生物醫(yī)用材料

1、8 生物醫(yī)用材料,概述 硬組織相容性材料 軟組織相容性材料 血液相容性材料 生物降解材料,生物材料(biomaterials)： 用于與生命系統(tǒng)接觸和發(fā)生相互作用的，并能對其細(xì)胞、組織和器官進(jìn)行診斷治療、替換修復(fù)或誘導(dǎo)再生的一類天然或人工合成的特殊功能材料，又稱生物醫(yī)用材料。 生物材料是材料科學(xué)領(lǐng)域中正在發(fā)展的多種學(xué)科相互交叉滲透的領(lǐng)域，其研究內(nèi)容涉及材料科學(xué)、生命科學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、解剖學(xué)、病理學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、藥

2、物學(xué)等學(xué)科，同時還涉及工程技術(shù)和管理學(xué)科的范疇。,10.1 生物醫(yī)用材料概述,生物材料正在挽救和維持世界上成千上萬血管患者的生命；正廣泛用于傷殘人肢體形態(tài)和功能的恢復(fù) ；正在計劃生育、控制人口、提高人們健康水平方面發(fā)揮巨大作用。如圖8－1。 注：生物材料不是藥物，其治療途徑是以生物機(jī)體直接結(jié)合和相互作用為基本特征的。,生物材料發(fā)展簡史 （歷史上、近代、現(xiàn)代）生物材料分類 （屬性、功能、來源、使用）

3、 生物材料的特征與評價 （宿主反應(yīng)、材料反應(yīng)、生物相容性）,10.1.1 生物醫(yī)學(xué)材料發(fā)展簡史,古代（利用天然物質(zhì)和材料治?。┕?000年，黃金修復(fù)失牙；公元前3500年，古埃及，棉花纖維、馬鬃等縫合傷口；公元前2500年，中國、埃及，假手、假鼻、假耳等人工假體； 隋末唐初，銀膏補牙----成分是銀、錫、汞，與現(xiàn)代牙齒填充材料汞齊合金類似。,,近 代： 最先應(yīng)用于臨床實踐的金屬材料是金、銀

4、、鉑等貴重金屬。（良好的化學(xué)穩(wěn)定性和易加工性）1829年，通過多種金屬的系統(tǒng)動物實驗，得出：金屬鉑對機(jī)體組織刺激性最??； 1851年發(fā)明天然橡膠的硫化方法后，開始利用天然高分子硬橡木制作人工牙托和顎骨進(jìn)行臨床治療； 1892年，用硫酸鈣填充骨缺損，這是陶瓷材料植入人體的最早實例。,現(xiàn) 代： 生物醫(yī)學(xué)材料取得實質(zhì)性進(jìn)展開始于20世紀(jì)20年代不銹鋼：1926年，含18%鉻和8%鎳首先應(yīng)與于骨科治療，隨后應(yīng)與于

5、口腔科； 1934年，研制出高鉻低鎳單相組織的AISI302和304，在體內(nèi)生理環(huán)境下的耐腐蝕性顯著提高； 1952年，開發(fā)出耐蝕性更好的AISI316不銹鋼，并逐漸取代AISI302； 60年代，為了解決不銹鋼的晶間腐蝕問題，又研制出超低碳不銹鋼AISI316L和317L。,鈷鎳合金：鑄造鈷鎳合金首先在口腔中得到應(yīng)用； 20世紀(jì)30年代末又被應(yīng)用于制作接骨板、骨釘?shù)葍?nèi)固定器械；50年代成功制成人工髖關(guān)節(jié)；

6、60年代為了提高力學(xué)性能，研制出鍛造鈷鉻鎢鎳合金和鍛造鈷鉻鉬合金，并應(yīng)用于臨床；70年代為了改善鈷基合金抗疲勞性能，研制出鍛造鈷鉻鉬鎢鐵合金和具有多相組織的MP35N鈷鉻鉬鎳合金，應(yīng)用于臨床。,鈦：金屬鈦，優(yōu)異的耐蝕性、生物相容性、密度低；40年代，制作外科植入體；50年代用純鈦制作接骨板和骨釘；70年代，Ti6A14V合金（強(qiáng)度比純鈦高，耐蝕性和密度與之相似）、TiSAl2.5Sn合金和鈦鉬鋅錫等合金獲得應(yīng)用；從而使鈦和鈦合

