第10章 生物材料-new

第十章生物材料《新材料概论》第10章生物材料ContentsIIIIIIIVⅤ§10.1概述生物材料(biomaterials)：用于与生命系统接触和发生相互作用的，并能对其细胞、组织和器官进行诊断治疗、替换修复或诱导再生的一类天然或人工合成的特殊功能材料，又称生物医用材料。交叉学科，材料科学、生命科学、化学、生物学、解剖学、病理学、临床医学、药物学等学科生物医学材料的发展VIVIIIIIIIVVII前5000年，黄金修复失牙前3500年，古埃及人就开始利用棉纤维、马鬃作缝合线缝合伤口前2500年，中国和埃及出现了假手、假鼻、假耳等人工假体1851年发明天然橡胶的硫化方法后，开始利用天然高分子硬橡木制作人工牙托和颚骨进行临床治疗1892年，用硫酸钙填充骨缺损，这是陶瓷材料植入人体的最早实例1926年，含18%铬和8%镍首先应与于骨科治疗，随后应与于口腔科20世纪60年代初，陶瓷开始应用于生物材料§10.1.1生物材料分类按材料属性按材料功能按材料来源按使用部位§10.1.2生物材料特征与评价任何一种生物材料，除了应具有必要的理化性能外，还需要满足在生理环境下工作的生物学要求，即有良好的生物相容性。这也是生物材料区别于其他材料的基本特征。宿主反应与材料反应生物相容性由体液构成体液是质量分数约1%的氯化钠和少量其它盐类及有机化合物的电解质溶液，37℃。人体体液环境多种多样在人体的不同部位，甚至同一部位不同时刻，人体组织内体液的成分不一样。电解质溶液电化学腐蚀的基本规律对人体环境中的植入材料的腐蚀完全适用。§10.1.2生物材料特征与评价宿主反应：机体组织与生物活体系统对材料的反应。§10.1.2生物材料特征与评价材料反应：材料对机体生理环境作用的反应。§10.1.2生物材料特征与评价对生物材料的要求是：⑴对于人体组织无刺激性，无毒副作用，无致癌性。⑵接触人体各种体液（唾液、淋巴液、血液）时，应有良好的耐蚀性。唾液、血液、间质液都是以Clˉ、Na+、K+离子为主的电解质溶液，生物材料在这种溶液中应不发生反应、腐蚀和变质。玻璃钢人工颅盖骨高分子与钛合金人造髋骨§10.1.2生物材料特征与评价⑶具有必要的强度、耐磨性和耐疲劳性能。如髋关节在静止状态承受体重的二分之一，水平步行时承受的重量为静止时的3.3倍，而跑步时则为4倍以上。此外,每步行一公里大约活动1000次，按照一般的生活情况,每年大约承受1×106~3×106次重复负荷的作用。§10.1.2生物材料特征与评价⑷与生物体组织、与血液有相容性不会引起凝血，与软硬组织有良好的粘接性，不会产生吸收物和沉淀物。Ti-O薄膜表面血小板的形态(好)Ti-O薄膜表面血小板的形态(差)§10.1.2生物材料特征与评价§10.2硬组织相容性材料人工关节生物金属材料生物陶瓷材料1890年，Gluck首先应用象牙制造下颌关节；1938年，Wiles用不锈钢作髋臼与股骨头；而后Moor开展了人工股骨节置换术；1940年Wder兄弟用合成树脂制造人工关节；1951年开始全髋人工关节置换术。1952年Habowsh用固定牙的丙烯酸脂固定人工髓关节，由此合成树脂开始用于人工关节与骨的结合。1958年Charnhey根据重体环境滑润理论，用聚四氟乙烯髋臼和金属股骨头制成低磨擦的人工关节，接着在1962年，Charnley把高密度聚乙烯髋臼和直径为22毫米的金属股骨头组成全髋人工关节，并用骨水泥（甲基丙烯酸脂）固定，获得较满意的效果。进入实际应用的新。迄今已研制出膝、髋、肘、肩、指、趾关节假体用于临床。欧美等发达国家每年仅全髋置换已超过80万例.我国人工关节置换术达25万例.§10.2.1人工关节髋关节§10.2.1人工关节人工髋关节§10.2.1人工关节Simulatortesting5kN230§10.2.1人工关节磨损病因无菌松动是人工关节置换术后最常见的并发症和最终失效的主要因素。