第一情报 ---材料工业

蓬勃发展的世界生物医学材料产业(一)

供稿人:马春  供稿时间:2005-2-22   关键字:世界  生物医学材料  产业  
     生物医学材料是指一类具有特殊性能、特种功能,用于人工器官、外科修复、理疗康复、诊断、治疗疾患,而对人体组织不会产生不良影响的材料。现在各种合成材料和天然高分子材料、金属和合金材料、陶瓷和碳素材料以及各种复合材料,其制成品都已经被广泛应用于临床和科研。
 
一、生物医学材料的分类
    
     一般而言,临床医学对生物医学材料有以下基本的要求:无毒性,不致癌,不致畸,不引起人体细胞的突发和组织细胞的反应;与人体组织相容性好,不引起中毒、溶血凝血、发热和过敏等现象;化学性质稳定,抗体液、血液及酶的作用;具有与天然组织相适应的物理机械特性;针对不同的使用目的具有特定的功能。根据物质属性,生物医学材料大致可以分为以下几种:
 
1、生物医学金属材料
 
     医用金属材料(biomedical Metallic Materials)是作为生物医学材料的金属或合金,具有很高的机械强度和抗疲劳特性,是临床应用最广泛的承力植入材料,主要有钴合金(Co-Cr-Ni)、钛合金(Ti-6Al-4V)和不锈钢的人工关节和人工骨。镍钛形状记忆合金具有形状记忆的智能特性,能够用于矫形外科、心血管外科。
 
2、生物医学高分子材料
 
     生物医学高分子材料(Biomedical Polymer)有天然的和合成的两种,发展最快的是合成高分子医用材料。通过分子设计,可以获得很多具有良好物理机械性和生物相容性的生物材料。其中软性材料常用作人体软组织如血管、食道和指关节等的代用品;合成的硬材料可以用作人工硬脑膜、笼架球形的人工心脏瓣膜的球形阀等;液态的合成材料如室温硫化硅橡胶可以用作注入式组织修补材料。
 
3、生物医学无机非金属材料或生物陶瓷
 
     生物陶瓷(Biomedical Ceramics)化学性质稳定,具有良好的生物相容性。生物陶瓷主要包括两类:(1)惰性生物陶瓷(如氧化铝、医用碳素材料等),这类材料具有较高的强度,耐磨性能良好,分子中的键力较强。(2)生物活性陶瓷(如羟基磷灰石和生物活性玻璃等),这类材料具有能在生理环境中逐步降解和吸收,或与生物机体形成稳定的化学键结合的特性,因而具有极为广阔的发展前景。
 
4、生物医学复合材料
 
     生物医学复合材料(Biomedical Composites)是由两种或两种以上不同材料复合而成的生物医学材料,主要用于修复或替换人体组织、器官或增进其功能以及人工器官的制造。其中钛合金和聚乙烯组织的假体常用作关节材料;碳—钛合成材料是临床应用良好的人工股骨头;高分子材料与生物高分子(如酶、抗源、抗体和激素等)结合可以作为生物传感器。
 
5、生物医学衍生材料
 
     生物医学衍生材料(Biomedical Derived Materials)是经过特殊处理的天然生物组织形成的生物医学材料,是无生物活力的材料,但是由于具有类似天然组织的构型和功能,在人体组织的修复和替换中具有重要作用,主要用作皮肤掩膜、血液透析膜、人工心脏瓣膜等。
 
二、全球生物医学材料市场主要产品
 
     生物医学材料应用广泛,仅高分子材料,全世界在医学上应用的就有90多个品种、1800余种制品,西方国家在医学上消耗的高分子材料每年以10~20%的速度增长。随着现代科学技术的发展尤其是生物技术的重大突破,生物材料的应用将更加广泛。当代生物材料的发展不仅强调自身理化性能和生物安全性、可靠性的改善,而且更强调赋予其生物结构和生物功能,以使其在体内调动并发挥机体自我修复和完善的能力,重建康复受损的人体组织或器官。
 
     目前大量用于医疗器械(植入器械、体外循环系统等)的生物医学材料主要有20种,其中医用高分子12种,金属4种,陶瓷2种,其它2种。利用现有的生物医学材料,已开发应用的医用植入体、人工器官等近300种,主要包括:心脏和心血管系统(起搏器、心脏瓣膜、人造血管、导管和分流管等);矫形外科(人工关节、骨板、骨螺钉等内固定器械、骨缺损填充或修复体、脊柱和脊柱融合器械、功能化模拟神经肌肉和人工关节软骨等);整形外科(颅、颌面、耳、鼻等修复体和人工乳房等);软组织修复(人工尿道、人工膀胱和肠、体内、外分流管、人工气管、缝线和组织粘合修补材料等);牙科(牙种植体、牙槽骨替换、增高和充填剂等);感觉神经系统(人工晶体、接触镜、神经导管、中耳修复体、经皮导线、重建听力和视力修复体等),及药物和生物活性物质控释载体等。

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