生物医用金属材料有哪些

1. 生物医用材料大致可分为哪三类

生物材料应用广泛，品种很多，有不同的分类方法。通常是按材料属性分为: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医用合成塑料和橡胶等)、天然高分子材料(如胶原、丝蛋白、纤维素、壳聚糖等)、金属与合金材料(如钦金属及其合金等)、无机材料(生物活性陶瓷，羟基磷灰石等)、复合材料(碳纤维/聚合物、玻璃纤维/聚合物等)。根据材料的用途，这些材料又可以分为生物惰性(bioinert)、生物活性(bioactive)或生物降解(biodegradable)材料。这些材料通过长期植入、短期植入、表面修复分别用于硬组织和软组织修复与替换。生物医用材料由于直接用于人体或与人体健康密切相关，对其使用有严格要求。首先，生物医用材料应具有良好的血液相容性和组织相容性。其次，要求耐生物老化。即对长期植入的材料，其生物稳定性要好;对于暂时植入的材料，耍求在确定时间内降解为可被人体吸收或代谢的无毒单体或片断。还要求物理和力学性质稳定、易于加工成型、价格适当。便于消毒灭茵、无毒无热源、不致癌不致畸也是必须考虑的。对于不同用途的材料，其要求各有侧重。

2. 生物医学材料的基本要求是什么

生物医学材料是指一类具有特殊性能、特种功能，用于人工器官、外科修复、理疗康复、诊断、治疗疾患，而对人体组织不会产生不良影响的材料。现在各种合成材料和天然高分子材料、金属和合金材料、陶瓷和碳素材料以及各种复合材料，其制成品都已经被广泛应用于临床和科研。

一、生物医学材料的分类

一般而言，临床医学对生物医学材料有以下基本的要求:无毒性，不致癌，不致畸，不引起人体细胞的突发和组织细胞的反应；与人体组织相容性好，不引起中毒、溶血凝血、发热和过敏等现象；化学性质稳定，抗体液、血液及酶的作用；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。根据物质属性，生物医学材料大致可以分为以下几种:

1、生物医学金属材料

医用金属材料（biomedical Metallic Materials）是作为生物医学材料的金属或合金，具有很高的机械强度和抗疲劳特性，是临床应用最广泛的承力植入材料，主要有钴合金（Co-Cr-Ni）、钛合金（Ti-6Al-4V）和不锈钢的人工关节和人工骨。镍钛形状记忆合金具有形状记忆的智能特性，能够用于矫形外科、心血管外科。

2、生物医学高分子材料

生物医学高分子材料（Biomedical Polymer）有天然的和合成的两种，发展最快的是合成高分子医用材料。通过分子设计，可以获得很多具有良好物理机械性和生物相容性的生物材料。其中软性材料常用作人体软组织如血管、食道和指关节等的代用品；合成的硬材料可以用作人工硬脑膜、笼架球形的人工心脏瓣膜的球形阀等；液态的合成材料如室温硫化硅橡胶可以用作注入式组织修补材料。

3、生物医学无机非金属材料或生物陶瓷

生物陶瓷（Biomedical Ceramics）化学性质稳定，具有良好的生物相容性。生物陶瓷主要包括两类:（1）惰性生物陶瓷（如氧化铝、医用碳素材料等），这类材料具有较高的强度，耐磨性能良好，分子中的键力较强。（2）生物活性陶瓷（如羟基磷灰石和生物活性玻璃等），这类材料具有能在生理环境中逐步降解和吸收，或与生物机体形成稳定的化学键结合的特性，因而具有极为广阔的发展前景。

4、生物医学复合材料

生物医学复合材料（Biomedical Composites）是由两种或两种以上不同材料复合而成的生物医学材料，主要用于修复或替换人体组织、器官或增进其功能以及人工器官的制造。其中钛合金和聚乙烯组织的假体常用作关节材料；碳—钛合成材料是临床应用良好的人工股骨头；高分子材料与生物高分子（如酶、抗源、抗体和激素等）结合可以作为生物传感器。

5、生物医学衍生材料

生物医学衍生材料（Biomedical Derived Materials）是经过特殊处理的天然生物组织形成的生物医学材料，是无生物活力的材料，但是由于具有类似天然组织的构型和功能，在人体组织的修复和替换中具有重要作用，主要用作皮肤掩膜、血液透析膜、人工心脏瓣膜等。