7、金成為繼不銹鋼和鈷基合金之后的又一類重要醫(yī)用金屬材料；70年代以后， NiTi系為代表的形狀記憶合金逐漸在骨科和口腔科得到應(yīng)用，并成為醫(yī)用金屬材料的重要組成部分。,生物陶瓷：從60年代初開始應(yīng)用于生物材料。多晶氧化鋁陶瓷----低溫各向同性碳----生物玻璃----羥基磷灰石（生物活性陶瓷）----生物陶瓷復(fù)合材料----引入活體細(xì)胞或生長因子的生物陶瓷構(gòu)架；醫(yī)用高分子：開始于50年代有機(jī)硅聚物的發(fā)展。有機(jī)硅聚合物----聚甲

8、基丙烯酸甲脂（骨水泥）----醫(yī)用高分子材料大發(fā)展，制作了人工心瓣膜、人工血管、人工骨、手術(shù)縫合線等90年代以后，借助于生物技術(shù)和基因工程的發(fā)展，由無生物存活性材料擴(kuò)展到具有生物學(xué)功能的材料領(lǐng)域，其基本特征是具有促進(jìn)細(xì)胞分化、增殖、誘導(dǎo)組織再生、參與生命活動等功能。,10.1.2 生物材料分類,按材料屬性分類按材料功能分類按材料來源分類按使用部位分類,1.按材料屬性分類 ：,a.醫(yī)用金屬材料：包括不銹鋼、鈷基合金，鈦及合金等，

9、廣泛應(yīng)用于人工假體、人工關(guān)節(jié)、醫(yī)療器械等。 b.醫(yī)用無機(jī)材料：主要是生物陶瓷。分為惰性生物陶瓷，如氧化鋁生物陶瓷；表面生物活性陶瓷，如磷酸鈣基生物陶瓷；可降解生物陶瓷，如β-磷酸三鈣陶瓷等。c.醫(yī)用高分子材料：根據(jù)來源分為天然的和合成的，天然的如多糖類、蛋白類，合成的聚氨酯、聚乙烯、聚乳酸、聚四氟乙烯等，用于人體器官、組織、關(guān)節(jié)、藥物載體等。 d.醫(yī)用復(fù)合材料：不同種材料的混合或結(jié)合，克服單一材料的缺點，可獲得性能更優(yōu)的材料。,2

10、.按材料的功能分類：,a.硬組織相容性材料：主要用于生物機(jī)體的關(guān)節(jié)、牙齒及其他骨組織b.軟組織相容性材料：主要用于人工皮膚、人工氣管、人工食道等 c.血液相容性材料：主要用于人工血管、人工心臟、血漿分離膜、血液灌流用吸附劑、細(xì)胞培養(yǎng)基材等 d.生物降解材料：主要用于吸收型縫合線、藥物載體、愈合材料、粘合劑以及組織缺損用修復(fù)材料。,3.按材料來源分類：,a.自體組織 如人體聽骨、血管等替代組織b.同種異體器官及組織 如不同人體

11、之間的器官移植c.異種器官及組織 如動物骨、腎替換人體器官d.天然生物材料 如動物骨膠原、甲殼素、珊瑚等e.人工合成材料 如各種人工合成的新型材料,4.按使用部位分類：,a.硬組織材料 骨、牙齒用材料 b.軟組織材料 軟骨、臟器用材料c.心血管材料 心血管以及導(dǎo)管材料d.血液代用材料 人工紅血球、血漿等e.分離、過濾、透析膜材料 血液凈化、腎透析以及人工肺氣體透過材料等,10.1.3 生物材料的特征與評價