磨损产物—磨屑是导致无菌松动的原因。人工关节长期使用后，一方面磨损后影响置换关节的装配性能；更重要的是产生大量磨屑，其中较小的磨屑被组织细胞吞噬，较大的磨屑被组织细胞包绕。从而使组织细胞激活，并分泌大量溶滑性因子，引起骨溶解，导致人工关节松动。而松动的人工关节又加重了磨损，产生更多的磨屑，形成恶性循环，最终使置换关节失效§10.2.1人工关节硬组织相容性材料①：金属医用金属材料是指一类用作生物材料的金属或合金，又称外科用金属材料。医用金属材料常作为受力器件在人体内“服役”，如人工关节、人工椎体、骨折内固定钢板、螺钉、骨针、牙种植体等。§10.2.2医用金属材料硬组织相容性材料①：金属它是一类生物惰性材料，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，还必须具有优良的抗生理腐蚀性、生物相容性、无毒性和简易可行及确切的手术操作技术。人体骨的强度虽然并不很高，如股骨头的抗压强度仅为143MPa，但具有较低的弹性模量；股骨头纵向弹性模量约为13.8GPa，径向弹性模量为纵向的1/3，因此允许较大的应变，其断裂韧性较高。与人体骨相反、生物医用金属材料高的弹性模量，一般高出人体骨一个数量级，即使模量较低的钛合金也高出入体骨的4-5倍，加之材料不能自行调节状态，因此，材料可能在冲击载荷下发生断裂，如人工髋关节柄部折断。要避免断裂发生，通常要求材料的强度高于入骨的3倍以上。此外还应有较高的疲劳强度和断裂韧性。§10.2.2医用金属材料铁基耐蚀合金（一般由铁、铬、镍、钼、锰、硅组成），易加工、价格低廉。不锈钢按其组织相的特点可分为马氏体型、铁素体型、沉淀硬化型和奥氏体型不锈钢；奥氏体型不锈钢因具有良好的耐蚀性能和综合的力学性能而得到广泛的临床应用；其中应用最多的是奥氏体超低碳316L和317L不锈钢。不锈钢§10.2.2医用金属材料不锈钢§10.2.2医用金属材料表10-2几种主要医用奥氏体不锈钢的组成(％)与性能不锈钢骨钉§10.2.2医用金属材料不锈钢器件植入体内----生理腐蚀和磨蚀----金属离子溶出----进入组织液----引起机体不良反应铁----与血红细胞结合可形成铁血黄素；铬----能与机体内的丝蛋白结合；镍----过量富集有可能诱发肿瘤的形成；钒----具有很强的细胞毒性。医用不锈钢的小量腐蚀不会引起组织的明显变化，但量大时会引起水肿、感染、组织坏死或过敏反应。因此必须严格控制医用不锈钢在体内的金属离子溶出。不锈钢的耐蚀性和屈服强度可以通过冷加工而提高，避免疲劳断裂。一般不锈钢制成多种形体，如针、钉、髓内针、齿冠、三棱钉等器件和人工假体而用于临床，不锈钢还用于制作各种医疗仪器和手术器械。不锈钢§10.2.2医用金属材料钴基合金含有较高的铬和钼，又称钴铬钼合金，具有极为优异的耐腐蚀性和耐磨性，综合力学性能和生物相容性良好。§10.2.2医用金属材料表10-3典型钴基合金的性能钴基合金耐蚀性比不锈钢强数10倍，硬度比不锈钢高1/3；在人体内多保持钝化状态，很少见腐蚀现象；临床上主要用于人工关节，人工骨及骨科内处固定器件的制造，齿科修复中的义齿，各种铸造冠、嵌体及固定桥的制造，心血管外科及整形科等。由于其价格较高，加工困难，应用尚不普及。CoCrMo合金制股骨帽§10.2.2医用金属材料密度较小，为4.5g／cm3，几乎仅为铁基和钴基合金的一半（眼镜架）；其比强度高，弹性模量低，生物力学相容性较好；生物相容性、耐腐蚀性和抗疲劳性能都优于不锈钢和钴基合金，成为最有发展前景的医用材料之一。最常用的TC4(Ti6A14V)钛基合金§10.2.2医用金属材料表8-2Ti6A14V合金成分与性能(退火)为改善耐磨性能，可将钛制品表面进行高温离子氮化及应用离子注入技术处理，通过引起晶格畸变，使制品表面呈压应力状态，从而提高硬度和耐磨性。