生物醫用材料

生物醫學材料指的是一類具有特殊性能、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複合材料，其製成產品已經被廣泛地應用於臨床和科研。

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生物醫用材料（biomedical material）是用於對生物體進行診斷、治療、修復或替換其病損組織、器官或增進其功能的新型高技術材料。它是研究人工器官和醫療器械的基礎，己成為材料學科的重要分支，尤其是隨著生物技術的蓮勃發展和重大突破，生物材料己成為各國科學家競相進行研究和開發的熱點。當代生物材料已處於實現重大突破的邊緣，不遠的將來，科學家有可能藉助於生物材料設計和製造整個人體器官，生物醫用材料和製品產業將發展成為本世紀世界經濟的一個支柱產業.

由生物分子構成生物材料，再由生物材料構成生物部件。生物體內各種材料和部件有各自的生物功能。它們是“活”的，也是被整體生物控制的。生物材料中有的是結構材料，包括骨、牙等硬組織材料和肌肉、腱、皮膚等軟組織；還有許多功能材料所構成的功能部件，如眼球晶狀體是由晶狀體蛋白包在上皮細胞組成的薄膜內而形成的無散射、無吸收、可連續變焦的廣角透鏡。在生物體內生長有不同功能的材料和部件，材料科學的發展方向之一是模擬這些生物材料製造人工材料。它們可以做生物部件的人工代替物，也可以在非醫學領域中使用。前者如人工瓣膜、人工關節等；後者則有模擬生物黏合劑、模擬酶、模擬生物膜等

1.生物醫用材料的分類

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）、複合材料（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.應用廣泛，增長迅速

生物醫學材料應用廣泛，僅高分子材料，全世界在醫學上應用的就有90多個品種、1800佘種製品，西方國家在醫學上消耗的高分子材料每年以10％～20％的速度增長。隨著現代科學技術的發展尤其是生物技術的重大突破，生物材料的應用將更加廣泛。表1列舉了生物醫用材料的一些典型應用，其應用之廣泛可見一斑。

3.生物醫學材料發展的主要動力

生物醫學材料得以迅猛發展的主要動力來自人口老齡化、中青年創傷的增多、疑難疾病患者的增加和高新技術的發展。人口老齡化進程的加速和人類對健康與長壽的追求，激發了對生物材料的需求。作為世界人口最多的國家，中國已進入老齡化國家行列，生物材料的市場潛力將更加巨大。

生活節奏的加快、活動空間的擴展和飲食結構的變化等因素，使創傷成為一個嚴重的社會問題。我國創傷住院年增長率達7.2％，高居住院人數第2位。美國1998年用於骨骼-肌肉系統損傷患者的治療費高達1280億美元，僅骨缺損患者就達123萬，其中80％需用生物醫學材料治療。在全球，心腦血管疾病、各種癌症、艾滋病、糖尿病、老年痴呆症等發病率逐年增加，急需用於診斷、治療和修復的生物材料。

隨著生物技術的發展，不同學科的科學家進行了廣泛合作，從而使製造具有完全生物功能的人工器官展示出美好的前景。人體組織和器宮的修復，將從簡單的利用器械機械固定發展到再生和重建有生命的人體組織和器宮；從短壽命的組織和器官的修複發展至永久性的修復和替換。這一醫學革命（特別是外科學），對生命利學和材料等相關學科的發展提出了諸多需求，對生物醫學材料的發展產生了重要的促進作用。

生物醫用材料是材料科學與工程的重要分支，其最大特點是學科交叉廣泛、應用潛力巨大、挑戰性強。隨著新材料、新技術、新應用的不斷湧現，吸引了許多科學家投人這一領域的研究，成為當今材料學研究最活躍的領域之一。在我國，生物醫學材料的研究雖然取得一些令人矚目的成果，但整體水平不高，跟蹤研究多，源頭創新少。在產業化方面，生物醫學材料及其製品佔世界市場的份額不足2％，主要依靠進口，產品技術結構和水平基本上處於初級階段。結合我國國情和學科發展趨勢，按照"有所為，有所不為，重點突破"的原則，我們建議，應在五個方面開展重點研究。

一是生物結構和生物功能的設計和構建原理研究。著重研究具有誘導組織再生的骨、軟骨及肌腱等基底材料和框架結構的設計及其仿生裝配；

二是表面／界面過程-材料與機體之間的相互作用機制研究。從細胞和分子水平深人研究材料與特定細胞、組織之間的表面／界面作用，揭示影響生物相容性的因素及本質。

三是生物導向性及生物活性物質的控釋機理研究。研究可自控或靶向釋放蛋白、基因等特異性生物活性物質的材料的設計以及生物導向性原理；用於組織細胞和基因治療的半滲透聚合物膜的設計、自裝配及特異性細胞密封技術；

四是生物降解／吸收的調控機制研究。研究生物降解／吸收材料的分子結構和生物環境對其降解的影響、降解／吸收速度的調控、降解／吸收及代謝機制，以及降解產物對機體的影響。其目標是為組織工程化人工器官生物材料及藥物控釋材料的自成、改性方法提供理論基礎，實現材料參與生命過程和構建生命組織的目的。

五是材料的製備方法學和質量控制體系研究。主要研究生物醫用材料及修復體的計算機輔助設計；

通過上述研究的開展，將使我國生物材料的研究水平有較大提高，為我國生物醫用材料科學及其產業的發展奠定堅實的基礎。

生物醫用材料為挽救生命和提高人民健康水乎做出了重大貢獻，當前正面臨重大突破。我國加人 WTO后，生物醫用材料產業將面臨更大的挑戰和更多的機遇，生物材料科學工作者任重而道遠。我們相信，在國家的大力支持下，跨部門、跨學科通力合作，通過走自力更生與技術引進相結合的發展之路，在生物材料組織工程化、分子設計、仿生模擬、智能化藥物控釋等方面重點投人，生物醫用材料必將為全面提高人們的生活水乎，造福人類做出更大的貢獻。