12、,宿主反應(yīng)與材料反應(yīng)生物相容性,任何一種生物材料，除了應(yīng)具有必要的理化性能外，還需要滿足在生理環(huán)境下工作的生物學(xué)要求，即有良好的生物相容性。這也是生物材料區(qū)別于其他材料的基本特征。,對生物材料的要求是：⑴對于人體組織無刺激性，無毒副作用，無致癌性。⑵接觸人體各種體液（唾液、淋巴液、血液）時，應(yīng)有良好的耐蝕性。唾液、血液、間質(zhì)液都是以Clˉ、Na+、K+離子為主的電解質(zhì)溶液，生物材料在這種溶液中應(yīng)不發(fā)生反應(yīng)、腐蝕和變質(zhì)。,⑶具有必要

13、的強(qiáng)度、耐磨性和耐疲勞性能。如髖關(guān)節(jié)在靜止?fàn)顟B(tài)承受體重的二分之一，水平步行時承受的重量為靜止時的3.3倍，而跑步時則為4倍以上。此外,每步行一公里大約活動1000次，按照一般的生活情況,每年大約承受1×106 ~ 3×106次重復(fù)負(fù)荷的作用。,,⑷與生物體組織、與血液有相容性不會引起凝血，與軟硬組織有良好的粘接性，不會產(chǎn)生吸收物和沉淀物。,10.2 硬組織材料：硬組織材料有人造骨、人造關(guān)節(jié)、假牙等。人工髖關(guān)節(jié)是臨床

14、應(yīng)用比較成功的一種。其中髖臼用高分子量聚乙烯制成，股骨多為金屬制品。這種塑料與金屬的配合，使其耐磨性較金屬與金屬的配合強(qiáng)10倍。,常用的硬組織替代材料,人工關(guān)節(jié)生物金屬材料生物陶瓷材料,10.2.1 人工關(guān)節(jié),1890年，Gluck首先應(yīng)用象牙制造下頜關(guān)節(jié)；1938年，Wiles用不銹鋼作髖臼與股骨頭；而后Moor開展了人工股骨節(jié)置換術(shù)；1940年Wder兄弟用合成樹脂制造人工關(guān)節(jié)；1951年開始全髖人工關(guān)節(jié)置換術(shù)。1952年H

15、abowsh用固定牙的丙烯酸脂固定人工髓關(guān)節(jié)，由此合成樹脂開始用于人工關(guān)節(jié)與骨的結(jié)合。1958年Charnhey根據(jù)重體環(huán)境滑潤理論，用聚四氟乙烯髖臼和金屬股骨頭制成低磨擦的人工關(guān)節(jié)，接著在1962年，Charnley把高密度聚乙烯髖臼和直徑為22毫米的金屬股骨頭組成全髖人工關(guān)節(jié)，并用骨水泥（甲基丙烯酸脂）固定，獲得較滿意的效果。自此，人工關(guān)節(jié)置換術(shù)進(jìn)入實際應(yīng)用的新階段。迄今已研制出膝、髖、肘、肩、指、趾關(guān)節(jié)假體用于臨床。歐美等發(fā)達(dá)

16、國家每年僅全髖置換已超過80萬例. 我國人工關(guān)節(jié)置換術(shù)達(dá)25萬例.,髖關(guān)節(jié),人工髖關(guān)節(jié),Simulator testing,磨損病因,無菌松動是人工關(guān)節(jié)置換術(shù)后最常見的并發(fā)癥和最終失效的主要因素。 磨損產(chǎn)物—磨屑是導(dǎo)致無菌松動的原因。人工關(guān)節(jié)長期使用后，一方面磨損后影響置換關(guān)節(jié)的裝配性能；更重要的是產(chǎn)生大量磨屑，其中較小的磨屑被組織細(xì)胞吞噬，較大的磨屑被組織細(xì)胞包繞。從而使組織細(xì)胞激活，并分泌大量溶滑性因子，引起骨溶解，導(dǎo)致人工關(guān)節(jié)

