明胶及其在生物医学材料中的应用
明胶及其在生物医学材料中的应用1
关林波1**,但卫华1***,曾睿2，3,米贞健2,林海1,但年华1，2,
陈驰1,曲健健1,叶易春1
1. 四川大学皮革化学与工程教育部重点实验室，610065；
2. 成都佰乐金生物科技有限公司，610065；
3. 四川大学轻纺与食品学院，610065；
摘 要：明胶是一种天然的高分子材料,其理化性质、生物学性能研究表明其是制造生物医用材料的良好材料。本文阐述了明胶的各种性质,根据大量前人研究材料总结出当明胶与其他生物材料复合时,明胶基生物医用材料在医学领域的各个方面都有着良好的应用。
关键词：明胶 生物医学材料 应用
1． 概述
明胶是由胶原部分水解而得到的一类蛋白质，明胶的性质与胶原的结构有关。胶原分子具有棒状三螺旋结构，当其部分水解制备明胶的过程中，胶原的这种三螺旋结构发生部分分离和断裂。胶原具有重要的生物学性质—力学性能高、促进细胞生长、止血、生物相容性和生物降解性，多年来一直促使许多研究者设想制备胶原基生物材料。然而直到近20年随着胶原化学的发展，人们对胶原的结构和性质有了更为清楚的认识，这种设想才得以变为现实。在胶原的应用发展同时，明胶所表现出来的一些良好的理化性能，使得它在医药工业、临床医学和临床治疗中有广泛的应用。
2． 明胶的结构及理化性质[1～4]
2.1 明胶的结构及分类
明胶不是一种单一化合物，其成分受胶原来源的影响，其氨基酸组成与胶原相似，但因预处理的差异，组成成分也可能不同。不同规格的明胶分子量一般为20 000～250 000不等。当胶原蛋白的分子水解时，三股螺旋互相拆开，其肽链有不同程度的分离和断裂。这种分离和断裂方式有三种(如图一)：(1)螺旋完全松开，成为三条互不联结的、不规则盘旋的肽链；
(2) 一条肽链分离，另两条肽链松开后仍有氢键联结；(3) 三条肽链松开后仍有氢键相互联结。胶原蛋白分子的棒状三螺旋结构按上述三种方式分离和断裂后就形成了明胶分子的结构。
按照制备方法不同，明胶可分为两类，即A型明胶和B型明胶。A型明胶（pH为3.8-6.0；等电点为6-8）是用酸水解猪皮得到的，可塑性和弹性较好。B型明胶（pH为5.0-7.4；等电点4.7-5.3）是碱水解骨头及动物皮肤得到的，硬度较好。尽管有时候单独使用A型明胶或者B型明胶，但是大多数药用明胶是以上两种类型明胶的混合物。
1基金资助：教育部高等学校博士点专项科研基金资助,项目编号:20020610032
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图1. 明胶蛋白分子分离和断裂方式
2.2明胶的理化性质
明胶的理化性质与胶原蛋白的来源、制备方法、提取和浓缩条件、 受热历程、 pH值以及杂质或添加剂的化学性质有关，其理化性质主要有：
2.2.1凝胶化
当组成胶团的各种蛋白质链借助于侧链互相缔合时，将形成一个不溶性的固体点阵，这就是凝胶。明胶溶液可因温度降低而形成具有一定硬度、不能流动的凝胶，明胶凝胶形成的浓度最低极限值约为0.5％，凝胶浓度是指胶液冷却成凝胶后的浓度，浓度越大，黏度也愈高，凝胶存在的温度最高为35℃。凝胶形成后，它的结构向三股螺旋构型的变化历程很长，要经历多个阶段，其螺旋结构的比例逐步增加。当明胶凝胶受到环境刺激时会随之响应，即当溶液的组成、pH值、离子强度发生变化和温度、光强度、电场等刺激信号发生变化时，或受到特异的化学物质刺激时，凝胶就会发生突变，呈现相转变行为。这种响应提示了凝胶的智能性的存在。根据明胶凝胶化所具有的智能性，可以利用明胶制作仿生智能材料。例如郭晓明、吴霞琴等人[5]采用明胶成膜和溶胶－凝胶成膜相结合的技术，制得了性能良好得生物传感器。虽然这种材料目前在国内报道很少,但是智能天然高分子材料的研究已经成为仿生材料领域中的重要发展方向之一[6]。笔者认为，在不久的将来，明胶基智能高分子材料将会是仿生材料中最为耀眼的一朵奇葩。
2.2.2溶解和溶胀
明胶可以溶于水、多元醇（如甘油和丙二醇）的水性溶液以及极性大可形成氢键的有机溶剂，不溶于极性较小的有机溶剂以及大多数其他非极性有机溶剂。明胶不溶于冷水，但是在冷水中久浸即吸水膨胀并软化，质量可增加5～10倍，在40℃时就完全溶解成溶液。固体明胶通常含有少量的水分，这部分水起着增塑剂的作用，当含水量较低时，一般加入甘油或其他多元醇作为增塑剂。
明胶分子与其他蛋白质一样，在不同的溶液中，可形成正离子、负离子或两性离子（等电点）。明胶的两性主要是由于产生了自由的羧基和氨基引起的。在等电点时，明胶的黏度、
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渗透压、表面活性、溶解性及溶胀吸水量均最小，加入脱水剂时，在40℃以上能出现单聚凝。明胶在所有的pH范围内都易溶于水，若加入与明胶分子所带电荷相反的聚合物，则带电荷的聚合物能使明胶从溶液中析出。这种共聚凝作用在医学材料中的作用主要是制备微型胶囊或明胶微球。由此看来，明胶在制备药物缓释材料和药物载体材料中，具有可喜的应用前景。
2.2.3 黏度
明胶溶液的黏度与浓度、温度、明胶的分子量、pH值、添加剂和杂质有关。在低浓度时（1％～2％）明胶溶液的黏度与浓度呈线性关系；随着明胶浓度逐渐增大，黏度迅速增加，黏度的增大远大于浓度增大速度。在40℃以上的明胶水溶液表现出牛顿流体行为，30～40℃的明胶溶液表现为非牛顿流体力学性质。在常温时，容易形成网状结构，妨碍流动，因而黏度较大。
2.2.4 胶体和乳化性质
明胶是一种有效的保护胶体，可以阻止晶体或离子的聚集，用以稳定非均相悬浮液。在水包油的分散体药剂中作为乳化剂。
2.2.5 稳定性
明胶在室温、干燥状态下比较稳定，可放置数年，明胶应尽可能在低温条件下保存。在较高的温度和湿度下保存的明胶倾向于失去溶解性。在水溶液里，明胶能缓慢地水解转变成分子量较小的片断，黏度下降，失去凝聚能力。而且明胶对酶的作用很敏感。
3.明胶的生物学性能
3.1 生物相容性
生物相容性是生物材料能否应用于临床的关键因素之一。评价一个生物材料的生物学性能，主要看材料与机体的相互作用，包括材料反应和宿主反应。明胶是一种天然的高分子材料，其结构与生物体组织结构相似，因此具有良好的生物相容性。
3.2 生物可降解性[1]
生物可降解高分子材料一般用于生物体内，作为非永久性的植入材料，要求它在发挥作用之后能被活体吸收或参与正常的代谢而被排出体外。同时，要对材料表面接触的细胞不产生活性，其降解所生成的物质对生物体无毒性，而且相应于损伤部分的治愈情况，吸收材料必须具有相应的分解吸收速度。降解速度过快或过慢，都不适合作医用材料。明胶作为一种天然的水溶性的生物可降解高分子材料 ，其最大优点是降解产物易于被吸收而不产生炎症反应，其最大应用是作为药物控释。在应用明胶的可降解性时，经常对其进行化学修饰，调节其降解速度以适应不同的需要。
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4.明胶基生物医学材料的制备
大量研究表明，明胶用于生物医用材料制造具有以下特点：物理方面：抗张强度高，延展性低，易干裂，具有类似真皮的形态结构，透水透气性好；化学方面：可进行适度交联，可调节溶解性，可被组织吸收，可与药物相互作用；生物学方面：生物相容性好，有生理活性，如有血凝作用。
利用明胶制备的生物医用材料有生物医用膜材料、医用纤维以及明胶海绵等。但是目前研究最多的是生物医用膜材料和医用纤维。
4.1 生物医用膜材料
