生物醫用金屬材料有哪些

1. 生物醫用材料大致可分為哪三類

生物材料應用廣泛，品種很多，有不同的分類方法。通常是按材料屬性分為:合成高分子材料(聚氨醋、聚醋、聚乳酸、聚乙醇酸、乳酸乙醇酸共聚物及其他醫用合成塑料和橡膠等)、天然高分子材料(如膠原、絲蛋白、纖維素、殼聚糖等)、金屬與合金材料(如欽金屬及其合金等)、無機材料(生物活性陶瓷，羥基磷灰石等)、復合材料(碳纖維/聚合物、玻璃纖維/聚合物等)。根據材料的用途，這些材料又可以分為生物惰性(bioinert)、生物活性(bioactive)或生物降解(biodegradable)材料。這些材料通過長期植入、短期植入、表面修復分別用於硬組織和軟組織修復與替換。生物醫用材料由於直接用於人體或與人體健康密切相關，對其使用有嚴格要求。首先，生物醫用材料應具有良好的血液相容性和組織相容性。其次，要求耐生物老化。即對長期植入的材料，其生物穩定性要好;對於暫時植入的材料，耍求在確定時間內降解為可被人體吸收或代謝的無毒單體或片斷。還要求物理和力學性質穩定、易於加工成型、價格適當。便於消毒滅茵、無毒無熱源、不致癌不致畸也是必須考慮的。對於不同用途的材料，其要求各有側重。

2. 生物醫學材料的基本要求是什麼

生物醫學材料是指一類具有特殊性能、特種功能，用於人工器官、外科修復、理療康復、診斷、治療疾患，而對人體組織不會產生不良影響的材料。現在各種合成材料和天然高分子材料、金屬和合金材料、陶瓷和碳素材料以及各種復合材料，其製成品都已經被廣泛應用於臨床和科研。

一、生物醫學材料的分類

一般而言，臨床醫學對生物醫學材料有以下基本的要求:無毒性，不致癌，不致畸，不引起人體細胞的突發和組織細胞的反應；與人體組織相容性好，不引起中毒、溶血凝血、發熱和過敏等現象；化學性質穩定，抗體液、血液及酶的作用；具有與天然組織相適應的物理機械特性；針對不同的使用目的具有特定的功能。根據物質屬性，生物醫學材料大致可以分為以下幾種:

1、生物醫學金屬材料

醫用金屬材料（biomedical Metallic Materials）是作為生物醫學材料的金屬或合金，具有很高的機械強度和抗疲勞特性，是臨床應用最廣泛的承力植入材料，主要有鈷合金（Co-Cr-Ni）、鈦合金（Ti-6Al-4V）和不銹鋼的人工關節和人工骨。鎳鈦形狀記憶合金具有形狀記憶的智能特性，能夠用於矯形外科、心血管外科。

2、生物醫學高分子材料

生物醫學高分子材料（Biomedical Polymer）有天然的和合成的兩種，發展最快的是合成高分子醫用材料。通過分子設計，可以獲得很多具有良好物理機械性和生物相容性的生物材料。其中軟性材料常用作人體軟組織如血管、食道和指關節等的代用品；合成的硬材料可以用作人工硬腦膜、籠架球形的人工心臟瓣膜的球形閥等；液態的合成材料如室溫硫化硅橡膠可以用作注入式組織修補材料。

3、生物醫學無機非金屬材料或生物陶瓷

生物陶瓷（Biomedical Ceramics）化學性質穩定，具有良好的生物相容性。生物陶瓷主要包括兩類:（1）惰性生物陶瓷（如氧化鋁、醫用碳素材料等），這類材料具有較高的強度，耐磨性能良好，分子中的鍵力較強。（2）生物活性陶瓷（如羥基磷灰石和生物活性玻璃等），這類材料具有能在生理環境中逐步降解和吸收，或與生物機體形成穩定的化學鍵結合的特性，因而具有極為廣闊的發展前景。

4、生物醫學復合材料

生物醫學復合材料（Biomedical Composites）是由兩種或兩種以上不同材料復合而成的生物醫學材料，主要用於修復或替換人體組織、器官或增進其功能以及人工器官的製造。其中鈦合金和聚乙烯組織的假體常用作關節材料；碳—鈦合成材料是臨床應用良好的人工股骨頭；高分子材料與生物高分子（如酶、抗源、抗體和激素等）結合可以作為生物感測器。

5、生物醫學衍生材料

生物醫學衍生材料（Biomedical Derived Materials）是經過特殊處理的天然生物組織形成的生物醫學材料，是無生物活力的材料，但是由於具有類似天然組織的構型和功能，在人體組織的修復和替換中具有重要作用，主要用作皮膚掩膜、血液透析膜、人工心臟瓣膜等。