离子氮化后的纯钛及钛合金硬度分别提高7倍和2倍，纯钛的磨损率降低到原来的l/2，钛合金降低到原来的1/6；氮化后钛材的年腐蚀率是非氮化的1/3。钛基合金§10.2.2医用金属材料为改善钛合金与骨组织的结合性，可采用等离子喷涂和烧结法在钛合金基材表面上涂多孔纯钛或Ti6A14V合金涂层，有利于新骨组织长入形成机械性结合。80年代又开发了钛合金表面等离子喷涂羟基磷灰石陶瓷除层的技术，使钛合金表面具有生物活性，成功用于钛种植牙根和人工关节柄部（图10-10），提高了植入物与骨组织的结合强度。钛基合金§10.2.2医用金属材料图10-10钛合金表面等离子喷涂羟基磷灰石陶瓷除层人工髋关节近年来又开发了在钛合金表面等离子喷涂生物活性梯度涂层的研究，在基体与羟基磷灰石涂层之间形成—个化学组成梯度变化的过渡区域，大大降低了界面处的应力梯度，若再将涂层在真空下进行热处理，可使涂层晶化程度大大提高，涂层与过渡层及基体间发生复杂的化学反应，生成新相，形成化学键结合，大大提高涂层与基体的结合强度，增强涂层的抗侵蚀能力。钛基合金§10.2.2医用金属材料图10-11生物活性涂层形貌§10.2.2医用金属材料钛基合金图10-12网格状钛镍合金超弹性食道支架图10-13超弹性牙弓丝18世纪初开始应用。无毒、与生物体组织有良好的生物相容性、耐腐蚀。包括生物陶瓷、生物玻璃和碳素材料三大类，主要用于齿科、骨科修复和植入材料。基本都是脆性材料，容易破裂，发展方向应向开发复合（多相）生物材料以及在金属基体上加涂无机生物陶瓷涂层（薄膜）材料的方面引导。羟基磷灰石生物陶瓷生物陶瓷§10.2.3医用陶瓷材料生物陶瓷有各种不同的化学成分，根据其在生理环境中的化学活性和性质可分为四类：生物陶瓷近似于惰性表面活性可吸收§10.2.3医用陶瓷材料包括Al2O3、ZrO等氧化物生物陶瓷，以及Si3N4、钛酸钡等非氧化物生物陶瓷等，这类材料长期暴露于生理环境下能保持稳定。惰性生物陶瓷——氧化铝§10.2.3医用陶瓷材料表10-5单晶和多晶氧化铝生物陶瓷的主要性能表10-5单晶和多晶氧化铝生物陶瓷的主要性能多晶氧化铝陶瓷硬度高，摩擦系数小、磨损率低，其中摩擦系数与磨损率随水蒸气压升高而降低，故最适用于人工关节头和臼等承受摩擦力作用部位的修复。单晶氧化铝是采用纯度为99.99％的γ-Al2O3，俗称宝石。单晶氧化铝结构完整，无脆弱的晶界相，在应力作用下不易出现微裂纹和裂纹扩展，因而表现出很高的强度和良好的耐酸性和生物相容性惰性生物陶瓷——氧化铝图10-15氧化铝陶瓷假牙氧化锆烤瓷假牙§10.2.3医用陶瓷材料图10-16氧化铝陶瓷人工髋关节氧化铝生物陶瓷在生理环境中基本上不发生腐蚀和溶解，具有良好的生物相容性。致密的氧化铝生物陶瓷与机体组织之间的结合属于形态性结合，即依靠组织长入材料表面凹凸不平的位置而实现的一种机械锁合。羟基磷灰石[化学式：Ca10(PO4)6(OH)2]生物活性陶瓷和生物活性玻璃陶瓷，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结合，起到了适合新生骨沉积的生理支架作用，也就是所谓的“骨引导”和“骨传导”作用。生物活性陶瓷§10.2.3医用陶瓷材料如石膏、磷酸三钙陶瓷，在生理环境中可逐渐被降解吸收，诱导骨质生长，并随之被新组织所替代，从而达到修复或替换病损组织的目的。可吸收性生物陶瓷§10.2.3医用陶瓷材料生物陶瓷与生物陶瓷或与其他无机材料、有机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类型的复合材料。复合型生物陶瓷§10.2.3医用陶瓷材料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。一般把原料粉末按成分要求配比混合均匀，将粉末在高温炉内熔化，再将融化好的玻璃浇注成型（板、条、块等形状），然后在适当温度进行退火处理（消除应力），即可得到玻璃。