淺析生物醫(yī)學(xué)材料的應(yīng)用

陳熙宗

摘 要：生物醫(yī)學(xué)材料分類繁雜，如今大量利用的生物醫(yī)學(xué)材料為醫(yī)用金屬或合金、醫(yī)用高分子、醫(yī)用無(wú)機(jī)非金屬材料、醫(yī)用復(fù)合材料、生物衍生材料等。其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，主要應(yīng)用于各種外傷或疾病引起的組織器官破損修復(fù)，最為經(jīng)典的就是假牙假皮移植，骨骼替換和神經(jīng)修復(fù)。本文將淺析生物醫(yī)學(xué)材料各種分類及其應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：醫(yī)學(xué)材料；臨床應(yīng)用；器官修復(fù)

中圖分類號(hào)：R318 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）23-0195-02

隨著人口老齡化和中青年創(chuàng)傷的增長(zhǎng)，人們對(duì)生物醫(yī)學(xué)材料及成品的需求逐步增加。過(guò)往陳舊的生物醫(yī)學(xué)材料以及不足以滿足人們的治療需求，新型的生物醫(yī)學(xué)材料如雨后春筍。例如各類新型的假肢以及可以做到和人類原有的手臂相差無(wú)幾，包括外形手感及功能。下文便是對(duì)新型醫(yī)學(xué)材料的介紹。

1 新型醫(yī)學(xué)材料的概述

生物醫(yī)學(xué)材料是與生物系統(tǒng)直接作用，用以診斷、醫(yī)治或置換生物機(jī)體由疾病或外傷引起的組織器官破損以及增強(qiáng)組織細(xì)胞功效的材料。

1.1 醫(yī)學(xué)材料的發(fā)展背景

生物醫(yī)學(xué)材料快速發(fā)展的原因主要有四個(gè)：人口老齡化加劇、人體組織器官壽命有限、中青年創(chuàng)傷增加、人民生活水平提高及健康意識(shí)的增強(qiáng)[1]。而國(guó)家政策有時(shí)也推動(dòng)著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

我國(guó)是擁有14億人口的人口大國(guó)，人口老齡化及青年創(chuàng)傷高速增加，創(chuàng)傷住院人員已經(jīng)成為僅次于惡性腫瘤即癌癥的第二大住院人員。生物醫(yī)學(xué)材料存在龐大的潛在市場(chǎng)，特別是在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展同時(shí)人民生活水平的不斷提高，人民對(duì)生物醫(yī)學(xué)材料的需求與日俱增。以生物醫(yī)學(xué)材料包裹藥物，可以預(yù)測(cè)生物醫(yī)學(xué)材料在癌癥、白血病和老年癡呆等的治療擁有著廣闊的市場(chǎng)空間。

1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

美國(guó)作為全世界最大的醫(yī)療器械生產(chǎn)及消費(fèi)國(guó)度，占世界市場(chǎng)的40%左右；因?yàn)樯绫ｓw系健全，歐盟則成為世界第二大醫(yī)療器械市場(chǎng)，占額為29%；亞太地區(qū)則位列第三，占有18%的額份，而由于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)日本則是亞太地區(qū)的代表，是世界第三大醫(yī)療器械消費(fèi)國(guó)。

我國(guó)與印度由于人口眾多具有極大的市場(chǎng)潛力，國(guó)內(nèi)的生物醫(yī)學(xué)材料企業(yè)也是拔地而起，如樂普醫(yī)療、泰格醫(yī)藥等。推動(dòng)著我國(guó)生物醫(yī)學(xué)材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展從能源消耗和勞動(dòng)力密集型等低技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)楦呒夹g(shù)創(chuàng)新型的轉(zhuǎn)變。從原本80%-90%的成功仍待在實(shí)驗(yàn)室到現(xiàn)在越來(lái)越多的科技走向大眾，都是國(guó)內(nèi)生物醫(yī)學(xué)材料發(fā)展的印證[2]。

2 醫(yī)學(xué)材料的分類

2.1 生物醫(yī)用金屬材料

顧名思義生物醫(yī)用金屬材料是應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)的金屬或合金，是一種惰性材料。這類材料具有高機(jī)械強(qiáng)度和抗疲勞的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于硬組織如骨頭關(guān)節(jié)等、人工器官和外科輔助器械，更有應(yīng)用于軟組織如人工心臟瓣膜等方面?，F(xiàn)在已應(yīng)用于臨床的材料主要是被譽(yù)為“生命金屬”的純金屬鈦和鉭、鈮、鋯等，合金則多為不銹鋼、鈷基合金和鈦基合金。但金屬材料也存在諸多不足。如生物生理環(huán)境的侵蝕會(huì)使金屬離子在生物組織擴(kuò)散致使中毒，也會(huì)存在嚴(yán)重的排斥反映導(dǎo)致植入失敗。

