生物医用复合材料

生物材料与医用材料生物材料与医用材料在现代医学和生物工程领域发挥着极为重要的作用。

它们的研发和应用为疾病治疗、组织修复和替代提供了新的解决方案。

本文将就生物材料与医用材料的定义、分类、研究进展以及在医学和生物工程领域中的应用进行探讨。

一、生物材料与医用材料的定义生物材料是指具有适合生物系统应用的物质，可以用于构建人工器官、修复组织、支持生命体等。

医用材料是指用于治疗、修复和增强人体功能的物质或设备。

生物材料和医用材料的研究和应用旨在提高人体健康水平，改善生活质量。

二、生物材料与医用材料的分类生物材料和医用材料可以按照其来源、构成和功能进行分类。

1.来源分类生物材料和医用材料可以分为天然材料和人工合成材料。

天然材料包括骨骼、皮肤、血管等人体组织，它们可以直接应用于医学和生物工程领域。

人工合成材料则是通过化学合成或生物技术手段制备的材料，如合成聚合物、金属合金、陶瓷等。

2.构成分类根据生物材料和医用材料的构成，可以分为无机材料、有机材料和复合材料。

无机材料包括金属、陶瓷等，有机材料则主要是聚合物，复合材料是由两种或多种材料组合而成。

3.功能分类生物材料和医用材料可以按照其功能进行分类，如生物支架、药物缓释系统、生物传感器等。

生物支架用于组织工程和器官替代，药物缓释系统用于控制药物释放，生物传感器则用于检测生物体内的生理指标。

三、生物材料和医用材料的研究进展随着科学技术的不断进步，生物材料和医用材料的研究呈现出蓬勃发展的态势。

以下是该领域的一些研究进展：1.生物材料的表面改性表面改性可以提高生物材料的生物相容性和功能性。

通过改变生物材料的表面形貌、化学结构和表面能等特性，可以调控细胞黏附、生物反应性和材料的耐磨性等性能。

2.生物材料的仿生设计仿生设计将生物材料与生物体的结构和功能相结合，可以制备出具有优异性能的生物材料。

比如，仿生多孔骨材料可以模拟人体骨骼的微观结构，增强材料的力学性能和生物活性。

3.医用材料的纳米技术应用纳米技术在医用材料的研究和应用中发挥着重要作用。

生物质复合材料生物质复合材料是一种由天然植物纤维（如木材、竹材、麻杆等）和高分子基体（如热固性树脂、热塑性树脂等）组成的材料。

它综合了天然纤维的优良性能和高分子基体的可塑性，具有轻质、高强度、环保等特点，被广泛应用于建筑、航空、汽车等领域。

生物质复合材料的制备一般包括纤维制备、基体制备和复合制备三个过程。

纤维制备可以通过切割、磨碎等方式将天然植物纤维加工成一定长度和宽度的颗粒，也可以通过酸碱处理、漂白等方式提高纤维的纯度和力学性能。

基体制备可以选择合适的高分子树脂，并通过聚合反应、交联反应等方式进行合成。

复合制备则是将纤维和基体按照一定的配比混合搅拌，再通过压制、模塑等方式将其成型。

生物质复合材料具有许多优点。

首先，它具有轻质的特点，比重一般在1.0以下，比传统金属材料轻很多。

这可以减轻结构负荷，减少能源消耗。

其次，生物质复合材料具有较高的强度和刚度，可以满足各种对机械性能要求较高的应用场景。

第三，它具有良好的可塑性和加工性，可以根据需要进行模压、注塑等成型工艺，制备各种形状的复合件。

第四，生物质复合材料来源广泛，资源丰富，具有很强的环保性，可以有效减少对传统化石能源的依赖，减少二氧化碳排放。

