淺析生物醫學材料的應用

陳熙宗

摘 要：生物醫學材料分類繁雜，如今大量利用的生物醫學材料為醫用金屬或合金、醫用高分子、醫用無機非金屬材料、醫用復合材料、生物衍生材料等。其在醫學領域得到廣泛應用，主要應用于各種外傷或疾病引起的組織器官破損修復，最為經典的就是假牙假皮移植，骨骼替換和神經修復。本文將淺析生物醫學材料各種分類及其應用。

關鍵詞：醫學材料；臨床應用；器官修復

中圖分類號：R318 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）23-0195-02

隨著人口老齡化和中青年創傷的增長，人們對生物醫學材料及成品的需求逐步增加。過往陳舊的生物醫學材料以及不足以滿足人們的治療需求，新型的生物醫學材料如雨后春筍。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幾，包括外形手感及功能。下文便是對新型醫學材料的介紹。

1 新型醫學材料的概述

生物醫學材料是與生物系統直接作用，用以診斷、醫治或置換生物機體由疾病或外傷引起的組織器官破損以及增強組織細胞功效的材料。

1.1 醫學材料的發展背景

生物醫學材料快速發展的原因主要有四個：人口老齡化加劇、人體組織器官壽命有限、中青年創傷增加、人民生活水平提高及健康意識的增強[1]。而國家政策有時也推動著產業的發展。

我國是擁有14億人口的人口大國，人口老齡化及青年創傷高速增加，創傷住院人員已經成為僅次于惡性腫瘤即癌癥的第二大住院人員。生物醫學材料存在龐大的潛在市場，特別是在國民經濟的發展同時人民生活水平的不斷提高，人民對生物醫學材料的需求與日俱增。以生物醫學材料包裹藥物，可以預測生物醫學材料在癌癥、白血病和老年癡呆等的治療擁有著廣闊的市場空間。

1.2 國內外發展現狀

美國作為全世界最大的醫療器械生產及消費國度，占世界市場的40%左右；因為社保體系健全，歐盟則成為世界第二大醫療器械市場，占額為29%；亞太地區則位列第三，占有18%的額份，而由于經濟發達日本則是亞太地區的代表，是世界第三大醫療器械消費國。

我國與印度由于人口眾多具有極大的市場潛力，國內的生物醫學材料企業也是拔地而起，如樂普醫療、泰格醫藥等。推動著我國生物醫學材料產業的發展從能源消耗和勞動力密集型等低技術轉變為高技術創新型的轉變。從原本80%-90%的成功仍待在實驗室到現在越來越多的科技走向大眾，都是國內生物醫學材料發展的印證[2]。

2 醫學材料的分類

2.1 生物醫用金屬材料

顧名思義生物醫用金屬材料是應用于生物醫學的金屬或合金，是一種惰性材料。這類材料具有高機械強度和抗疲勞的特點，廣泛應用于硬組織如骨頭關節等、人工器官和外科輔助器械，更有應用于軟組織如人工心臟瓣膜等方面。現在已應用于臨床的材料主要是被譽為“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。如生物生理環境的侵蝕會使金屬離子在生物組織擴散致使中毒，也會存在嚴重的排斥反映導致植入失敗。

2.2 生物醫用無機非金屬

生物醫用無機非金屬材料別名生物陶瓷。主要是陶瓷、玻璃、碳素等無機非金屬混合材料。主要分為活性生物無機非金屬材料、惰性生物無機非金屬材料和功能活性生物非金屬材料三類。具有穩定的化學性和抗菌性，生物組織有良好的親和性從而減少植入的排斥現象。且強度高、耐腐蝕。運用規模也在逐步擴展，現應用于人工骨、人工關節、人工肌腱、人工血管等。但是材料扛彎強度低、脆性大，且易疲勞。

2.3 生物醫用有機高分子

醫用高分子材料是一個高速發展的領域，其應用之廣、用量之大都是無可比擬的。主要有天然產物和人工合成兩個途徑產出，分為非降解性和可降解型。非降解型并非要求其絕對穩定，但要求其自身和降解產物不對人體產生顯著的有害副作用。該類材料主要應用于人體組織修復、人造器官、膜類修復、粘接劑等。可降解型優點也很明顯，其可降解且降解產物能經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。可以說是相當常見的一種材料了。

