文档介绍:关于生物材料与仿生材料
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Chemistry of Materials 2004, Chapter5
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.1 生物材料的定义与分类
生物材料(Biomaterials)泛指一切与生。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
二、 生物相容性
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生物体对生物医用材料的响应-宿主反应
A: 血液反应
1、血小板血栓;
2、凝血系统激活;
3、纤溶系统激活;
4、溶血反应;
5、白细胞反应;
6、细胞因子反应;
7、蛋白粘附;
B: 免疫反应
1、补体激活;
2、体液免疫反应(抗原-抗体反应);
3、细胞免疫反应。
C: 组织反应
1、炎症反应;
2、细胞粘附
3、细胞增殖(异常分化)
4、形成蘘膜
5、细胞质的转变
1、生物学反应
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2、生物体对生物反应的变化
过敏、毒性、溶血、发热、神经麻痹等
2. 慢性全身反应
毒性、致畸、免疫、功能障碍等
3. 急性局部反应
炎症、血栓、坏死、排异等
4. 慢性局部反应
致癌、钙化、炎症、溃疡等
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材料在生物体内的响应-材料反应
金属腐蚀
聚合物降解
磨损
生物机体作用于生物医用材料-材料反应,其结果可导致材料结构破坏和性质改变而丧失其功能。可分为如下三个方面:
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1、金属腐蚀
生物体内的腐蚀性环境:
(1)含盐的溶液是极好的电解质,促进了电化学腐蚀和水解;
(2)组织中存在具有催化或迅速破坏外来成分能力的多种分子和细胞。将对生物金属材料产生腐蚀。
对于生物材料而言多为局部腐蚀,具体包括应力腐蚀开裂、点腐蚀、晶间腐蚀、腐蚀疲劳以及缝隙腐蚀等,导致生物材料整体破坏。
虽然金属材料在生物体内保持惰性状态,但仍然可能会有物质溶入生物组织中,并对生物体组织产生毒性反应,造成组织的损害。如不锈钢溶出的Cr+6生物组织的毒性。
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2、 聚合物降解
聚合物在长期使用过程中,由于受到氧、热、紫外线、机械、水蒸气、酸碱及微生物等因素作用,逐渐失去弹性,出现裂纹,变硬、变脆或变软、发粘、变色等,从而使它的物理机械性能越来越差的现象。
聚合物老化易形成的碎片、颗粒、小分子量单体物质,因此使用它时必须谨慎,对耐久性器件,必须保持一定强度和其它机械性能,老化产物不能对周围组织有毒害作用。
例如,医用缝合线降解时会产生酸性物质,如果量少,很容易被人体中的化学物质中和,如果老化产物较大,则会对周围组织产生损害。
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3、 磨损
人工关节常用材料为Ti6Al4V,由于表面易氧化生成TiO2,其耐磨性差,植入人体后,磨损造成在关节周围组织形成黑褐色稠物,从而引起疼痛。钛合金人工全髋关节平均寿命一般都低于10年。
目前,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。
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三、生物医用材料的分类
三种分类方法
1、按应用性质来分类:
抗凝血材料(心血管材料)、
齿科材料、骨科材料、
眼科材料、
吸附解毒材料(血液灌流用)、
假体材料、
缓释材料、
生物粘合材料、
透析及超滤用膜材料、
一次性医用材料,等等。
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2、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;
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3、按生物材料的属性分类:
天然生物材料—再生纤维、胶原、透明质酸、甲壳素等。
合成高分子生物材料—硅橡胶、聚氨脂及其嵌段共聚物、涤纶、尼龙、聚丙烯腈、聚烯烃
医用金属材料—不锈钢、钛及钛合金、钛镍记忆合金等
无机生物医学材料—碳素材料、生物活性陶瓷、玻璃材料
杂化生物材料—指来自活体的天然