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生物陶瓷材料论文2篇

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  篇一:生物材料论文

  摘 要: 材料科学与物理学、化学、生物学及临床科学越来越紧密地结合,并突破旧有科学的狭小范围,诞生了另一个新兴的产业--生物医学材料产业。生物医学材料已经成为生物医学工程的4大支柱产业之一,它为医学、药物学及生物学等学科的发展提供了丰富的物质基础。作为材料学的一个重要分支,它对于促进人类文明的发展必将作出更大的贡献。

  生物医学材料指的是一类具有特殊性能、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,其制成产品已经被广泛地应用于临床和科研。

  关键词: 生物材料; 陶瓷;高分子;降解。

  生物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[1]自19世纪80年代以来, 以医疗、保健、增进生活质量、造福人类为目的的生物材料取得了快速的发展。它最早的使用可以追溯至19世纪末, 在1886年, 首例钢片和镀镍钢治疗骨折应用于临床获得成功。迄今为止, 除大脑以外的各种人工器官已经应用于人体, 并取得了良好的效果。目前, 生物材料主要包括医用高分子材料、生物陶瓷、医用金属材料等[2]。

  1.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变和组织细胞的反应;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。

  目前, 按材料性质不同, 生物材料一般可分为医用高分子材料、生物陶瓷材料、医用金属材料、生物降解材料、生物医学复合材料等。

  1. 1 医用高分子材料

  医用高分子材料是生物医用材料研究领域最活跃的领域之一, 特别是20世纪60年代以来发展更快, 已经能合成出许多具有优良性能的软、硬材料及药物控释材料应用到各个医学领域。医用高分子易于加工成型, 原材料易得, 理化性质可以在很宽的范围内被调节和控制, 加之生物体的大部分组织和器官实质都是由高分子化合物构成, 故一经出现就得到重视和应用。医用高分子材料要应用于生物体必须同时要满足生物功能性、生物相容性、化学稳性、可加工性等严格的要求。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[3]。

  1. 2 生物陶瓷材料

  生物陶瓷又称生物医用非金属材料, 从广义上讲包括主要构成成分为无机非金属材料及其制品。与高分子材料和金属材料相比, 生物陶瓷在人体内极其稳定, 压缩强度高, 对生物组织有良好的相容性与亲和性, 且耐腐蚀, 无毒副作用, 几乎看不到与生物组织的排斥反应, 因而受到人们的普遍关注[4, 5],是近年来研究较多且进展较快的领域。当前的研究主要集中在具有特异性功能的活性材料, 良好的力学性能且促进组织生长的功能材料, 具有生物体组织结构的复合材料[6], 以磷酸盐为基体材料的生物活性陶瓷是目前生物陶瓷研究中最活跃的领域[7]。

  1. 3 医用金属材料

  医用金属材料具有高的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。己经应用于临床的医用金属材料主要是不锈钢、钴基合金和钛基合金等三大类。此外, 还有形状记忆合金、贵金属以及纯金属钽、锆、铌等。主要用于骨和牙等硬组织的修复和替换, 心血管和软组织修复以及人工器官的制造, 如人工髋关节、骨折内固定钢板以及骨螺钉等。最先泛用于临床治疗的金属是金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)等贵重金属[8], 它们具有良好的稳定性和加工性能。之后, 铜(Cu)、铅(Pb)、镁(Mg)、铁(Fe)和钢等曾用于临床试验, 但因耐腐蚀性、生物相容性较差以及力学性能欠佳未受到广泛应用。随着冶金技术的进步, 不锈钢逐渐应用于临床, 虽然抗腐蚀性并不十分理想, 但其易加工, 价格低廉, 故在临床应用中得到了一席地[9]。目前应用最多的医用金属是不锈钢、钛及钛合金以及钴铬钼合金[10]。

  1. 4 生物降解材料

  所谓可降解材料是指那些在被植入人体内以后, 能够不断的发生分解, 分解产物能够被生物体所吸收或排出体外的一类材料, 现已成为医用高分子发展的重要方向之一[11]。临床中主要用作非永久性植入支架或装置。植入后, 首先代行被替换组织的功能, 然后随着材料的降解吸收被新生组织同步替换,最后达到永久治疗的目的, 免去了二次手术的痛苦, 可提高疗效[12]。聚乳酸( PLA)是典型的合成可降解聚合物之一, 其代谢产物乳酸是体内三羧酸循环的中间代谢物, 且吸收和代谢机理己经明确并具有可靠的生物安全性, 因此作为第一批可生物降解吸收材料已被美国FDA批准用于临床, 是迄今研究最多, 应用最广泛的可降解生物材料。其强度相对较高, 模量可达4Gpa, 故广泛地应用于制作医疗器械、骨折固定装置等, 并因具有一定的生物活性, 也曾应用于骨填充、替换材料。