二、全球生物医学材料市场主要产品

目前大量用于医疗器械（植入器械、体外循环系统等）的生物医学材料主要有20种，其中医用高分子12种，金属4种，陶瓷2种，其它2种。利用现有的生物医学材料，已开发应用的医用植入体、人工器官等近300种，主要包括:心脏和心血管系统（起搏器、心脏瓣膜、人造血管、导管和分流管等）；矫形外科（人工关节、骨板、骨螺钉等内固定器械、骨缺损填充或修复体、脊柱和脊柱融合器械、功能化模拟神经肌肉和人工关节软骨等）；整形外科（颅、颌面、耳、鼻等修复体和人工乳房等）；软组织修复（人工尿道、人工膀胱和肠、体内、外分流管、人工气管、缝线和组织粘合修补材料等）；牙科（牙种植体、牙槽骨替换、增高和充填剂等）；感觉神经系统（人工晶体、接触镜、神经导管、中耳修复体、经皮导线、重建听力和视力修复体等），及药物和生物活性物质控释载体等。

3. 生物材料都有那些

按材料功能划分：
*1、血液相容性材料 如人工瓣膜、人工气管、人工心脏、血浆分离膜、血液灌流用吸附剂、细胞培养基材等；
*2、软组织相容性材料 如隐形眼睛片的高分子材料,人工晶状体、聚硅氧烷、聚氨基酸等,用于人工皮肤、人工气管、人工食道、人工输尿管、软组织修补等领域；
*3、硬组织相容性材料 如医用金属、聚乙烯、生物陶瓷等,关节、牙齿、其它骨骼等；
*4、生物降解材料 如甲壳素、聚乳酸等,用于缝合线、药物载体、粘合剂等；
*5、高分子药物多肽、胰岛素、人工合成疫苗等,用于糖尿病、心血管、癌症以及炎症等.
按材料来源分类：
*1、自体材料
*2、同种异体器官及组织；
*3、异体器官及组织；
*4、人工合成材料；
*5、天然材料
根据组成和性质分为：
* 1、生物医用金属材料
* 2、医用高分子材料
* 3、医用无机非金属材料
生物医用金属材料
较优秀的生物医用金属材料有,医用不锈钢、钴基合金、钛及钛合金、镍钛形状记忆合金、金银等贵重金属、银汞合金、钽、铌等金属和合金.
⑴医用不锈钢
具有一定的耐腐蚀性和良好的综合力学性能,且加工工艺简便,是生物医用金属材料中应用最多,最广的材料.
常用钢种有US304、316、316 L、317、317L等.
医用不锈钢植入活体后,可能发生点蚀,偶尔也产生应力腐蚀和腐蚀疲劳.医用不锈钢临床前消毒、电解抛光和钝化处理,可提高耐蚀性.
医用不锈钢在骨外科和齿科中应用较多.
⑵钴基合金
钴基合金人体内一般保持钝化状态,与不锈钢比较,钴基合金钝化膜更稳定,耐蚀性更好.在所有医用金属材料中,其耐磨性最好,适合于制造体内承载苛刻的长期植入件.
在整形外科中,用于制造人工髋关节、膝关节以及接骨板、骨钉、关节扣钉和骨针等.在心脏外科中,用于制造人工心脏瓣膜等.
⑶医用钛和钛合金
不仅具有良好的力学性能,而且在生理环境下具有良好的生物相容性.由于其比重小,弹性模量较其他金属更接近天然骨,故广泛应用于制造各种能、膝、肘、肩等人造关节.此外,钛合金还用于心血管系统.钛合金耐磨性能不理想,且存在咬合现象,限制了其使用范围.
生物医用高分子
按应用对象和材料物理性能分为软组织材料、硬组织材料和生物降解材料.其可满足人体组织器官的部分要求,因而在医学上受到广泛重视.目前已有数十种高分子材料适用于人体的植入材料.
* 软组织材料：故主要用作为软组织材料,特别 是人工脏器的膜和管材.聚乙烯膜、聚四氟乙烯膜、硅橡胶膜和管,可用于制造人工肺、肾、心脏、喉头、气管、胆管、角膜.聚酯纤维可用于制造血管、腹膜等.
* 硬组织材料：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）、尼龙、硅橡胶等可用于制造人工骨和人工关节.
* 降解材料：脂肪族聚醋具有生物降解特性,已用于可接收性手术缝线.
生物医用无机非金属材料
生物无机材料主要包括生物陶瓷、生物玻璃和医用碳素材料.
按植入生物活体内引起的组织与材料反应,生物陶瓷分为：
⑴近于惰性的生物陶瓷,如氧化铝生物陶瓷、氧化锆生物陶瓷、硼硅酸玻璃；
⑵表面活性生物陶瓷,如磷酸钙基生物陶瓷、生物活性玻璃陶瓷；
⑶可吸收性生物陶瓷,如偏磷酸三钙生物陶瓷、硫酸钙生物陶瓷.
生物活性玻璃陶瓷植入活体后,能够与体液发生化学反应,并在组织表面生成羚基磷灰石层,故可用于人工种植牙根、牙冠、骨充填料和涂层材料.
与自然骨比较,生物活性玻璃陶瓷虽然具有较高的强度,但韧性较差,弹性模量过高,易脆断,在生理环境中抗疲劳性能较差,目前还不能直接用于承力较大的人工骨.
医用碳素材料：具有接近于自然骨的弹性模量.
医用碳素材料疲劳性能最优,强度不随循环载荷作用而下降.无序堆垛的碳材料耐磨性理想.
医用碳素材料在生理环境中较稳定,近于惰性,具有较好的生物相容性,不会引起凝血和溶血反应,特别适合于在生理环境中使用.
医用碳材料已大量用于心血管系统的修复,如人工心脏瓣膜、人工血管.还可作为金属和聚合物的涂层材料.
生物医用复合材料
生物医用复合材料是由二种或二种以上不同材料复合而成的.
按基材分为：高分子基、陶瓷基、金属基等生物医用复合材料.
按增强体形态和性质分为纤维增强、颗粒增强、生物活性物质充填生物医用复合材料.
按材料植入体内后引起的组织与材料反应分为：生物惰性、生物活性和可吸收性生物医用复合材料.[1]