在建筑领域中，生物质复合材料可以用于制作墙板、地板、门窗等室内装饰材料。

它具有良好的隔热性能和耐候性能，具有一定的防火性能，可以提高室内空间的舒适度和安全性。

在航空领域中，生物质复合材料可以用于制作飞机和直升机等飞行器的结构件。

它的轻质高强特点可以减轻飞行器自重，提高飞行速度和载重能力。

在汽车领域中，生物质复合材料可以用于制作车身、座椅等零部件。

它的高强度可以提高汽车的安全性能，同时具有良好的吸音性能，提高驾乘舒适度。

综上所述，生物质复合材料是一种具有广泛应用前景的新型材料。

它的轻质、高强、环保等特点使其在建筑、航空、汽车等领域具有很大的潜力。

随着技术的不断进步和生产工艺的不断改进，相信生物质复合材料将会有更广阔的市场前景。

浅析生物医学材料的应用摘要：生物医学材料是当今社会医疗保健的一种高新技术产业，由于生物医学材料较其他化学材料来说毒副作用比较小，而且生物相容性是非常好的，因此，人们对生物医学材料的使用越来越广泛。

其在医学领域得到广泛应用，主要应用于各种外伤或疾病引起的组织器官破损修复，最为经典的就是假牙假皮移植，骨骼替换和神经修复。

本文将浅析生物医学材料各种分类及其应用。

关键词：医学材料；临床应用；器官修复生物医学材料是一种毒副作用较小，生物相容性比较好的具有特殊性能和特殊功能的一种医用材料，它对人的生命，组织器官是无害的。

它的发展是以提升人类卫生健康水品，疾病治疗，医疗保健为目的一种生物材料。

随着人口老龄化和中青年创伤的增长，人们对生物医学材料及成品的需求逐步增加。

过往陈旧的生物医学材料以及不足以满足人们的治疗需求，新型的生物医学材料如雨后春笋。

例如各类新型的假肢以及可以做到和人类原有的手臂相差无几，包括外形手感及功能。

下文便是对新型医学材料的介绍。

1新型医学材料的概述生物医学材料是与生物系统直接作用，用以诊断、医治或置换生物机体由疾病或外伤引起的组织器官破损以及增强组织细胞功效的材料。

1.1 医学材料的发展背景生物医学材料快速发展的原因主要有四个：人口老龄化加剧、人体组织器官寿命有限、中青年创伤增加、人民生活水平提高及健康意识的增强。

而国家政策有时也推动着产业的发展。

我国是拥有14亿人口的人口大国，人口老龄化及青年创伤高速增加，创伤住院人员已经成为仅次于恶性肿瘤即癌症的第二大住院人员。

生物医学材料存在庞大的潜在市场，特别是在国民经济的发展同时人民生活水平的不断提高，人民对生物医学材料的需求与日俱增。

以生物医学材料包裹药物，可以预测生物医学材料在癌症、白血病和老年痴呆等的治疗拥有着广阔的市场空间。

1.2 国内外发展现状我国与印度由于人口众多具有极大的市场潜力，国内的生物医学材料企业也是拔地而起，如乐普医疗、泰格医药等。

生物复合材料的制备与性能研究生物复合材料是由生物质和其他材料结合而成的复合材料，具有天然、可持续、可降解等优点。

近年来，随着环保意识的不断提高，生物复合材料成为学术界和产业界关注的热点。

本文就生物复合材料的制备与性能研究进行介绍。

一、生物复合材料的制备方法生物复合材料的制备方法主要有两种：一种是将生物质与其他材料进行物理混合，如填充塑料制品和纤维增强塑料制品；另一种是将生物质化合物与其他材料进行化学反应，如生物质炭与树脂的复合。

