身體中的"外來"材料也就是那些可以用來對生物體進行診斷、治療、修複或替換其病損組織、器官的材料。現在的你是不是已經猜到這些"外來"材料究竟是什麼了？它就是生物醫用材料，它是研究人工器官和醫療器械的基礎，而這無疑将推動生物技術的蓬勃發展，更好造福于人類、世界。想一想，那些原本隻能坐在輪椅上度過一生的人，若是有一個機會可以享有到最前沿的生物醫用材料所帶來的便利，那他們的人生會變得多麼精彩呀。#健康科普挑戰賽#

人類自誕生起便逃脫不了與疾病作鬥争的命運，所以醫用生物材料的發展曆史就可以追溯到很久很久以前。有文獻記載，早在19世紀以前，人們就有過用金屬闆固定體内骨折、用黃金來修複缺損牙齒的先例。目前普遍依據其發展曆史及材料特點将已有材料分為三代：20世紀初第一次世界大戰以前所使用的醫用材料可歸于第一代生物醫用材料，代表材料有石膏、各種金屬、橡膠以及棉花等物品，這一代的材料大都被現代醫學所淘汰。第二代生物醫用材料的發展是建立在醫學、材料科學（尤其是高分子材料學）、生物化學、物理學及大型物理測試技術基礎之上的，研究工作者也多由材料學家與醫生合作來承擔。這類材料與第一代生物醫用材料一樣，研究的思路仍然是努力改善材料本身的力學、生化性能，以使其能夠在生理環境下有長期的替代、模拟生物組織的功能。而第三代生物醫用材料是一類具有促進人體自修複和再生作用的生物醫學複合材料。

那麼接下來就讓我們從不同的材料組成來深入認識一下今天的主角吧。

生物醫用金屬材料

金屬材料是生物醫學中應用最早的材料，具有較高的機械強度和抗疲勞性能，應用十分廣泛，遍及硬組織、人工器官等方面。而除了所有生物醫用材料的一般性要求，金屬材料則還有一些額外的限制條件。由于考慮到生理環境的腐蝕影響以及對于"非我"物質的排斥性，我們所要選擇的材料應具有良好的抗生理腐蝕性以及生物相容性。目前常見的金屬材料主要有：貴金屬、不鏽鋼、钴基合金、钛和钛合金以及多孔材料和複合材料。

生物醫用無機非金屬材料（生物陶瓷）

中國于20世紀70年代初期開始研究生物陶瓷，并用于臨床。随後依次在微晶玻璃、氧化鋁陶瓷、新型生物陶瓷材料領域均有所突破。而根據種植材料與生物體組織的反應程度，可以将種植類陶瓷分為兩類：生物惰性陶瓷材料和生物活性陶瓷材料。

生物惰性陶瓷主要指化學性能穩定，生物相容性好，在生物體内與組織幾乎不發生反應或反應很小。這類陶瓷材料結構都比較穩定，分子中鍵力較強，且都具有較高的機械強度、耐磨性以及化學穩定性。在我們的生活中以Al、Mg、Ti、Zr的氧化物應用最為廣泛。下面讓我們主要了解一下氧化鋁陶瓷和氧化锆陶瓷。

氧化鋁陶瓷，早期實驗就表明其具有優越的耐磨損性和高抗壓強度，這使氧化鋁陶瓷材料成為最早獲得臨床應用的生物惰性陶瓷材料。當它植入人體後，體内軟組織在其表面生成極薄的纖維組織薄膜，在體内可見纖維細胞增生，界面無化學反應，多用于全臀複位修複術及股骨和髋骨部連接。但由于氧化鋁屬脆性材料，沖擊韌性較低，且彈性模量和骨相差大，陶瓷的高彈性模量，可能引起骨組織的應力（應力：物體由于外因而變形，在物體内各部分之間産生相互作用的内力，單位面積上的内力稱為應力。），從而引起骨組織的萎縮和關節松動，在使用過程中，常出現脆性破壞和骨損傷，不能直接與骨結合。目前，通過不斷提高材料密度等方法使得其破裂率大大降低。而在陶瓷表面塗上親和性高的陶瓷（特别是能和骨發生化學結合的磷灰石）可以使親和性大大提升。

氧化锆陶瓷，早期由于它抗破裂強度高于氧化鋁陶瓷故對其在生物材料領域寄予厚望。但是有實驗表明，它将氧化钇等作為穩定劑加入後，其四方相結構并不穩定會産生有害的相變。目前，經過不斷地研究其作為增韌材料在人體硬組織修複體方面取得了較大進展。

