常用生物医学材料

常用生物医学材料

南华大学 电气学院 [1**********] 李闯

摘要： 医用硅橡胶(silicone rubber)是美容外科中应用较广的生物材料(组织代用品). 它是高分子有机化合物聚硅酮的一种橡胶样固体形态, 又称二甲基硅氧烷。随着生物医学和材料的发展, 各种人工制备的生物材料植入骨内替代骨移植, 临床应用效果好. 这些人工合成或提取的植入材料生物相容性好, 对骨形成具有明显的诱导作用, 被泛称为人工骨(artificial bone) 。 人工骨与医用硅橡胶同为如今最常用的两类生物医学材料。

关键字：人工骨，植入，移植，相容性，人工制备，医用硅橡胶，美容，整容 一：医用硅橡胶

1·生物相容性：由于其结构对称性, 分子主链呈螺旋状，使硅氧单键的极性相互抵消, 且侧链的R 一般都是低极性或非极性基团, 所以整个大分子极性很低, 使硅橡胶表现出疏水性、耐氧化以及抗老化性。

此外, 主链中Si2O 键和侧链中的C2Si 键的极性都近似于离子键, 在正常使用温度(250°C 以下) 不发生裂解、氧化等反应, 故又具有优异的耐热性, 可用作医疗器械、人造脏器和药物缓释体系, 对人体有良好的生物相容性。

2·生物功能性：是指生物材料具有在其植入位置上行使功能所要求的物理和化学性质：

（1）可检查、诊断疾病;

（2）可辅助治疗疾病;

（3）可满足脏器对维持或延长生命功能的性能要求;

（4）可改变药物吸收途径, 控制药物释放速度，满足疾病治疗要求。

3、无毒性

4、耐生物老化

5、物理和力学稳定性

6、易加工成型, 材料易得, 价格适当, 便于消毒灭菌

7、在生产、加工过程中防止引入对人体有害的物质

应用

1·作为人造器官

硅橡胶模拟制品可长期埋置于人体内，作为人体内某个部分不可缺少的元件。包括脑人工肺、视网膜植入物、人工脑膜、人工手指、手掌关节、人造鼓膜、人工心脏瓣膜附件、人工肌腱以及用于消化系统和腹外科制品的各种导管等。

2·在整容和修复方面的应用

（1）人工颅骨的修复:

（2）尼龙、聚酯纤维等增强后作人造皮肤;

（3）提高视力的隐性眼镜;

（4）) 修补前额、鼻、勃颈等;

（5）治疗外耳的缺损;

（6）现在争议一直很大的人工乳房

3·在医疗器械上的应用

硅橡胶可作为导管短期置入人体的某个部位, 作为抢救和治疗的重要辅助材料和手段，如为肝功能不全、烧伤等病人进行补液用的静插管, 还可用于胎儿吸引器的吸头, 医用电极板基质, 生物传感器的包装材料等

4·在药物缓释体系的应用

硅橡胶可作为药物缓释体系的载体，如包封药物胶囊，包封的药物包括抗生素, 镇静剂, 安眠药, 抗癌药, 麻醉剂等. 硅橡胶还可作为消泡剂治疗某些疾病，如用于抢救急性肺水肿, 可迅速疏通呼吸道, 改善缺氧状况, 减少或避免因泡沫阻塞气流通过而窒息的死亡。

医用硅橡胶的副作用：

(1) 由于其分子结构的低极性造成的疏水性, 使其仍对人体有一定的异物反应, 今后的发展要求是对其表面进行改性, 提高其亲水性。

(2) 抗张力强度不够，易破裂和撕裂, 要解决其机械强度低的性质，就要对其采用物理和化学方法改性。

(3) 对皮下避孕埋植系统而言, 以硅橡胶为载体的长效皮下埋植剂在放置有效期满后必须取出, 增加了使用者的痛苦和花费, 这样就引发了可生物降解埋植剂的研究。

二：人工骨

人工骨是指用人工材料制造的人骨替代品或者骨折固定材料。人工骨材料主要有高分子合成材料如聚甲基丙烯酸甲酯、高密度聚乙烯等、无机材料如磷酸三钙、羟基磷灰石、氧化铝生物陶瓷等。

