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医用材料的检测——生物医用材料概述
点击次数:192 发布时间:2020-07-13 打印本页面 返回

提到医用材料的检测,力晶小天首先想到了几个常见的概念:医用包装材料、医用卫生材料、医用高分子材料、生物医用材料、医疗器械材料等,这些概念各自涵盖了多种分类且互有交叉,顿觉医用材料检测是个大话题。我们就从这两年比较火的生物医用材料开始聊起吧,今年年初仪器信息网根据各大上市企业披露的2019年度财报,盘点了二十余家我国生物医用材料市场主流上市企业2019年度营收情况,其中净利增幅高达3680.33%,这些企业几乎全部实现了良好的增长。

 

生物医用材料又称生物材料,是用于诊断、治疗、修复、替换人体组织及器官或增进其功能的一类高技术新材料,是人工器官和医疗器械发展的基础,应用于众多医学分支领域。

 

 

生物医用材料按用途可分为骨、牙、关节、肌腱等骨骼-肌肉系统修复材料,皮肤、食道、呼吸道、膀胱等软组织材料,人工心瓣膜、血管、心血管内插管等心血管系统材料,血液净化膜和分离膜、气体选择性透过膜、角膜接触镜等医用膜材料,组织粘合剂和缝线材料,药物释放载体材料,临床诊断及生物传感器材料,齿科材料等。

 

     

生物医用材料按材料的组成和性质可以分类如下:

    

 1. 生物医用金属材料
用作生物医用材料的金属或合金,又称外科用金属材料或医用金属材料,需要具有高机械强度和抗疲劳性能,是临床应用广泛的承力植入材料。除了具有良好的力学性能及相关的物理性质外,优良的抗生理腐蚀性和生物相容性也是其必须具备的条件。应用中的主要问题是由于生理环境的腐蚀而造成的金属离子向周围组织扩散及植入材料自身性质的退变,前者可能导致毒副作用,后者常导致植入失败。已经用于临床的主要有纯金属钛、钽、铌、锆、不锈钢、钴基合金和钛基合金等。
 2. 生物医用无机非金属材料或生物陶瓷
这类医用材料化学性质稳定,具有良好的生物相容性。生物陶瓷主要包括惰性生物陶瓷和生物活性陶瓷两类。惰性生物陶瓷(如氧化铝、医用碳素材料等)具有较高的强度,耐磨性良好,分子中的键力较强。生物活性陶瓷(如羟基磷灰石和生物活性玻璃等)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性质,因而具有极为广阔的发展前景。
 3. 生物医用高分子材料
有天然产物和人工合成两个来源,近年来合成高分子医用材料迅速发展,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。生物医用高分子材料可分为非降解型和可生物降解型两类,前者在生物环境中须能长期保持稳定,不发生降解、交联或物理磨损等,并具有良好的物理机械性能,主要用于人体软、硬组织修复体、人工器官、人造血管、接触镜、膜材、粘接剂和管腔制品等,主要材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、芳香聚酯、聚硅氧烷、聚甲醛等。而可降解型高分子可在生物环境作用下发生结构破坏和性能蜕变,其降解产物能通过正常的新陈代谢或被机体吸收利用或被排出体外,主要用于药物释放和送达载体及植入装置,材料包括胶原、线性脂肪族聚酯、甲壳素、纤维素、聚氨基酸、聚乙烯醇、聚己内酯等。
 4. 生物医用复合材料
由两种或两种以上不同材料复合而成的生物医用材料,与其所有单体的性能相比,复合材料的性能都有较大程度的提高。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。它除应具有预期的物理化学性质之外,还必须满足生物相容性的要求。按基材分生物复合材料可分为高分子基、金属基和无机非金属三类。它们既可以作为生物复合材料的基材,又可作为增强体或填料,它们之间的相互搭配或组合形成了大量性质各异的生物医用复合材料。其中钴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,抗原,抗体和激素等)结合可以作为生物传感器。
 5. 生物医用衍生材料
由经过特殊处理的生物组织形成的生物医用材料,包括维持组织原有构型而进行的固定、灭菌和消除抗原性的轻微处理,如经戊二醛处理定型的猪心瓣膜,牛心包、人颈动脉、脐动脉等,以及拆散原有构型、重建新的物理形态的强烈处理,如再生胶原、壳聚糖、透明质酸等粉体,纤维膜,海绵体、凝胶等。

 

由于生物医用材料与人体健康密切相关,因此对其化学结构组成、物理机械性能,及其与人体接触时的生物相容性等指标的安全性评价,具有非常重要的实际意义。生物医学材料的安全性评价涉及以下方面:

 

 

其中,生物学评价是安全性评价的关键环节,生物相容性是生物医用材料研究设计中考虑的首要问题。生物相容性是指生物医用材料在特定生理环境中,生物体对植入的材料的反应和产生有效作用的能力,用以表征材料在特定应用中与生物机体相互作用的生物学行为。生物医用材料的生物相容性与其材料结构、表面性能及分子量等方面都息息相关,具体如下图所示:

 对于上述生物医用材料的各项性能的表征,主要涉及以下方面及相应的检测仪器:

关于每一类表征及其涉及仪器的介绍,且看下回分解。请大家关注力晶科学公众号,了解更多检测热点和技巧,顺便监督力晶小天不再拖更吧O(∩_∩)O。

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