如将某些玻璃在适当的高温进行晶化处理，则玻璃中可析出大量微小晶体，这样的玻璃称为微晶玻璃、结晶化玻璃或玻璃陶瓷。生物玻璃材料也可大致分为两类：非活性的近似惰性的和生物活性的。生物玻璃§10.2.3医用陶瓷材料非活性生物玻璃及生物玻璃陶瓷包括：人工骨用生物医学玻璃，它具有良好的耐酸碱腐蚀特性、生物相容性和耐磨性能；治疗用生物医学玻璃，可埋入肿瘤部位，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，也有良好的生物相容性；人工齿冠用生物医学玻璃陶瓷，具有制作容易、审美性高、强度高、适应性好、生物相容性好、类似天然齿等优点。非活性生物玻璃§10.2.3医用陶瓷材料活性生物玻璃及生物玻璃陶瓷，通常要求SiO2的含量低于60%，同时含有Na2O以及CaO／P2O5。这种材料生物相容性好，植入体内后能在界面上通过一系列离子交换和溶解—沉淀反应，在其表面形成磷灰石晶体，残留下的玻璃被巨嗜细胞侵蚀，玻璃表面被基质类物质覆盖，玻璃附近的软骨芽细胞和造骨细胞的增殖趋于活跃，不久就形成了骨胶原纤维和磷灰石结晶，从而和软组织及组织成骨键合，骨组织和软组织很容易在其表面生长，其生物活性主要与化学组成相关。这种材料强度低，断裂韧性差，主要用于非承力的骨、指骨、牙齿等，也可作为钛合金牙种植体的表面涂层。活性生物玻璃§10.2.3医用陶瓷材料指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，作为生物医学材料使用的主要有三种：玻璃碳、低温各向同性碳和超低温各向同性碳。这三种碳在生理环境中化学性质稳定，也不发生疲劳破坏，是生物相容性非常好的一类惰性材料。它的最大优点是血液相容性好，不可渗透性，再加上优良的力学性能，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、人工骨、人工牙根、肌腱和人工韧带等，还可用于人工软骨、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。尤其是它的较高的抗血栓性、耐磨性、低比重和长期使用不劣化等性能，使碳素材料几乎是目前唯一可选用的人工心脏瓣膜材料。碳素材料§10.2.3医用陶瓷材料§10.3软组织相容性材料软组织相容性材料有两类。一类是非结合性的，如接触式镜片材料，要求材料对周围组织无刺激性和毒副作用。另一类是结合性的，如人工皮肤、人工心脏等，要求材料与周围组织有一定的黏结性，并且不产生毒副反应。§10.3软组织相容性材料人工皮肤人工晶体人造皮肤人造皮肤是利用工程学和细胞生物学的原理和方法，在体外人工研制的皮肤代用品，用来修复、替代缺损的皮肤组织。§10.3.1人造皮肤人工皮的种类很多，临床效果比较好的是复合层人工皮，其内层为网状聚氨酯海绵，能吸收创面体液并促使渗出的血液凝固，外层是微孔聚丙烯薄膜，能透过气体和水汽，细菌不能进入，这种人工皮来源广、无抗原性，缺点是弹性差。水凝胶类人工皮又称冻胶，是亲水性聚合物或水溶胀性聚合物，其粘附性能较好。例如,氧化乙烯-氧化丙烯的共聚物凝胶可先制成溶液；将溶液涂在创面上于人造皮肤体温下固化为人工皮。这种凝胶含水量达80%，能帮助维持体液平衡，加入消炎药和维生素等药物后还能促进创面愈合。§10.3.1人造皮肤§10.3.1人造皮肤§10.3.1人造皮肤§10.3.1人造皮肤人造皮肤临床应用效果较好的人工皮肤大多是复合结构的；外层材料多选用硅橡胶、聚氨酯、聚乙烯醇等薄膜，其表面微孔较小，具有屏障作用，可防止蛋白质、电解质的丢失和细菌的侵入，并可控制水分的蒸发；内层材料多选用各种胶原蛋白薄膜或绒片，尼龙或涤纶纤维织物，其表面较粗糙，微孔较大，有利于创面肉芽组织，成纤维细胞的长人，增加贴附力，防止皮下积液。胶原蛋白能增加对组织的贴附性，又能降解吸收。