明胶无抗原性、易于吸收，理应是良好的生物医学材料，但因其存在膜质脆、不耐水、潮湿环境中易受细菌侵蚀而变质、力学性能差等缺点而限制了其使用。国外早有报道，用甲醛[7]或戊二醛[8]作为交联剂制成交联膜, 但由于这些交联剂的毒性,使这些交联膜无法用于医学领域。后来的研究证明，共混是提高高分子膜材料性能的有效方法,而且发现引入天然高分子材料与明胶共混，共混材料的生物相容性、毒性以及可降解性都得到了明显改善，如用壳聚糖[9] 、藻酸盐[10] 和透明质酸[11]与明胶共混制备共混膜。现在国内外研究最多的明胶基膜材料主要是壳聚糖-明胶共混膜[12] 、明胶-丝素共混膜[13] 、聚乳酸-明胶共混膜[14] 以及聚乙烯醇-明胶[15]共混膜等,这些材料的引入大大提高了明胶的理化性质,使明胶基高分子膜材料更加具功能性。
4.2 医用纤维
为了改善明胶基医用纤维材料力学性能，目前国内外主要利用其他复合材料与明胶进行共混纺丝以达到要求。这些共混材料的选用与制备明胶复合膜材料选用大致相同。如壳聚糖与明胶共混丝、藻酸盐与明胶共混丝的研究，天然纤维与明胶的共纺等。Zeng H、Tan ZA 等人[16]在20℃下用明胶与壳聚糖在乙醇和NaOH的水溶液中凝固纺丝，并测定了复合材料的降解性能。结果表明，复合纤维的抗张强度与明胶含量﹑胶凝化含量以及壳聚糖的脱乙酰的程度有关。溶菌酶对复合纤维的降解速率随时间的增大而减小。这两项结果显示这种新的复合纤维可以制作控降解材料。Fan LH、Du YM等人[17]用乙醇与CaCl2的溶液作为凝固液，对藻酸盐与明胶共混纺丝液进行纺丝。采用红外扫描（IR）﹑电镜扫描(SEM)﹑热重分析(TG)以及X光衍射等方法分析所得纤维的机械性能以及水保留性能，结果表明，当明胶含量在30％时，共混纤维的抗张强度以及伸长率是比较合适的。当明胶含量增加时，水的保持作用就加强了。表面结构分析显示，由于氢键的作用，明胶和海藻盐有着较强的交互作用以及良好的可纺性。Wan YZ、Wang YL等人[18]用四种碳纤维（短纤维﹑加长纤维﹑普通木质纤维和碳毡纤维）与明胶进行共混，通过对四种复合物的分析比较发现，加长纤维与明胶复合纤维的强度最大，碳毡纤维与明胶复合纤维的强度最小。用扫描电镜对不同的复合纤维进行检测，发现不同的复合纤维有着不同的表面结构。复合纤维的性能与纤维的表面结构和复合材料的特性有关。
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5.明胶作为生物医学材料的应用
明胶是已知的用途最广的天然产品之一，是一种具有许多良好物理性能的物质，正是由于这些优异的性能，使明胶在许多不同领域里都起着重要的作用。通过改变化学活性使明胶易于交联，这样又进一步扩大了明胶的使用范围。明胶可应用于创面修复材料、组织修复材料、止血材料、血液替代材料以及制备控缓释材料等。明胶的用途已经知道的罗列起来似乎是没有止境的，而新的用途仍不断被发现。下面将详细介绍明胶在上述医学领域的一些用途，但所涉及的范围是不能被认为是完全的。
5.1 创面修复
创面修复是整个医学界所面临的最重要、最基本的问题之一，随着分子生物学的发展，创面修复的基础研究已深入到细胞、分子及基因水平。组织工程学的出现,使烧伤创面皮肤移植有了新的突破，即由活细胞应用组织培养方法，以某种方式连接到天然的、人造的或二者混合物构成的基质或支架上，形成人工复合皮，然后进行皮肤移植[19]。人工复合皮不仅能够促进皮肤愈合，而且没有免疫原性，具有来源充足、使用方便安全等优点。因此开发与天然皮肤结构和功能相似的人造生物皮肤，对于救治重度烧伤病人具有非常重要的意义。以明胶为基础制备或合成组织工程材料，特别是用壳聚糖与明胶进行复合是目前生物材料的研究热点之一。如尹玉姬等人[20]将体外扩增的角质形成细胞2次接种于人工真皮结构物上，经过空气界面培养，可在体外构建具有模拟真皮和表皮双层结构的真皮替代物。壳聚糖－明胶双层支架表层的小孔可防止下层成纤维细胞向上生长，也防止表层角质形成细胞落入成纤细胞层面。该支架的致密层虽然隔离了角质形成细胞与成纤维细胞，但同时又允许营养物质和生长因子及生物信便的传递。这说明将成纤维细胞在壳聚糖－明胶支架内培养一段时间后，形成细胞支架结构物，可作为人工真皮。Mao J S等人还证明了透明质酸和壳聚糖－明胶网络复合制成的双层支架也能用作人工皮肤支架[21]。
姜广建、赵沉浮等人[22]也研制出了明胶-壳多糖混合膜，通过实验论证发现明胶－壳多糖膜具有良好的透气率和吸水率，这对于膜吸收伤口渗出液非常有利。加入适量的甘油作为增塑剂和保湿剂，使明胶－壳多糖膜具有良好的透气性、柔韧性和膨胀特性。该膜柔软透明，机械强度适中，且具有止血、减少创面渗出和避免伤口干燥的三重效果，在伤口愈合过程中起到了保护创面的作用。壳聚糖－明胶膜片在动物实验中也有着良好的表现。杨光辉、杨军等人[23]将体外培养的人表皮细胞接种于壳聚糖－明胶膜片（Chitosan-gelatin membrane，CGM）上构建出了适于移植的人表皮细胞（Epidermal cells，EC）/壳聚糖－明胶膜片（EC/CGM），并移植膜片修复裸鼠背部全厚皮肤缺损，发现人表皮细胞可以在创面存活并继续增殖分化，形成连续的表皮覆盖创面。此研究表明人表皮细胞－壳聚糖/明胶膜是一种理想的组织工程表皮替代物。
5.2 组织修复
骨折和骨缺损是严重的健康问题，现有的骨修复或骨取代材料包括自体移植物、同种异体移植物和各种类型的人工合成材料移植均不甚理想。在骨和关节系统的系统复杂的应力条件下，不仅要求修复材料无毒副作用、有生物安全性，而且必须有足够的力学强度并能与
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原骨牢固的结合。皮质骨本身为脆性羟基磷灰石(HA) 晶粒和柔性胶原原纤维的复合材料。大多数生物陶瓷的刚性比骨大得多，而断裂韧性较差。因此，只有将模量较高的陶瓷如HA 与柔性的人工细胞外基质如聚乳酸、胶原、明胶等复合才能使合成材料的力学性能与骨相互匹配[24，25]。
据此，尹玉姬等人 [20]以水为致孔剂采用冷冻干燥法制备了HA/ 壳聚糖－明胶网络复合支架和β－磷酸三钙(β－TCP) / 壳聚糖－明胶复合支架。结果表明，此类支架的生物相容性良好，可以作为骨修复或骨取代材料。
况光仪，陈剑飞等人[26]通过临床研究，利用缓降解骨基质明胶(BMG) 修复喉框架缺损，研究结果表明，应用缓降解BMG修复喉缺损，重建喉功能，既可恢复喉的外形，又可恢复喉的功能，是目前最为理想的新喉再造的生物活性材料和手术选择。梁东春、左爱军等人[27]探讨了复合重组人骨形成蛋白2 ( recombinant human bone morphogenetic protein 2, rhBMP-2)的壳聚糖－明胶支架的体外成骨作用，研究表明复合有rhBMP-2的壳聚糖－明胶人工骨支架材料在体外具有良好的诱导成骨能力。这一系列的研究成果都充分地说明了明胶在骨修复的领域有着良好的前景。
明胶不仅可应用于骨修复，而且还可应用于神经修复等。李晓光、杨朝阳等人[28]借助人工神经－胶原导管做载体，连接大鼠坐骨神经10mm缺陷，观察周围神经再生的规律，在手术后两个月后导管被分解吸收，缺损部位神经再生完成。结果表明，明胶是用来修复周围神经损伤的良好医用载体材料。
5.3 止血材料
在组织表面使用止血材料的目的是使断裂的血管收缩闭合。止血机制通常是以物理的方式形成支架结构，直接促进凝血过程，主要用于广泛渗血创面，且渗血率不能过高。目前已经开发出许多种类的创面止血材料，主要有：纤维蛋白胶、胶原蛋白、壳聚糖、多微孔类无机材料如沸石(zeolite) 等、羧甲基纤维素(可溶性止血纱布)、α- 氰基丙烯酸酯类(cyanoacrylate) 组织胶等[29]。明胶海绵以及增凝明胶海绵是胶原蛋白止血材料中的两种。该类材料止血速度较慢，对血小板等血液成分的牵拉能力以及和创面组织附着力均差，容易破裂，因此，常与其他类创面止血材料如壳聚糖合用作为止血材料[30]。