2.2 生物醫(yī)用無(wú)機(jī)非金屬

生物醫(yī)用無(wú)機(jī)非金屬材料別名生物陶瓷。主要是陶瓷、玻璃、碳素等無(wú)機(jī)非金屬混合材料。主要分為活性生物無(wú)機(jī)非金屬材料、惰性生物無(wú)機(jī)非金屬材料和功能活性生物非金屬材料三類。具有穩(wěn)定的化學(xué)性和抗菌性，生物組織有良好的親和性從而減少植入的排斥現(xiàn)象。且強(qiáng)度高、耐腐蝕。運(yùn)用規(guī)模也在逐步擴(kuò)展，現(xiàn)應(yīng)用于人工骨、人工關(guān)節(jié)、人工肌腱、人工血管等。但是材料扛彎強(qiáng)度低、脆性大，且易疲勞。

2.3 生物醫(yī)用有機(jī)高分子

醫(yī)用高分子材料是一個(gè)高速發(fā)展的領(lǐng)域，其應(yīng)用之廣、用量之大都是無(wú)可比擬的。主要有天然產(chǎn)物和人工合成兩個(gè)途徑產(chǎn)出，分為非降解性和可降解型。非降解型并非要求其絕對(duì)穩(wěn)定，但要求其自身和降解產(chǎn)物不對(duì)人體產(chǎn)生顯著的有害副作用。該類材料主要應(yīng)用于人體組織修復(fù)、人造器官、膜類修復(fù)、粘接劑等?？山到庑蛢?yōu)點(diǎn)也很明顯，其可降解且降解產(chǎn)物能經(jīng)由正常的新陳代謝被人體吸收或排出，主要用于藥物釋放即藥物的糖衣或外部膠囊，還用于非永久性植入裝置。可以說(shuō)是相當(dāng)常見的一種材料了。

2.4 生物醫(yī)用復(fù)合材料

生物復(fù)合材料則是由兩種或多種材料復(fù)合而成。單一材料不能很好的滿足臨床的需求，復(fù)合材料由此孕育而生。與單體材料相比，復(fù)合材料的各項(xiàng)性能都有較大程度的提高，而且可以綜百家之長(zhǎng)，更有單一材料不具備的新性能，目前已廣泛應(yīng)用于臨床。通過(guò)取長(zhǎng)補(bǔ)短可以有效地開發(fā)新型生物醫(yī)用復(fù)合材料。

3 新型醫(yī)用材料的應(yīng)用

3.1 口腔材料

口腔修復(fù)即鑲牙，主要為假牙移植、蛀牙修補(bǔ)兩類。

3.1.1 銀汞合金

銀汞合金是汞和銀錫合金粉相互作用的化合物。用于蛀牙修補(bǔ)，程序?yàn)椋合戎v蛀牙部分去除，再用合金填牙修補(bǔ)并打磨，因?yàn)樾迯?fù)牙體堅(jiān)固耐用而被大量使用，但由于合金不具備粘合性，所以需要良好的設(shè)計(jì)，銀汞合金畢竟是屬于生物醫(yī)用金屬材料，其在口腔內(nèi)容易發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，使其表面或下層被腐蝕，從而導(dǎo)致變黑、斷裂等不良后果[3]。

3.1.2 復(fù)合樹脂

復(fù)合樹脂運(yùn)用主要在修補(bǔ)牙齒外觀，如改良牙齒的外形及顏色等，程序?yàn)椋合葘⒀例X外表酸蝕，再洗干已酸蝕的牙齒，后在牙齒表面涂上粘固劑和復(fù)合樹脂用儀器使復(fù)合樹脂凝固[4]。

