生物材料在骨科臨床應(yīng)用

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1、生物醫(yī)用材料在骨科臨床應(yīng)用邱貴興北京協(xié)和醫(yī)院骨科生物材料的概念生物材料(Biomaterials)即生物醫(yī)學(xué)材料(BiomedicalMaterials)用于人體組織和器官的診斷修復(fù)或增進(jìn)其功能的高技術(shù)材料取代修復(fù)活組織的天然或人造材料其作用藥物不可替代能增進(jìn)或替換因疾病損傷等失去的某種功能生物醫(yī)用材料的用途替代損害的器官或組織如：人造心臟瓣膜、假牙、人工血管等改善或恢復(fù)器官功能的材料如：隱型眼鏡、心臟起搏器等用于治療過(guò)程如：介入性治療血管內(nèi)支架、用于血液透析的薄膜、藥物載體與控釋材料等生物材料發(fā)展概況

2、—古代公元前5000年黃金修復(fù)缺損牙齒并沿用至今公元前3500年古埃及人用棉花纖維馬鬃縫合傷口印第安人用木片修補(bǔ)顱骨公元前2500年中國(guó)和埃及的墓葬中發(fā)現(xiàn)假牙假鼻和假耳隋末唐初銀膏補(bǔ)牙—成分是銀、錫、汞與現(xiàn)代牙齒填充材料類(lèi)似生物材料發(fā)展概況—近代1588年黃金板修復(fù)顎骨1775年金屬固定體內(nèi)骨折1829年多種金屬的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)金屬鉑對(duì)機(jī)體組織刺激最小1851年發(fā)明了天然橡膠的硫化方法開(kāi)始用天然高分子硬橡木制作人工牙托和顎骨進(jìn)行臨床治療1892年用硫酸鈣填充骨缺損陶瓷材料植入人體的最早實(shí)例生物材料發(fā)展概況—

3、現(xiàn)代生物材料取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展始于20世紀(jì)20年代生物材料的分類(lèi)按材料性質(zhì)分類(lèi)按材料功能分類(lèi)按材料來(lái)源分類(lèi)按使用部位分類(lèi)通常按材料性質(zhì)分類(lèi)金屬材料不銹鋼鈷基合金鈦基合金等廣泛應(yīng)用于人工假體人工關(guān)節(jié)醫(yī)療器械非金屬材料無(wú)機(jī)材料有機(jī)材料無(wú)機(jī)材料主要是生物陶瓷分為惰性生物陶瓷如氧化鋁生物陶瓷表面生物活性陶瓷如磷酸鈣基生物陶瓷可降解生物陶瓷如β-磷酸三鈣陶瓷等有機(jī)材料PMMA聚乙交酯聚丙交酯生物膠聚乳酸通常按材料性質(zhì)分類(lèi)高分子材料根據(jù)來(lái)源分天然和合成天然如多糖類(lèi)、蛋白類(lèi)合成如硅橡膠、聚乙烯、聚乳酸、聚四氟乙烯等用于人

4、體器官組織關(guān)節(jié)藥物載體等生物復(fù)合材料不同種材料混合或結(jié)合克服單一材料缺點(diǎn)可獲性能更優(yōu)的材料按材料功能分類(lèi)硬組織相容性材料用于關(guān)節(jié)牙齒及其他骨組織軟組織相容性材料用于人工皮膚人工氣管人工食道等血液相容性材料用于人工血管人工心臟血漿分離膜血液灌流用吸附劑細(xì)胞培養(yǎng)基材等生物降解材料用于吸收型縫合線藥物載體愈合材料粘合劑及組織缺損用修復(fù)材料按材料來(lái)源分類(lèi)自體組織如人體髂骨血管等同種異體器官及組織異種器官及組織天然生物材料動(dòng)物骨膠原甲殼素珊瑚等人工合成材料人工合成的新型材料按使用部位分類(lèi)硬組織材料骨、牙齒用材料軟組