二、全球生物醫學材料市場主要產品

目前大量用於醫療器械（植入器械、體外循環系統等）的生物醫學材料主要有20種，其中醫用高分子12種，金屬4種，陶瓷2種，其它2種。利用現有的生物醫學材料，已開發應用的醫用植入體、人工器官等近300種，主要包括:心臟和心血管系統（起搏器、心臟瓣膜、人造血管、導管和分流管等）；矯形外科（人工關節、骨板、骨螺釘等內固定器械、骨缺損填充或修復體、脊柱和脊柱融合器械、功能化模擬神經肌肉和人工關節軟骨等）；整形外科（顱、頜面、耳、鼻等修復體和人工乳房等）；軟組織修復（人工尿道、人工膀胱和腸、體內、外分流管、人工氣管、縫線和組織粘合修補材料等）；牙科（牙種植體、牙槽骨替換、增高和充填劑等）；感覺神經系統（人工晶體、接觸鏡、神經導管、中耳修復體、經皮導線、重建聽力和視力修復體等），及葯物和生物活性物質控釋載體等。

3. 生物材料都有那些

按材料功能劃分：
*1、血液相容性材料 如人工瓣膜、人工氣管、人工心臟、血漿分離膜、血液灌流用吸附劑、細胞培養基材等；
*2、軟組織相容性材料 如隱形眼睛片的高分子材料,人工晶狀體、聚硅氧烷、聚氨基酸等,用於人工皮膚、人工氣管、人工食道、人工輸尿管、軟組織修補等領域；
*3、硬組織相容性材料 如醫用金屬、聚乙烯、生物陶瓷等,關節、牙齒、其它骨骼等；
*4、生物降解材料 如甲殼素、聚乳酸等,用於縫合線、葯物載體、粘合劑等；
*5、高分子葯物多肽、胰島素、人工合成疫苗等,用於糖尿病、心血管、癌症以及炎症等.
按材料來源分類：
*1、自體材料
*2、同種異體器官及組織；
*3、異體器官及組織；
*4、人工合成材料；
*5、天然材料
根據組成和性質分為：
* 1、生物醫用金屬材料
* 2、醫用高分子材料
* 3、醫用無機非金屬材料
生物醫用金屬材料
較優秀的生物醫用金屬材料有,醫用不銹鋼、鈷基合金、鈦及鈦合金、鎳鈦形狀記憶合金、金銀等貴重金屬、銀汞合金、鉭、鈮等金屬和合金.
⑴醫用不銹鋼
具有一定的耐腐蝕性和良好的綜合力學性能,且加工工藝簡便,是生物醫用金屬材料中應用最多,最廣的材料.
常用鋼種有US304、316、316 L、317、317L等.
醫用不銹鋼植入活體後,可能發生點蝕,偶爾也產生應力腐蝕和腐蝕疲勞.醫用不銹鋼臨床前消毒、電解拋光和鈍化處理,可提高耐蝕性.
醫用不銹鋼在骨外科和齒科中應用較多.
⑵鈷基合金
鈷基合金人體內一般保持鈍化狀態,與不銹鋼比較,鈷基合金鈍化膜更穩定,耐蝕性更好.在所有醫用金屬材料中,其耐磨性最好,適合於製造體內承載苛刻的長期植入件.
在整形外科中,用於製造人工髖關節、膝關節以及接骨板、骨釘、關節扣釘和骨針等.在心臟外科中,用於製造人工心臟瓣膜等.
⑶醫用鈦和鈦合金
不僅具有良好的力學性能,而且在生理環境下具有良好的生物相容性.由於其比重小,彈性模量較其他金屬更接近天然骨,故廣泛應用於製造各種能、膝、肘、肩等人造關節.此外,鈦合金還用於心血管系統.鈦合金耐磨性能不理想,且存在咬合現象,限制了其使用范圍.
生物醫用高分子
按應用對象和材料物理性能分為軟組織材料、硬組織材料和生物降解材料.其可滿足人體組織器官的部分要求,因而在醫學上受到廣泛重視.目前已有數十種高分子材料適用於人體的植入材料.
* 軟組織材料：故主要用作為軟組織材料,特別 是人工臟器的膜和管材.聚乙烯膜、聚四氟乙烯膜、硅橡膠膜和管,可用於製造人工肺、腎、心臟、喉頭、氣管、膽管、角膜.聚酯纖維可用於製造血管、腹膜等.
* 硬組織材料：丙烯酸高分子（即骨水泥）、聚碳酸醋、超高分子量聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）、尼龍、硅橡膠等可用於製造人工骨和人工關節.
* 降解材料：脂肪族聚醋具有生物降解特性,已用於可接收性手術縫線.
生物醫用無機非金屬材料
生物無機材料主要包括生物陶瓷、生物玻璃和醫用碳素材料.
按植入生物活體內引起的組織與材料反應,生物陶瓷分為：
⑴近於惰性的生物陶瓷,如氧化鋁生物陶瓷、氧化鋯生物陶瓷、硼硅酸玻璃；
⑵表面活性生物陶瓷,如磷酸鈣基生物陶瓷、生物活性玻璃陶瓷；
⑶可吸收性生物陶瓷,如偏磷酸三鈣生物陶瓷、硫酸鈣生物陶瓷.
生物活性玻璃陶瓷植入活體後,能夠與體液發生化學反應,並在組織表面生成羚基磷灰石層,故可用於人工種植牙根、牙冠、骨充填料和塗層材料.
與自然骨比較,生物活性玻璃陶瓷雖然具有較高的強度,但韌性較差,彈性模量過高,易脆斷,在生理環境中抗疲勞性能較差,目前還不能直接用於承力較大的人工骨.
醫用碳素材料：具有接近於自然骨的彈性模量.
醫用碳素材料疲勞性能最優,強度不隨循環載荷作用而下降.無序堆垛的碳材料耐磨性理想.
醫用碳素材料在生理環境中較穩定,近於惰性,具有較好的生物相容性,不會引起凝血和溶血反應,特別適合於在生理環境中使用.
醫用碳材料已大量用於心血管系統的修復,如人工心臟瓣膜、人工血管.還可作為金屬和聚合物的塗層材料.
生物醫用復合材料
生物醫用復合材料是由二種或二種以上不同材料復合而成的.
按基材分為：高分子基、陶瓷基、金屬基等生物醫用復合材料.
按增強體形態和性質分為纖維增強、顆粒增強、生物活性物質充填生物醫用復合材料.
按材料植入體內後引起的組織與材料反應分為：生物惰性、生物活性和可吸收性生物醫用復合材料.[1]