§10.3.1人造皮肤人造皮肤活性人工皮肤不仅包覆在创伤表面，保护创面，防毒，杀菌，促进皮肤的恢复和生长，而且组织支架材料中的活性细胞还能诱导分化细胞，使活性人工皮肤能完全永久地代替已损伤和丧失的皮肤。细胞生长活性材料不仅限于明胶、胶原等蛋白类，同时还选用丝素和合成蛋白或改性蛋白，以及改性甲壳素、蛋白多糖和糖蛋白等天然和合成的天然材料。更注重选用可降解的材料，如聚乳酸、聚乙交酯等，它们都可降解，有一定的生物活性并可在皮肤修复后，被人体降解吸收；同时要求在制备成型后，有一定的降解速度并与组织生长速度相匹配。从单纯的创伤敷料和人工皮肤向活性人工皮肤的方向发展；人造皮肤西安的第四军医大学专家研制成功的活体“人造皮肤”。运用先进技术，只需小指甲盖大小的人类皮肤组织，便可培养出数亿倍的“活性皮肤”。这项技术的先进性在于，国内目前的人造皮肤研究仅能进行表皮的复制，四军医大则发展出带有结缔组织第二层的皮肤，这种技术目前在国际上只有美国掌握，在国内四军医大是第一家。§10.3.1人造皮肤人工晶体人工晶体（IOL）是一种植入眼内的人工透镜，取代天然晶状体的作用。人工晶体的形态，通常是由一个圆形光学部和周边的支撑袢组成。§10.3.2人工晶体人工晶体人工晶体材料主要是由线性的多聚物和交联剂组成，通过改变多聚物的化学组成，可以改变人工晶体的折射率、硬度等等。§10.3.2人工晶体§10.3.2人工晶体§10.3.2人工晶体人造导管用玻璃材料制作的人造气管高分子纤维编织的人造血管用猪的主动脉、软骨、腹膜等组织构成的人造食道人造尿道血液相容性材料人工心脏人工心脏是在解剖学、生理学上代替人体因重症丧失功能不可修复的自然心脏的一种人工脏器。在人体心脏因疾患而严重衰竭时，植入人工心脏暂时辅助或永久替代人体心脏的功能，推动血液循环。需要充电的人工心脏永久性完全人工心脏§10.4血液相容性材料心脏起搏器心脏起搏器是由电池和电路组成的脉冲发生器，能定时发放一定频率的脉冲电流，通过起搏电极导线传输到心房或心室肌，使局部的心肌细胞受到刺激而兴奋，兴奋通过细胞间的传导扩散传布，导致整个心房和（或）心室的收缩。当运行时，心脏跳动加速；当睡眠时，心脏跳动减慢。如果心电系统异常，心脏跳得很慢，甚至可能完全停止。人工心脏起膊器发出有规律的电脉冲，能使心脏保持跳动。§10.4血液相容性材料人工心脏瓣膜人工心脏瓣膜（HeartValveProsthesis）是可植入心脏内代替心脏瓣膜（主动脉瓣、肺动脉瓣、三尖瓣、二尖瓣），能使血液单向流动，具有天然心脏瓣膜功能的人工器官。当心脏瓣膜病变严重而不能用瓣膜分离手术或修补手术恢复或改善瓣膜功能时，则须采用人工心脏瓣膜置换术。§10.4血液相容性材料是一类在生物机体中，在体液及其酸、核酸作用下，材料不断降解被机体吸收，或排出体外，最终所植入的材料完全被新生组织取代的天然或合成的生物医用材料。包括β-磷酸三钙、硫酸钙生物陶瓷和聚氨基酸、聚酯、甲壳素、骨胶原／明胶等高分子材料。§10.5生物降解材料组织工程支架材料组织工程支架材料是根据材料用于不同人体组织，并根据具体替代组织具备的功能所设计的。组织工程支架材料包括：骨、软骨、血管、神经、皮肤和人工器官，如肝、脾、肾、膀胱等的组织支架材料。人体组织工程支架组织工程支架电镜照片§10.5生物降解材料组织工程支架材料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。§10.5生物降解材料组织工程支架材料生物支架可以植入体内诱导体细胞的迁移、分化最后降解支架，修复病损组织，也可以在体外和干细胞等在生物反应器内共培养，生长出所需组织。该技术可广泛应用于骨骼、皮肤、血管，神经等组织的修复研究。§10.5生物降解材料药物载体药物载体是指能改变药物进入人体的方式和体内的分布、控制药物的释放速度并将药物输送到靶向器官的体系。