  1. 4 生物医学复合材料

  生物医学复合材料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。其中钻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。

  2 生物医学材料的应用前景

  就材料和组织间的相互作用而论,生物材料科学的发展,已经历了生物惰性材料和与组织相互作用的生物材料阶段。进入20世纪90年代,由于高技术的进展以及临床需求推动了新型生物材料的设计、合成与制造。分子生物学的进展有力地促进了植入体科学的发展,使生物材料的研究进入了~个崭新的阶段,即将生物技术应用于生物材料,利用生物学原理去设计和制造具有生物结构和功能的材料。这种新型生物材料含有活体细胞、细胞组成和细胞

  产物,以及模拟细胞生物功能,能充分调动人体自身修复和完善的功能,材料科学与生命科学真正融为一体,生物材料科学提供框架,生物技术提供功能。生物材料科学已从材料和宿主界面的研究,加入了新的成员——活体细胞,生物材料已从无生命的材料发展进入有生命活性的材料,从而使人类有可能在将来完全复制整个的人体器官。

  近年来, 世界生物材料市场发展势头更为迅猛,其发展态势可与信息、汽车产业在世界经济中的地位相比。据1988年美国国家健康统计中心调查, 美国己有1100万人(不包括齿科材料)植入了一件以上的生物医用材料, 全球达3000万人以上, 1995年世界生物医用材料市场已达2000亿美元。中国科学院在2002年《高技术发展报告》中披露, 1990~1995年, 世界生物医用材料市场以每年大于20%的速度增长。这期间中国的增长虽然也比较快, 但由于起点低, 市场份额只占世界市场的2%。2000年, 全球医疗器械市场己达1650亿美元, 其中生物医学材料及制品约占40%至50%。20世纪90年代, 医疗器械平均年增长率在11%左右, 预计未来几年发展中国家将会大幅度增长。如除日本外的亚洲地区将从2000年占世界市场份额17%的280亿美元, 增长至2005年占世界市场份额的25%。生物医用材料及其制品的市场预计10- 15年将达到药品市场的规模, 成为本世纪经济的支柱性产业。

  随着社会日益增加对生物材料的需要,将会促进材料合成技术的发展,改善对现有生物材料的改性,特别是表面改性技术,设计出便捷高效的方法,制造出功能更完善的组织工程材料;在新材料的设计和研究中,通常把研究对象要求的生物相容性作为一个重要问题考虑。因此,今后也会重点考虑对生物学性能的评价和检测方式的研究,与此同时,也将会考虑理化性能对生物学性能的影响,通过加强对材料组成结构、物理化学性能的研究方法的研究,促进人们对生物学性能的了解。

  [参考文献]

  [1] 何天白, 胡汉杰. 功能高分子与新技术[M]. 北京: 化学工业出版社, 2001. 95~98.

  [2] L. G. Griffith. polymeric biomaterials [J].Actamater. 2000, (48): 263~277.

  [3] Neeraj Kumar, Robert S. Langer, AbrahamJ Domb. Polyanhydrides: anoverview[J ].Advanced Drug Delivery Reviews 2002,(54): 889~910.

  [4] 冯凌云, 陈晓明. 生物陶瓷材料的生物学性能评价[J]. 武汉工业大学学报, 1998, (18):23~26.

  [5] C. Piconi, G. Maccauro. Zirconia as aceramic biomaterial [J ]. Biomaterials ,1999, (20): 1~25.

  [6] L. D. Timmie Topoleski, Paul Ducheyne,John M. Cuckler. Flow intrusioncharacteristics and fracture propertiesoftitanium- fibre- reinforced bone cement[J]. Biomaterials , 1998, (19): 1569~1577.