（1）生物质塑料复合材料生物质塑料复合材料是将生物质颗粒与塑料颗粒以一定比例进行混合后，通过挤压、注塑等成型工艺，制备成具有一定力学性能的产品。

生物质颗粒可以是各种植物材料，如木材、秸秆、麦茬等，也可以是动物骨质、毛发等。

塑料颗粒则基本上选用石油化工工业中生产的聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等常见塑料。

生物质颗粒与塑料颗粒混合的比例一般为30：70至50:50。

在挤压或注塑成型前，还要加入各种助剂来调整复合材料的流动性、耐热性、耐水性等性能。

但是，生物质塑料复合材料有一定的局限性。

由于生物质材料含有成分较多、含水率较高，容易与塑料颗粒分离，导致塑料中生物质颗粒比例降低，产品性能下降。

此外，由于生物质材料含有微量矿物质、活性成分等，极易导致生物腐蚀、水解等问题，缩短产品的使用寿命。

（2）生物炭与树脂的复合材料生物炭是指利用生物质在高温下热解制得的一种材料，具有高比表面积、多孔性、良好的吸附性等特点。

生物炭可以与树脂进行复合，制成具有防火、保温、吸附、脱臭等功能的复合材料。

制备生物炭与树脂的复合材料，首先将生物质原料进行热解制得生物炭，然后加入树脂原料，将两者均匀混合。

混合后的复合材料可通过模压、热压成型等工艺制得复合材料制品。

生物炭与树脂的复合材料具有比生物质塑料复合材料更好的防火性能和耐热性能，可用于建筑、工业、环保等领域，具有广泛的应用前景。

二、生物复合材料的性能研究生物复合材料的性能研究是生物复合材料应用前景的关键，其性能研究包括力学性能、热性能、生物降解性和环境安全性等方面。

第1章绪论1.1 概述生物医用材料是与生物系统相互作用且在医学领域得以应用的材料，其中生物系统包括细胞、组织、器官等，医学领域的应用则包括对疾病的诊断、治疗、修复或替换生物体组织或器官，增进或恢复其功能等。

生物医用材料本身不是药物，其作用不必通过药理学、免疫学或代谢手段实现，其治疗途径是与生物机体直接结合并产生相互作用，但有时为了促进生物医用材料更好地发挥其功能，也会将其与药物结合。

人类利用生物医用材料的历史十分悠久。

在公元前约3500年，古埃及人就利用棉花纤维、马鬃做缝合线缝合伤口，用柳树枝和象牙来修补受损的牙齿，墨西哥的印第安人则使用木片修补受伤的颅骨。

在中国和埃及的墓葬中就发现了公元前2500年的假牙、假鼻、假耳。

公元600年，玛雅人用海贝壳制作具有珠光的牙齿，在外观上甚至已经达到了如今所要求的骨整合水平。

尽管当时人们极度缺乏材料学、生物学、医学方面的相关知识，但这并不妨碍人们利用身边的某些天然材料来治愈伤口、解决人体生理或解剖功能丧失的问题。

从16世纪开始，金属材料开始在骨科领域得到大量应用，1588年，人们利用黄金板修复颚骨。

1775年，金属材料开始被用来固定体内骨折。

1851年，硫化天然橡胶制成的人工牙托和颚骨问世。

在这一时期，生物医用材料的发展非常缓慢，一方面受到当时自然科学理论水平和工业技术水平的限制，另一方面也与医生、科学家、工程师三者之间缺少合作有关，当患者的生命受到严重危害时，往往依靠医生单打独斗，凭借自己的小发明来解决问题。

进入20世纪中期以后，随着医学、材料学（尤其是高分子材料学）、生物化学、物理学的迅速发展，高分子材料、陶瓷材料和新型金属材料不断涌现，如：聚羟基乙酸、聚甲基丙烯酸羟乙酯、胶原、多肽、纤维蛋白、羟基磷灰石、磷酸三钙、形状记忆合金等，这些材料主要由材料学家研究设计，因此许多材料并不是专门针对医用而设计的，在临床应用过程中可能存在生物相容性问题，例如最初的血管植入物材料聚酯纤维（俗称涤纶）就来源于纺织工业，会与血液发生生物反应而导致血管阻塞。

生物医用仿生高分子材料是指通过模仿生物体结构和功能特点而设计和制造的高分子材料，用于医学领域的应用。

这些材料具有良好的生物相容性、生物活性和可控可调的特性，可以在医学上模拟和替代生物组织的功能，实现诊断、治疗和修复等应用。

以下是一些常见的生物医用仿生高分子材料及其应用：
1. 生物降解聚合物：如聚乳酸（Poly Lactic Acid, PLA）和聚乙二醇（Polyethylene Glycol, PEG），常用于制备可降解的植入型材料，如缝合线、支架和修复材料。

2. 水凝胶：如明胶、海藻酸钠（Sodium Alginate）和聚乙二醇二甲基丙烯酸酯（Polyethylene Glycol Diacrylate, PEGDA）等，可用于制备组织工程支架、脏器修复和药物传递等。