崔永红、金岩等人[31]通过自制明胶、聚乙烯醇( PVA)以及壳聚糖三者混合冻干膜材料与复合胶原海绵、氧化纤维素、明胶海绵和医用纱布止血做比较，观察止血时间和计算出血量，并观察了止血的可靠性，探讨了对创伤出血创面的止血效果。结果表明，明胶- PVA - 壳聚糖材料可作为创面止血修复材料，且比其它几种止血材料的止血性能优异。牛金柱、冯晋斌等人[32]将烧伤植皮病人26例随机分为A、B两组，A组用20%利多卡因明胶纤维网，B组用医用凡士林油纱，分别在取皮部位加压止血，观察止血效果，结果发现20%利多卡因明胶纤维网不但止血效果优于医用凡士林油纱，且具有缓释止痛作用。
明胶海绵不仅能应用于皮肤表面的渗血，而且在静脉和动脉渗血治疗研究中也取得了一定的效果。郑娟莲、朱锦慧等人[33]探讨了明胶海绵对深静脉留置导管穿刺口渗血的止血效果，他们将36例留置导管合并穿刺口渗血的血液净化患者随机分为观察组和对照组各18例，分别
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在留置导管时或拔管后给予明胶海绵和无菌纱块按压穿刺口，观察两组止血效果，并采取相应护理措施，结果发现留置导管穿刺口渗血时采用明胶海绵局部止血，止血效果好，是留置导管穿刺口渗血时的有效止血方法。吴渭贤等人[34]利用明胶海绵栓塞52例大咯血或顽固性咯血病人的支气管动脉，经3个月～9年的随访，47例栓塞后咯血完全控制，4例仍有间断性痰中带血，但出血量明显减少，出血间隔时间延长。1例支气管动静脉畸形栓塞后出血停止，但48h后发生急性大咯血窒息死亡。结果证明，明胶海绵栓塞支气管动脉是治疗大咯血和顽固性咯血的有效手段。
5.4 制备控缓释材料
自从96年国家自然基金招标指南中，把缓释与控释药物的研制开发列为我国“九五”期间医药上重点课题之一时，由于明胶独特的理化性质，在这一重点课题中的价值与作用受到了人们的充分重视。明胶作为缓释材料的作用主要是作为药物载体、赋型剂或缓释壳层。主要是利用明胶的独特的理化性能：明胶能形成凝胶，易于成型；明胶能与别的物质（如戊二醛）发生交联反应，形成缓释层；明胶能被酶降解，易于被人体吸收等[35]。
张根成、张红梅等人[36]采用荧光光谱法研究了氧氟沙星与明胶的相互作用，探讨了氧氟沙星对明胶荧光猝灭过程的机理。氧氟沙星药物与明胶的作用过程为静态猝灭，其结合位点数及表观结合常数随温度的升高而减小，同时药物对明胶的构象影响不大。基于对骨架材料要求是具有一定的生物降解速度和生物相容性，从表观上说明以明胶作为骨架材料来包裹水溶性药物是可行的。
近年来，靶向药物控制释放体系成为医学领域研究的热点，特别是利用药物的顺磁性，在服药后通过体外的强磁场控制制剂的行径，使药物微球浓集和停留在靶区，并产生栓塞，然后局部释放药物，可使欲治疗区药物浓度大为提高，而正常组织受药量极低，这样就降低了药物的毒副作用，提高了疗效，而且通过高分子包裹，可延长药物的生理活性，提高药物的稳定性，使药物的释放达到较为理想的效果[37]。
王彦卿，张朝平等人[38]选用具有良好生物相容性的明胶作为载体，以诺氟沙星为水溶性模型药物，Fe3O4作为磁性内核，戊二醛作交联固化剂，采用反相悬液冷冻凝聚法，制备出了强磁性的诺氟沙星明胶微球。结果表明，明胶的浓度、戊二醛的用量、固化时间等均对微球的结构和性能产生影响，经优化条件得到了成球率、药物包裹率、体外释放效果都较好的载药微球。
5.5 血液替代
自50年代以来明胶类代血浆经过不断改进，其胶体渗透压与人血浆白蛋白相近。但其扩容作用较右旋糖酐和羟乙基淀粉弱。近年来，临床常用的有脲联明胶和琥珀明胶[39]两种溶液，琥珀酰明胶是目前广泛应用于临床的血浆代用品，现在新兴的明胶代血浆主要有聚明胶肽和多聚明胶肽。明胶做为血液替代品时，其优点是无特异抗原性、分子量大、可以保持胶体的特性、在体内无蓄积、可参与体内代谢以及大量输入无毒性反应等。
赵景轩、钱永华等人[40]利用聚明胶肽注射液（商品名为菲克雪浓，是国产的新一代明胶
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类血浆代用品）治疗急性失血性休克40例，临床表明，聚明胶肽注射液在输入人体后能够增加血容量，维持血浆渗透压，从而提高平均动脉压、心脏指数和心搏指数，保障氧的运输和有效利用，可有效改善微循环，确保血管内液与组织间液的平衡，明显地缓解休克。王勇、孟凌新等人[41]在研究国产聚明胶肽与6%羟乙基淀粉在术中急性失血病人的血浆替代疗法的效果、安全性等方面的差异时发现两组病人在血压、脉搏、中心静脉压、离子以及血红蛋白和血细胞比容方面的变化均无明显统计学差异。这表明聚明胶肽对于术中失血的血液替代作用是安全有效的,与羟乙基淀粉对比无明显差异。
明胶不但可以作血液的替代品，而且也可以用于手术中补充血量及血压。陈仁军，谢少杰等人[42]在解决在剖宫产腰麻联合硬膜外麻醉(combined epidural and spinal anesthesia ,CESA)时所致的低血压时，在麻醉开始时注射多明胶肽（多聚明胶肽是一种胶体液,由牛的动物胶制成的新一代等渗明胶类代血浆,其渗透压和黏稠度与人体血液相似），结果表明多聚明胶肽能有效地预防低血压等不良反应。
6.展望
现代医学的发展，对材料的性能提出了复杂而严格的多功能要求，这是大多数金属材料和无机材料难以满足的；而天然高分子材料与生物体〔天然高分子〕则有着极其相似的化学结构，具有良好的物理-机械性能，一定的生物相容性及简便的生产、加工成型特性，使其在生物医学领域占绝对优势。随着科学技术的不断发展，明胶这种性能优越的天然高分子生物材料将会进一步展现出其它生物材料不可比拟的优势。可以预见，在不久的将来，将会有更多明胶聚合物的出现并造福于人类，从而大大地提高人类的生命质量和生活水平。
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Gelatin and its Application in Biomedical Material* Guan Linbo1, Dan Weihua1, Zeng Rui2,3, Mi Zhenjian2, Lin Hai1,
Dan Nianhua1,2, Chen Chi1, Qu Jianjian1, Ye Yichun1
1.Key Laboratory of Leather Chemistry and Engineering, Ministry of Education, Sichuan Univ., 610065;
2. Chengdu Bai Le Jin Biotechnology Limited Company, 610065;
3. Light Industry and Textile and Food Engineering Institute, Sichuan Univ., 610065;
Abstract
The gelatin is a kind of natural high mark sub- material, its physics and chemistry property and the biology function research express which was a good biomedical material. This text elaborated various property of the gelatin, studying the material of Gelatin and other biomedical material compounds according to a great deal of people of the past, the gelatin –based biomedical material in the medical science realm of each all have the good application.