由于各种药物载体释放和靶向系统能够减少药物降解及损失，降低副作用，提高生物利用度，因而对它的研究越来越受到重视。为了寻找合适的药物载体，人们对各种体系如微球、脂质体、微乳液等进行了研究。高分子表面活性剂由于其独特的两亲性结构，可以进行自组装，形成各种形式的聚集体，如胶束、微乳液、凝胶、液晶、囊泡等。这些聚集体具有包载药物分子的能力，同时又对膜有良好的渗透性，成为药物载体的重要研究领域。§10.5生物降解材料药物载体2001年初，武汉理工大学李世谱教授发现，羟基磷灰石的纳米材料可杀死癌细胞，有效抑制肿瘤生长，而对正常细胞组织丝毫无损，是对付癌细胞的有效武器。细胞生物学试验表明，纳米粒子可以杀死人的肺癌、肝癌、食道癌等多种肿瘤细胞。他认为，纳米材料要具备杀死癌细胞、不伤正常细胞的奇特功效，必须具备2个条件：一是纳米粒子具备一定的超微尺度，在20纳米到100纳米之间；二是纳米粒子要呈“均匀”分布，才具“药效”。§10.5生物降解材料药物载体能够靶向肿瘤细胞器的纳米药物载体，可以将药物直接输送到它们的作用靶点，使药物同时避开各种抗药机制,提高药物的药效。这种纳米药物的优点是药物直接到达其作用靶点、克服多种抗药机制。激光共聚焦观察纳米药物载体在肿瘤细胞核中的定位§10.5生物降解材料药物载体将目标基因导入靶细胞的核内以表达所需蛋白从而达到治疗目的，可以改变癌细胞来降低其包括细胞核内抗药机制在内的各种抗药性。基因疗法的瓶颈是基因的靶向传送。病毒类载体介导的基因传送具有高的转染率和良好的靶向性，但多个临床实验发现病毒类载体容易引起人体复杂的免疫反应而导致病人死亡并会致癌。阳离子型聚合物也可用做基因传送的载体。它具有毒性低，不会引起机体的过度免疫反应的优点，但它的缺点是基因表达效率低。目前的研究工作是研制能够模拟病毒体的聚合物/DNA的自组装体作为DNA的高效输送载体。§10.5生物降解材料生物医学材料的特征与安全性任何一种生物材料，除了应具有必要的理化性能外，还需要满足在生理环境下工作的生物学要求，即有良好的生物相容性。这也是生物材料区别于其他材料的基本特征。生物医学材料的安全性评价：指采用生物学的方法来检测被检材料对受体的毒副作用，从而预测该材料在医学实际应用中的安全性；包括对局部组织、血液与整体反应及对受体的遗传效应。生物材料的安全性评价本身是一个不断发展的领域，“安全性”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程序。生物材料的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 说起医用植入金属材料，很多人可能会在第一时间想起用于骨折内固定的钢板和螺钉。目前应用较多的是奥氏体不锈钢，它无磁性、抗腐蚀性能好、易加工成形，它不仅被用于制作骨折内固定器械，还被广泛用于制作人工关节、各种齿冠、冠桥、固定支架、植入电极、人工心脏瓣膜等。在当前被广泛应用的医用奥氏体不锈钢中，镍是一种重要的合金化元素。主要作用是使不锈钢形成稳定的奥氏体结构，从而改善不锈钢的耐腐蚀性、可塑性、可焊接性和韧性等性能，稳定的奥氏体结构还可以使不锈钢具备无磁性。医用316L和317L奥氏体不锈钢中的镍含量要求在10%—14%，医用304L不锈钢中的镍含量也在8%~10%。材料组分带来的影响生物材料的问题但是，镍又是一种潜在的致敏因子，镍及其化合物会对人类产生危害。其中最常见的损害是镍接触性皮炎，发病率较高，过敏性强者会发生湿疹。更应引起人们警惕的是：镍离子在生物体内富集还可能诱发毒性效应，发生细胞破坏和发炎反应，对生物体有致畸、致癌的危害性。而含镍医用金属材料植入人体后，由于不可避免的腐蚀、磨损，镍离子等金属离子会释放到临近组织，易诱发过敏、感染等组织反应，特别是对镍过敏的患者尤为严重。