生物材料在生物医学领域的应用与发展

真诚为您提供优质参考资料，若有不当之处，请指正。

1 / 7

生 物 材 料

姓 名： 邓 伟 林

专 业： 材料科学与工程

学 号： 2013510130

授课老师： 魏 丽 乔

真诚为您提供优质参考资料，若有不当之处，请指正。

2 / 7

一、前言

生物材料通常也称为生物医学材料。2000年5月份于美国夏威夷洲Big-sland岛召开的第六届国际生物材料年会上，科学家们对“生物材料”进行定义：“生物材料是一种植入生命系统内或与生命系统相结合而设计的物质，它与生命体不起药理反应” ［1］。该定义规定了生物材料是指置换或恢复生命组织及其功能，与生命体呈生物相容性的植入材料。它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、检查、治疗疾患等医疗、保健领域，而对人体组织、血液不致产生不良影响的材料［2］。

我国生物医用材料研制和生产迅速发展，作为一个新兴产业，已经初具规模。2006年发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020）》不仅将生物技术作为科技发展的五个战略重点之一， 同时在基础研究等方面也给予了高度重视。2010年9月通过的《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》也将生物产业列入战略性新兴产业，并明确指出要求“加快先进医疗设备、医用材料等生物医学工程产品的研发和产业化，促进规模化发展”。

二、生物材料发展历程

一般认为，生物材料的发展大致经历了三代。

第一代生物医学材料主要是指第一次世界大战以前所使用的生物材料。代表材料有石膏、金属、橡胶以及棉花等物品［2］。这一代的材料大都已被现代医学所淘汰。

第二代生物医学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、物理学以及大型物理测试技术发展的基础上的, 研真诚为您提供优质参考资料，若有不当之处，请指正。

3 / 7 究人员也多由材料学家和医生来担任。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醋、胶原、多肤、纤维蛋白等［1,2］。

生物技术在医学方面的应用发展摘要：二十一世纪，生物技术室高技术中发展最快的领域，似乎是不争的事实。分子生物技术近年来发展迅速，已成为推动分子医学发展的重要工具。生物技术在医药领域中发挥着超重要的作用，促进了医学治疗方法与相关仪器的进步，生物芯片技术，分子生物技术在制药中的重要性正在突出显现，生物技术在医药方面的应用，必将越来越广泛。生物技术药物或称生物药物是集生物学，医学，药学的现金技术为一体，以组合化学，药学基因（功能抗原学，生物信息学等高技术为依托，以分子遗传学，分子生物，生物物理等基础学科的突破后盾形成的产业。现在，世界生物制药急速的产业化已进入投资收获期，生物技术药品已应用和渗透到医药，保健食品和日产品等各个领域，尤其在新药研究开发、生产和改造传统制药工业中得到日益广泛的应用，生物制药产业已成为最活跃、进展最快的产业之一。目前生物制药主要集中在以下几个方面：１．肿瘤 在全世界肿瘤死亡率居首位，美国每年诊断为肿瘤的患者为１００万，死于肿瘤者达５４．７万。用于肿瘤的治疗费用１０２０亿美元。肿瘤是多机制的复杂疾病，目前仍用早起诊断、放疗、化疗等综合手段治疗。今后１０年抗肿瘤生物药物会急剧增加。如应用基因工程抗体抑制肿瘤，应用导向１Ｌ－２受体的融合毒素治疗ＣＴＣＬ肿瘤，应用基因治疗法治疗肿瘤可抑制肿瘤血管生长，阻止肿瘤生长与转移。这类抑制剂有可能成为广谱抗肿瘤治疗剂，已有３中化合物进入临床试验。２．神经退化性疾病 老年痴呆症、帕金森氏病，脑中风及脊椎外伤的生物技术药物治疗，胰岛素生长因子ｒｈ１ＧＦ－１已进入Ⅲ期临床，可以消除症状３０％。３.自身免疫性疾病 许多炎症由自身免疫缺陷引起，如哮喘，风湿性关节炎，多发性硬化症，红斑狼疮等。风湿性关节炎患者多于４０００万，每年医疗费达千亿美元，一些制药公司正在积极攻克这类疾病。如Ｃｅｎｅｎｔｅｃｈ公司燕京一种人员化单克隆抗体免疫球蛋白Ｅ用于治疗哮喘，已进入Ⅱ期临床，Ｃｅｔｏｒ＇ｓ公司研制一种ＴＮＦ－α抗体治疗风湿性多发性硬化病。还有的公司在应用基因疗法治疗糖尿病，如将胰岛素基因导入患者的皮肤细胞，再将细胞注入人体，使工程细胞产生全程胰岛素供应。4．冠心病 美国有100万人死于冠心病，每年治疗费用高于1170亿美元。今后10年，防冠心病的药物是制药工业的重点增站点。Concoctor’s Reopro公司应用单克隆抗体治疗冠心病的心绞痛和恢复心脏功能取得成功，这标志一种行业的重要增长点。Concoctor’s Reopro公司应用单克隆抗体治疗冠心病的心绞痛和恢复心脏功能取得成功，这标志着一种新型冠心病治疗药物的诞生。