Keywords: gelatin, Biomedical Material, Application
第一作者简介：关林波，女，1983年生，四川大学05级硕士研究生
通讯联系人：但卫华，男，1956年生，博士，教授，博士生导师
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对生物医学工程发展现状与未来发展趋势分析-模板
对生物医学工程发展现状与未来发展趋势分析 论文关键词:生物工程生物医学工程发展趋势 论文摘要:生物医学工程(biomedical engineering,bme)是一门生物、医学和工程多学科交叉的边缘科学,它是用现代科学技术的理论和方法,研究新材料、新技术、新仪器设备 ,用于防病、治病、保护人民健康,提高医学水平的一门新兴学科。 本文就其目前发展情况进行分析讨论。 生物医学工程在国际上做为一个学科出现,始于20世纪50年代,特别是随着宇航技术的进步、人类实现了登月计划以来,生物医学工程有了快速的发展。在我国,生物医学工程做为一个专门学科起步于20世纪70年代,中国医学科学院、中国协和医科大学原院校长、我国着名的医学家黄家驷院士是我国生物医学工程学科最早的倡导者。1977年中国协和医科大学生物医学工程专业的创建、1980年中国生物医学工程学会的成立,有力地推进了我国生物医学工程的发展。目前,我国许多高校科研单位均设有生物医学工程机构,从事着生物医学的科研教学工作,在我国生物医学工程科学事业的发展中发挥着重要作用。 一、显微镜的发明 “解剖”一词由希腊语“anatomia”转译而来,其意思是用刀剖割,肉眼观察研究人体结构。17世纪lee wenhock发明了光学显微镜,推动了解剖学向微观层次发展,使人们不但可以了解人体大体解剖的变化,而且可以进一步观察研究其细胞形态结构的变化。随着光学显微镜的出现,医学领域相继诞生了细胞学、组织学、细胞病理学,从而将医学研究提高到细胞形态学水平。 普通光学显微镜的分辨能力只能达到微米(μm)级水平,难以分辨病毒及细胞的超微细结构、核结构、dna等大分子结构。而20世纪60年代出现的电子显微镜,使人们能观察到纳米(nm)级的微小个体,研究细胞的超微结构。光学显微镜和电子显微镜的发明都是医学工程研究的成果,它们对推动医学的发展起了重要作用。 二、影像学诊断飞跃进步 影像学诊断是20世纪医学诊断最重要发展最快的领域之一。 50年代x光透视和摄片是临床最常用的影像学诊断方法,而今天由于x 线ct技术的出现和应用,使影像学诊断水平发生了飞跃,从而极大地提高了临床
生物医用材料详解
2011–2012学年第2学期 生物医用材料期末论文 题目：壳聚糖生物材料的研究进展姓名：黄清优 学号： 20090413310072 专业： 09材料科学与工程 学院：材料与化工学院 任课教师：曹阳王江唐敏 完成日期： 2012年6月7日
壳聚糖生物材料的研究进展 黄清优 （海南大学材料科学与工程专业海口570228） 摘要：壳聚糖作为一种新型天然生物材料，越来越成为国内外研究热点。本文对近年来壳聚糖改性方面的研究进展及其在生物医学方面的应用进行了综述，并对壳聚糖的发展趋势进行了展望。 关键词：壳聚糖；化学改性；应用；生物材料 The Research Progress of Chitosan Biomaterial Qingyou Huang (Department of Material Science and Engineering Hainan University Haikou 570228) Abstract: Chitosan, as a kind of novel natural biomaterials, increasingly becomes a research pot at home and abroad. This paper summarized the progress in chemical modification of chitosan，and application of it in biomedical fields recently. At last, the developing trend of chitosan was predicted. Keywords: chitosan; chemical modification; application; biomaterial 1前言 壳聚糖是一种新型的天然生物医用材料。虾、蟹类作为壳聚糖的原料，在我国具有分布量大，资源丰富的特点，从环保、经济可持续发展的角度来考虑，壳聚糖作为一种天然的材料，不仅无毒、无污染，而且还具有很好的生物降解性和相容性。因此非常有必要加大对壳聚糖的研究，以开发更多的产品[1,2]。 由于壳聚糖安全性良好，且具有可降性和组织相容性，在医药领域具有很高的应用价值。但壳聚糖存在水溶性、稳定性、力学性能差等缺点，在一定程度上使其应用受到很大限制。对壳聚糖进行化学改性，可改善其物理、化学性质，拓宽了壳聚糖及其衍生物的应用领域，是近几年壳聚糖研究的热点之一。文章综述了近几年壳聚糖化学改性方面的研究进展，及其在生物医用方面的应用[2,3]。
常用医用金属材料
常用医用金属材料 概述 生物医用金属材料(biomedical metallic materials)用于整形外科、牙科等领域。由它制成的医疗器件植人人体，具有治疗、修复、替代人体组织或器官的功能，是生物医用材料的重要组成部分。 生物医用金属材料是人类最早利用的生物医用材料之一，其应用可以追溯到公元前400～300年，那时的腓尼基人就已将金属丝用于修复牙缺失。1546年纯金薄片被用于修复缺损的颅骨。直到1880年成功地利用贵金属银对病人的膝盖骨进行缝合，1896年利用镀镍钢螺钉进行骨折治疗后，才开始了对金属医用材料的系统研究。本世纪30年代，随着钻铬合金、不锈钢和钛及合金的相继开发成功并在齿科和骨科中得到广泛的应用，奠定了金属医用材料在生物医用材料中的重要地位。70年代，Ni-Ti形状记忆合金在临床医学中的成功应用以及金属表面生物医用涂层材料的发展，使生物医用金属材料得到了极大的发展，成为当今整形外科等临床医学中不可缺少的材料。虽然近20年来生物医用金属材料相对于生物医用高分子材料、复合材料以及杂化和衍生材料的发展比较缓慢，但它以其高强度、耐疲劳和易加工等优良性能，仍在临床上占有重要地位。目前，在需承受较高荷载的骨、牙部位仍将其视为首选的植人材料。最重要的应用有：骨折固定板、螺钉、人工关节和牙根种植体等。 生物医用金属材料要在人体生理环境条件下长期停留并发挥其功能，其首要条件是材料必须具有相对稳定的化学性能，从而获得适当的生物相容性。迄今为止，除医用贵金属、医用钛、袒、锯、铅等单质金属外，其他生物医用金属材料都是合金，其中应用较多的有：不锈钢、钴基合金、钛合金、镍钛形状记忆合金和磁性合金等。
生物医用材料项目计划书
生物医用材料项目 计划书 规划设计/投资分析/产业运营
报告说明— 生物医用材料是当代科学技术中涉及学科最为广泛的多学科交叉领域，涉及材料、生物和医学等相关学科，是现代医学两大支柱—生物技术和生 物医学工程的重要基础。由于当代材料科学与技术、细胞生物学和分子生 物学的进展，在分子水平上深化了材料与机体间相互作用的认识，加之现 代医学的进展和临床巨大需求的驱动，当代生物材料科学与产业正在发生 革命性的变革，并已处于实现意义重大的突破的边缘─再生人体组织，进 一步，整个人体器官，打开无生命的材料转变为有生命的组织的大门。在 我国常规高技术生物医用材料市场基本上为外商垄断的情况下，抓住生物 材料科学与工程正在发生革命性变革的有利时机，前瞻未来20-30年的世 界生物材料科学与产业，刻意提高创新能力，不仅可为振兴我国生物材料 科学与产业，赶超世界先进水平赢得难得的机遇，且可为人类科学事业的 发展做出中国科学家的巨大贡献。 该生物医用材料项目计划总投资18499.76万元，其中：固定资产投资15275.39万元，占项目总投资的82.57%；流动资金3224.37万元，占项目 总投资的17.43%。 达产年营业收入25185.00万元，总成本费用19480.33万元，税金及 附加309.62万元，利润总额5704.67万元，利税总额6801.14万元，税后 净利润4278.50万元，达产年纳税总额2522.64万元；达产年投资利润率
