人体化学激素（你了解身体中的）

身体中的"外来"材料也就是那些可以用来对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官的材料。现在的你是不是已经猜到这些"外来"材料究竟是什么了？它就是生物医用材料，它是研究人工器官和医疗器械的基础，而这无疑将推动生物技术的蓬勃发展，更好造福于人类、世界。想一想，那些原本只能坐在轮椅上度过一生的人，若是有一个机会可以享有到最前沿的生物医用材料所带来的便利，那他们的人生会变得多么精彩呀。#健康科普挑战赛#

人类自诞生起便逃脱不了与疾病作斗争的命运，所以医用生物材料的发展历史就可以追溯到很久很久以前。有文献记载，早在19世纪以前，人们就有过用金属板固定体内骨折、用黄金来修复缺损牙齿的先例。目前普遍依据其发展历史及材料特点将已有材料分为三代：20世纪初第一次世界大战以前所使用的医用材料可归于第一代生物医用材料，代表材料有石膏、各种金属、橡胶以及棉花等物品，这一代的材料大都被现代医学所淘汰。第二代生物医用材料的发展是建立在医学、材料科学（尤其是高分子材料学）、生物化学、物理学及大型物理测试技术基础之上的，研究工作者也多由材料学家与医生合作来承担。这类材料与第一代生物医用材料一样，研究的思路仍然是努力改善材料本身的力学、生化性能，以使其能够在生理环境下有长期的替代、模拟生物组织的功能。而第三代生物医用材料是一类具有促进人体自修复和再生作用的生物医学复合材料。

那么接下来就让我们从不同的材料组成来深入认识一下今天的主角吧。

生物医用金属材料

金属材料是生物医学中应用最早的材料，具有较高的机械强度和抗疲劳性能，应用十分广泛，遍及硬组织、人工器官等方面。而除了所有生物医用材料的一般性要求，金属材料则还有一些额外的限制条件。由于考虑到生理环境的腐蚀影响以及对于"非我"物质的排斥性，我们所要选择的材料应具有良好的抗生理腐蚀性以及生物相容性。目前常见的金属材料主要有：贵金属、不锈钢、钴基合金、钛和钛合金以及多孔材料和复合材料。

生物医用无机非金属材料（生物陶瓷）

中国于20世纪70年代初期开始研究生物陶瓷，并用于临床。随后依次在微晶玻璃、氧化铝陶瓷、新型生物陶瓷材料领域均有所突破。而根据种植材料与生物体组织的反应程度，可以将种植类陶瓷分为两类：生物惰性陶瓷材料和生物活性陶瓷材料。

生物惰性陶瓷主要指化学性能稳定，生物相容性好，在生物体内与组织几乎不发生反应或反应很小。这类陶瓷材料结构都比较稳定，分子中键力较强，且都具有较高的机械强度、耐磨性以及化学稳定性。在我们的生活中以Al、Mg、Ti、Zr的氧化物应用最为广泛。下面让我们主要了解一下氧化铝陶瓷和氧化锆陶瓷。

氧化铝陶瓷，早期实验就表明其具有优越的耐磨损性和高抗压强度，这使氧化铝陶瓷材料成为最早获得临床应用的生物惰性陶瓷材料。当它植入人体后，体内软组织在其表面生成极薄的纤维组织薄膜，在体内可见纤维细胞增生，界面无化学反应，多用于全臀复位修复术及股骨和髋骨部连接。但由于氧化铝属脆性材料，冲击韧性较低，且弹性模量和骨相差大，陶瓷的高弹性模量，可能引起骨组织的应力（应力：物体由于外因而变形，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，单位面积上的内力称为应力。），从而引起骨组织的萎缩和关节松动，在使用过程中，常出现脆性破坏和骨损伤，不能直接与骨结合。目前，通过不断提高材料密度等方法使得其破裂率大大降低。而在陶瓷表面涂上亲和性高的陶瓷（特别是能和骨发生化学结合的磷灰石）可以使亲和性大大提升。

氧化锆陶瓷，早期由于它抗破裂强度高于氧化铝陶瓷故对其在生物材料领域寄予厚望。但是有实验表明，它将氧化钇等作为稳定剂加入后，其四方相结构并不稳定会产生有害的相变。目前，经过不断地研究其作为增韧材料在人体硬组织修复体方面取得了较大进展。