生物材料在生物医学中的应用

生物材料是指一种具有生物相容性、生物活性和生物韧性的物质，主要用于生物医学领域。生物材料的发展方向主要是为了开发新的医疗和诊断设备，改善现有设备，促进组织和细胞再生。在生物医学领域，生物材料的使用非常广泛，可以应用于医疗技术、医疗器械、组织工程等多个方面。以下是对生物材料在生物医学领域中的具体应用进行探讨。

一. 医疗技术

医疗技术是生物材料应用最广泛的领域，其中心血管支架、骨科植入物和牙科材料是三个最常见的应用领域。心血管支架是指一种小孔径金属支架，被置于缩窄的动脉内壁，使动脉内径恢复到正常大小。此外，由于塑料支架不会被扫描仪检测到，而金属支架能够减少重复手术，因此金属支架的使用率正在逐步提高。

骨科植入物的应用领域较广泛，主要是使用于脊柱、头骨和骨折的手术中。骨科植入物的材料主要有钛、锆、聚酯及生物玻璃等。其中钛的生物相容性最好，因此最常被使用。生物玻璃是一种宝石状玻璃材料，可以促进骨头再生，并能够避免骨植入产生的各种并发症。

牙科材料的应用也相当广泛。高强度的晶体陶瓷假牙材料、高强度树脂假牙材料，以及氮化硅牙科材料等经常被使用。

二. 医疗器械

生物材料被广泛应用于医疗器械中，以实现不同形式的医学治疗。其中最著名的应用是人工心脏瓣膜。心脏瓣膜是防止心脏血液逆流的膜片。目前，使用人工瓣膜已成为心脏外科手术的标准治疗方法之一。人工瓣膜可分为机械性瓣膜和生物性瓣膜两种。

生物性瓣膜是指将它们从人或动物身上取下，然后经过处理之后再植入患者体内。这种瓣膜可以持续多年，并对人体产生最少的不适感。机械性瓣膜则是由特殊的合金制成，因此可以持久使用。但是它们的应用受到限制，因为它们可以产生过敏反应，并且可能随着时间的推移而生锈。

三. 组织工程

组织工程是生物材料应用于生物医学领域的另一个重要领域，可以促进细胞和组织再生，以便治疗各种疾病。目前，细胞培养技术和活性材料技术正在逐步发展。组织工程所使用的生物材料包括羟基磷灰石、胶原蛋白、明胶等，可以促进骨头、皮肤和软骨的再生并减少人体对医疗器械的依赖。

生物材料与生物医学

生物材料与生物医学在当今医学领域起着至关重要的作用。生物材料是指由生物体组成或与生物体相互作用的材料，广泛应用于医疗设备、治疗器械以及组织工程等领域。本文将从生物材料的分类、生物材料在生物医学中的应用以及未来发展趋势等方面进行论述。

一、生物材料的分类

生物材料可以按照来源分为天然材料和合成材料。天然材料如动物组织、植物纤维等具有优良的生物相容性，但受到来源和供应限制。合成材料如聚合物、金属合金等具有良好的物理和化学性质，但可能引起免疫反应。根据其功能，生物材料分为结构材料、功能材料和组织工程材料。结构材料用于替代或修复受损组织或器官，如关节置换材料、心脏支架等。功能材料可释放药物或生物因子，用于治疗疾病或促进组织修复。组织工程材料可为细胞提供生长和分化的支持，用于再生医学。

二、生物材料在生物医学中的应用

1. 医疗设备

生物材料在医疗设备中广泛应用。例如，人工关节置换材料如氧化锆陶瓷和超高分子量聚乙烯可以替代受损的关节，提高患者的生活质量。生物陶瓷如羟基磷灰石可用于修复骨折、填充骨空洞等。另外，生物材料也用于制造假肢、义眼等辅助器具。

2. 生物医学器械 生物医学器械利用生物材料的特殊功能，可用于治疗疾病或支持患者的生理功能。例如，药物控释系统利用材料的特殊结构可以缓慢释放药物，提高治疗效果。植入式心脏起搏器等电子器械则可以通过材料的优良导电性和生物相容性来实现对心脏功能的调节。

3. 组织工程

组织工程利用生物材料作为“骨架”，结合细胞和生长因子，可实现体外培养和修复受损组织。例如，利用生物陶瓷和自体骨髓干细胞构建的骨组织工程可用于骨缺损修复。生物打印技术则可以用多种生物材料层层叠加，构建出复杂的组织结构，如人工皮肤、血管和肝脏等。

三、生物材料在未来的发展趋势

1. 生物相容性的改进

生物相容性是评价生物材料质量的重要指标之一。未来的研究将致力于改进材料与生物体的相互作用，减少材料引起的免疫反应和异物反应。