30.84%，投资利税率36.76%，投资回报率23.13%，全部投资回收期5.82年，提供就业职位434个。 生物医用材料及植入器械产业是学科交叉最多、知识密集的高技术产业，其发展需要上、下游知识、技术和相关环境的支撑，因此产业高度集 中(垄断)，产品多样或多角化是生物医用材料产业发展的又一特点和趋势。2010年世界医疗器械产业由27000个医疗器械公司构成，其中90%以上为 中小企业。发达国家的中小企业主要从事新产品、新技术研发，通过向大 公司转让技术或被大公司兼并维持生存。大规模产品生产及市场运作基本 上由大公司进行。不同于我国医疗器械企业“多、小、散”的局面，发达 国家医疗器械产业已形成“寡头”统治的局面，全球市场也呈现类似的格局。2009年，排名前50位的跨国大公司占有全球医疗器械市场的88%，其 中排名前25位的公司占有75%；2008年6家美、英公司：DePuy，Zimmer，Stryker，Biomet，Medtronic，SynthesMathys和Smith&Nephew占有全球 骨科材料和器械市场的≈75%，其中前4家美国公司和英国Smith&Nephew 公司占有人工关节市场的90%；6家大公司：Johnson&Johnson，Abbott，BostonScientific，Medtronic，CRBard(美国)，Terumo(日本)公司占有心 脑血管系统修复材料及植(介)入器械市场的80-90%；5家大公司：BaxterInternational(美国)，Fresenius(德国)，Gambro(瑞典)，Terumo 和AsahiMedia(日本)占有血液净化及体外循环系统材料和装置市场的80%；牙种植体和牙科材料市场基本上为Straumann(瑞士)，
医药用新材料
药用高分子材料 生物医用材料研究现状
摘要：生物医用材料是用于对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的新型高技术材料。它是研究人工器官和医疗器械的基础，己成为材料学科的重要分支，尤其是随着生物技术的莲勃发展和重大突破，生物材料己成为各国科学家竞相进行研究和开发的热点。当代生物材料已处于实现重大突破的边缘，不远的将来，科学家有可能借助于生物材料设计和制造整个人体器官，生物医用材料和制品产业将发展成为本世纪世界经济的一个支柱产业。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。 关键词：生物医用材料生物材料高分子材料 一．生物医用材料简介 生物医用材料又叫做生物材料，分别来自于Biomedical Materials 和Biomaterials的译名。目前国际上两本本学科最主要的学术期刊是英国的《Biomaterials》和美国的《Journal of Biomedical Materials Research》，两个期刊所涉及的内容是相同的，由此可见Biomedical Materials 和Biomaterials两词是指相同的材料。现在给生物医用材料明确的定义：对生物系统的疾病进行诊断、治疗、外科修复、理疗康复、替换生物体组织或器官（人工器官），增进或恢复其功能，而对人体组织不会产生不良影响的材料。生物医用材料本身并不必须是药物，而是通过与生物机体直接结合和相互作用来进行治疗。 另一种说法是：生物医用材料是一种植入躯体活系统内或与活系统相接触而设计的人工材料。也有“用于医用器械、与生物体相互作用的无生命性材料。” [1]一说。 生物医用材料研究内容是：生物医用材料的性能及组织器官与材料之间的相互作用。在体内，生物医用材料如何影响活组织（称之为宿主反应）；活组织又如何影响生物材料的性能变化（称之为材料反应）。重点研究化学（包括生物化学）和力学两方面。（例如植入髋关节，磨损碎屑，炎症反应，以及金属离子的溶出）
生物医用材料_尹玉姬
专论与综述 Monograph and Re view 生物医用材料 尹玉姬 李 方 叶 芬 姚康德 (天津大学高分子材料研究所,天津,300072) 提 要 介绍了生物医用材料的进展和一些潜在的应用前景。 关键词 生物医用材料,生物相容性,组织工程 生物医用材料(Biomedical Materials)又称生物材料(Biomaterials),是和生物系统接合以诊断、治疗或替换机体中的组织、器官或增进其功能的材料。许多临床应用的生物医用材料原本不是按生物医用材料所设计,而是以现有材料解决实际问题。近几年来,逐渐开始重视生物医用材料的设计与制备,使其本体特别是表面具有所需的化学、物理和生物特性,因而扩大了应用领域[1]。 20世纪80年代后期,工程学科与医学学科交叉产生的组织工程兴起,将工程科学原理和方法与生命科学(医学、生物学)相融合,使生物组织功能再生、维持和改善。组织工程的产生对相关生物医用材料提出了新的挑战,除生物功能性和生物相容性外,更要求与组织接触时产生所期望的响应。 1 生物医用材料的研究与开发 1.1 生物医用材料 生物医用材料的设计与制备,趋于使材料具有所需的化学、物理和生物功能,此类材料既可直接制备,亦可将所需组分引入材料,或由现有材料经化学或物理修饰产生相应功能。 1.1.1 生物陶瓷 天然矿化物含有少量有机大分子,以控制无机组分的成核、生长、微结构及矿化材料的性质等,大分子包括蛋白质、糖蛋白和多糖,其结构中富含羧酸(如蛋白质中的谷氨酸和天冬氨酸残基)。此类大分子嵌入矿化物微结构内使脆性材料增韧,这与微裂缝的偏位和裂缝扩展吸收能相关。Samuel I.Stupp研究组探索以天然大分子控制生物陶瓷的微结构,制备出“有机磷灰石”并用做人工骨。这类“有机磷灰石”含有聚氨基酸、寡肽和合成聚电解质[2]。1.1.2 表面修饰金属 硬组织材料如人工关节和人工牙根,除生物相容性外,更要求承受一定负荷。常用表面涂层的方法赋予不锈钢SUS316、Co-Cr合金、钛合金等材料生物相容性和耐磨损性。此类表面工程包括:(1)向金属表面添加异种粒子,使金属表面合金化和陶瓷化;(2)表面基材以不同的金属涂层和陶瓷涂层修饰。 可用离子注入和电子射线法进行上述表面改性,如向SUS316L和钛合金表面渗氮,以提高人工股关节和人工膝关节的耐磨性。为改善与骨的结合性,可采用钙离子注入方法。用高能量电子线对金属表面进行热处理后,表面成为非晶态,这将有助于提高表面的硬度。 金属表面用生物活性陶瓷羟基磷灰石和AW玻璃涂层的效果经动物试验后已被临床应用所确认。钛及其合金经碱处理后形成生物相容性良好的表面层,有关这方面的研究正在进行中[3]。 1.1.3 高分子生物医用材料 可用一般单体共聚制备几乎单分散的高分子材料。所制得的聚合物可含有特异的亲水或疏水基团、生物降解重复单元。也可形成三维扩展的星型聚合物和树枝型聚合物,这种聚合物有一个中央核,高度支化结构使其具有大量端基。一个二乙烯基苯核能扩展40到50个聚氧化乙烯(PE O)。与线性PE O相比,这种聚合物的密度显著增加。由于PE O密度的提高能更好地从空间上排斥蛋白质或细胞的吸附,这种方法可有效提高材料的生物相容性[1]。 随着基因工程技术的发展,可制备出均一结构的蛋白质,包括含有非天然氨基酸的多肽。但要注意的是免疫原性和所制备人工蛋白质的纯度。 聚合物表面或本体改性是高分子生物医用材料
生物医用材料未来发展趋势
生物医用材料未来发展趋势 作者：亦云来源：上海情报服务平台发布者：日期：2006-09-07 今日/总浏览：7/6023 组织工程材料面临重大突破 组织工程是指应用生命科学与工程的原理和方法，构建一个生物装置，来维护、增进人体细胞和组织的生长，以恢复受损组织或器官的功能。它的主要任务是实现受损组织或器官的修复和再建，延长寿命和提高健康水乎。其方法是，将特定组织细胞"种植"于一种生物相容性良好、可被人体逐步降解吸收的生物材料（组织工程材料）上，形成细胞――生物材料复合物；生物材料为细胞的增长繁殖提供三维空间和营养代谢环境；随着材料的降解和细胞的繁殖，形成新的具有与自身功能和形态相应的组织或器官；这种具有生命力的活体组织或器官能对病损组织或器宫进行结构、形态和功能的重建，并达到永久替代。近10年来，组织工程学发展成为集生物工程、细胞生物学、分子生物学、生物材料、生物技术、生物化学、生物力学以及临床医学于一体的一门交叉学科。 生物材料在组织工程中占据非常重要的地位，同时组织工程也为生物材料提出问题和指明发展方向。由于传统的人工器官（如人工肾、肝）不具备生物功能（代谢、合成），只能作为辅助治疗装置使用，研究具有生物功能的组织工程人工器官已在全世界引起广泛重视。构建组织工程人工器官需要三个要素，即"种子"细胞、支架材料、细胞生长因子。最近，由于干细胞具有分化能力强的特点，将其用作"种子"细胞进行构建人工器官成为热点。组织工程学已经在人工皮肤、人工软骨、人工神经、人工肝等方面取得了一些突破性成果，展现出美好的应用前景。 例如，存在于脂肪组织基质中的脂肪干细胞(ADSCs)是一类增殖能力强、具有多向分化潜能的成体干细胞，被发现不但具有与骨髓基质干细胞（BMSc）相似的向成骨、软骨、脂肪、肌肉和神经等细胞多分化的能力，而且表达与BMSc相同的表面标志如CD29、CD105、