生物活性陶瓷材料，包括表面生物活性陶瓷和生物吸收性陶瓷。前者通常含有羟基，可以做成多孔性，生物组织可长入并同其表面发生牢固键合。而后者能部分吸收或全部吸收，在生物体内诱发新生骨的生长，主要有生物活性玻璃（磷酸钙系），羟基磷灰石陶瓷、磷酸三钙陶瓷材料等。

羟基磷灰石（HAP），化学式为 Ca10(PO4)6(OH)2，属于表面活性材料，和生物体硬组织主要成分相同，且可以吸收、聚集体液中钙离子的作用，参与体内钙代谢，故其具有生物活性好、相容性好、无毒、无排斥反应、不致癌、可降解、可与骨直接结合等特点。不过由于其力学性质较差、强度低，故目前的研究着手于HAP系列的各种复合材料——与金属相结合、与惰性生物陶瓷材料相复合、与有机物相复合等。

磷酸三钙陶瓷材料，目前广泛应用的生物降解陶瓷为β-磷酸三钙（简称β-TCP），是磷酸钙的一种高温相。与HAP相比，TCP的最大优点在于更易于在体内溶解，易于被骨组织吸收，是一种骨的重建材料，用于骨科治疗。

由于陶瓷组成范围较宽，故可根据实际应用要求设计组成控制性能变化。如在身体不同部位使用中，根据被置换骨的不同生长速度，通过在材料中添加适当比例的非降解生物陶瓷来调整降解速度以满足临床要求。

生物医用高分子材料

生物医用高分子材料，全世界范围内应用的有90多个品种、1800余种制品，西方国家在医学上消耗的高分子材料每年以10%~20%的速度增长。根据性质和功能可将生物医用高分子材料分为非降解型和可生物降解型两类。于前者，要求其在生物环境中能够长期保持稳定，不发生降解，并具有良好的物理机械性能。不要求它绝对稳定，但要求其本身和少量降解产物不对机体产生明显毒副作用。这类材料主要包括聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、芳香聚酯、聚硅氧烷、聚甲醛等。而可降解型高分子主要包括胶原、线性脂肪族聚酯、甲壳素、纤维素、聚氨基酸、聚乙烯醇、聚己丙酯等。它们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非永久性植入装置。

生物医用复合材料

生物医用复合材料，又称生物复合材料，它是由两种或两种以上不同材料复合而成的生物医用材料，与单体性能相比，复合材料性能能够较大程度的提高。制备该类材料的目的是进一步提高或改善某一种生物材料的性能，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。它由基体和增强体或填料两部分组成，而根据基体材料的不同，可以将其大致分为金属基、陶瓷基和高分子基复合材料三类。

现在让我们回想前面所介绍的生物医用金属材料，单一的金属材料在生理环境应用中让人们忧心忡忡的问题——腐蚀所导致金属离子向生物组织扩散会引起的毒副作用以及自身退化而导致植入失效的苦恼，这些是不是在复合材料领域中可以有所避免呢？答案是肯定的。对人们所熟知的钛材料进行表面改性获得的钛基涂层复合材料，既保留了材料原有的强度和韧性，又具有良好的生物相容性，岂不皆大欢喜。

而以陶瓷、玻璃作为基体材料的陶瓷基复合材料，它通过将晶片、晶须、颗粒、纤维等不同的增强材料引入陶瓷中而获得的一类复合材料，从而避免其本身脆性大的、易破裂等缺点。 有实验研究表明含有ZrO2的纳米羟基磷灰石复合材料，其强度和韧性等性能可达到甚至超过致密的人体骨骼的相应指标。同时，通过调节ZrO2与HAP间的含量，使该纳米复合人工骨材料具备优良的生物相容性。现如今，生物陶瓷复合材料的研究已经成为了现代医学领域一个不可或缺的重要组成部分。

同样，虽说生物医用高分子材料在体内一般不产生异体排斥反应，但是仅凭单一的高分子作为医用支撑材料，其本身不足的力学性能则必将成为发展的软肋。当我们利用高分子材料作为基体相，金属、陶瓷等作为增强相的高分子基复合材料则有希望实现材料的双赢。

生物衍生材料

生物衍生材料，是由经过特殊处理的天然生物组织形成的生物医用材料，而成为生物再生材料。由于所用材料主要以生物本体组织材料为主，故在这里不做主要论述。

最后，迫于社会老龄化的压力以及频发的意外伤害事故，研发更有利于人类的生物医用材料成为了一件刻不容缓的事情，而这值得我们所有人去关注。