生物工程的光芒: 生物医学材料
生物医学材料又称生物材料,其研究与开发始于本世纪30年代,在近20年内得到了飞速发展。它已被许多国家列为高技术新材料发展规划,并迅速成为竞争激烈的世界性高技术关键新材料的重要领域之一;它对于人类的健康生活和国家的经济及社会和谐发展,均具有重要意义。
生物医学材料的特点
正如建房子需要水泥和钢筋一样,当患者的组织和器官发生病变、引起损伤或衰竭需要治疗时,医生往往希望有合适的材料能够仿制或替代这些组织和器官,这类材料即是生物医学材料。确切地说,生物医学材料是一类对人体细胞、组织和器官具有增强、替代、修复和再生作用的新型功能材料。
从研究内容上看,生物医学材料研究涉及材料学、生物学、医学、药学、物理学和化学等学科。一方面,生物医学材料的发展不断地丰富和促进了这些学科的发展;另一方面,正是由于这些学科知识的横向渗透、互相借鉴并逐渐突破旧有学科的种种限制,才加速了生物材料学科的形成。
从材料种类上看,目前人类社会使用着数以亿计的各种材料,但生物医学材料只有数百种,这是因为生物医学材料有一些特殊的要求。
概括起来说,生物医学材料有三个基本要求:首先是生物相容性,即要求材料在使用期间内,同机体之间互不产生有害作用。这是生物医学材料最基本的要求,也是其区别于其他功能材料的最主要的特点。实际上,绝对意义上的生物相容性是不存在的。一方面,生命是一个封闭的自协调平衡系统,对外来异物的“入侵”有一种天然本能的免疫排斥作用;另一方面,任何材料都会在一定程度上破坏生命系统的原有平衡而引起机体的不适反应。因此,实际上的生物相容性是指材料和机体之间所能发生不良作用的程度限制在双方能够“容忍”的范围内。
其次,材料必须能够在生理环境的约束下发挥一定的生理功能,常称之为生物功能性。如人工代骨材料必须具有一定的力学性能,以保证代骨材料的承载功能。因此,人工关节的首选材料仍是高强韧性的医用金属材料。膜透析材料必须对生物分子具有选择性透析功能。人工眼角膜材料要有一定的透光性和润湿性等。
最后,材料还必须具有一定的可靠性。即材料在人体使用期间内必须确保不出问题,人体部件不能像机器一样任意拆卸检修。生物医学材料本身是为人类生命健康服务的,如果在使用期间没有绝对的可靠性,则往往会成为引狼入室的“杀手”。当然,生物材料随使用部位的不同,还有一些特殊性要求。尽管存在这些极为苛刻的限制,但经过人类数千年来不懈的努力和筛选,我们还是拥有了一定数量的生物医学材料。
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