17、松動。而松動的人工關(guān)節(jié)又加重了磨損，產(chǎn)生更多的磨屑，形成惡性循環(huán)，最終使置換關(guān)節(jié)失效,生物金屬材料,金屬材料雖種類很多，但能在人體生理環(huán)境條件下長,期安全服役的卻不多。經(jīng)過長期研究和臨床篩選而得到廣泛應(yīng)用的金屬材料主要有不銹鋼、鈷基合金、鈦及其合金、形狀記憶合金和貴金屬，此外還有鉭、鈮、鋯和磁性合金等。,1、不銹鋼不銹鋼成本低，但在體內(nèi)有腐蝕和組織反應(yīng)等, 不銹鋼中添加Mo可克服鉻鈍化膜在氧化環(huán)境中耐腐蝕性能, 如加Mo的316、31

18、7。降低碳含量，如使用超低碳,不銹鋼骨釘,的316L可防止晶間腐蝕.常用來制作各種人工關(guān)節(jié)和骨折內(nèi)固定器、截骨連接器等，也用于牙科等各種器件制造。,2、鈷基合金加Mo的鈷基合金，已用于生物體中。例如Co-Cr-Ni-Fe-Mo合金用在牙科和整形外科，這種合金的耐腐蝕性是一般不銹鋼如316的40倍。鈷基鉻鉬合金的生物,相容性超過鐵鉻鎳和鈷鉻合金。鈷基合金的耐磨性是所有醫(yī)用金屬材料中最好的，與不銹鋼相比，更適于制造體內(nèi)承載苛刻的長期植入件

19、.,CoCrMo合金制股骨帽,3、鈦與鈦合金以純鈦和TC4 (Ti-6Al-4V)為主，這類合金強(qiáng)度不如鈷合金,但耐腐蝕性好，與人體組織反應(yīng)很弱，鈦合金的密度小，彈性,模量低，接近于天然骨。廣泛用于制作各種人工關(guān)節(jié)、接骨板、骨螺釘與骨折固定針等，也用于制作牙根種植體等，呈現(xiàn)出良好的耐疲勞性能。,三、生物陶瓷材料,生物陶瓷材料在生物體內(nèi)極為穩(wěn)定，與生物組織有良好的親和性，特別適于作人體硬組織如骨和齒的替換修補材料，能與人體骨生長在一起，

20、形成化學(xué)結(jié)合。,生物陶瓷中耳通氣引流管,1、磷酸鈣陶瓷這種陶瓷的主要性質(zhì)是具有生物降解性，并能被人體吸收，羥基磷灰石[Ca10(PO4) 6(OH) 2]是骨組織與牙組織的無機(jī)組成部分，它的單位晶胞與人體骨組織相同,但其性脆、強(qiáng)度不高，不能直接用于承受載荷大的種,羥基磷灰石與聚合物復(fù)合用于人造骨，效果更好，已,有聚乙烯與它復(fù)合的材料。羥基磷灰石作為金屬種植體表面涂層，能大大提高人體骨長入孔洞的速度。,采用高純氧化鋁生物陶瓷制備關(guān)節(jié)頭，

21、無釩鈦合金制備關(guān)節(jié)柄，并在柄部涂覆生物活性陶瓷涂層，有效地解決了人工關(guān)節(jié)易磨損、生物相容性不佳、松動、下沉等問題，提高了其使用壽命。,采用羥基磷灰石和聚-DL-乳酸制備成可吸收內(nèi)固定材料，抗彎強(qiáng)度≥120MPa，植入體內(nèi)無需二次手術(shù)取出，對組織無刺激，能被人體完全吸收，最終代謝為二氧化碳、水、鈣和磷礦物質(zhì)排出體外，部分鈣和磷參與成骨，無任何毒副作用。適用于人體松質(zhì)骨骨折、截骨術(shù)和關(guān)節(jié)融合術(shù)的骨塊（段）固定。,圖8-4 人工聽小骨,氧