浅谈生物医学材料的现状与发展
浅谈生物医学材料的现状与发展 [摘要] 生物医学材料以及良好的生物相容，耐酸性耐碱性耐腐蚀且不会破坏体内平衡的优良特性，正逐步替代传统医学材料，受到广泛的关注。本篇文章将就生物医学材料的特性、分类以及生物医学材料的特点，进行一简单综述，并以此为基础浅谈生物医学材料的现状与未来发展趋势。 [关键词]生物医学材料的分类，医疗器械，现状，未来发展 生物医学材料是一类有着特殊性能、特种功能的材料，能够被应用于人工器官替代、外科手术修复、康复理疗等，并且不会对人体产生排异反应的特殊材料。它是研究人工器官和医疗器械的基础，已成为材料学科的重要分支。当前，各种人工合成材料和天然高分子材料、金属、陶瓷材料等各种复合材料，广泛地应用于临床医学和科研工作，并显示出对于传统材料的无可取代的优势。随着生物技术的蓬勃发展和不断突破，生物医学材料已成为各国科学家研究和发展的热点。 一、生物医学材料的分类 生物材料品种丰富，分类方法很多。一般按照属性对其进行分类包括生物医学金属材料，生物医学高分子材料，生物陶瓷，生物医学复合材料以及生物医学衍生材料。 二、生物医学材料的特性 生物医学材料做为一种临床医学的替代材料，其要求和期望相对较高。首先，生物医用材料应具有良好的血液和组织相容性，不能出现凝血现象和排异反应。其次，要求其能够抗生物老化。生物体内代谢产生的酸碱物质可能会对生物材料造成一定程度的腐蚀，因此对于长期植入的材料，要求材料的生物稳定性高，耐体内化学物质腐蚀能力强，而对于短暂植入的医学材料，则耍求在一定时间之后为可被人体吸收或代谢。最后，生物医学材料还要求具有良好的物理机械性质、易于加工、造价低廉，另外在消毒灭菌方面，要便于消毒灭茵，不能够含有致癌或致畸的组分。对于不同用途的材料，其要求各有侧重。 目前应用最为成熟和广泛的两种生物医学材料应属医用硅橡胶和人工骨。医用硅胶是高分子有机化合物聚硅酮的一种橡胶样固体形态,又称二甲基硅氧烷。具有优异的生理惰性，无毒、无味、无腐蚀、抗凝血、与机体的相容性好，能经受苛刻的消毒条件，是美容外科中应用较广的生物材料.。随着生物医学和材料的发展，人工骨作为人为制备的生物医用材料被植入骨内替代骨移植，收到了不错的临床效果，这些人工合成或提取的植入材料生物相容性好，对骨形成具有明显的诱导作用，因而受到了广大医生和患者的信赖。 三、生物医学材料研究进展 有学者依据生物医学材料的发展历史及材料本身的特点，将其分为三代： 20世纪初第一次世界大战以前所使用的生物医学材料归于第一代，代表材料有石膏、各种金属、橡胶以及棉花等物品，这些材料大都已被现代医学所淘汰；第二代生物材料的发展是建立在医学、材料科学(尤其是高分子材料学)、生物化学、物理学及大型物理测试技术发展的基础之上的，代表材料有羟基磷灰石、磷酸三钙、聚羟基乙酸、聚甲基丙烯酸羟乙基酯、胶原、多肽、纤维蛋白等；第三代生物材料主要是具有促进人体自身修复和再生作用的生物医学复合材料，它们一般是由具有生理“活性”的组元及控制载体的“非活性”组元所
生物医用材料发展的认识
医用卫生材料发展的认识 生物医用纺织品是纺织学科与生物医学学科相互交叉的新学科领域。它具有科技含量高，市场前景广阔，创新性强等特点。目前生物医用纺织品主要采用非织造技术，约有70%的生物医用纺织品为用即弃产品。 我们了解的生物医用纺织品在卫生方面有尿布，卫生巾，成人失禁尿垫，防护服，创可贴等。 传统的尿布具有透气性好，柔软，价格较低，可重复使用等优点，但是需频繁更换，洗涤、晾晒麻烦，多次使用表面毛糙，易引发尿布疹。根据市场调研报告，一次性的纸尿裤具有巨大的市场空间。目前，一次性纸尿裤的结构有四层，表层是柔软、快速渗透、保持干爽的聚丙烯热轧布、纺粘非织造布；导流层是热塑性纤维或双组分纤维的热粘合纤网，能使尿液快速转移；吸收芯层是绒毛浆加超吸收树脂，能够大量储存液体；背层是PP透气薄膜，能够防止尿液渗透，隔离。它具有干净卫生、表面干爽、吸收强、渗透快、穿着方便等优点，但是这种一次性纸尿裤抗菌性差、异味大、长时间使用易得尿布疹、属于一次性产品，而且处理麻烦。因此在一次性纸尿裤上面还有一定的发展前景和空间。 防护服在医用方面起着重要的作用，它必须具有良好的过滤阻隔性、抗粒子穿透性、抗静水压、屏蔽性、抗撕裂、抗磨、拒污、不起绒、无毒、舒适等优良特征。此外，耐用型防护服还要求一定的耐消毒耐洗涤性能。欧美国家以涤纶、粘胶等纤维为原料通过浸渍粘合法、泡沫浸渍法、热轧法或水刺法等方法获得手感柔软，抗拉力高，透气性好，“用即弃”型防护服，避免交叉感染。而我国一次性用品仅限于口罩、帽子之类，一次性手术衣等防护服使用率很低。国内市场上销售的医用防护服主要有三类：非织造类、涂层类闪蒸法一次成型类，且普通非织造防护服防护效率只40％。目前，我国采用《GB19082-2003医用一次性防护服技术要求》标准，以《生物防护服通用规范》作为补充，但仍然不够完善。美国的NFPA 1999要求更为严格。下表是医用防护服的设计要求比较
生物医用金属材料
生物医用金属材料 摘要：在概述医用金属材料目前的研究现状、性能和应用的基础上，指出了医 用金属材料应用中目前存在的主要问题，阐述了近些年生物医用金属材料的新进展，并对今后的发展进行展望分析。 关键词：生物医用金属材料现状研究进展 引言： 生物医用材料（biomedical material）是用于对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的新型高技术材料，能够植入生物体或与生物组织相糅合。它的研究及产业化对社会和经济发展的重大作用正日益受到各国政府、产业界和科技界的高度重视。 目前用于临床的生物医用材料主要包括生物医用金属材料、生物医用有机材料（主要指有机高分子材料）、生物医用无机非金属材料（主要指生物陶瓷、生物玻璃和碳素材料）以及生物医用复合材料等。 而与其它几种生物材料相比，生物医用金属材料具有高的强度、良好的韧性及抗弯曲疲劳强度、优异的加工性能等许多其它医用材料不可替代的优良性能。但生物医用金属材料在应用中也面临着一些问题，由于生理环境的腐蚀而造成的金属离子向周围组织扩散以及植入材料自身性质的退变，前者可能导致毒副作用，后者可能导致植入失效，因此研究和开发性能更优、生物相容性更好的新型生物医用金属材料依然是材料工作者和医务工作者共同关心的课题。 生物医用金属材料 生物医用金属材料是指一类用作生物材料的金属或合金，又称外科用金属材料。它是一类生物惰性材料。通常用于整形外科、牙科等领域，具有治疗、修复固定和置换人体硬组织系统的功能。 在生物医学材料中，金属材料应用最早，已有数百年的历史。人类在古代就已经尝试使用外界材料来替换修补缺损的人体组织。在公元前，人类就开始利用天然材料，如象牙，来修复骨组织；到了19世纪，由于金属冶炼技术的发展，人们开始尝试使用多种金属材料，不遗余力地发展生物医用材料，以解救在临床上由于创伤、肿瘤、感染所造成的骨组织缺损患者，如用银汞合金（主要成份：汞、银、铜、锡、锌）来补牙等； 目前临床应用的医用金属材料主要有不锈钢、钴基合金、钛和钛合金等几大类。此外还有形状记忆合金、贵金属以及纯金属钽、铌、锆等。
生物医学材料的发展和应用
生物医学材料的特点及应用 2009-11-30 13:20:21| 分类：论文|字号订阅 摘要 本文对生物医用材料发展现状，要满足的性能，类型，以及常用的一些材料进行了全面的介绍。生物医用材料要满足的首要性能是生物相容性，因为这密切地关系着宿主的生命安全，还要有足够的力学性能，和组织相容性，以及耐生物老化性能。按其在生物体内的状态，这种材料可分近于惰性的生物医学材料，生物活性材料，可生物降解和吸收的材料。 本文介绍一些常用的生物医用材料有，医用金属和合金主要包括，不锈钢，钴基合金，钛和钛基合金；医用高分子生物材料；医用生物陶瓷；医用生物复合材料；生物衍生材料。这些材料在现代医学中起着重要的作用，但其自身仍有许多的不足之处，需要进一步的发展和完善。 