- 中文名
- 生物材料
- 外文名
- Biomaterials
- 特 点
- 广阔的发展前景
- 学 科
- 生物学
- 学科代码
- 43060 [3-4]
- 创建时间
- 九十年代
现代医学正向再生和重建被损坏的人体组织和器官、恢复和增进人体生理功能、个性化和微创治疗等方向发展。传统的无生命的医用金属、高分子、生物陶瓷等常规材料已不能满足医学发展的要求，生物医学材料科学与工程面临着新的机遇与挑战。
实际上，国家当前在生求浆键物材料科学基础研究方面已经取得了重大突破进展，走在了世界先进行列，但产业化水平尚待提高，产业规模小、发展相对滞后，还不能满足全民医疗保健的实际需要。在国家政策、经济的大力支持下，我国生物材料的产业化发展将提速。企业应增强自主创新的能力，进一步解决依靠进口的局面，同时加大出口力度，实现跨越发展，扩大中国生物材料产品在国际上的影响力。 [2]
生物材料（Biomaterials）又称生物工艺学或生物技术。应用生物学和工程学的原理，对生物材料、生物所特有的功能，定向地组建成具有特定性状的生物新品种的综合性的科学技术。生物工程学是70年代初，在分子生物学、细胞生物学等的基础上发展起来的，包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程等，他们互相联系，其中以基因工程为基础。只有通过基因工程对生物进行改造，才有可能按人类的愿望生产出更多更好的生物产品。而基因工程的成果也只有通过发酵等工程才有可能转化为产品。
医学上通过生物工程可以生产出大量廉价的防治人类疾病的药物，如入胰岛素、干扰素、生长激素、乙型肝炎疫苗等。生物工程在食品、轻工中的应用面也很广。1983年美国用生物工程生产的用于制作饮料的高果糖浆的年产量达600万吨，从而使蔗糖的消耗量减少一半。采用生物工程技术，使育种工作发生了很大变化，如把抗病基因转移到烟草中去，已培育出防止害虫的烟草新品种；把低等生物根瘤菌的固氮基因转移到高等作物的细胞中，使之能自己制造氮肥，也取得了一定成果。世界各国对生物工程十分重视，中国也把生物工程列为重点发展的科研项目之一。生物工程学的研究将对人类的生产方式和生活方式产生巨大的影响。
指生物材料具备或完成某种生物功能时应该具有的一系列性能。
根据用途主要分为：
*承受或传递负载功能。如人造骨骼、关节和牙等，占主导地位
根据材料与生物体接触部位分为：
*血液相容性。材料用于心血管系统与[[血液]]接触，主要考察与血液的相互作用
*与心血管外的组织和器官接触。主要考察与组织的相互作用，也称一般生物相容性
*力学相容性。考察力学性能与生物体的一致性
生物材料和纳米生物技术是国际化，跨学科，英文出版的关于生物材料的制备，性能和评价研究的原创性文献，由美国科研出版社发行。涵盖物理，化学，毒物学，电化学，机械和光学特性的纳米材料，生物技术的应用（制药，药物输送系统，化妆品，食品技术，生物转化，可再生能源和能源储存，生物传感，纳米药物，组织工程，植入式医疗设备，生物光子学，纳米光动力疗法，肿瘤科）。
⑴生物学反应
A: 血液反应
⒈血小板血栓；
⒋溶血反应；
⒎蛋白粘附；
B:免疫反应
⒊细胞免疫反应。
C:组织反应
⒉细胞粘附
⒋形成蘘膜
⒈急性全身反应
⒉慢性全身反应
⒊急性局部反应
炎症、血栓、坏死、排异等
⒋慢性局部反应
*金属腐蚀
*磨损
⑴金属腐蚀
⑶磨损
大量的人工髋关节是由坚硬的金属或陶瓷的股骨头与超高分子聚乙烯的髋臼杯组合成，然而它的寿命也不超过25年。长期随访资料显示，假体失败的主要原因是超高分子聚乙烯磨损颗粒所造成的界面骨溶解，从而导致假体松动。这种磨损颗粒所导致的异物－巨细胞反应，又称颗粒病，是晚期失败的最主要原因。
