生物医用材料的研究现状与发展趋势

黄嘉玥

（北京化工大学，北京 100000）

随着社会经济、科技发展进程逐渐推进，人们生活水平不断提升，与此同时，世界范围内的人口老龄化现象呈现高速发展趋势，急需在医疗卫生、生物医学方面开展研究与创新，为人们营造良好的生活环境和诊疗条件。生物医用材料的研究与发展不仅是社会、经济、科技、医学等方面的需求，也是我国国防事业建设中浓墨重彩的一笔。在本文研究中，将针对生物医用材料研究现状与发展趋势进行研究，为相关领域提供理论指导与帮助。

1 高分子材料

1.1 高分子材料种类

在生物学研究中能够发现，人体绝大部分组织和器官构成因素均是高分子化合物，这种物质在医疗卫生研究中具有十分重要的作用，在临床诊疗中应用广泛。生物医用材料中的高分子材料主要有有天然或者人工合成的聚合物。其中天然高分子材料有植物材料、动物材料。在临床诊疗中主要用于内置器官、人工骨关节、心脏支架、心脏瓣膜、食管、血管、尿道、一部分呼吸道器官等组织的修复和替换。此类材料处理与加工过程具有一定经验，在临床诊疗中广泛使用，是当下应用范围最广、应用效果最佳的材料之一[1]。

1.2 高分子材料的制造和加工

聚合物材料使用之前的必要前提条件是需要进行物理热处理与加工，进而满足诊疗中需要的形状。在前期加工中可以采用高分子聚合物，并且辅助一部分添加剂保证材料的安全性和稳定性，避免在使用过程中出现问题和隐患。常用的添加剂有抗氧剂、UV稳定剂、增强填充物、润滑剂、脱模剂和增塑剂。从单体或者低分子质量的预聚物时聚合物产品的基础性物质，具有典型代表性的是PMMA牙科或骨水泥，聚合物用于医疗中具有极强的可塑性，能够根据使用需求制作成薄片、薄膜、棒、管和纤维等不同形式，亦或者可以使用喷涂形式，甚至能够制作成更加复杂的几何形状。材料在正式使用之前应当严格灭菌消毒，消毒方式可选蒸气消毒、干热消毒、化学药物消毒、照射消毒等形式，保证材料投入使用的稳定安全。

2 金属材料

2.1 医用不锈钢

医用不锈钢在临床诊疗的利用率高居不下，例如，目前使用的316L、317L医用不锈钢已经逐渐成为相关病症诊疗中的“一号器材”。由于人体不同位置的酸碱度具有一定差异，为避免医用不锈钢材料在人体中被腐蚀，相关人员对不锈钢的成分也进行相应调整，例如，16L合金中60%～70%的成分是铁，重金属添加剂成分仅为30～40%%，添加铬成分比重为15%～20%，添加镍比重为10%～15%。为调整不锈钢材质，提升使用效果，医用不锈钢中还会适当添加二氧化锰、钼、三氯化磷、硅和硫磺等物质。根据ASTM的规定316L合金应为单相的奥氏体(FCC)，微观结构中没有铁酸盐(BCC)或碳化物相。与此同时，不锈钢中应当杜绝杂志相出现，避免一部分金属，如镍金属中毒性成分影响不锈钢使用效果，应当创新制作工艺，提升材料使用效果[2]。

2.2 钛合金

钛合金用于医疗材料的主要物质是商业纯钛和超低杂质(ELI)Ti-6AI-4V合金。F67中钛的含量较高，基本上在98%～99% 之间，CP中的钛含量直接影响其柔韧性、拉伸性、疲劳强度等相关因素。ASTM F67在牙科诊疗中用于钛类植入体，被广泛运用，且具有较好的应用效果。钛合金自身材质稳定性较强，即便是在牙科等使用频率较高的领域利用，也具备极强的稳定性。

以上众多不可降解合金基础上，我国科研人员还研发了可降解的生物医疗使用合金，可降解合金的可控能力较强，并且与人体具有良好的生物相容能力。利用金属材料作为生物医用材料在当下科研领域中炙手可热，目前主要包括镁、铁和钨等合金，研究报道最多的是镁合金。镁及其合金具有较高的比强度和比刚度，与自然骨相似的密度、弹性模量以及屈服强度，可以有效避免应力遮挡效应。与此同时，可降解金属具有良好的生物相容性，并且在血管支架和骨骼修复中具有良好的使用效果。

3 陶瓷、玻璃材料

3.1 氧化物陶瓷

氧化物陶瓷是惰性材料的一种，其中主要有氧化锆、氧化铝等。氧化物陶瓷在医学中主要针对硬组织替换与修复。例如，牙冠、牙根植入、种植牙、骨科关节替换等等。

3.2 玻璃陶瓷

玻璃陶瓷中包括惰性玻璃陶瓷、生物活性玻璃等不同材质。其中惰性玻璃主要用于修复材料，此类材料能够将玻璃与陶瓷的优势属性结合在一起，利用铸造、加工等不同的形式提升自身性能。生物活性玻璃降解之后能够促进生长因子生成，提升细胞繁殖速度，增强骨细胞生成效率等等，在医疗卫生中使用能够促进骨组织结合，连接坏死软组织等等[3]。

3.3 磷酸钙陶瓷

在医疗卫生中经常会出现人体支架植入现象，磷酸钙陶瓷支架植入材料能够被人体吸收，产生良好的诊疗效果，逐渐成为相关领域中崭新的研究热点。磷酸钙陶瓷作为人体能够吸收的植入体之一，在应用中应当重视，材料的人体吸收速度与骨组织再生速度之间具有十分密切的关系，二者结合紧密则患者吸收效果较好，否则吸收效果则不是十分乐观。例如，在某些部位的诊疗中，骨组织的再生速度低于碳酸钙溶解速度，这便不利于骨组织修复。磷酸钙的溶解速率随着钙磷比的降低而增加。能够看出磷酸三钙的吸收效率较羟基磷灰石而言效果更佳。

自20世纪80年代开始，世界范围内对磷酸钙骨水泥的研究呈现跨越式发展，这种材料在临床诊疗中使用具有可原位成型和可注射优势[4]。

3.4 复合材料

复合材料指的是材料中具有两种或者两种以上的不同成分，进而能够实现材料的某种特定使用需求，增强材料强度、硬度、耐磨性等理化性能，当下复合材料应用于生物医学中的代表物质是碳纤维、聚合物纤维、陶瓷和玻璃。针对不同的使用场合和环境，增强物可划分为吸收降解材料、惰性材料等不同种类。大多数生物材料用于医疗均以聚合物为基质。例如，陶瓷增强后能够在修复人体关节、固定骨折之后装置、人工关节轴承、人工牙齿等方面具有较好的使用效果。

4 结束语

生物医学材料研究和创新的核心目的是能够一定程度上代替或者是修复人体中损伤的器官，进而能够帮助患者实现身体机能康复。由于生命产生的现象和过程是十分复杂的，在千百万年中的进化中逐渐适应自然与人文社会环境，进而生命具有自身的生长与修复能力。此项特定的生命特征是人工生物医学材料研究中难以实现的重点问题。鉴于此，当下生物医学材料与人们预想的使用效果之间具有一定差异，面临众多问题急需解决。长期以来，医疗卫生专家、生物学专家致力于利用生物材料解决医疗问题，相信随着生物学、医疗卫生、化学等项目不断创新与发展，新型生物医用材料定能够获得崭新的发展空间。