3. 多肽材料：如胶原蛋白和凝血蛋白，可用于修复软骨、皮肤和血管等组织。

4. 生物活性控释材料：如聚乳酸-羟基磷灰石（Poly Lactic Acid-Hydroxyapatite, PLA-HA）复合材料，可用于药物和生长因子的控释，促进组织修复和再生。

5. 智能材料：如形状记忆聚合物和响应性水凝胶，可根据环境条件（如温度、pH值、电场等）的变化实现形状转变、药物控释和传感应用。

这些生物医用仿真高分子材料在医学领域有着广泛的应用潜力，可以用于组织工程、细胞培养、药物传递、疾病诊断和治疗等方面。

通过不断的研究和创新，这些材料将有助于促进生物医学领域的发展和进步。

1)生物医用材料的生物相容性是指材料在生理环境中,生物体对植入的生物材料的反应和产生有效作用的能力,用以表征材料在特定应用中与生物机体相互作用的生物学行为.2)生物医用材料的生物相容性具体包括血液相容性、组织相容性和力学相容性.3)材料设计大体可分为三个层次：微观层次、亚微观层次和宏观层次.4)生物医用复合材料的结构设计可采用结构仿生和功能梯度材料的结构设计方法进行材料的结构设计.5)材料与生物体的相互作用主要包括血液反应、组织反应和免疫反应.6)原子示踪方法分为：简单示踪法、物理混合示踪法和标记化合物示踪法.7)生物医用材料按材料的组成和性质分为：医用金属材料、高分子材料、无机材料和复合材料.8)生物医用材料按材料的功能分为：血液相容性材料、软组织相容性材料、硬组织相容性材料、生物降解材料和高分子药物.9)生物医用材料按材料来源分为：自体组织、同种异体器官及组织、异种器官及组织、天然生物材料和人工合成材料. 10)生物医用材料按使用部位分为：硬组织材料、软组织材料、心血管材料、血液代用材料和分离、过滤、透析膜材料. 11)当前研究比较活跃的生物材料主要有：高抗凝血材料、生物活性陶瓷及玻璃、钛及钛合金、钛镍记忆合金、生物活性缓释材料及描靶药物载体材料、生物粘合剂、可生物降解与可吸收性生物材料、智能与杂化材料和血液净化材料.12)生物医用金属材料最重要的应用有：骨折内固定板、螺钉、人工关节和牙根种植体等.13)金属材料的毒性：金属的毒性主要作用于细胞,可抑制酶的活动,阻止酶通过细胞膜的扩散和破坏溶酶体.14)生物医用金属材料在人体生理环境下的腐蚀主要有八种类型：均匀腐蚀、点腐蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、磨蚀、疲劳腐蚀和应力腐蚀.15)医用金属材料的表面处理没明确说明指的是钛和钛合金.16)医用金属材料的表面改性方法：等离子喷涂涂层、烧结涂层、溶胶-凝胶法涂覆的烧结涂层、表面化学热处理诱导羟基磷灰石涂层、电泳沉积法、离子束增强沉积、水热反应法、热分解法、电化学沉积法、表面修饰法、激光熔覆涂层、类金刚石碳膜.17)生物医用无机材料的基本条件与要求：良好的生物相容性、杂质元素及溶出物含量低、有效性、成型加工功能、良好的耐消毒灭菌性.18)生物惰性医用无机材料,主要是指化学性能稳定,生物相容性好的无机材料. 19)大量动物实验及临床应用证明,LTI碳作为最理想的人工机械瓣膜材料,有以下优点：①LTI碳涂层有足够的强度,十分耐磨,心脏耐磨模拟实验结果表明可耐用数十年.②具有优异的血液相容性,不产生血凝和血栓.原因是Si-LTI碳与血液之间能生成一种蛋白质中间吸附层,此层不引起蛋白质的改变.③抛光后的Si-C涂层,是致密不透性的,不会引起降解反应.④无毒,无刺激性,不致癌. 20)生物活性医用无机材料从广义上讲又称为生物活性陶瓷,在体内有一定溶解度,能释放对机体无害的某些离子,能参与体内代谢,对骨质增生有刺激或诱导作用,能促进缺陷组织的修复,显示有生物活性.21)将生物活性玻璃陶瓷也称为生物活性微晶玻璃,它是一种多相复合材料,含有一种以上的结晶相及玻璃相.22)生物活性骨水泥作为一种医用材料,必须满足如下要求：①浆体易于成型,可填充不规则的骨腔.