及超塑性都有显著提高硬度以及超塑性都有显著提高。 新型纳米抗炎敷料新型纳米抗炎敷料，表面结构发生根本性变化表面结构发生根本性变化，面积显面积显著增大著增大，杀菌效果增加百倍以上杀菌效果增加百倍以上。 利用纳米技术的利用纳

63、米技术的DNA复制与自我生长复制与自我生长、自我制造机理自我制造机理，可研制出有生物相容性的各种人体器官和骨骼修复剂与可研制出有生物相容性的各种人体器官和骨骼修复剂与自生长材料自生长材料、人血代用品等人血代用品等。 利用纳米薄层能分解有机物利用纳米薄层能分解有机物、抑制细菌滋生的自我清洁抑制细菌滋生的自我清洁特性可制成各种无菌器械用于临床特性可制成各种无菌器械用于临床。 在医疗保健领域在医疗保健领域，用掺入多种微量矿物质元素的微元化用掺入多种微量矿物质元素的微元化纤维及陶瓷纤维等纳米材料纤维及陶瓷纤维等纳米材料，可制成衣物可制成衣物、垫料等垫料等，有有助于关节炎等病症的治疗助于关节炎等病症的治

64、疗、屏蔽电磁波能量屏蔽电磁波能量，保障人体保障人体不受侵害不受侵害。 加入了纳米材料的食品还可杀菌并提高胃肠吸收能力加入了纳米材料的食品还可杀菌并提高胃肠吸收能力。 8 生物材料的发展趋势生物材料的发展趋势 生物材料的开发和研究已逐步转向生物材料的开发和研究已逐步转向 复合型复合型 杂化型杂化型 功能型：在生理环境下表现为特殊功能的材料功能型：在生理环境下表现为特殊功能的材料，形状记忆材料形状记忆材料，组组织引导再生织引导再生(Guided Tissue Regeneration，GTR)材料材料。 智能型：能模仿生命系统智能型：能模仿生命系统，同时具有感知和驱动双重功能的材料同时具有感知和驱

65、动双重功能的材料。感知感知、反馈和响应是该材料的三大要素反馈和响应是该材料的三大要素。将高新技术将高新技术、传感器和执传感器和执行元件与传统材料结合在一起行元件与传统材料结合在一起，赋予材料新的性能赋予材料新的性能，使无生命的材使无生命的材料具有越来越多的生物特性料具有越来越多的生物特性。 提高材料的生物相容性提高材料的生物相容性，更适应人体生理的需要更适应人体生理的需要。 南方医科大学生物医学工程学院 周凌宏 人工器官 1 概述概述 定义：定义：用于模拟人体器官的结构和功能用于模拟人体器官的结构和功能，用人用人工材料和电子技术制成工材料和电子技术制成，部分或全部替代人体部分或全部替代人体自然

66、器官功能的机械装置和电子装置自然器官功能的机械装置和电子装置。 当人体器官病损而用常规方法不能医治时当人体器官病损而用常规方法不能医治时，有有可能给病人使用一个人工制造的器官来取代或可能给病人使用一个人工制造的器官来取代或部分取代病损的自然器官部分取代病损的自然器官，补偿或修复或辅助补偿或修复或辅助其功能其功能。 发展发展：20世纪世纪80年代以来年代以来，人工器官的研究和应用人工器官的研究和应用迅速发展迅速发展。到目前为止到目前为止，人体除大脑尚无人工大脑人体除大脑尚无人工大脑替代外替代外，几乎人体各个器官都在进行人工模拟研制几乎人体各个器官都在进行人工模拟研制中中，其中有不少人工器官已成功地用于临床其中有不少人工器官已成功地用于临床。 特点特点：人工器官是多种学科研究的结晶：人工器官是多种学科研究的结晶，是生物医是生物医学材料学材料、生物力学生物力学、组织工程学组织工程学、电子学电子学(包括计算包括计算机机)特别是微电子学以及临床医学相结合的多学科的特别是微电子学以及临床医学相结合的多学科的交叉学科交叉学科。 人工器官按功能分为人工器官按功能分为11类：类： (1) 支持支持运动功