1·由于人骨的各种生物学特性，故对人工骨的要求也很苛刻，具体对人工骨的性能要求如下：

由于对活骨化学、生物特性的不断了解, 人们更有能力设计和开发出模仿这些特性的材料, 理想的骨移植替代材料应当具有成骨性、生物相容性、可吸收降解、可提供结构支撑、临床使用方便、价格低廉。根据其具体用途, 一些特性要比其它的特点更重要。骨移植物和其替代物可依据其骨传导、骨诱导和成骨特性分类(见表1) 。同种异体骨移植物与自体骨移植物的特性比较(见表2) 。

复合材料移植物是具有骨传导性的基质与骨诱导和成骨活性物质

的组合, 有可能替代自体骨。

人工骨容易商品化获得, 使用方便, 但目前单一的人工骨多为骨传导材料或复合骨诱导因子材料, 其机械性能较差, 难以起到机械支撑作用, 尚不能用于修复重建大段骨缺损和关节缺损, 仅用于填充植骨或脊柱融合。一些人工骨制备成注射剂型, 能够采用非手术或微创的方法提高骨修复效果, 方法操作简单、创伤轻微, 对血运和关节肌肉功能干扰小。避免了局部血供的进一步破坏, 大大减少了感染和手术并发症的发生可能, 而且恢复快, 符合现今微创外科的趋势。在此仅介绍两种最常用人工骨临床应用及相关问题。

1·医用硫酸钙

Osteoset 是一种医用硫酸钙骨移植替代物, (于1996年6月通过美国食品与药品委员会论证, 并在同年获得欧洲CE 商标, 此后已在成千例病人中使用, 并且证明是安全有效的。Osteoset 颗粒有两种型号, 小颗粒在小的骨缺损中使用较为理想, 直径分别为4. 8mm和3. 0mm, 颗粒分别重100mg 和30mg 。为了方便使用, 各种尺寸颗粒均用小瓶包装, ˜射线灭菌。Osteoset2T 内含4 %的妥布霉素, 妥布霉素亦称妥布拉霉素(To2bramycin) , 为氨基糖甙类抗生素, 抗菌谱与庆大霉素相似。主要用于各种革兰氏阴性杆菌感染(绿脓杆菌、变形杆菌、克雷氏菌、沙门氏菌、葡萄球菌包括金黄色葡萄球菌) , 对绿脓杆菌较庆大霉素约强2～3倍, 比多粘菌素B 也较强, 对庆大霉素耐药的绿脓杆菌也常敏感, 对其它革兰氏阴性菌的作用则低于庆大霉素, 对金葡菌的作用约与庆大霉素相等。适用于感染性骨缺损, 引起肾毒反应者较庆大霉素为低。

2· 自固化磷酸钙水泥

自固化磷酸钙水泥(Calcium Phosphate Cement , CPC) 是Brown 和Chow 于20世纪80年代早期研制出来的快速凝固型、非陶瓷型羟基磷灰石(HAP) 类人工骨材料, 由数种磷酸钙粉末和固化液两部分在使用时按比例调和而成。调和物呈膏体状, 能根据填充部位的要求随意塑形, 在体内条件下发生固化反应, 约4h 后自然转变成含微孔的HA 晶体。在固化过程中基本不放热, 不会造成组织灼伤。一般ACPC 固化的抗压强度为30～50MPa , 它与反应物中的添加成分或制备方法等因素无关。上世纪90

年代中期国内研制成功了自固化磷酸钙水

泥(CPC) 人工骨材料, 并进行了商品化开发, 商品名瑞邦骨泰。其剂型分为普通型骨泰、载药型骨泰和注射型骨泰

。

参考文献 1· 中国矫形外科杂志 2004年12月第12卷第23、24期

2·史文红、赵成如. 医用硅橡胶及其制品[J ] .中国医疗器械信息，2009,15（11） 3·温变英. 生物医用高分子材料及其应用[J ] . 化工新型材料,2001 ,29(9) :41

4·医用高分子材料—硅橡胶

5·贡长生、张克立. 新型功能材料[M] . 北京:化学工业出版社,2001.