正文 1.1生物材料的定義及發展(2 / 3)

因此,生物材料植入生物體內,要求生命體組織與非生命材料之間產生合乎要求的反應(生物學行為)的性能,即生物相容性(Biocompatibility):生物材料和人體組織接觸後,在材料與機體組織界麵發生一係列相互作用後,產生各種複雜的生物、物理、化學反應,最終被人體組織所接受的性能。

材料與機體之間的相互作用使各自的功能和性質受到影響。材料的生物相容性優劣是生物醫用材料研究設計中首先考慮的重要問題。生物相容性分類有:(1)血液相容性,材料用於心血管係統與血液直接接觸的材料主要考察其與血液的相互作用,稱為血液相容性。考查與血液接觸的材料應該無溶血作用、不能破壞血液組織成分和不能有凝血作用和形成血栓。(2)組織相容性,又稱一般生物相容性,與肌肉、骨骼、皮膚等長期接觸材料的生物相容性,稱為組織相容性。植入的材料不能對周圍組織產生毒副作用,特別是不能誘發組織致畸和基因病變;反過來,植入體周圍的組織也不能對材料產生強烈的腐蝕作用和排斥反應。(3)力學相容性,植入的材料具有的力學性能與人體組織相適應或相匹配。強度過低導致材料發生斷裂失穩,硬度過低使材料磨損,磨損產生的顆粒進入淋巴係統後誘發炎症。強度和硬度過高對周圍組織可能產生破壞行為,使植入部位長期難以愈合,甚至引發其他病變,如不鏽鋼人工關節植入後,關節頭可能破壞關節腔軟骨組織,同樣強度的關節柄則可能由於疲勞失穩斷裂在骨髓腔中。

二、生物材料的發展

生物材料種類繁多,到目前為止,被詳細研究過的生物材料已經超過一千種,在醫學臨床上廣泛應用的也有幾十種,涉及材料學科各個領域。依據不同的分類標準,生物材料可分為不同的類型:依據生物材料的定義可以將其分為診斷材料、治療材料和置換且增進功能的材料。根據材料的屬性,將生物材料分為金屬材料(Metallicbiomaterials)、生物陶瓷材料(Bioceramics)、有機高分子材料(Polymericbiomaterials)以及它們的複合材料(Biocomposite)。這些材料在製作我們生命的人體器官和裝置中正在起著非常重要的作用。

隨著生物材料的發展,近年來人們將生物材料分為第一代、第二代、第三代生物材料。

1、第一代生物材料(1stgenerationbiomaterials-since1960s)

生物材料首先應具有人體的組織或器官的功能,這些材料與普通的標準材料很相似,是從後者衍生出來的,根據臨床應用的特點,設計、改變其結構以適應臨床應用。例如,不鏽鋼、鈦、氧化鋁陶瓷。六七十年代,物理性能適宜、對宿主反應最小的組織替代物,大多數屬於惰性(bioinertness)生物材料,使機體免疫排斥反應(inflammatoryresponse)達到最低的材料。這類材料使數千萬患者的壽命延長了5-25年。人工髖關節20年前在英國發展起來的,已在全世界普遍使用,每年應用於幾十萬病人,是最成功的手術之一。

2、二代生物材料(2ndgenerationbiomaterials-since1980s)

其他嚐試並不像人工髖關節那樣如此成功,進化過程使構成人體的組織和器官具有非常高的效率,多數植入材料及體外裝置,對組織進行結構上的替代或補償最多隻能實現簡單的機械或物理功能,隻能彌補組織中出現的單一功能缺陷,難以賦予較複雜的生物學功能,限製了身體與器械的完全有效地結合。