22、化鋁聽小骨系統(tǒng)提高聽力的能力在音頻大于2000Hz時開始出現(xiàn)較大的衰減，而羥基磷灰石聽小骨系統(tǒng)一般在4000 Hz以上才開始明顯的衰減。,采用增強(qiáng)含微孔羥基磷灰石(HA)陶瓷制成人工聽小骨假體，在語言頻率范圍，平均提高病人的聽力20-30dB，在特定語言頻率范圍提高45～60dB。,ＨＡ制備中耳通氣引流管，界面潤濕角小，毛細(xì)管力大，引流效果好，適用于分泌性中耳炎患者。置管后患者鼓膜多自行愈合，且能明顯改善聽力，是一種較為理想的通氣引流管

23、。,10.3 軟組織相容性材料,分類人工皮膚,人工皮膚,在膠原蛋白所做成的模皮上植入皮膚細(xì)胞，於體外培養(yǎng)后得到皮膚,臨床應(yīng)用的人工皮膚,人工皮膚,人工皮的種類很多，臨床效果比較好的是復(fù)合層人工皮，其內(nèi)層為網(wǎng)狀聚氨酯海綿，能吸收創(chuàng)面體液并促使?jié)B出的血液凝固，外層是微孔聚丙烯薄膜，能透過氣體和水汽，細(xì)菌不能進(jìn)入，這種人工皮來源廣、無抗原性，缺點是彈性差。,水凝膠類人工皮又稱凍膠，是親水性聚合物或水溶脹性聚合物，其粘附性能較好。例如,

24、氧化乙烯-氧化丙烯的共聚物凝膠可先制成溶液；將溶液涂在創(chuàng)面上于,人造皮膚,體溫下固化為人工皮。這種凝膠含水量達(dá)80%，能幫助維持體液平衡，加入消炎藥和維生素等藥物后還能促進(jìn)創(chuàng)面愈合。,6.發(fā)展：隨著組織工程學(xué)科的出現(xiàn)和發(fā)展，人工皮膚的研究從原來單純的創(chuàng)傷敷料和人工皮膚向活性人工皮膚的方向發(fā)展。活性人工皮膚不僅包覆在創(chuàng)傷表面，保護(hù)創(chuàng)面，防毒殺毒，促進(jìn)皮膚的恢復(fù)和生長，而且組織支架材料中的活性細(xì)胞能誘導(dǎo)分化細(xì)胞，使活性人工皮膚能完全永久

25、地代替已損傷和喪失的皮膚?，F(xiàn)在，已研究出可以永久替代人皮膚的活性人工皮膚，并已應(yīng)用到臨床。,國家“863”高科技計劃的絲蛋白人工皮膚研制成功2003.10.31 15:15　　被列入國家“863”高科技計劃的絲蛋白人工皮膚，經(jīng)蘇州大學(xué)和上海第二醫(yī)科大學(xué)附屬瑞金醫(yī)院科研人員的聯(lián)合攻關(guān)研制成功，并于近日通過省科技廳組織的國內(nèi)外專家鑒定?！　〗z蛋白人工皮膚采用組織工程這一高新科技原理，以天然蠶絲蛋白為主要原料研制而成，通過將種子細(xì)胞

26、（表皮細(xì)胞）播種在人工真皮上，經(jīng)體外培養(yǎng)后，“生長”出一種新皮膚。 隨著醫(yī)學(xué)發(fā)展，人們相信不久的將來，人工皮膚便可像機(jī)器零件一樣，擺在“商店”的柜臺上，用來更換損壞的皮膚組織。,,,日本東京大學(xué)生產(chǎn)技術(shù)研究所日前開發(fā)出柔軟的電子人工皮膚。主要面向機(jī)器人等領(lǐng)域。“靈敏度有望接近于人的皮膚”（東京大學(xué)）。大約有1000個痛點的人造皮膚，具有壓感的基本反應(yīng)。,10.4 血液相容性材料,血液相容性材料人工心臟人工心臟瓣膜,（一）