  [7] Y. Shikinami, M. Okuno. Bioresorbabledevices made of forged composites of hydroxyapatite(HA) particles andpoly-L - lactide (PLLA) : Part I. Basic characteristics [J ]. Biomaterials, 1999,(20): 85~87.

  [8] 张兴栋. 材料科学技术百科全书[M]. 北京: 中国大百科全书出版社, 1993. 927~928.

  [9] 顾汉卿, 徐国风. 生物医学材料学[M]. 天津:科学技术出版社, 1993. 361~362.

  [10] 张兴栋. 材料科学技术百科全书[M]. 北京:中国大百科全书出版社, 1995. 919~921,927~928.

  [11] 张兴栋. 硬组织修复与骨组织工程材料[M].天津: 天津大学出版社, 2000. 142~145, 120~122.

  [12] Kulkami. BiodegradablematerialsResearch[J]. BiomedicalMaterials Research, 1971,(5): 169~181.

  篇二:生物陶瓷材料

  摘要:本文论述了生物学性能评价的发展和它在生物医学材料研究开发中的应用,以及生物陶瓷的研究、发展和应用,以及其制品的研究现状和发展前景。 关键词:生物陶瓷材料 复合生物陶瓷 研究现状 发展

  前言:

  生物陶瓷从广义上讲包括主要构成成分为无机非金属物质的材料及其制品。与金属和高分子材料相比, 生物陶瓷在人体内极其稳定, 压缩强度高, 和人体组织的亲和性良好, 几乎看不到腐蚀和与人体组织的排斥反应,由于生物陶瓷的这些优点, 近年来国内外对生物陶瓷的研究取得了很大的进展, 并有部分产品广泛应用于临床,作为一种新型功能材料, 直接应用于人体, 取代或是修复人体某些损伤的器官和组织, 因此,我们必须增加对这种材料的认识, 以避免因认识不足而造成临床上出现的一些由材料毒付作用引起的医疗事故。

  正文:

  1、生物学性能评价的发展和意义

  由于生物医用材料的种类和使用部位不同, 对其评价也应不同, 而且人体极其复杂, 有些反应在短期内无法观察, 因此这种生物学性能的评价标准也在不断地进行修改和完善。我国在七十年代后期开始研究生物材料和人工器官的生物学评价。中国药品生物制品检定所奚廷斐等人在这方面做了大量工作[1-2]。四川生物医学材料监测中心提出经基磷灰石生物学性能评价的一套程序和方法[3], 在我国, 这都是对生物陶瓷材料进行生物学性能评价的第一次尝试。武汉工业大学生物中心最近备案的有关生物陶瓷系列制品的标准里也提出了一整套生物学性

  能评价的程序和方法。随着生物医用材料的发展和广泛应用, 相应地其生物学评价也会逐步完善。

  2、生物陶瓷发展热点

  (1)、复合材料:为提高生物陶瓷材料的力学性能、稳定性和生物相容性,许多材料工作者在复合生物陶瓷材料方面做了大量的研究,并取得了较大进步。目前,常用的基体材料有生物高分子材料、碳素材料、生物玻璃、磷酸钙基生物陶瓷等材料,增强材料有碳纤维、不锈钢或钴基合金纤维、生物玻璃陶瓷纤维、陶瓷纤维等纤维增强体,另外还有氧化锆、磷酸钙基生物陶瓷、生物玻璃陶瓷等颗粒增强体。Kim[4]等人利用硅硼酸钠玻璃来增强HAp,当玻璃相为59%,可使HA 的机械强度增加到47MPa。

  (2)、纳米技术的应用:纳米陶瓷在人工骨、人工关节、人工齿等硬组织替代材料制造及临床应用领域有广阔的应用前景。英国的Webster [5]成功地合成了模拟骨骼亚结构的纳米物质,该物质有望取代目前骨科常用的合金材料,而且不易骨折,并能与正常骨组织连接紧密。

  (3)、生物陶瓷发展趋势:1、通过研究与人体组织结构具有相同有机和无机成分的复合材料,提高现有生物陶瓷的可靠性、强度,改善韧性,使之与人体内部组织具有相似的力学性能。2、开展人工骨应用基础理论研究,深入探索种植与骨界面的作用过程以及种植与骨和软组织结合的机理,开发与人体组织力学相适应性好,又具有促进组织生长的生物陶瓷材料。3、由于生物材料大多直接植入人体,这就要求其在人体内可以降解,不排异,研究在人体内可生物半降解的无机生物材料,同时,可根据人体在恢复过程中所需物质,研究含人体生理

