生物材料 Biomaterials
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所谓生物材料(Biomaterials)是指在生理环境中使用的高分子材料,是对生物体进行诊断、治疗和置换损坏的组织、器官或增进其功能的材料。
虽然生物材料有着良好的应用前景,但在其临床实际应用中,由于这些医用装置往往直接或间接地导致凝血,使其在临床上的应用受到一定限制,其抗凝血性有待提高。
抗凝血性是人造心血管材料所必须具备的一种重要功能,举凡与血液接触的器械(如人工心脏/人工血管、人工瓣膜以及人工肺等),其材料应具有抗凝血性[5]。
因此如何提高抗凝血性一直是高分子生物材料研究的主要任务和中心内容。
1984年日本高分子学会公布了对以后50年中高分子科学与技术50个重大课题的预测结果,其中抗凝血性高分子材料的研究被认为是科学意义和经济效益都将最大的课题之一。
生物相容性(Biocompatibility)是区别生物材料与其它材料的实质所在,包括血液相容性(Blood Com-patibility)和组织相容性(Tissue Compatibility)两个方面。
当血液与各种外来异物接触时,凝血系统就通过下列两种不同的过程发挥作用:a)凝血因子活化,导致纤维蛋白凝胶形成;b)血小板的粘附、释放和聚集,结果导致血小板血栓的形成血栓是指血液发生凝固或血液中的某些成份互相粘集,从而形成的固体质块(一般在活体的心脏或材料的生物相容性包括组织相容性和血液相容性。
组织相容性是指活体与材接触时,组织不发生炎症、排拒、致癌、不发生生理反应,材料不发生钙沉积。
血液相容性所包括的内容很复杂,但概括起来是不引起凝血和溶血现象。
早在60年代就已经发现,生物材料植入体内后,最早发生的是血浆蛋白质在材料表面的吸附(几秒钟内),生成蛋白质吸附层(厚度l0-20nm),而后才是血小板及凝血因子等在蛋白质吸附层上的活化,并分别导致血小板血栓和纤维蛋白凝胶的形成(在l-2min之内)。
血小板和凝血因子在蛋白质吸附层上的活化程度主要取决于蛋白质的组成和结构;而蛋白质的组成和结构又取决于高分子材料表面的组成和结构。
生物医学工程中的生物材料和组织工程技术研究生物医学工程(Biomedical Engineering)是应用工程学原理与方法,开展在生物体内设计、开发、制造、评价医疗设备及器械和生物材料,同时探究不同类型肿瘤治疗新技术的交叉学科。
生物材料(Biomaterials)是生物医学工程领域中的一个重要子分支,主要关注的是开发可用于生物应用的材料。
而组织工程技术研究(Tissue Engineering)则是指通过生物学、材料科学与生物医学工程学的协同作用,研究组织替代和修复材料的设计与制造。
本文将主要探讨生物医学工程中的生物材料和组织工程技术研究,并介绍其在医疗和医学科研方面的应用。
一、生物材料生物材料是一种特殊的材料,它可以用于生物医学应用,包括医疗设备和生物组织及器官的修复和再生。
生物材料的研究既涉及多种材料的开发,也包括材料与生物体之间的相互作用的研究。
生物材料应用领域非常广泛,例如可用于改善病人的生理功能,制造内窥镜和人工股骨头等。
1.1 生物材料的分类种类繁多的生物材料可以根据其来源和化学元素来分类。
从来源上可以划分为生物来源和人工合成两种,生物来源包括自体材料、异体材料、动物源材料和植物源材料;人工合成材料包括仿生材料、聚合物材料、金属材料等;从化学元素上可以划分为金属类、陶瓷类、聚合物类、复合类和可再生类。
1.2 生物材料的应用生物材料在医疗器械与设备制造、组织修复和再生、诊断和治疗等方面都有广泛应用。
例如人工骨头、羟基磷灰石组成的人工骨等生物材料可以用于骨折或者骨缺损的治疗;心脏起搏器、人造关节、人造血管等医疗器械也是生物材料的应用范畴;在生物医学研究方面,研究人员利用生物材料开展三维细胞培养、人体器官创造等方面的研究。
1.3 生物材料的发展趋势未来的生物材料将会更加高效、全面的应用于生物医学领域,尤其是组织工程中,为人们创造出更多机会,让身体部分或器官完全重生。
生物材料科技也将进一步发展,例如生物陶瓷和仿生材料的开发,这将使得人们生活质量的提高和延长。