4. 生物醫學材料的基本要求是什麼

生物醫學材料基本的要求:無毒性，不致癌，不致畸，不引起人體細胞的突發和組織細胞的反應；與人體組織相容性好，不引起中毒、溶血凝血、發熱和過敏等現象；

化學性質穩定，抗體液、血液及酶的作用；具有與天然組織相適應的物理機械特性；針對不同的使用目的具有特定的功能。

生物醫用材料是一類用於診斷、治療、修復和替換人體組織、器官或增進其功能的新型高技術材料，涉及學科較為廣泛，學科交叉較深；

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生物材料的發展綜合體現了材料學、生物學、醫學等多個領域科學與工程技術的水平。同時，生物再生材料產業作為材料科學、生物技術、臨床醫學的前沿和重點發展領域，以及整個生物醫學工程的基礎，已發展為整個經濟體系中最具活力的產業之一。

其不僅是構成現代醫學基礎的生物醫學工程和生物技術的重要基礎，且對材料科學和生命科學等相關學科的發展有重要的促進作用。

5. 為什麼鈦基金屬在生物醫用材料中廣泛應用

鈦具有親生物性。在人體內，能抵抗分泌物的腐蝕且無毒，對任何殺菌方法都適應。因此被廣泛用於制醫療器械，制人造髖關節、膝關節、肩關節、脅關節、頭蓋骨，主動心瓣、骨骼固定夾。當新的肌肉纖維環包在這些「鈦骨」上時，這些鈦骨就開始維系著人體的正常活動。鈦及鈦合金材料廣泛應用在核工業、化工石化、航空航天、體育用品、牙科和醫療修復等領域。

醫用鈦合金的優點

醫用鈦合金不僅無毒、質量輕、比強度高，具有極好的生物相容性和耐腐蝕性，可用作植入人體的植入物等，是很理想的醫用金屬材料，而且鈦在地殼中儲量十分豐富，具有進一步開發的潛能，是理想並應用前景廣闊的生物醫學工程材料。

6. 生物材料的分類

生物材料(biomaterials)是用於與生命系統接觸和發生相互作用的，並能對其細胞、組織和器官進行診斷治療、替換修復或誘導再生的一類天然或人工合成的特殊功能材料，又稱生物醫用材料。生物材料是材料科學領域中正在發展的多種學科相互交叉滲透的領域，其研究內容涉及材料科學、生命科學、化學、生物學、解剖學、病理學、臨床醫學、葯物學等學科，同時還涉及工程技術和管理科學的范疇。生物材料有人工合成材料和天然材料; 有單一材料、復合材料以及活體細胞或天然組織與無生命的材料結合而成的雜化材料。生物材料本身不是葯物，其治療途徑是以與生物機體直接結合和相互作用為基本特徵。