②在环境中能自行凝固,硬化时间要合理.③有优良的生物活性和骨诱导潜能可吸收,不影响骨重塑或骨折愈合过程,能被骨组织爬行代替.④良好的机械性能以松质骨力学性能的中介值为标准,抗压强度大于5MPa,压缩模量45~100MPa和耐久性能.⑤无毒和具有免疫性.23)巨噬细胞对β-TCP陶瓷的降解包括细胞内降解吞噬和细胞外降解两个方面. 24)生物医用高分子材料,顾名思义,是和医学、生物学发展有关的高分子的材料总称.生物医用材料是以医用为目的,用于和活体组织接触,具有功能的无生命材料.以医用为目的,用于和活体组织接触,具有诊断、治疗或替换基体中组织、器官或增进其功能的无生命高分子材料,即“与生物相关的高分子材料”,亦称生物医用高分子材料.25)生物医用高分子材料根据来源,可分为天然生物医用高分子材料和合成生物医用高分子材料.26)生物医用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用材料,它主要用于人体组织的修复、替换和人工器官的制造.27)生物医用复合材料根据复合材料的三要素分类如下：①按基体材料分类,有陶瓷基生物医用复合材料、高分子基生物医用复合材料、金属基生物医用复合材料.②按材料植入体内后引起的组织材料反应分类,有近于生物惰性的复合材料、生物活性复合材料和可吸收生物医用复合材料.③按增强体的形态和性质分为纤维增强生物医用复合材料和颗粒增强生物医用复合材料.28)生物医用复合材料的特点：比强度、比模量高；抗疲劳性能好；抗生理腐蚀性好；力学相容性能好；组成多元.29)界面的结合力：机械结合力摩擦力、物理结合力范德华力和氢键和化学结合力化学键.30)界面结合类型：机械结合、溶解和润湿结合、反应结合、混合结合.31)生物医用敏感材料属于敏感材料范畴,是功能材料在医学上的一个重要分支.电磁声光热.32)生物医用敏感材料按用途可分为两大类型：治疗用医用敏感材料、检测用的敏感材料.33)仿生学是研究生物系统的结构性质、能量转换和信息传递与处理的原理,它将所获得的知识,用来改进和完善现有科学设备、装置,以及为创造新科学技术装置、建筑结构和新工艺提供原理、设计思想或规划蓝图.它运用生物系统的方法来解决工程问题,是系统设计的一种新方法.34)仿生研究主要包括仿生分析、设计和制备三个步骤.35)组织工程学原理：应用工程学和生命科学的原理和方法来了解正常的和病理的哺乳类组织的结构——功能的关系,并研制活的生物组织代用品,用于修复、维持、改善人体组织的功能.以生物替代为目的,研究和开发修复和改善人体组织包括部分器官功能和形态的新兴学科即组织工程学.36生物医用材料和器材主要有三个方面的用途：诊断、治疗和康复.37生物医用材料标准是用于评价和生产生物医用材料及其制品的技术规范,是由官方或民间组织提出的或得到公众认可的法规性文件.它包含生物学性能评价标准和非生物学性能评价标准.38干细胞生物学：是未成熟细胞.它未充分分化,具有再生各种组织和器官和人体潜在功能,医学上称之为“万能细胞”. 39成体干细胞生物学特性：①具有自我更新和分化潜能.②数量少.③存在于特定的微环境中.④处于相对静止状态.⑤体积小,细胞浆小,细胞核较大.⑥成体干细胞数量和活性随年龄增加.40干细胞工程的临床应用：①多能干细胞可以帮助我们理解人类发育过程中的复杂事件,确定参与导致细胞特化的决定因素.②人体多能干细胞研究能大大地改变研制药品和进行安全性实验的方法.③人体多能干细胞最为深远的用途是生产细胞和组织,许多疾病及功能失调往往是由于干细胞功能失调或组织破坏引起的.④体细胞核转移SCNT方法治疗性克隆是克服某些患者的组织不相容的一个方法.患者可以用自己的遗传物质制造适合自己的细胞.41HAP42HA43PMMA44PLA45PGA4645S547杂化材料。