关键词：生物医用材料，生物相容性，生物活性，降解，生物玻璃，衍生 The characteristics and application of biomedical materials Abstract The development of bio-medical materials, the performance of satisfaction, type, and some commonly used materials were introduced comprehensively in the paper. The primary performance of Bio-medical materials to meet was the biocompatibility, because this was the close relationship with the lives of hosts, and they must have a sufficient mechanical properties, the organizational compatibility, and the performance of resistance biological aging. According the state in the body, materials were divided into near-inert biomedical materials, bio-active materials, and bio-degradation and absorption materials. The article described some common bio-medical materials who were medical polymer biomaterials; medical bio-ceramics; medical bio-composite materials; bio-derived materials; and medical metals and alloys that were stainless steel, cobalt-based alloys, titanium and titanium-based alloys. These materials in modern medicine played an important role, but they still had many of their own shortcomings and needed the further development and improvement.
生物医用材料
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，其制成产品已经被广泛地应用于临床和科研。生物医用材料是用来对于生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的新型高技术材料，它是研究人工器官和医疗器械的基础，己成为材料学科的重要分支，尤其是随着生物技术的莲勃发展和重大突破，生物材料己成为各国科学家竞相进行研究和开发的热点。 二关键词: 生物，医学，材料，医疗器械，创伤，组织，植入 biomedical material，new materials 三文献综述 1生物医用材料定义 生物医用材料（biomedical material）是用于对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的新型高技术材料。它是研究人工器官和医疗器械的基础，己成为材料学科的重要分支，尤其是随着生物技术的莲勃发展和重大突破，生物材料己成为各国科学家竞相进行研究和开发的热点。当代生物材料已处于实现重大突破的边缘，不远的将来，科学家有可能借助于生物材料设计和制造整个人体器官，生物医用材料和制品产业将发展成为本世纪世界经济的一个支柱产业. 由生物分子构成生物材料，再由生物材料构成生物部件。生物体内各种材料和部件有各自的生物功能。它们是“活”的，也是被整体生物控制的。生物材料中有的是结构材料，包括骨、牙等硬组织材料和肌肉、腱、皮肤等软组织；还有许多功能材料所构成的功能部件，如眼球晶状体是由晶状体蛋白包在上皮细胞组成的薄膜内而形成的无散射、无吸收、可连续变焦的广角透镜。在生物体内生长有不同功能的材料和部件，材料科学的发展方向之一是模拟这些生物材料制造人工材料。它们可以做生物部件的人工代替物，也可以在非医学领域中使用。前者如人工瓣膜、人工关节等；后者则有模拟生物黏合剂、模拟酶、模拟生物膜等 2生物医用材料的分类 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
生物医学材料的应用及发展
生物医学材料的应用及其发展 一、生物医学材料分类 生物医学材料是指这样一类具有特殊性能、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。取材于各种合成材料、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。主要应用于人工皮肤、人工食道、人工心肺气管、烧伤保护膜、手术缝合线、填充物、注射针筒、血袋、引流插管及植入体(implant)、人工脏器止血剂（如止血绵）、微胶囊、皮下注射剂、避孕海绵等，在国外发达国家的应用已经进入普及阶段。 根据物质属性，生物医学材料大致可以分为五种: 1、生物医学金属材料医用金属材料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。如软性材料常用作人体软组织如血管、食道等的代用品；合成的硬材料常用作人工硬脑膜、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。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、生物医学材料现阶段的应用状况 我国医疗器械产业近10年来虽以高达15-18%的年增长率持续增长，但与药品市场之比仅为1：5，国产品所占世界市场份额仍不到4%，其中生物相容性材料所占医疗器械市场份额远低于国际市场的35%，特别是产品技术结构不合理，技术含量高的产品90％以上依赖进口，与我国13亿人口对生物医学材料和制品的需求极不适应。发展生物医学材料和制品产业，已是我国社会、经济发展的迫切需求，特别是满足全民保健，建立稳定、和谐的小康社会的迫切需求。 材料的生物相容性引起适当的机体反应的能力，是生物医学材料区别母其它
对生物医学工程发展现状与未来发展趋势分析
对生物医学工程发展现状与未来发展趋势 分析 论文:生物工程生物医学工程发展趋势 论文:生物医学工程(biomedical engineering,bme)是一门生物、医学和工程多学科交叉的边缘科学,它是用现代科学技术的理论和方法,研究新材料、新技术、新仪器设备,用于防病、治病、保护人民健康,提高医学水平的一门新兴学科。 本文就其目前发展情况进行分析讨论。 生物医学工程在国际上做为一个学科出现,始于20世纪50年代,特别是随着宇航技术的进步、人类实现了登月计划以来,生物医学工程有了快速的发展。在我国,生物医学工程做为一个专门学科起步于20世纪70年代,中国医学科学院、中国协和医科大学原院校长、我国着名的医学家黄家驷院士是我国生物医学工程学科最早的倡导者。1977年中国协和医科大学生物医学工程专业的创建、1980年中国生物医学工程学会的成立,有力地推进了我国生物医学工程的发展。目前,我国许多高校科研单位均设有生物医学工程机构,从事着生物医学的科研教学工作,在我国生物医学工程科学事业的发展中发挥着重要作用。 一、显微镜的发明 “解剖”一词由希腊语“anatomia”转译而来,其意思是用刀剖割,肉眼观察研究人体结构。17世纪lee wenhock发明了光学显
微镜,推动了解剖学向微观层次发展,使人们不但可以了解人体大体解剖的变化,而且可以进一步观察研究其细胞形态结构的变化。随着光学显微镜的出现,医学领域相继诞生了细胞学、组织学、细胞病理学,从而将医学研究提高到细胞形态学水平。 普通光学显微镜的分辨能力只能达到微米(μm)级水平,难以 分辨病毒及细胞的超微细结构、核结构、dna等大分子结构。而20世纪60年代出现的电子显微镜,使人们能观察到纳米(nm)级的微小个体,研究细胞的超微结构。光学显微镜和电子显微镜的发明都是医学工程研究的成果,它们对推动医学的 发展起了重要作用。 二、影像学诊断飞跃进步 影像学诊断是20世纪医学诊断最重要发展最快的领域之一。50年代x光透视和摄片是临床最常用的影像学诊断方法,而今天由于x线ct技术的出现和应用,使影像学诊断水平发生了飞跃,从而极大地提高了临床诊断水平。即计算机体断层 摄影(computed tomography ct),即是利用计算机技术处理人体组织器官的切面显像。x线ct片提供给医生的信息量,远远大于普通x线照片观察所得的信息。目前,螺旋ct(spiral ct 或helicalet ct)已经问世,能快速扫描和重建图像,在临床应用中 取代了多数传统的ct,提高了诊断准确率。 医学工程研究利用生物组织中氢、磷等原子的核磁共振原