7. 生物醫用材料大致可分為哪三類

生物材料應用廣泛,品種很多,有不同的分類方法.通常是按材料屬性分為：合成高分子材料（聚氨醋、聚醋、聚乳酸、聚乙醇酸、乳酸乙醇酸共聚物及其他醫用合成塑料和橡膠等）、天然高分子材料（如膠原、絲蛋白、纖維素、殼聚糖等）、金屬與合金材料（如欽金屬及其合金等）、無機材料（生物活性陶瓷,羥基磷灰石等）、復合材料（碳纖維／聚合物、玻璃纖維／聚合物等）.根據材料的用途,這些材料又可以分為生物惰性（bioinert）、生物活性（bioactive）或生物降解（biodegradable）材料.這些材料通過長期植入、短期植入、表面修復分別用於硬組織和軟組織修復與替換.生物醫用材料由於直接用於人體或與人體健康密切相關,對其使用有嚴格要求.首先,生物醫用材料應具有良好的血液相容性和組織相容性.其次,要求耐生物老化.即對長期植入的材料,其生物穩定性要好；對於暫時植入的材料,耍求在確定時間內降解為可被人體吸收或代謝的無毒單體或片斷.還要求物理和力學性質穩定、易於加工成型、價格適當.便於消毒滅茵、無毒無熱源、不致癌不致畸也是必須考慮的.對於不同用途的材料,其要求各有側重.

8. 生物醫學應用中對金屬的要求

生物醫用金屬材料是用於生物醫學材料的金屬或合金，又稱外科用金屬材料，是一類惰性材料。此類材料具有高機械強度和抗疲勞性能，是臨床應用最廣泛的承力植入材料。此類材料的應用非常廣泛，涉及硬組織、軟組織、人工器官和外科輔助器材等各個方面。

生物醫學應用對金屬的要求:

1.無毒無害
元素周期表中70％的元素是金屬，但是由於毒性和較差的機械性能，幾乎沒有金屬適合植入人體，但鈦是其中之一。鈦及其合金不僅無毒無害，而且與人體具有良好的相容性。作為植入物，不會發生過敏反應。
2.高強度，重量輕
醫用金屬材料通常用作人體中的受力裝置，例如人造關節，人造椎骨，骨折內固定板，螺釘，骨釘等，它們需要高強度和韌性。鈦合金具有低密度，高強度和輕重量，彈性量模接近自然骨骼，植入後不會對人體造成負擔。

3.耐生理腐蝕
當醫用金屬被植入人體時，由於人體的復雜環境，很可能發生各種類型的腐蝕。鈦合金被稱為生物惰性金屬材料，並且在人體血液浸入環境中具有出色的耐腐蝕性。除滿足上述條件外，鈦在手術後進行核磁共振檢查時也不會被磁化、不會干擾圖像，影響診斷。因此，鈦合金一次又一次地創造了醫學奇跡。

醫用金屬材料應用中的主要問題是：由於生理環境的腐蝕，會造成金屬離子向周圍組織擴散及植入材料自身性質的蛻變，前者可能導致毒副作用，而後者常常導致材料植入失敗。已經用於臨床的醫用金屬材料主要有不銹鋼、鈷基合金和鈦基合金等。此外，還有形狀記憶合金、貴金屬以及純金屬鉭、鈮、鋯等。

9. 生物材料的種類

生物材料應用廣泛，品種很多，其分類方法也很多。生物材料包括金屬材料（如鹼金屬及其合金等）、無機材料（生物活性陶瓷，羥基磷灰石等）和有機材料三大類。有機材料中主要是高分子集合物材料，高分子材料通常按材料屬性分為合成高分子材料（聚氨酯、聚酯、聚乳酸、聚乙醇酸、乳酸乙醇酸共聚物及其他醫用合成塑料和橡膠等）、天然高分子材料（如膠原、絲蛋白、纖維素、殼聚糖等）；根據材料的用途，這些材料又可以分為生物惰性（bioinert）、生物活性（bioactive）或生物降解（biodegradable） 材料，高分子聚合物中，根據降解產物能否被機體代謝和吸收，降解型高分子又可分為生物可吸收性和生物不可吸收性。根據材料與血液接觸後對血液成分、性能的影響狀態則分為血液相容性聚合物和血液不相容性。根據材料對機體細胞的親和性和反映情況，可分為生物相容性和生物不相容性聚合物等。
特點
生物材料主要用在人身上，對其要求十分嚴格，必須具有四個特性：
⑴生物功能性。因各種生物材料的用途而異，如：作為緩釋葯物時，葯物的緩釋性能就是其生物功能性。
⑵生物相容性。可概括為材料和活體之間的相互關系，主要包括血液相容性和組織相容性（無毒性、無致癌性、無熱原反應、無免疫排斥反應等）。
⑶化學穩定性。耐生物老化性（特別穩定）或可生物降解性（可控降解）。
⑷可加工性。能夠成型、消毒（紫外滅菌、高壓煮沸、環氧乙烷氣體消毒、酒精消毒等）。