復(fù)合樹脂屬于生物醫(yī)學(xué)復(fù)合材料中的一種，主要由樹脂基體和無(wú)機(jī)填充料構(gòu)成。無(wú)機(jī)填料則是影響復(fù)合樹脂的性能的關(guān)鍵因素，填料顆粒越大，打磨拋光越困難，表面越粗糙。顆粒越小，材料的美觀效果越佳；填充含量越高，物理性能越好，越耐打磨[5]。因?yàn)閺?fù)合樹脂是要處于口腔環(huán)境中的，而樹脂在口腔中會(huì)吸水和釋放不完全固化的單體，致使樹脂水解或出現(xiàn)不同程度的裂紋。而釋放出的單體則會(huì)刺激組織細(xì)胞發(fā)生過(guò)敏反應(yīng)或引發(fā)細(xì)菌滋生，終究會(huì)導(dǎo)致牙齒壞損。

3.1.3 聚羧酸酯粘固粉

聚羧酸酯粘固粉是一種先進(jìn)的口腔修補(bǔ)材料。聚羧酸酯是有機(jī)高分子，通過(guò)羧基與鋅離子作用而凝集。用作洞的墊底材料、封洞材料（使用期限為半年內(nèi)）、根管填充材料，也可用作粘接劑修復(fù)牙體。聚羧酸酯粘固粉在臨床修復(fù)的病例中暫時(shí)未有脫落的情況，可以說(shuō)是非常不錯(cuò)的粘接劑了?？墒悄虝r(shí)間較長(zhǎng)，顏色也單一，只能小批生產(chǎn)[6]。

3.2 骨骼材料

骨骼作為人體最大的組織器官，承擔(dān)著生命的重?fù)?dān)，卻最易受損。這也推動(dòng)了骨骼修復(fù)材料的發(fā)展?，F(xiàn)有的骨骼修復(fù)材料主要分為天然高分子材料、人工合成高分子材料、無(wú)機(jī)材料和納米材料四類。

3.2.1 n-HA/聚乳酸（PLA）納米復(fù)合材料

該材料是人工合成的可降解聚合物納米復(fù)合材料。納米材料具有能自固化成型、機(jī)械強(qiáng)度高、使用方便、無(wú)毒副作用、可吸收降解、生物相容性好、能誘導(dǎo)骨細(xì)胞和血管生長(zhǎng)等理化特性。該材料由于抗疲勞強(qiáng)度不佳，不能作為承重結(jié)構(gòu)且不易降解[7]。但其優(yōu)異的誘導(dǎo)生長(zhǎng)特性、骨傳導(dǎo)性作用和生物相容性，使得骨組織更牢固，是公認(rèn)性能最好的骨修復(fù)修復(fù)替代材料，已經(jīng)開始被應(yīng)用于臨床。

3.2.2 珊瑚及烏賊骨

其實(shí)自然界中有很多生物活性組織能應(yīng)用于骨修復(fù)中。珊瑚不僅極具觀賞性，而且其三維結(jié)構(gòu)獨(dú)特，有累死無(wú)機(jī)骨的微孔結(jié)構(gòu)，有利于骨細(xì)胞的生長(zhǎng)和增殖，現(xiàn)已將珊瑚和I型膠原與重組人骨形成蛋白復(fù)合，制成復(fù)合骨，膠原可緩解珊瑚在體內(nèi)的降解，且使粗糙的珊瑚更利于新骨組織的形成[7]。烏賊骨也是一種特別的生物骨材料，它是由碳酸鈣沉淀而成的多孔房架式結(jié)構(gòu)。通過(guò)化學(xué)方法水熱進(jìn)行改性后不僅保持了原有的眼網(wǎng)狀三維通道結(jié)構(gòu)，更使其變成一個(gè)具有豐富自由組裝的納米微球結(jié)構(gòu)，這將更利于細(xì)胞的吸附和血管的生長(zhǎng)。

4 結(jié)論與展望

綜上所述，理想的生物醫(yī)學(xué)材料要有：（1）良好的生物相容性，滿足基本醫(yī)學(xué)要求（如無(wú)毒副作用、不致畸致癌），不引起過(guò)激反應(yīng)，甚至能促進(jìn)組織細(xì)胞生長(zhǎng)。（2）耐損耗，抗腐蝕，因?yàn)樯镝t(yī)學(xué)材料最后都會(huì)作用于人體，若無(wú)法抵抗生物腐蝕會(huì)造成極大的損耗。（3）具有一定的可塑性，畢竟要貼合生物體，一定的活性更利于生物體的修復(fù)。

生物醫(yī)學(xué)材料的不斷發(fā)展已展現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力，更多新型的復(fù)合材料也將相繼面世，每種材料各有千秋，取長(zhǎng)補(bǔ)短為生命健康添磚加瓦。

參考文獻(xiàn)

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