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。
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：
⑵力学性能
材料要有合适的强度、硬度、韧性、塑性等力学性能以满足耐磨、耐压、抗冲击、抗疲劳、弯曲等医用要求。
⑷成形加工性能
容易成形和加工，价格适中。
按材料功能划分：
按材料来源分类：
*1、自体材料
*3、异体器官及组织；
*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
⑴医用不锈钢
⑵钴基合金
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
生物医用无机非金属材料
按植入生物活体内引起的组织与材料反应，生物陶瓷分为：
医用碳素材料：具有接近于自然骨的弹性模量。
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。
医用金属作为受力期间，在人体内服役，其受力状态极其复杂，如人工关节，每年要承受约3.6×106次、且数倍于人体重量的载荷冲击和磨损。
对于摩擦部位的材料，一般用硬度反映其耐磨性能。
弹性模量是生物材料的重要性质之一，过高过低都不行。模量相对与骨过高，在应力作用下，承受应力的金属和骨将产生不同的应变，在金属与骨的接触面会出现相对位移，从而造成界面处松动；长时间下，还会造成应力屏蔽，引起骨组织的功能退化和吸收。过低，变形较大，起不到固定和支撑作用。
已有的标准有：
⒈ISO10993.1－1992至ISO10993.12－1992；
生物材料⑴局部组织反应
①排异反应：生物材料植人体内后，可在植人物周围发生不同程度的炎症反应。这是机体对异物进行酶解和消化的结果。但大多数医学生物材料比较稳定，不会被很快代谢掉。这时胶原纤维会包围在植入物周围形成被膜，或称为包囊，将正常组织与植入物隔离开。纤维包囊形成后可发生以下变化：纤维囊增厚，从而影响局部血液供应，并为机体代谢产物和材料变性产物提供蓄积场所；纤维囊钙化或变硬，引起机械性能不相配而产生疼痛；局部持续性感染，由于纤维囊血运较差，缺乏足够的免疫细胞，坏死细胞清除较慢，使感染持续存在或加重。
②钙化：生物材料表面形成钙化经常导致材料丧失功能。引起钙化有材料本身的原因，也有机体的原因，如材料的表面性质、死亡细胞的沉积、局部营养不良、体内钙磷含量、机械运动等因素，都是产生或加速钙化的原因。对于软组织和心血管植入材料，应尽可能避免或减少钙化的发生。而植入物刺激的钙化对骨性组织的修复是有利的，如陶瓷以及复合材料制备的表面活性植入物，通过钙化与组织结合，可防止界面活动。
③感染：感染是植入材料最常见的并发症。植入材料常常增加临床手术的感染发生率。其原因一方面是材料的污染，另一方面，植入材料本身具有很强的加重组织感染的易感性，植入材料通过限制巨噬细胞的迁移，阻断抗感染的生理过程；某些植入物的表机或其释放出的可溶性成分，可干扰巨噬细胞的杀菌机制等。因此，生物医学材料应在不影响其性能的情况下，采用适当方法严格灭菌。其植入手术应加强无菌操作。避免因感染导致的植入失败。
⑤肿瘤：生物材料的致癌性是一个引人注目的问题。尽管在临床极少见，但在动物实验中却屡见不鲜。可能与以下因素相关：植入材料在生物老化过程中释放致癌物质；植入材料被致癌物质污染l纤维包膜增厚，导致局部组织代谢障碍，代谢产物长期积蓄，细胞发生突变的可能性增加；植入物的表面形状、粉末状或海绵状的材料几乎不会发生恶性肿瘤，纤维状的材料也很少发生，只有表面光滑的材料才容易发生。因此在材料的选择和应用上，避免使用可能产生刺激性、乃至有毒可溶物质的材料，尽可能使用表面粗糙的材料，植入时尽量减少材料与组织的间隙等。
