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醫(yī)用材料的檢測——生物醫(yī)用材料概述

來源:上海力晶科學(xué)儀器有限公司   2020年07月13日 10:10  

提到醫(yī)用材料的檢測,,力晶小天首先想到了幾個(gè)常見的概念:醫(yī)用包裝材料、醫(yī)用衛(wèi)生材料,、醫(yī)用高分子材料,、生物醫(yī)用材料、醫(yī)療器械材料等,,這些概念各自涵蓋了多種分類且互有交叉,,頓覺醫(yī)用材料檢測是個(gè)大話題。我們就從這兩年比較火的生物醫(yī)用材料開始聊起吧,,今年年初儀器信息網(wǎng)根據(jù)各大上市企業(yè)披露的2019年度財(cái)報(bào),,盤點(diǎn)了二十余家我國生物醫(yī)用材料市場主流上市企業(yè)2019年度營收情況,其中凈利增幅高達(dá)3680.33%,,這些企業(yè)幾乎全部實(shí)現(xiàn)了良好的增長,。

 

生物醫(yī)用材料又稱生物材料,是用于診斷,、治療,、修復(fù)、替換人體組織及器官或增進(jìn)其功能的一類高技術(shù)新材料,,是人工器官和醫(yī)療器械發(fā)展的基礎(chǔ),,應(yīng)用于眾多醫(yī)學(xué)分支領(lǐng)域。

 

 

生物醫(yī)用材料按用途可分為骨,、牙,、關(guān)節(jié)、肌腱等骨骼-肌肉系統(tǒng)修復(fù)材料,,皮膚,、食道、呼吸道,、膀胱等軟組織材料,,人工心瓣膜、血管,、心血管內(nèi)插管等心血管系統(tǒng)材料,,血液凈化膜和分離膜、氣體選擇性透過膜、角膜接觸鏡等醫(yī)用膜材料,,組織粘合劑和縫線材料,,藥物釋放載體材料,臨床診斷及生物傳感器材料,,齒科材料等,。

 

     

生物醫(yī)用材料按材料的組成和性質(zhì)可以分類如下:

    