著名医学杂志《柳叶刀》（TheLancet）曾经有报道指出，不锈钢心血管支架中镍、铬和钼等金属离子释放引起的过敏反应可能是心血管支架再狭窄的间接原因之一。材料组分带来的影响生物材料的问题手术治疗股骨头坏死所存在的一些问题：年龄界限：只适合60岁以上的老年人，且体质壮实之人，而此年龄的人多伴有其它病症，体质虚弱，无法耐受手术带给的创伤。年轻人不能做此手术：因为年轻人活动多，对假体磨损大，且每隔10-15年需重新更换一次，而第二次手术难度远远大于第一次，第三次、第四次更不堪设想。排异反应：术后发烧、红肿、疼痛等。术后疼痛、活动受限、髋臼磨穿、假体断裂、假肢感染、骨皮质穿透、术中股骨颈拼裂骨折、脂肪栓塞等。机体对材料的不适应生物材料的问题人到老年，由于牙龈萎缩，牙齿会自然脱落。为了能够像往常一样进食，老年人一般会配戴假牙。但是，许多老年人对假牙有抵触情绪。很多老人装上假牙后，在最初的使用时期里，常会觉得口腔非常不舒适，并伴有不同程度的牙龈疼痛，有的患者甚至长时间都会有这种感觉。另外，假牙的佩戴还会妨碍触觉。据《华商晨报》报道，2011年11月24日，辽阳一位七旬老太戴着假牙啃猪蹄，由于没有触觉感受，刚啃了一半便吞下一块1.5厘米长的猪脚趾骨，结果猪脚趾骨滞留在食道中段，造成周围黏膜出现溃疡水肿。生物材料与神经系统生物材料的问题隆胸手术：通过在乳房后面置放填充物使乳房增大。可能出现的危险：填充物可能破裂、渗漏或缩小、感染，填充物周围的结疤组织变硬，乳房变得僵硬、疼痛。形状发生扭曲，填充物出现位移、出血，乳头变得更加敏感或更加不敏感。切口处出现麻木，填充物或切口处充血，填充物周围出现钙沉淀。脸部填充：在脸部的缺损部位置入填充物。可能出现的危险：感染，感觉脸部绷得太紧，填充物周围出现结疤，填充物出现移动。填充物长期存在的问题生物材料的问题丰唇手术：在嘴唇内注入填充材料，使得嘴唇显得更加丰满，减少嘴部周围的皱纹。可能出现的危险：感染、出血，嘴唇出现不对称，嘴唇肿胀，出现疤痕。透明质酸注射：将透明质酸注入脸部的某个地方，消除皱纹或疤痕。可能出现的危险：肿胀，感染，皮肤发红或发软，出现痤疮，组织变硬。填充物长期存在的问题生物材料的问题生物体结构的灵巧性生物材料的问题肝脏的功能：第一，解毒功能；第二，代谢功能；第三，分泌胆汁；第四，造血、储血和调节循环血量的功能；第五，免疫防御功能；第六，肝脏再生功能。生物器官功能的复杂性目前人工肝还不能实现合成参与维持生命物质及各种代谢功能，只能作到用活性炭除去有毒物质，因此只是一种吸附型血液净化装置。生物材料的问题肾脏是一个产生尿液、排泄废物的器官，从心脏输出血量的25%经过肾脏，通过肾脏的滤过、重吸收和稀释浓缩功能，保留人体所必需的物质，排泄无用的代谢废物及毒性物质；同时它又是一个调节器官，通过分泌激素样的物质调节体内的代谢。肾脏有四大基本功能：尿的生成；排泄代谢产物；维持体液、电解质平衡及体液酸碱平衡；内分泌功能。生物器官功能的复杂性生物材料的问题人工肺又名氧合器或气体交换器，它是一种代替人体肺脏排出二氧化碳、摄取氧气人工肺，进行气体交换的人工器官。以往仅应用于心脏手术的体外循环，需和血泵配合称为人工心肺机。生物器官功能的复杂性以氮代镍无镍奥氏体将成新材料新型不锈钢的研究开发思想是以氮元素代替镍元素来稳定不锈钢的奥氏体结构。近些年研究发现，镍的去除改善了不锈钢的血液相容性，而随着钢中氮含量的提高，高氮无镍奥氏体不锈钢的血液相容性也会逐渐提高。两种不锈钢骨板对比，由于无镍不锈钢的强度高，由其制作的骨板（左）厚度可明显薄于317L不锈钢骨板（右）采用高氮无镍奥氏体不锈钢开发的新型心血管支架，支架材料除本身有无镍性质外，还具有抗凝血等优势。无镍奥氏体不锈钢骨板和骨钉2010年1月18日《科学时报》报道世界首例人造尿管移植，源于患者自身6年前，5名年轻的男性因为疾病或者意外导致尿道遭到破坏，维克森林大学再生医疗研究所的科学家们在组织工程技术的帮助下，用他们自身细胞培养出新的尿管，再移植入人体。