生物材料探秘

生物材料探秘

在我们的生活中，有的人口腔中装有假牙，有的人由于各种伤残不得不装上了假肢，甚至进行了关节替换。假牙、假肢、人造关节等都属于生物医用材料。顾名思义，它是指用于生理系统疾病的诊断、治疗、修复或替换生物体组织或器官，增进或恢复其功能的材料。

生物医用材料的历史可追溯到公元前约3500年，当时古埃及人就利用棉花纤维、马鬃作缝合线缝合伤口，这些棉花纤维、马鬃可称之为原始的生物医用材料。墨西哥的印第安人则使用木片修补受伤的颅骨。中国、埃及在公元前2500年前的墓葬中就发现有假牙、假鼻、假耳。其实，人类很早就用黄金来修复缺损的牙齿。文献记载，1588年人们就用黄金板修复颚骨，1775年，就有用金属固定体内骨折的记载，1800年有大量有关应用金属板固定骨折的报道，1809年有人用黄金制成种植牙齿，1851年有人报道使用硫化天然橡胶制成的人工牙托和颚骨。

现代社会，随着人口老龄化的趋势越来越严重，以及工业、交通、体育等导致的创伤逐渐增加，人们对生物医用材料及其制品的需求越来越大，生物材料在我们的生活中扮演着越来越重要的角色。

生物陶瓷是生物材料的重要组成部分，在人体硬组织的缺损修复及重建已丧失的生理功能方面起着重要的作用。早在1808年，人们已将陶齿用于镶牙。1892年权斯门发表了第一例临床报告，使用熟石膏作为骨的缺损填充材料，这是陶瓷材料植入人体的最早实例。19世纪60年代和70年代是生物陶瓷材料研究比较活跃的一个时期。其间，1969年美国佛罗里达大学的亨西教授，成功地研制了一种生物玻璃，可用于人体硬组织的修复，能与生物体内的骨组织发生化学结合，从而开创了一个崭新的生物医用材料的研究领域——生物活性材料。20世纪70年代以后，人们又对可吸收陶瓷——磷酸三钙进行了，大量研究，现在已成功应用于临床。目前，生物陶瓷材料已广泛用于人工牙齿（根）、人工骨、人工关节、固定骨折用的器具、人工眼等。

谈到生物材料，羟基磷灰石是生物陶瓷的典型代表，它是人体自然骨和牙齿中的主要无机组分。在骨质中，羟基磷灰石大约占60%，它是一种长度为20～40纳米、厚度为1．5～3纳米的针状结晶，其周围规则地排列着骨胶原纤维。齿骨的结构也类似＿丁自然骨，但齿骨中羟基磷灰石的含量更高达97%。

羟基磷灰石属磷酸钙基生物陶瓷，早在1871年就已被人工合成，但由于技术限制，直至l971年才有羟基磷灰石生物陶瓷的成功报道，并迅速扩大到临床应用。

羟基磷灰石生物陶瓷具有良好的生物相容性，植入体内不仅安全、无毒，还能传导骨生长，即新骨可以从羟基磷灰石植入体与原骨结合处沿着植入体表面或内部贯通性孔隙攀附生长。另外，羟基磷灰石对大部分人体蛋白质具有亲和性，在水溶液和体液中能保持稳定。但足，任何一种材料都不是完美的，羟基磷灰石也是如此。由于它韧性较低，抗疲劳强度差，因此目前也仅限于不承受重力的部位。

纳米技术的兴起为材料的发展注入了新的活力，也为羟基磷灰石的发展开拓了新的天地。通常意义上的纳米材料指的是颗粒尺寸为1～100纳米的粒子组成的新型材料。由于它的尺寸小、比表面大及量子尺寸效应，使之具有常规粗晶材料不具备的特殊性能，在光吸收、敏感、催化及其他功能特性等方面，展现出引人注目的应用前景。纳米技术与生物材料的结合便产生了纳米生物材料。据报道，我国一种全新的骨置换材料将取代现在冰冷的金属和脆弱的塑料等材质，用几乎可以以假乱真的效果为病人送去福音，这就是纳米人工骨。纳米人工骨是用具有纳米晶粒尺寸的羟基磷灰石和胶原蛋白等有机材料复合制成的，目前这一技术具有世界一流水平，其成果已通过我国高新技术项目验收。专家认为，这种纳米材料在生物活性、柔韧性以及强度等方面都和人体组织接近，今后将在颅骨、脊椎骨、颌骨、肋骨、髂骨、关节及喉管支架、穿皮器件与修复领域有着十分广阔的应用天地。

目前纳米人工骨材料正被研究用于制作人工眼球，并且有了良好的开端。经动物实验证实，这种用纳米生物活性材料制成的可动眼球外壳，完全能和组织相容，并能与肌肉血管紧密地生长在一起。与这种材料相比，用陶瓷生物材料制作的可动眼球外壳太脆，金属材料又太硬了。可以肯定，纳米眼球已具有很好的可动功能，如果仅用于美容，这种眼球已相当成熟了，但医学家还有更高的追求，他们正在为达到可视的境界而不懈努力。纳米骨、纳米眼球的研制成功标志着纳米技术在生物材料上的成功应用，相信不久的将来，将会出现更多的诸如纳米皮肤、纳米假牙、纳米食管等新产品。