10. 生物高分子材料有哪些

生物高分子材料也稱為生物醫學材料,是指以醫療為目的,用於與生物組織接觸以形成功能的無生命的材料。主要包括生物醫用高分子材料、生物醫用陶瓷材料、生物醫用金屬材料和生物醫用復合材料等。研究領域涉及材料學、化學、醫學、生命科學，生物醫用高分子材料是一門介於現代醫學和高分子科學之間的新興學科。它涉及到物理學、化學、生物化學、病理學、血液學等多種邊緣學科。目前醫用高分子材料的應用已遍及整個醫學領域(如:人工器官、外科修復、理療康復、診斷治療等)。

由於醫用高分子材料可以通過組成和結構的控制而使材料具有不同的物理和化學性質,以滿足不同的需求,耐生物老化,作為長期植入材料具有良好的生物穩定性和物理、機械性能,易加工成型,原料易得,便於消毒滅菌,因此受到人們普遍關注,已成為生物材料中用途最廣、用量最大的品種,近年來發展需求量增長十分迅速。醫用高分子材料的研究目前仍然處於經驗和半經驗階段,還沒有能夠建立在分子設計的基礎上,以材料的結構與性能關系,材料的化學組成、表面性質和生命體組織的相容性之間的關系為依據來研究開發新材料。目前全世界應用的有90多個品種,西方國家消耗的醫用高分子材料每年以10%~20%的速度增長。隨著人民生活水平的提高和對生命質量的追求,我國對醫用高分子材料的需求也會不斷增加。

合成高分子材料因與人體器官組織的天然高分子有著極其相似的化學結構和物理性能，因而可以植入人體，部分或全部取代有關器官。因此，在現代醫學領域得到了最為廣泛的應用，成為現代醫學的重要支柱材料。當前研究主要集中在外科置入件用高分子材料和生物降解及葯物控制釋放材料。

外科置入件用高分子材料耐生物老化,作為長期置入材料具有良好的生物穩定性和物理、機械性能，易於加工成型,原料易得，便於消毒,受到人們普遍的關注,這類材料主要用於生物體軟、硬組織修復體、人工器官、人工血管、接觸鏡、膜材、粘結劑和空腔製品諸方面。其特點是大多數不具有生物活性，與組織不易牢固結合，易導致毒性、過敏性等反應。不過作為承重的植入件用高分子材料還有許多方面的問題，目前研究主要集中在提高材料的對生物體的安全性；提高組織相容性和血液相容性；改善生物學性能，改善提高力學、機械、物理性能。在生物膜材料方面，屬於線性高分子多糖結構的殼聚糖是甲殼質脫乙醯基的衍生物，無毒、無抗原性，可在生物體內自行降解.殼聚糖膜有促進創面癒合的作用，具有良好通透性，且含有游離氨基，能結合酸分子，是天然多糖中唯一的鹼性多糖。因而具有許多特殊的物理化學性質和生理功能，在醫學生物材料上可作為人工腎膜和人造皮膚。

生物降解型醫用高分子材料的主要成分是聚乳酸、聚乙烯醇及改性的天然多糖和蛋白質等，在臨床上主要用於暫時執行替換組織和器官的功能，或作葯物緩釋系統和送達載體、可吸收性外科縫線、創傷敷料等。其特點是易降解，降解產物經代謝排出體外，對組織生長無影響，目前已成為醫用高分子材料發展的方向。

高分子葯物控制釋放體系不僅能提高葯效，簡化給葯方式，大大降低了葯物的毒副作用，而且納米靶向控制釋放體系使葯物在預定的部位，按設計的劑量，在需要的時間范圍內以一定的速度在體內緩慢釋放，而達到治療某種疾病或調節生育的目的，比如高分子多肽或蛋白葯物控制釋放體系新的研究進展，為那些口服無效的多肽或蛋白葯物的臨床應用，展示了令人鼓舞的前景。