现在，这5名男性又重新恢复了健康。研究学者们将这一结果发表于最新的《柳叶刀》（Lancet）杂志上。领导这项研究的是维克森林大学的安东尼·阿特拉（AnthonyAtala）教授。他们从每位患者的膀胱或者尿道取出组织样本并分离出用于重建的细胞，约培养一周后，再让细胞在管状支架上继续生长。最后，研究学者们通过外科手术将这种人造尿道结构移植入患者体内。3个月后，移植的尿道在外观和功能上都如同正常的器官，并且持续在患者体内以10-14倍的速度增殖，最终可替代整个受损的尿道片段。由于使用了患者自身的细胞进行培育，这项移植避免了移植手术中常见的排异反应，功能方面如同原生器官一样。这项成果为再生组织提供了希望——在体外培育组织，再移植入人体内。沿支架生长的人造尿管细胞来源：维克森林大学2011-03-10本文为麻省理工《科技创业》原创文章CellStemCell：证实心脏也有自产的干细胞几年来，科学家们已经发现干细胞潜伏在心脏中，但是他们不知道这些细胞是否起源自那里或者从他处通过血液迁移过来的。2011年12月1日《细胞-干细胞》(CellStemCell)期刊发表一篇新研究论文，表明这些干细胞确实是心脏所产生的，能够形成有朝一日可以用来帮助修复损伤(比如心脏病发作时导致的)的细胞类型。2011-12-3本文来自生物谷心脏组织心脏病是美国头号杀手，这主要是因为心脏组织，一旦受损，只有有限自我修复能力。澳大利亚VictorChang心脏研究所干细胞生物学家理查德-哈维是该研究的共同作者，他说，本地心脏干细胞应当有潜力让心脏自我修复，但是没有人能确定地证实这样的细胞存在过：受损心脏组织中发现的干细胞可能是来自血液或者骨髓，因为它们能够派送干细胞到受损位点。一种细胞类型，间充质干细胞样细胞，特别充满争议，这是因为尽管在心脏发现，但是这些细胞有它们产生的骨髓干细胞或血干细胞的很多特征。哈佛干细胞研究所干细胞生物学家吴昌旭(音译)没有参与这项研究，他说，综合在一起，他们发现这些细胞存在于成年心脏中，同时鉴定出间充质干细胞样细胞在发育中的作用“强烈提示着人们可能诱导这样的细胞群体能够介导心脏修复”。特别是，这些干细胞有朝一日可能用于修复心肌细胞在当中发生收缩的支架和结构。血肉相连的机器：揭秘世界顶尖智能假肢重获新肢：以尖端科技制成的机械手臂由20个微型马达驱动，空前精确地模拟出活生生肢体的动作，使用者通过神经冲动来控制它。手臂中甚至装入了记录触觉的传感器。2010-01图文来自《华夏地理杂志》阿曼达·基茨的残肢经外科手术重新接驳神经后，肌肉仍可产生运动，并被传感器阵列记录下来。下一代的义肢能听命于转接的肌肉信号，行动越来越接近天生的血肉肢体。血肉相连的机器：揭秘世界顶尖智能假肢咫尺传音：艾登·肯尼十个月大的时候在两边耳蜗内做了植入手术，植入的装置(X光下可见，上)绕过耳中失灵的生理构件，将电子信号直接送至听觉神经。手术几个月后，这个原本已变得越来越沉默的孩子能说出两个词了，正是他那听觉健全的双亲最想听到的：妈妈，爸爸。“这可是一名真正的生物电子幼儿。”约翰·霍普金斯大学的外科专家约翰·尼帕可说。2010-01图文来自《华夏地理杂志》新目初开：眼皮在麻醉状态下被拉开，79岁高龄的乔·安·路易斯眼球内部及四周植入了新的硬件，它们与一台计算机协同运作，把影像传给她的大脑。电子装置绕过损毁的感光细胞，让这位来自得克萨斯的盲人眼中找回了些许光明——闪烁不定的线条，模糊的形状，色晕的团块。“我没法像你们那样看清东西，”她说，“这种技术还只是刚刚起步。”历程展望材料本身不能促进或加速伤口的愈合；往往要进行二次手术；植入体与生物主体之间存在界面问题第一代惰性生物材料第二代活性/可吸收材料本身可以拥有但并不同时具有生物活性和生物降解特性第三代活性+可吸收第三代生物医用材料在生物体内能被降解,最终为机体所吸收,同时材料本身又具有生物活性,能参与机体的生理活动