27、血液相容性材料 血液相容性材料具有微相分離結(jié)構(gòu)和表面接枝親水性鏈段或基團(tuán)，表現(xiàn)出良好的血液相容性。主要包括聚氨酯／聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯／聚甲基丙烯酸羥乙酯、含聚氧乙烯鏈的聚合物、肝素化材料、尿酶固定化材料、骨膠原材料等。 主要應(yīng)用于人工血管、人工心臟、血漿分離膜、血液灌流用吸附劑、細(xì)胞培養(yǎng)基材等。,（二）人工心臟 人工心臟是推動血液循環(huán),完全替代或部分替代人體心臟功能的機(jī)械心臟。在人體心臟因疾患而嚴(yán)重衰竭時，

28、植入人工心臟暫時輔助或永久替代人體心臟的功能，推動血液循環(huán)。,人工心臟,人工心臟,1957年，威廉·科爾夫制造了第一個人工腎臟。植入狗的身體里，一個半小時后狗就死了。羅伯特·亞爾維克在1970年研制出了另一個人工心臟 “亞爾維克7” 。用玻璃纖維和聚氨酯制成，用壓縮空氣驅(qū)動血液流向全身。亞爾維克將人工心臟在幾頭小牛身上做了試驗，但因為這個人工心臟不能伴隨著小牛的生長而生長。大約66天后所有的小牛都死了。這個心臟可以跳

29、動30億次。,1982年美國猶太大學(xué)醫(yī)學(xué)中心Devries首次為6l歲患嚴(yán)重心臟衰竭的克拉克先生成功地進(jìn)行了人工心臟移植?？窟@顆重300g的Jarvik-7型人工心臟，他生活了112天，成為世界醫(yī)學(xué)史上的一個重要的里程碑。 借助一個新的心臟，威廉·施羅德活了20個月，是當(dāng)時植入人工心臟的人中活得最長的一個。然而，當(dāng)人們從電視看到施羅德遭受了如此巨大的痛苦時，他們被震驚了。人工心臟隨后在美國被禁止使用。,,2003.8.30

30、.，美國肯塔基州路易斯維爾的猶太醫(yī)院公布了一張世界上第一個接受全植入式人工心臟移植手術(shù)的病人羅伯特·圖爾斯的最新照片。目前圖爾斯?fàn)顩r良好，他常常走出病房，進(jìn)行短距離散步。醫(yī)護(hù)人員準(zhǔn)備舉行一個小型的派對，慶祝他順利度過術(shù)后60天。,﹕「最重要的是要適應(yīng)沒有心跳的日子。唯一能聽到的是馬達(dá)的聲音，不用聽筒也聽得到，這讓我感到自己仍生存?！?人工心臟的關(guān)鍵是血泵，血泵材料的種類和性能決定其使用壽命：無毒、無菌、無熱源、不致敏、不致畸

31、變、不致癌、優(yōu)異的耐曲撓性能、耐疲勞強(qiáng)度和抗血栓性。臨床應(yīng)用以聚氨酯材料為主。但聚氨酯長期植入后血液中鈣沉積易引起泵體損傷的問題尚未得到徹底的解決。目前，組織工程正在研究使用仿生材料解決這一問題。,（三）人工心臟瓣膜 據(jù)1992年數(shù)據(jù)，世界上每年約進(jìn)行十萬例人工心臟瓣膜置換術(shù)，需求市場正以每年6.9%的速度增長。在我國，心臟瓣膜疾病約占心血管疾病患者的30% ，據(jù)統(tǒng)計我國每年有十萬以上危重病人必須施行人工心臟瓣膜置換術(shù)以挽

32、救生命。,心臟瓣膜是左心室內(nèi)與主動脈之間的一個重要器官，正常時承擔(dān)“單向閥門”的功能，只允許血流朝規(guī)定的方向流動，阻止血液回流，并有足夠大小的口徑，使血液通過時無阻力。若瓣膜發(fā)生炎癥或先天發(fā)育不全或退行性病變，瓣膜口徑會縮小或關(guān)閉不全，血流通過瓣口時就會受阻或形成返流，使心臟泵出血液的效率降低，負(fù)荷加重，嚴(yán)重時導(dǎo)致心衰，甚至死亡?！　∧壳芭R床上使用的人造心臟瓣膜主要分生物瓣膜與機(jī)械瓣膜兩種。生物瓣膜由于使用壽命僅８年至１０年左右，一般