4. 生物医学材料的基本要求是什么

生物医学材料基本的要求:无毒性，不致癌，不致畸，不引起人体细胞的突发和组织细胞的反应；与人体组织相容性好，不引起中毒、溶血凝血、发热和过敏等现象；

化学性质稳定，抗体液、血液及酶的作用；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。

生物医用材料是一类用于诊断、治疗、修复和替换人体组织、器官或增进其功能的新型高技术材料，涉及学科较为广泛，学科交叉较深；

(4)生物医用金属材料有哪些扩展阅读：

生物材料的发展综合体现了材料学、生物学、医学等多个领域科学与工程技术的水平。同时，生物再生材料产业作为材料科学、生物技术、临床医学的前沿和重点发展领域，以及整个生物医学工程的基础，已发展为整个经济体系中最具活力的产业之一。

其不仅是构成现代医学基础的生物医学工程和生物技术的重要基础，且对材料科学和生命科学等相关学科的发展有重要的促进作用。

5. 为什么钛基金属在生物医用材料中广泛应用

钛具有亲生物性。在人体内，能抵抗分泌物的腐蚀且无毒，对任何杀菌方法都适应。因此被广泛用于制医疗器械，制人造髋关节、膝关节、肩关节、胁关节、头盖骨，主动心瓣、骨骼固定夹。当新的肌肉纤维环包在这些“钛骨”上时，这些钛骨就开始维系着人体的正常活动。钛及钛合金材料广泛应用在核工业、化工石化、航空航天、体育用品、牙科和医疗修复等领域。

医用钛合金的优点

医用钛合金不仅无毒、质量轻、比强度高，具有极好的生物相容性和耐腐蚀性，可用作植入人体的植入物等，是很理想的医用金属材料，而且钛在地壳中储量十分丰富，具有进一步开发的潜能，是理想并应用前景广阔的生物医学工程材料。

6. 生物材料的分类

生物材料(biomaterials)是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。生物材料是材料科学领域中正在发展的多种学科相互交叉渗透的领域，其研究内容涉及材料科学、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，同时还涉及工程技术和管理科学的范畴。生物材料有人工合成材料和天然材料; 有单一材料、复合材料以及活体细胞或天然组织与无生命的材料结合而成的杂化材料。生物材料本身不是药物，其治疗途径是以与生物机体直接结合和相互作用为基本特征。

