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第七章 生物医用药用功能材料 随着化学工业的发展和医学科学的进步，生物医用药用功能材料的应用愈来愈广泛，从高分子医疗器械到具有人体功能的人工器官，从整形材料到现代医疗仪器设备，几乎涉及到医学的各个领域，都有使用医用高分子材料的例子。所用的材料种类已由最初的几种，发展到现在的几十种，其制品种类已有上千种。生物医用药用功能材料即医药用仿生材料，又称为生物医药材料，这类材料是用于与生命系统接触并发生相互作用，能够对细胞、组织和器官进行诊断治疗、替换修复或诱导再生的天然或人工合成的特殊功能材料。 生物医用药用功能材料作为一类新兴材料发展很快，每年以20～30％的速度递增。1980年世界销售额达200亿美元，1990年将增加到500亿美元。其中，医用高分子材料大量用于医疗器具和器械，而且用作人体器官或肌体组织的代用品，短期或长期植入人体内，起到人体某种功能的作用。近年来，这类生物医用药用功能材料的人工器官发展更为迅速，目前国外有数以百计的人靠人工器官维持着生命，仅在美国，每年约有100万人接受人工器官的植入手术，其中人工心脏瓣膜3.5万人；人工血管18万人；人工髋骨12.5万人；人工膝盖605万人；人工肾5万人；人工乳房12.5万人等。 人类利用天然材料治病的历史已有数千年，公元前2500年在中国及埃及人的墓穴中已发现有假手、假耳等人工假体，我国隋唐时代就有了补牙用的银膏。金银铂等贵重金属最先用于临床实践，它们都有良好的化学稳定性和易加工性能。1926年，不锈钢材料用于骨科治疗，20世纪50年代用纯钛制作的骨丁、骨板已用于临床，70年代后期以Ti-Ni系为代表的形状记忆合金成为骨科、口腔科医用金属材料的重要组成部分。高分子生物材料的发展略晚于金属材料，20世纪60年代初，聚甲基丙烯酸甲酯开始用于髋关节的修复，促进了医用高分子材料的发展。生物陶瓷的开发研究开始于60年代初，首先是用于骨校正和牙种植的多晶氧化铝陶瓷，1967年，低温各向同性碳用于临床，1971年羟基磷灰石陶瓷获得临床应用，从此，生物陶瓷复合材料成为一个重要的研究领域。在生物陶瓷的骨架结构中引入生长因子，使陶瓷具有生物学功能是目前较为活跃的研究领域之一。 目前, 生物医用药用功能材料应用很广泛,几乎涉及到医学的各个领域。按其应用大体可分为不直接与人体接触的、与人体组织接触的和进入人体内的三大类。与人体接触的和进入体内的材料虽然是一小部分，但它决定了最近数十年来医学上的许多成就。它们中的绝大多数属功能高分子范畴，有的具有人体组织或器官的某些功能；有的利用其物理化学性能阻止或疏通某些功能障碍，使之恢复其正常功能；有的只作为医疗器械使用，由于它与人体表面或体内或长或短时间的接触，对其生物学性能仍有一定的要求。 生物医用药用功能材料从原料、、、、、、(射线灭菌的优点是穿透力强，灭菌效果好，可连续操作，可靠性好。但(射线辐射能量大，会引起机械强度下降。具有灭菌作用的(射线要在3mrad以上，如此剂量的辐射足以对材料的性能受到影响。 除上述一般要求外，根据用途的不同和植入部位的不同还有各自的特殊要求，与血液接触不得产生凝血，眼科材料应对角膜无刺激。注射整形材料要求注射前流动性好，注射后固化要快等等。作为体外使用的材料，要求对皮肤无害，不导致皮肤过敏，耐汗水等浸蚀，耐消毒而不变质。人工脏器还要求材料应具有良好的加工性能，易于加工成需要的各种复杂的形状。不同的用途要有许多特殊的要求。 1.2生物相容性 生物材料在与人体组织接触时会产生有损肌体的宿主反应和有损材料性能的材料反应，在生物体方面往往出现毒性反应、炎症和形成血栓等等。这就要求所生产的生物材料在生理环境中具有生物相容性(biocompatibility)，这是生物医用药用功能材料区别与其它材料的最基本的特征。材料所引起的宿主反应应能够控制在一定的可以接受的水平，同时材料反应应控制在不至于使材料本身发生破坏。材料与机体组织相互作用，生物活体对材料系统的反应称为宿主反应，主要有过敏、致癌、致畸形以及局部组织反应、全身毒性反应和适应性反应等等。材料反应通常包括生理腐蚀、吸收、降解与失效等等。 生物相容性是指材料在特定的生理环境中引起的宿主反应和产生有效作用的综合能力。主要包括血液相容性以及组织相容性。 血液相容性主要是指生物医用药用功能材料与血液接触时，不引起凝血及血小板粘着凝聚，不产生破坏血液中有形成份的溶血现象，即溶血和凝血。医用材料与体液、血液的接触主要是在材料的表面，所以在考虑机械性能之外，在材料表面结构的合成与设计中，应考虑材料的抗凝血性，该工作主要包括惰性表面、亲水性表面、亲水－疏水微相分离结构表面及其表面修饰。表面修饰除了化学官能团修饰，还应有溶解或分解血栓的线熔体、透明质酸等生理活性物质的固定。用来改善材料的亲水性的