33、較少使用。臨床中使用較多的是機(jī)械性瓣膜。,低溫各向同性熱解碳（簡稱熱解碳）自七十年代末應(yīng)用于人工心臟瓣膜以來，一直是國際公認(rèn)的抗凝血性最好的材料，但是其制作的全熱解碳雙葉機(jī)械瓣的血液相容性仍顯不足，不能完全滿足臨床性能要求。 西南交通大學(xué)材料系生物材料研究室進(jìn)行了Ti-O系人工心臟瓣膜材料的合成及優(yōu)化，成功研究出了血液相容性顯著優(yōu)于熱解碳且具有優(yōu)異的力學(xué)耐久性的新型人工心臟瓣膜材料?？赏卣箲?yīng)用于其他人工器官（如：血管內(nèi)支撐，人

34、工心臟，左心輔助泵等）,,介入導(dǎo)管,表面改性單葉心臟瓣膜,表面改性的心臟瓣膜的瓣環(huán),沒有改性的瓣環(huán)（表面形成血栓）,⑴人工腎臟: 人工腎只是一個人工滲析器，起凈化血液作用, 并調(diào)節(jié)壓力除去水分。滲析膜材料多用纖維素膜及聚丙烯腈膜、乙烯醇共聚物膜等。要求有良好的抗血栓性。人工腎還不具備,人工腎,造血、代謝等功能。,⑶人工肝臟：目前人工肝還不能實現(xiàn)合成參與維持生命物質(zhì)及各種代謝功能，只能作到用活性炭除去有毒物質(zhì)，因此只是一種吸附型血液凈化裝

35、置?；钚蕴勘砻嬗眉谆┧?–2-羥基乙酯或丙烯酸水凝膠,高聚物涂覆。也在探討用合成離子交換樹脂作吸附劑的可能性.人工臟器還有許多問題須解決，離實際應(yīng)用還有很大距離。,人工肺工作過程仿真肺的核心為纖維束，使用多孔介質(zhì)材料來模擬，外部覆蓋一層結(jié)構(gòu)材料。通過外部結(jié)構(gòu)運動使氣體流入、流出人工肺。,10. 5 生物降解材料,生物降解支架 （ β-磷酸三鈣 ）納米藥物載體 （納米藥、納米磁性顆粒

36、、納米脂質(zhì)體）,生物降解材料： 是一類在生物機(jī)體中，在體液及其酸、核酸作用下，材料不斷降解被機(jī)體吸收，或排出體外，最終所植入的材料完全被新生組織取代的天然或合成的生物醫(yī)用材料。包括β-磷酸三鈣、硫酸鈣生物陶瓷和聚氨基酸、聚酯、甲殼素、骨膠原／明膠等高分子材料。,10.5.1 生物降解支架 生物可吸收陶瓷材料，植入骨組織后，材料通過體液溶解吸收或被代謝系統(tǒng)排出體外，最終使缺損的部位完全被新生的骨組織所取代，而

37、植入的生物可降解材料只起到臨時支架作用。 主要構(gòu)成：β-磷酸三鈣和硫酸鈣生物陶瓷,3.β-TCP多孔生物陶瓷在體內(nèi)的降解主要有兩個途徑：體液的溶解和細(xì)胞(主要是破骨細(xì)胞和巨噬細(xì)胞)的吞噬和吸收。降解過程：材料在體液作用下，粘結(jié)劑發(fā)生水解，使材料分離成顆粒、分子或離子。解體形成的小顆粒不斷被細(xì)胞吞噬、吸收，其代謝產(chǎn)物可參與新骨形成，從而完成了由無生命材料轉(zhuǎn)變?yōu)橛猩M織的一部分的過程。下圖為 β-TCP生物陶瓷的體內(nèi)降解模