7. 生物医用材料大致可分为哪三类

生物材料应用广泛,品种很多,有不同的分类方法.通常是按材料属性分为：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医用合成塑料和橡胶等）、天然高分子材料（如胶原、丝蛋白、纤维素、壳聚糖等）、金属与合金材料（如钦金属及其合金等）、无机材料（生物活性陶瓷,羟基磷灰石等）、复合材料（碳纤维／聚合物、玻璃纤维／聚合物等）.根据材料的用途,这些材料又可以分为生物惰性（bioinert）、生物活性（bioactive）或生物降解（biodegradable）材料.这些材料通过长期植入、短期植入、表面修复分别用于硬组织和软组织修复与替换.生物医用材料由于直接用于人体或与人体健康密切相关,对其使用有严格要求.首先,生物医用材料应具有良好的血液相容性和组织相容性.其次,要求耐生物老化.即对长期植入的材料,其生物稳定性要好；对于暂时植入的材料,耍求在确定时间内降解为可被人体吸收或代谢的无毒单体或片断.还要求物理和力学性质稳定、易于加工成型、价格适当.便于消毒灭茵、无毒无热源、不致癌不致畸也是必须考虑的.对于不同用途的材料,其要求各有侧重.

8. 生物医学应用中对金属的要求

生物医用金属材料是用于生物医学材料的金属或合金，又称外科用金属材料，是一类惰性材料。此类材料具有高机械强度和抗疲劳性能，是临床应用最广泛的承力植入材料。此类材料的应用非常广泛，涉及硬组织、软组织、人工器官和外科辅助器材等各个方面。

生物医学应用对金属的要求:

1.无毒无害
元素周期表中70％的元素是金属，但是由于毒性和较差的机械性能，几乎没有金属适合植入人体，但钛是其中之一。钛及其合金不仅无毒无害，而且与人体具有良好的相容性。作为植入物，不会发生过敏反应。
2.高强度，重量轻
医用金属材料通常用作人体中的受力装置，例如人造关节，人造椎骨，骨折内固定板，螺钉，骨钉等，它们需要高强度和韧性。钛合金具有低密度，高强度和轻重量，弹性量模接近自然骨骼，植入后不会对人体造成负担。

3.耐生理腐蚀
当医用金属被植入人体时，由于人体的复杂环境，很可能发生各种类型的腐蚀。钛合金被称为生物惰性金属材料，并且在人体血液浸入环境中具有出色的耐腐蚀性。除满足上述条件外，钛在手术后进行核磁共振检查时也不会被磁化、不会干扰图像，影响诊断。因此，钛合金一次又一次地创造了医学奇迹。

医用金属材料应用中的主要问题是：由于生理环境的腐蚀，会造成金属离子向周围组织扩散及植入材料自身性质的蜕变，前者可能导致毒副作用，而后者常常导致材料植入失败。已经用于临床的医用金属材料主要有不锈钢、钴基合金和钛基合金等。此外，还有形状记忆合金、贵金属以及纯金属钽、铌、锆等。

9. 生物材料的种类

生物材料应用广泛，品种很多，其分类方法也很多。生物材料包括金属材料（如碱金属及其合金等）、无机材料（生物活性陶瓷，羟基磷灰石等）和有机材料三大类。有机材料中主要是高分子集合物材料，高分子材料通常按材料属性分为合成高分子材料（聚氨酯、聚酯、聚乳酸、聚乙醇酸、乳酸乙醇酸共聚物及其他医用合成塑料和橡胶等）、天然高分子材料（如胶原、丝蛋白、纤维素、壳聚糖等）；根据材料的用途，这些材料又可以分为生物惰性（bioinert）、生物活性（bioactive）或生物降解（biodegradable） 材料，高分子聚合物中，根据降解产物能否被机体代谢和吸收，降解型高分子又可分为生物可吸收性和生物不可吸收性。根据材料与血液接触后对血液成分、性能的影响状态则分为血液相容性聚合物和血液不相容性。根据材料对机体细胞的亲和性和反映情况，可分为生物相容性和生物不相容性聚合物等。
特点
生物材料主要用在人身上，对其要求十分严格，必须具有四个特性：
⑴生物功能性。因各种生物材料的用途而异，如：作为缓释药物时，药物的缓释性能就是其生物功能性。
⑵生物相容性。可概括为材料和活体之间的相互关系，主要包括血液相容性和组织相容性（无毒性、无致癌性、无热原反应、无免疫排斥反应等）。
⑶化学稳定性。耐生物老化性（特别稳定）或可生物降解性（可控降解）。
⑷可加工性。能够成型、消毒（紫外灭菌、高压煮沸、环氧乙烷气体消毒、酒精消毒等）。