5、織材料軟骨、臟器用材料心血管材料心血管以及導(dǎo)管材料血液代用材料人工紅血球血漿等分離、過(guò)濾、透析膜材料血液凈化腎透析及人工肺氣體透過(guò)材料等對(duì)生物醫(yī)用材料的基本要求良好的生物相容性良好的化學(xué)穩(wěn)定性滿足生物力學(xué)要求可滅菌可成型易加工生物相容性無(wú)毒無(wú)刺激無(wú)致畸致敏致突變或致癌在體內(nèi)不被排斥無(wú)炎癥無(wú)慢性感染不引起周?chē)M織局部或全身性反應(yīng)最好能與骨形成化學(xué)結(jié)合具有生物活性無(wú)溶血凝血反應(yīng)等化學(xué)穩(wěn)定性耐體液侵蝕不產(chǎn)生有害降解產(chǎn)物不產(chǎn)生吸水膨潤(rùn)軟化變質(zhì)自身不變化生物力學(xué)要求足夠的靜態(tài)強(qiáng)度如抗彎抗壓拉伸剪切等有適當(dāng)?shù)膹椥阅Ａ?/p>

6、和硬度耐疲勞摩擦磨損其它要求良好的空隙度體液及組織易長(zhǎng)入易加工成形使用操作方便消毒滅菌不變質(zhì)等性能生物材料在骨科的應(yīng)用不銹鋼鈷基合金鈦合金記憶合金生物材料在骨科領(lǐng)域—發(fā)展最迅速應(yīng)用最廣泛一、金屬材料不銹鋼為鐵基合金成本低在體內(nèi)有腐蝕和組織反應(yīng)等添加Mo可克服鉻鈍化膜在氧化環(huán)境中耐腐蝕性能如加Mo的316、317降低碳含量如使用超低碳的316L可防止晶間腐蝕.可用來(lái)制作人工關(guān)節(jié)和骨折內(nèi)固定器等目前最常用于手術(shù)工具的制造1、不銹鋼加Mo的鈷基合金耐腐蝕性是不銹鋼如316的40倍鈷鉻鉬合金的生物相容性超過(guò)鐵鉻鎳

7、和鈷鉻合金鈷基合金的耐磨性是所有醫(yī)用金屬材料中最好的更適于體內(nèi)的長(zhǎng)期植入物用于人工關(guān)節(jié)接骨板骨釘?shù)菴oCrMo合金制股骨帽2、鈷基合金骨科應(yīng)用以純鈦和TC4(Ti-6Al-4V)為主強(qiáng)度不如鈷基合金耐腐蝕性好與人體組織反應(yīng)很弱鈦合金的密度小彈性模量低接近于天然骨有良好的耐疲勞性能廣泛用于制作人工關(guān)節(jié)接骨板骨螺釘髓內(nèi)釘?shù)?、鈦基合金1951年美國(guó)首次報(bào)道Au-Cd（金-鎘）合金具形狀記憶效應(yīng)目前已有20多種記憶合金其中鎳鈦合金臨床上應(yīng)用最大不同的溫度下表現(xiàn)為不同的金屬結(jié)構(gòu)相如低溫時(shí)為單斜結(jié)構(gòu)相高溫為立方體結(jié)

8、構(gòu)相前者柔軟可隨意變形后者剛硬可恢復(fù)原形狀并在形狀恢復(fù)過(guò)程中產(chǎn)生較大的恢復(fù)力4、形狀記憶合金脊椎矯正植入體特點(diǎn)奇特的形狀記憶功能質(zhì)輕磁性微弱強(qiáng)度較高耐疲勞性高回彈性和生物相容性好應(yīng)用人工關(guān)節(jié)骨折連接脊柱側(cè)凸矯形等5、純金屬鉭（Ta）良好生物相容性和可塑性無(wú)毒性獨(dú)特的表面負(fù)電性使其具優(yōu)良抗血栓性和生物相容性很高的抗缺口裂紋能力能和周?chē)男鹿切纬晒切越Y(jié)合植入軟組織可依附在表面正常生長(zhǎng)退火后的純鉭很軟可加工成板帶箔絲等主要用作接骨板