生物材料在骨科临床应用

生物医用材料

在骨科临床应用

生物材料的概念生物材料(Biomaterials)即生物医学材料(BiomedicalMaterials)生物医用材料的用途替代损害的器官或组织

如：人造心脏瓣膜、假牙、人工血管等改善或恢复器官功能的材料

如：隐型眼镜、心脏起搏器等用于治疗过程

如：介入性治疗血管内支架、用于血液透析的薄膜、药物载体与控释材料等生物材料开展概况—古代生物材料开展概况—近代生物材料开展概况—现代生物材料取得实质性进展

始于20世纪20年代生物材料的分类按材料性质分类按材料功能分类按材料来源分类按使用部位分类通常按材料性质分类金属材料

不锈钢钴基合金钛基合金等广泛应用于人工假体人工关节医疗器械非金属材料

无机材料 有机材料无机材料 主要是生物陶瓷 分为惰性生物陶瓷如氧化铝生物陶瓷 外表生物活性陶瓷如磷酸钙基生物陶瓷 可降解生物陶瓷如β-磷酸三钙陶瓷等有机材料PMMA 聚乙交酯聚丙交酯 生物胶聚乳酸通常按材料性质分类高分子材料根据来源分天然和合成

天然 如多糖类、蛋白类

合成如硅橡胶、聚乙烯、聚乳酸、 聚四氟乙烯等

用于人体器官组织关节药物载体等生物复合材料不同种材料混合或结合克服单一材料缺点可获性能更优的材料按材料功能分类硬组织相容性材料用于关节牙齿及其他骨组织软组织相容性材料用于人工皮肤人工气管人工食道等血液相容性材料用于人工血管人工心脏血浆别离膜血液灌流用吸附剂细胞培养基材等生物降解材料用于吸收型缝合线药物载体愈合材料粘合剂及组织缺损用修复材料按材料来源分类自体组织如人体髂骨血管等同种异体器官及组织异种器官及组织天然生物材料动物骨胶原甲壳素珊瑚等人工合成材料人工合成的新型材料按使用部位分类硬组织材料骨、牙齿用材料软组织材料软骨、脏器用材料心血管材料心血管以及导管材料血液代用材料人工红血球血浆等别离、过滤、透析膜材料血液净化肾透析及人工肺气体透过材料等对生物医用材料的根本要求良好的生物相容性良好的化学稳定性满足生物力学要求可灭菌可成型易加工生物相容性无毒无刺激无致畸致敏致突变或致癌在体内不被排斥无炎症无慢性感染不引起周围组织局部或全身性反响最好能与骨形成化学结合具有生物活性无溶血凝血反响等化学稳定性耐体液侵蚀不产生有害降解产物不产生吸水膨润软化变质自身不变化生物力学要求

足够的静态强度

如抗弯抗压拉伸剪切等有适当的弹性模量和硬度耐疲劳摩擦磨损其它要求良好的空隙度体液及组织易长入易加工成形使用操作方便消毒灭菌不变质等性能生物材料在骨科的应用不锈钢钴基合金钛合金记忆合金生物材料在骨科领域—开展最迅速应用最广泛一、金属材料

1、不锈钢加Mo的钴基合金耐腐蚀性是不锈钢如316的40倍钴铬钼合金的生物相容性超过铁铬镍和钴铬合金钴基合金的耐磨性是所有医用金属材料中最好的更适于体内的长期植入物用于人工关节接骨板骨钉等CoCrMo合金制股骨帽2、钴基合金骨科应用以纯钛和TC4(Ti-6Al-4V)为主强度不如钴基合金耐腐蚀性好与人体组织反响很弱钛合金的密度小弹性模量低接近于天然骨有良好的耐疲劳性能广泛用于制作人工关节接骨板骨螺钉髓内钉等3、钛基合金1951年美国首次报道Au-Cd〔金-镉〕合金具形状记忆效应目前已有20多种记忆合金其中镍钛合金临床上应用最大不同的温度下表现为不同的金属结构相如低温时为单斜结构相高温为立方体结构相前者柔软可随意变形后者刚硬可恢复原形状并在形状恢复过程中产生较大的恢复力4、形状记忆合金脊椎矫正植入体特点奇特的形状记忆功能质轻磁性微弱强度较高耐疲劳性高回弹性和生物相容性好应用

人工关节骨折连接脊柱侧凸矫形等5、纯金属钽〔Ta〕生物陶瓷是经高温处理所成的无机非金属材料二、非金属材料〔一〕无机材料惰性生物陶瓷生物体内与组织反响很小如氧化铝陶瓷用于人工关节活性生物陶瓷生理环境下与组织界面形成化学键结合系骨性结合如羟基磷灰石等陶瓷及生物活性玻璃生物活性微晶玻璃用于需骨长入的假体外表涂层人工植骨材料等可吸收生物陶瓷在生物体内逐渐降解被骨组织吸收如磷酸三钙等多用于填充植骨材料分类及骨科应用高纯氧化铝生物陶瓷制备关节头无钒钛合金制备关节柄在柄部涂覆生物活性陶瓷涂层有效解决人工关节易磨损生物相容性不佳松动下沉等问题提高使用寿命可降解陶瓷药物载体植入骨病灶区可持续缓慢释放药物有效治疗骨结核骨肿瘤等且兼有补骨作用生物医用高分子材料分子量在几万至几百万如蛋白质棉毛木材松香橡胶塑料合成纤维按来源分天然和人工合成两种〔二〕有机材料天然高分子生物材料—胶原蛋白组织相容性好植入人体后无刺激性无毒性反响促进细胞增殖加快创口愈合并具可降解性可被人体吸收降解产物无毒副作用胶原凝胶—创伤敷料粉末—止血剂和药物释放系统纺丝纤维—人工血管人工皮人工肌腱外科缝线海绵—创伤敷料和止血剂等天然高分子生物材料—纤维蛋白合成高分子生物材料—硅橡胶平均分子量>40万有机硅弹性体的主要成分含有硅原子的特种合成橡胶的总称无毒无味生物相容性好耐生物老化抗凝血性较好长期植入体内物理性能下降甚微耐高温严寒(-90°-250°)良好的电绝缘性耐氧老化耐光老化防霉化学稳定性主要用于人工髓核DIAM合成高分子生物材料

—聚四氟乙烯〔PTFE〕合成高分子生物材料

—聚甲基丙烯酸甲酯〔PMMA〕具良好生物相容性耐老化性机械强度较高用于骨水泥合成高分子生物材料—聚乳酸组织工程近年来新兴的多学科交叉生命科学目的是修复和再生受损组织或器官帮助恢复受损组织的功能提高生活质量解决器官短缺和免疫抑制等问题组织工程定义利用工程学和生命科学根本原理开发能恢复维持或改善受损组织或器官功能的生物替代物综合了细胞生物学工程学材料学和临床医学领域用活细胞和细胞外基质或骨架构造一个新的功能化组织或器官研究领域