10. 生物高分子材料有哪些

生物高分子材料也称为生物医学材料,是指以医疗为目的,用于与生物组织接触以形成功能的无生命的材料。主要包括生物医用高分子材料、生物医用陶瓷材料、生物医用金属材料和生物医用复合材料等。研究领域涉及材料学、化学、医学、生命科学，生物医用高分子材料是一门介于现代医学和高分子科学之间的新兴学科。它涉及到物理学、化学、生物化学、病理学、血液学等多种边缘学科。目前医用高分子材料的应用已遍及整个医学领域(如:人工器官、外科修复、理疗康复、诊断治疗等)。

由于医用高分子材料可以通过组成和结构的控制而使材料具有不同的物理和化学性质,以满足不同的需求,耐生物老化,作为长期植入材料具有良好的生物稳定性和物理、机械性能,易加工成型,原料易得,便于消毒灭菌,因此受到人们普遍关注,已成为生物材料中用途最广、用量最大的品种,近年来发展需求量增长十分迅速。医用高分子材料的研究目前仍然处于经验和半经验阶段,还没有能够建立在分子设计的基础上,以材料的结构与性能关系,材料的化学组成、表面性质和生命体组织的相容性之间的关系为依据来研究开发新材料。目前全世界应用的有90多个品种,西方国家消耗的医用高分子材料每年以10%~20%的速度增长。随着人民生活水平的提高和对生命质量的追求,我国对医用高分子材料的需求也会不断增加。

合成高分子材料因与人体器官组织的天然高分子有着极其相似的化学结构和物理性能，因而可以植入人体，部分或全部取代有关器官。因此，在现代医学领域得到了最为广泛的应用，成为现代医学的重要支柱材料。当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药物控制释放材料。

外科置入件用高分子材料耐生物老化,作为长期置入材料具有良好的生物稳定性和物理、机械性能，易于加工成型,原料易得，便于消毒,受到人们普遍的关注,这类材料主要用于生物体软、硬组织修复体、人工器官、人工血管、接触镜、膜材、粘结剂和空腔制品诸方面。其特点是大多数不具有生物活性，与组织不易牢固结合，易导致毒性、过敏性等反应。不过作为承重的植入件用高分子材料还有许多方面的问题，目前研究主要集中在提高材料的对生物体的安全性；提高组织相容性和血液相容性；改善生物学性能，改善提高力学、机械、物理性能。在生物膜材料方面，属于线性高分子多糖结构的壳聚糖是甲壳质脱乙酰基的衍生物，无毒、无抗原性，可在生物体内自行降解.壳聚糖膜有促进创面愈合的作用，具有良好通透性，且含有游离氨基，能结合酸分子，是天然多糖中唯一的碱性多糖。因而具有许多特殊的物理化学性质和生理功能，在医学生物材料上可作为人工肾膜和人造皮肤。

生物降解型医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质等，在临床上主要用于暂时执行替换组织和器官的功能，或作药物缓释系统和送达载体、可吸收性外科缝线、创伤敷料等。其特点是易降解，降解产物经代谢排出体外，对组织生长无影响，目前已成为医用高分子材料发展的方向。

高分子药物控制释放体系不仅能提高药效，简化给药方式，大大降低了药物的毒副作用，而且纳米靶向控制释放体系使药物在预定的部位，按设计的剂量，在需要的时间范围内以一定的速度在体内缓慢释放，而达到治疗某种疾病或调节生育的目的，比如高分子多肽或蛋白药物控制释放体系新的研究进展，为那些口服无效的多肽或蛋白药物的临床应用，展示了令人鼓舞的前景。