生物活性陶瓷材料，包括表面生物活性陶瓷和生物吸收性陶瓷。前者通常含有羟基，可以做成多孔性，生物組織可長入并同其表面發生牢固鍵合。而後者能部分吸收或全部吸收，在生物體内誘發新生骨的生長，主要有生物活性玻璃（磷酸鈣系），羟基磷灰石陶瓷、磷酸三鈣陶瓷材料等。

羟基磷灰石（HAP），化學式為 Ca10(PO4)6(OH)2，屬于表面活性材料，和生物體硬組織主要成分相同，且可以吸收、聚集體液中鈣離子的作用，參與體内鈣代謝，故其具有生物活性好、相容性好、無毒、無排斥反應、不緻癌、可降解、可與骨直接結合等特點。不過由于其力學性質較差、強度低，故目前的研究着手于HAP系列的各種複合材料——與金屬相結合、與惰性生物陶瓷材料相複合、與有機物相複合等。

磷酸三鈣陶瓷材料，目前廣泛應用的生物降解陶瓷為β-磷酸三鈣（簡稱β-TCP），是磷酸鈣的一種高溫相。與HAP相比，TCP的最大優點在于更易于在體内溶解，易于被骨組織吸收，是一種骨的重建材料，用于骨科治療。

由于陶瓷組成範圍較寬，故可根據實際應用要求設計組成控制性能變化。如在身體不同部位使用中，根據被置換骨的不同生長速度，通過在材料中添加适當比例的非降解生物陶瓷來調整降解速度以滿足臨床要求。

生物醫用高分子材料

生物醫用高分子材料，全世界範圍内應用的有90多個品種、1800餘種制品，西方國家在醫學上消耗的高分子材料每年以10%~20%的速度增長。根據性質和功能可将生物醫用高分子材料分為非降解型和可生物降解型兩類。于前者，要求其在生物環境中能夠長期保持穩定，不發生降解，并具有良好的物理機械性能。不要求它絕對穩定，但要求其本身和少量降解産物不對機體産生明顯毒副作用。這類材料主要包括聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、芳香聚酯、聚矽氧烷、聚甲醛等。而可降解型高分子主要包括膠原、線性脂肪族聚酯、甲殼素、纖維素、聚氨基酸、聚乙烯醇、聚己丙酯等。它們可在生物環境作用下發生結構破壞和性能蛻變，其降解産物能通過正常的新陳代謝或被機體吸收利用或被排出體外，主要用于藥物釋放和送達載體及非永久性植入裝置。

生物醫用複合材料

生物醫用複合材料，又稱生物複合材料，它是由兩種或兩種以上不同材料複合而成的生物醫用材料，與單體性能相比，複合材料性能能夠較大程度的提高。制備該類材料的目的是進一步提高或改善某一種生物材料的性能，主要用于修複或替換人體組織、器官或增進其功能以及人工器官的制造。它由基體和增強體或填料兩部分組成，而根據基體材料的不同，可以将其大緻分為金屬基、陶瓷基和高分子基複合材料三類。

現在讓我們回想前面所介紹的生物醫用金屬材料，單一的金屬材料在生理環境應用中讓人們憂心忡忡的問題——腐蝕所導緻金屬離子向生物組織擴散會引起的毒副作用以及自身退化而導緻植入失效的苦惱，這些是不是在複合材料領域中可以有所避免呢？答案是肯定的。對人們所熟知的钛材料進行表面改性獲得的钛基塗層複合材料，既保留了材料原有的強度和韌性，又具有良好的生物相容性，豈不皆大歡喜。

而以陶瓷、玻璃作為基體材料的陶瓷基複合材料，它通過将晶片、晶須、顆粒、纖維等不同的增強材料引入陶瓷中而獲得的一類複合材料，從而避免其本身脆性大的、易破裂等缺點。 有實驗研究表明含有ZrO2的納米羟基磷灰石複合材料，其強度和韌性等性能可達到甚至超過緻密的人體骨骼的相應指标。同時，通過調節ZrO2與HAP間的含量，使該納米複合人工骨材料具備優良的生物相容性。現如今，生物陶瓷複合材料的研究已經成為了現代醫學領域一個不可或缺的重要組成部分。

同樣，雖說生物醫用高分子材料在體内一般不産生異體排斥反應，但是僅憑單一的高分子作為醫用支撐材料，其本身不足的力學性能則必将成為發展的軟肋。當我們利用高分子材料作為基體相，金屬、陶瓷等作為增強相的高分子基複合材料則有希望實現材料的雙赢。

生物衍生材料

生物衍生材料，是由經過特殊處理的天然生物組織形成的生物醫用材料，而成為生物再生材料。由于所用材料主要以生物本體組織材料為主，故在這裡不做主要論述。

最後，迫于社會老齡化的壓力以及頻發的意外傷害事故，研發更有利于人類的生物醫用材料成為了一件刻不容緩的事情，而這值得我們所有人去關注。

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