生物医学材料发展回顾与展望
生物医学材料发展回顾与展望 [摘要]：概述了生物医学材料发展的三个阶段的历程，包括第一代、具有生物惰性的第二代、促进人体自身修复和再生的第三代；介绍了目前使用的生物医学材料的分类情况，大致有生物医学金属材料、生物医学高分子材料、生物医学无机非金属材料或生物陶瓷、生物医学复合材料、生物医学衍生材料五类；并且结合当今该材料的发展状况，预测了其今后的应用前景和发展趋势：致力于提高材料的生物相容性，致力于开发生物相容性好、更能适应人体生理需要的新材料。 [关键词]：生物医学材料，发展历程，分类，生物相容性 [正文]： 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。 一、生物医学材料的发展历程： 人类利用生物材料的历史就与人类历史一样漫长。自从有了人类，人们就一直与疾病作斗争，生物材料是人们与疾病作斗争的有效方法之一。而对生物医学材料的有效利用是从近几个世纪开始的： 1、20世纪初, 第一次世界大战以前所使用的材料为第一代生物医学材料。代表材料有石膏、金属、橡胶以及棉花等物品。这一代的材料大都已被现代医学所淘汰。 2、第二代生物材料起源于20 世纪60～70年代, 在对工业化的材料进行生物相容性研究基础上, 开发了第一代生物材料及产品在临床的应用, 例如体内固定用骨钉和骨板、人工关节、人工心脏瓣膜、人工血管、人工晶体和人工肾等。代表材料有经基磷灰石、磷酸三钙、聚经基乙酸、聚甲基丙烯酸轻乙基醋、胶原、多肤、纤维蛋白等。上述生物材料, 具有一个普遍的共性: 生物惰性。即生物材料发展所遵循的原则是尽量将受体对植入器械的异物反应降到最低。在此期间, 数以千万的患者植入了由惰性材料制成的器械, 他们的生活质量也在植入后的5～25年内有了明显的改善。 3、第三代生物医学材料是一类具有促进人体自身修复和再生作用的生物医学复合材料。这种具有活性的材料能够在生理条件下发生可控的反应, 并作用于人体。20 世纪80 年代中期, 生物活性玻璃、生物陶瓷、玻璃-陶瓷及其复合物等多种生性材料开始应用于整形外科和牙科。与惰性材料相比,这些材料在体内不存在免疫和干扰免疫系统的问题, 材料本身无毒, 耐腐蚀强度高, 表面带有
生物医用材料
生物医用材料定义 广义的生物材料：一是指用于生物体内的材料，达到治疗康复的目的，例如隐形眼镜、人工髋关节；二是指来源于生物体，可能用于或不再用于生物体内（这种不是本课程研究对象），例如动物皮革用于服装。 在本课程中生物医用材料或生物材料的含义：生物医用材料又叫做生物材料，分别来自于Biomedical Materials 和Biomaterials的译名。目前国际上两本本学科最主要的学术期刊是英国的《Biomaterials》和美国的《Journal of Biomedical Materials Research》，两个期刊所涉及的内容是相同的，由此可见Biomedical Materials 和Biomaterials两词是指相同的材料。 我们给生物医用材料明确的定义：对生物系统的疾病进行诊断、治疗、外科修复、理疗康复、替换生物体组织或器官（人工器官），增进或恢复其功能，而对人体组织不会产生不良影响的材料。生物医用材料本身并不必须是药物，而是通过与生物机体直接结合和相互作用来进行治疗。另一种说法是：生物医用材料是一种植入躯体活系统内或与活系统相接触而设计的人工材料。 生物医用材料的分类：由于生物材料应用广泛，品种很多，所以会有不同角度的分类。 按材料的传统分类法分为： (1)合成高分子材料（如聚氨酯、聚酯、聚乳酸、聚乙醇酸、乳酸乙醇酸共聚物） (2)天然高分子材料（如胶原、丝蛋白、纤维素、壳聚糖） (3)金属与合金材料（如钛及钛合金） (4)无机材料（如生物活性陶瓷、羟基磷灰石） (5)复合材料（如碳纤维／聚合物、玻璃纤维／聚合物） 按材料的医用功能分为： (1)血液相容性材料 用于人工血管、人工心脏、血浆分离膜、血液灌流用的吸附剂、细胞
生物医学材料的研究进展
生物医学材料的研究进展 生物医学材料是生物医学工程学的四大支柱之一。就学科研究的内容而言，涉及到化学、物理学、高分子化学、高分子物理学、无机材料学、金属材料学、生物化学、生物物理学、生理学、解剖学、病理学、基础与临床医学、药物学、药剂学等多门学科。为了达到满意的临床效果，还涉及到许多新的工程学和管理学的问题。生物医学材料在医学上的应用为医学、药学、生物学等学科的发展提供了丰富的物质基础，反过来这些学科的进步也不断地推动生物医学材料的进步发展。生物医学材料学正是多门学科的共同协作、互相借鉴、互相渗透、突破旧有学科的狭小范围而开创的一门新学科。这门学科作为材料科学的一个重要分枝， 对于探索人类生命的奥秘、促进人类的文明发展，对于保障人类的腱康与长寿，必将作出重大的贡献。更可喜的是，随着生物医学材料的发展将诞生一系列崭新的高科技产品，一个新兴的产业——生物医学材料与制品业正在形成和发展之中，它在整个国民经济中的作用和地位必将随着时间的推移，受到世人的瞩目和重视。生物医学材料、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特殊的，而对人体组织、血液不致产生不良影响的材料。生物医学材料取得实质性进展开始于20世纪20年代不锈钢：1926 含18%铬和8%镍，首先应用于骨科治疗，随后应用于口腔科；1934 研制出高铬低镍单相组织的AISI302和304，在体内生理环境下的耐腐蚀性显著提高；。1952 开发出耐蚀性更好的AISI316不锈钢，逐渐取代AISI302；20世纪60年代为解决不锈钢晶间腐蚀问题，研制出超低碳不锈钢AISI316L和317L；钴镍合金、铸造钴镍合金首先在口腔中得到应用；20世纪30年代末应用于制作接骨板、骨钉等内固定器械；50年代成功制成人工髋关节；60年代研制出锻造钴铬钨镍合金和锻造钴铬钼合金，提高力学性能，并应用于临床、 70年代研制出锻造钴铬钼钨铁合金和具有多相组织的MP35N钴铬钼镍合金、改善钴基合金抗疲劳性能、应用于临床、钛、金属钛；具有优异的耐蚀性、生物相容性、密度低、 20世纪40年代制作外科植入体、 50年代用纯钛制作接骨板和骨钉、 70年代 Ti6A14V合
生物医学材料
生物醫學材料
■生物材料 生物材料概述 天然生物材料 生物塑料 生物礦化材料 仿生材料 奈米生物材料
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生物材料
一、生物材料概述 （一）生物材料 生物材料通常有兩個定義：狹義的生物材料是指天 然生物材料，也就是由生物過程形成的材料。廣義 的生物材料是指用於替代、修復組織器官的天然或 人造材料。 （二）生物材料學 生物材料學是涉及生物材料的組成結構、性能與製 備相互關係和規律的科學。
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（三）生物材料的分類 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。高分子材料通常按材料屬性分為合成 高分子材料 、天然高分子材料 。
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（四）生物材料的特點 1. 生物功能性 2. 生物相容性：可概括為材料和活體之間的相互關 係，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） 3. 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） 4. 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）
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天然生物材料 天然生物材料一般為天然生物大分子、天然可降解 性聚合物，例如澱粉、纖維素及其衍生物、多醣、 蛋白質、類脂、殼聚糖、醣蛋白等。 1. 幾丁質 (1)是一種天然生物高分子，化學結 構與植物纖維相 似，是許多N-乙醯胺基葡萄糖以β(1→4) 鍵連接起 來的直線多聚體。 (2)是真菌細胞壁中常見的組成成分，大量存在於昆 蟲和甲殼類動物之中，亦稱為甲殼素、甲殼質。
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