 1. 生物醫(yī)用金屬材料
用作生物醫(yī)用材料的金屬或合金,又稱外科用金屬材料或醫(yī)用金屬材料,,需要具有高機(jī)械強(qiáng)度和抗疲勞性能,,是臨床應(yīng)用廣泛的承力植入材料。除了具有良好的力學(xué)性能及相關(guān)的物理性質(zhì)外,,優(yōu)良的抗生理腐蝕性和生物相容性也是其必須具備的條件,。應(yīng)用中的主要問題是由于生理環(huán)境的腐蝕而造成的金屬離子向周圍組織擴(kuò)散及植入材料自身性質(zhì)的退變,前者可能導(dǎo)致毒副作用,,后者常導(dǎo)致植入失敗。已經(jīng)用于臨床的主要有純金屬鈦,、鉭,、鈮、鋯,、不銹鋼,、鈷基合金和鈦基合金等。
 2. 生物醫(yī)用無機(jī)非金屬材料或生物陶瓷
這類醫(yī)用材料化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)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兩類。惰性生物陶瓷(如氧化鋁,、醫(yī)用碳素材料等)具有較高的強(qiáng)度,,耐磨性良好,分子中的鍵力較強(qiáng),。生物活性陶瓷(如羥基磷灰石和生物活性玻璃等)具有能在生理環(huán)境中逐步降解和吸收,,或與生物機(jī)體形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵結(jié)合的性質(zhì),因而具有極為廣闊的發(fā)展前景,。
 3. 生物醫(yī)用高分子材料
有天然產(chǎn)物和人工合成兩個(gè)來源,,近年來合成高分子醫(yī)用材料迅速發(fā)展,通過分子設(shè)計(jì),,可以獲得很多具有良好物理機(jī)械性和生物相容性的生物材料,。生物醫(yī)用高分子材料可分為非降解型和可生物降解型兩類,前者在生物環(huán)境中須能長期保持穩(wěn)定,,不發(fā)生降解,、交聯(lián)或物理磨損等,并具有良好的物理機(jī)械性能,,主要用于人體軟,、硬組織修復(fù)體,、人工器官、人造血管,、接觸鏡,、膜材、粘接劑和管腔制品等,,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環(huán)境作用下發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞和性能蛻變,,其降解產(chǎn)物能通過正常的新陳代謝或被機(jī)體吸收利用或被排出體外,主要用于藥物釋放和送達(dá)載體及植入裝置,,材料包括膠原,、線性脂肪族聚酯、甲殼素,、纖維素,、聚氨基酸、聚乙烯醇,、聚己內(nèi)酯等,。
 4. 生物醫(yī)用復(fù)合材料
由兩種或兩種以上不同材料復(fù)合而成的生物醫(yī)用材料,與其所有單體的性能相比,,復(fù)合材料的性能都有較大程度的提高,。主要用于修復(fù)或替換人體組織、器官或增進(jìn)其功能以及人工器官的制造,。它除應(yīng)具有預(yù)期的物理化學(xué)性質(zhì)之外,,還必須滿足生物相容性的要求。按基材分生物復(fù)合材料可分為高分子基,、金屬基和無機(jī)非金屬三類,。它們既可以作為生物復(fù)合材料的基材,又可作為增強(qiáng)體或填料,,它們之間的相互搭配或組合形成了大量性質(zhì)各異的生物醫(yī)用復(fù)合材料,。其中鈷合金和聚乙烯組織的假體常用作關(guān)節(jié)材料;碳-鈦合成材料是臨床應(yīng)用良好的人工股骨頭,;高分子材料與生物高分子(如酶,,抗原,抗體和激素等)結(jié)合可以作為生物傳感器。
 5. 生物醫(yī)用衍生材料
由經(jīng)過特殊處理的生物組織形成的生物醫(yī)用材料,,包括維持組織原有構(gòu)型而進(jìn)行的固定,、滅菌和消除抗原性的輕微處理,如經(jīng)戊二醛處理定型的豬心瓣膜,,牛心包,、人頸動(dòng)脈、臍動(dòng)脈等,,以及拆散原有構(gòu)型,、重建新的物理形態(tài)的強(qiáng)烈處理,如再生膠原,、殼聚糖,、透明質(zhì)酸等粉體,纖維膜,,海綿體,、凝膠等。

 

由于生物醫(yī)用材料與人體健康密切相關(guān),,因此對其化學(xué)結(jié)構(gòu)組成,、物理機(jī)械性能,及其與人體接觸時(shí)的生物相容性等指標(biāo)的安全性評價(jià),,具有非常重要的實(shí)際意義。生物醫(yī)學(xué)材料的安全性評價(jià)涉及以下方面:

 

 

其中,,生物學(xué)評價(jià)是安全性評價(jià)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),,生物相容性是生物醫(yī)用材料研究設(shè)計(jì)中考慮的首要問題。生物相容性是指生物醫(yī)用材料在特定生理環(huán)境中,,生物體對植入的材料的反應(yīng)和產(chǎn)生有效作用的能力,,用以表征材料在特定應(yīng)用中與生物機(jī)體相互作用的生物學(xué)行為。生物醫(yī)用材料的生物相容性與其材料結(jié)構(gòu),、表面性能及分子量等方面都息息相關(guān),,具體如下圖所示:

 對于上述生物醫(yī)用材料的各項(xiàng)性能的表征,主要涉及以下方面及相應(yīng)的檢測儀器:

關(guān)于每一類表征及其涉及儀器的介紹,,且看下回分解,。請大家關(guān)注力晶科學(xué)公眾號,了解更多檢測熱點(diǎn)和技巧,,順便監(jiān)督力晶小天不再拖更吧O(∩_∩)O,。

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