  活性物质和有效微成分的无机生物材料。4、在移植陶瓷应用范围不断扩大基础上,人造血管和人造气管等软组织材料的应用将是今后的重点研究课题。

  3、复合生物陶瓷材料

  复合生物陶瓷是指生物用复相陶瓷的总称。由多种组分构成,含有多相的生物用陶瓷材料。研究结果表明,复合生物陶瓷材料具有较好的力学性能、化学稳定性和生物相容性,是一种很有应用前景的复合生物陶瓷材料。Kim 等[6] 采用多孔的ZrO2 骨支架,表面采用羟基磷灰石涂层,在二氧化锆和羟基磷灰石之间喷涂氟磷灰石(氟磷灰石在高温下比较稳定,可阻止羟磷灰石与二氧化锆的反应。因为羟基磷灰石和二氧化锆的反应不仅使材料的机械性能降低,而且会使材料的生物相容性降低),制备出了符合要求的生物陶瓷材料。Kim 等[7] 采用在二氧化锆和羟基磷灰石复合粉体间加入氟化钙,然后烧结成型制成复合生物陶瓷材料。研究发现氟化钙可以有效地阻止两者反应,可获得良好的HA/ZrO2 复合生物陶瓷材料。

  4、生物陶瓷的发展、应用与展望

  经过各国学者几十年的努力, 已经取得许多有关生物陶瓷性质及其在体内行为的认识,临床应用范围从很小的中耳植体到复杂的髋关节部件, 从生命悠关 的心脏瓣膜到改善人类生活质量的牙根替换等。生物陶瓷材料的研究结果得以使它广泛应用于临床,据统计[8],目前在全球范围内,每年都有400000例陶瓷髋关节和膝关节移植手术。美国35岁以上的人口中,有近三分之一是部分或全部缺牙的,他们都将成为牙移植的志愿者。这些数字还有逐年增加的趋势,这足以说明了生物陶瓷在人类保健系统中的重要性,也强调了在这一领域中的产业是相当有利可图的。我国牙缺损、牙缺失患者人数达总人口的1/ 5~ 1/ 3,口腔生物

  材料需求巨大, 目前我国正走向老龄化社会, 对生物材料的需求量更大。因此发展我国生物材料具有深远而又现实的意义。

  结语:

  随着材料科学和其它基础科学的发展, 生物陶瓷植入材料在世界各国受到重视, 其研究与开发近二十年来得到飞速的发展。目前在西欧、美国、澳大利亚和日本, 无机生物材料的研究已成为独立的学科, 组建了十余个高级别多学科交叉的国家生物材料与工程中心, 并被许多国家列入高技术关键新材料发展计划。所以在生物材料上的研究是很有前景的,我们作为材料人,更应该努力学习,在这条道路上继续摸索,继续前进。

  参文献

  [1]、康振黄主编,实用生物医学工程,上海:上海科技出版社,1990.119-138.

  [2]、《ASTM》编著,美国材料试验协会标准(13分册,医用装置),奚延斐等译,成都:成都科技大学出版社,1990.298-304.

  [3]、朱蔚精,彭蔷,羟基磷灰石生物学性能评价,94秋季中国材料研讨会会议论文集(第Ⅰ卷)。北京:化学工业出版社,1995.325-332.

  [4]、Kim HW, Noh YJ, Koh YH, et a1. Effet of CaF2 on densification and properties of hydroxyapatite- zireonia composites for biomedical applications[J].Biomaterials, 2002,23(20): 4 113-4 121.

  [5]、Webster T J,Ergun C,Doremus RH, et al. Biomaterials,2000,21(17):1 803-1810.

  [6]、Kim HW,Lee SY,Porous ZrO2 bone scaffold coated with hydroxyapatite with fluorapatite intermediate layer[J].Biomaterials,2003,24(19):3277-3284.

  [7]、Kim HW, Noh YJ, Koh YH, et a1. Effet of CaF2 on densification and properties of hydroxyapatite-zireonia composites for biomedical applications[J].Biomaterials,2002,23(20):4113-4121.

  [8]、P.Ducheyne,J.Biomed.Mater.Res,:Applied Bio materials,1987;21(A2):219-236.

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