2.4 生物醫用復合材料

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

3 新型醫用材料的應用

3.1 口腔材料

口腔修復即鑲牙，主要為假牙移植、蛀牙修補兩類。

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，程序為：先講蛀牙部分去除，再用合金填牙修補并打磨，因為修復牙體堅固耐用而被大量使用，但由于合金不具備粘合性，所以需要良好的設計，銀汞合金畢竟是屬于生物醫用金屬材料，其在口腔內容易發生電化學反應，使其表面或下層被腐蝕，從而導致變黑、斷裂等不良后果[3]。

3.1.2 復合樹脂

復合樹脂運用主要在修補牙齒外觀，如改良牙齒的外形及顏色等，程序為：先將牙齒外表酸蝕，再洗干已酸蝕的牙齒，后在牙齒表面涂上粘固劑和復合樹脂用儀器使復合樹脂凝固[4]。

復合樹脂屬于生物醫學復合材料中的一種，主要由樹脂基體和無機填充料構成。無機填料則是影響復合樹脂的性能的關鍵因素，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]。因為復合樹脂是要處于口腔環境中的，而樹脂在口腔中會吸水和釋放不完全固化的單體，致使樹脂水解或出現不同程度的裂紋。而釋放出的單體則會刺激組織細胞發生過敏反應或引發細菌滋生，終究會導致牙齒壞損。

3.1.3 聚羧酸酯粘固粉

聚羧酸酯粘固粉是一種先進的口腔修補材料。聚羧酸酯是有機高分子，通過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）、根管填充材料，也可用作粘接劑修復牙體。聚羧酸酯粘固粉在臨床修復的病例中暫時未有脫落的情況，可以說是非常不錯的粘接劑了。可是凝固時間較長，顏色也單一，只能小批生產[6]。

3.2 骨骼材料

骨骼作為人體最大的組織器官，承擔著生命的重擔，卻最易受損。這也推動了骨骼修復材料的發展。現有的骨骼修復材料主要分為天然高分子材料、人工合成高分子材料、無機材料和納米材料四類。

3.2.1 n-HA/聚乳酸（PLA）納米復合材料

該材料是人工合成的可降解聚合物納米復合材料。納米材料具有能自固化成型、機械強度高、使用方便、無毒副作用、可吸收降解、生物相容性好、能誘導骨細胞和血管生長等理化特性。該材料由于抗疲勞強度不佳，不能作為承重結構且不易降解[7]。但其優異的誘導生長特性、骨傳導性作用和生物相容性，使得骨組織更牢固，是公認性能最好的骨修復修復替代材料，已經開始被應用于臨床。

3.2.2 珊瑚及烏賊骨

其實自然界中有很多生物活性組織能應用于骨修復中。珊瑚不僅極具觀賞性，而且其三維結構獨特，有累死無機骨的微孔結構，有利于骨細胞的生長和增殖，現已將珊瑚和I型膠原與重組人骨形成蛋白復合，制成復合骨，膠原可緩解珊瑚在體內的降解，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構。通過化學方法水熱進行改性后不僅保持了原有的眼網狀三維通道結構，更使其變成一個具有豐富自由組裝的納米微球結構，這將更利于細胞的吸附和血管的生長。

4 結論與展望

綜上所述，理想的生物醫學材料要有：（1）良好的生物相容性，滿足基本醫學要求（如無毒副作用、不致畸致癌），不引起過激反應，甚至能促進組織細胞生長。（2）耐損耗，抗腐蝕，因為生物醫學材料最后都會作用于人體，若無法抵抗生物腐蝕會造成極大的損耗。（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。

生物醫學材料的不斷發展已展現出強大的生命力，更多新型的復合材料也將相繼面世，每種材料各有千秋，取長補短為生命健康添磚加瓦。

參考文獻

[1]張鎮，王本力.我國生物醫用材料產業發展研究[J].新材料產業，2015，（03）：2-5.

[2]李慧.生物醫學材料研究現狀及進展[J].臨床醫學工程，2012，19（11）：2081-2082.

[3]汪俊，劉正.銀汞合金充填后發汞濃度動態變化[J].臨床口腔醫學雜志，2001（02）.

[4]譚彥妮，劉詠，向其軍.牙科光固化復合樹脂材料的性能與展望[J].粉末冶金材料科學與工程，2007，（03）：139-145.

[5]周建飛.不同口腔修復材料的顏色穩定性實驗研究[D].河北醫科大學，2010.

[6]吳燕.不同口腔修復材料生物相容性及3種材料充填恒磨牙鄰面齲的臨床驗證[J].中國醫藥科學，2014，（20）：191-192.

[7]辛雷，蘇佳燦.人工骨修復材料的現狀與展望[J].創傷外科雜志，2011，13（03）：272-275+284.