38、型：,圖8-5 β-TCP陶瓷的體內(nèi)降解模型,清華大學(xué)教授歷時六載研制 納米人工骨投入臨床          清華大學(xué)材料系崔福齋教授課題組歷時6年多研制成功“NB系列納米晶膠原基骨材料”，它與原有傳統(tǒng)人工骨材料的最大區(qū)別在于修復(fù)后的骨頭和人體骨完全一樣，不會在體內(nèi)留下植入物。    崔福齋

39、教授介紹說：植入納米人工骨最大的好處就是病人免去了從自己身上再取一塊骨頭的痛苦。植入納米人工骨后，就好像藤會沿著支架不斷生長一樣，人體的骨細(xì)胞會慢慢“爬”進(jìn)多孔的生物材料內(nèi)部，破骨細(xì)胞一邊“吃掉”納米人工骨，成骨細(xì)胞一邊鞏固陣地，在納米人工骨的內(nèi)部生長起來。隨著時間的推移，骨細(xì)胞在納米人工骨的內(nèi)部聚集得越來越多，納米人工骨的材料逐漸被人體吸收，直到最后納米人工骨將完全被人體自身的骨細(xì)胞“吃”掉。納米人工骨沒有任何排斥反應(yīng)。已用于多種

40、骨病的治療，預(yù)期可以在全國各大醫(yī)院應(yīng)用?！?,10.5.2 納米藥物載體 簡介：在醫(yī)藥領(lǐng)域，納米級粒子使藥物在人體內(nèi)的傳輸更為方便，納米級粒子包裹的智能藥物進(jìn)入人體后，可主動搜索并攻擊癌細(xì)胞或修補損傷組織。例：德國一家醫(yī)院的研究人員將一些極其細(xì)小的氧化鐵納米顆粒，注入患者的腫瘤里，然后將患者置于可變的磁場中，使患者腫瘤里的氧化鐵納米顆粒升溫到45～47度，這個溫度足以燒毀腫瘤細(xì)胞，而周圍健康組織不會受到傷害。,理想的納米藥物載

41、體應(yīng)具備以下性質(zhì)： a.具有較高的載藥量； b.具有較高的包封率； c.有適宜的制備及提純方法； d.載體材料可生物降解，毒性較低或沒有毒性； e.具有適當(dāng)?shù)牧脚c粒形； f.具有較長的體內(nèi)循環(huán)時間。,（一）納米藥 靶向給藥： 口服給藥要受到兩種首過效應(yīng)的影響，即胃腸道上皮細(xì)胞中酶系的降解、代謝及肝中各酶系的生物代謝。許多藥物很大一部分因首過效應(yīng)而代謝失效。 注射途徑的

42、非靶向藥物可均勻分布在全身循環(huán)中，在到達(dá)病灶之前，要經(jīng)過同蛋白結(jié)合、排泄、代謝、分解等步驟，只有少量藥物才能達(dá)到病灶。 靶向給藥目的就是提高靶區(qū)的藥物濃度，從而提高藥物的利用率和療效，并降低藥物的副作用。納米藥物載體有效的解決了上述問題。,納米藥物載體的 應(yīng)用：,優(yōu)勢：難溶性藥物的溶解與比表面積有關(guān)，粒子小，比表面積大，溶解性能就好，利用率高，療效也好。納米粒在尺度上下降3個數(shù)量級，它的表面積就提高6個數(shù)量級，6個數(shù)量級就是一百萬

43、倍，也就是說其療效就會提高一百萬倍。2001年，世界上首項將納米技術(shù)應(yīng)用于中草藥加工領(lǐng)域的納米中藥微膠囊生產(chǎn)技術(shù)，在西安國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)誕生并通過了產(chǎn)品技術(shù)鑒定。,（二）納米磁性顆粒 腫瘤比正常組織更容易被加熱，當(dāng)加熱到43℃時，癌細(xì)胞被殺死而正常細(xì)胞則不會受到損害。因而高溫是一種副作用小而治療效果好的方法。當(dāng)在腫瘤周圍植人鐵磁性材料并加上交替磁場后，就可通過磁滯的損失達(dá)到加熱腫瘤的目的。 順磁性的納米鐵氧體顆粒在外加磁