合成聚合物大多是以线状或丝状形式使用,如尼龙,聚丙烯等用于不可降解的缝合线,而聚二噁烷,聚乳酸等用于可降解的缝合线。还有如聚对苯二甲酸乙酯和聚四氟乙烯用于血液接触方面自古代以绢丝为缝合线以来,许多的生物由来材料已被广泛应用。比如胶原蛋白,已经不再局限于素材化,而是将去除细胞的组织(去细胞组织)直接应用了。
在这4类生物材料中,金属材料以其高强度,优韧性,易加工等特征广泛使用在整形外科和齿科领域。如高强度,高耐蚀性,高疲劳特性的SUS316L不锈钢,Co-Cr合金和钛合金等,已经从结构材料转变作为生物材料使用,因此,对生物用金属材料使用的安全性及体内的异物反应是研究的热点。近年来Ni,V等不含生物毒性元素的材料和具有较低的杨氏模量的钛合金也在不断作为生物材料而开发。
1。2 金属生物材料
如今对生物机制的了解日益加深,生物用金属材料除了研究如何像结构材料那样使用外,也再次以重建人体机能的再生医疗材料而被人们所关注。将具有比金属材料具有更好的骨传导性,生物亲和性等性能的陶瓷或生物机能高分子与金属材料复合,创造出新技能的复合材料也是近期的研究热点。而且,最近对于作为生物吸收性材料(生物可吸收金属材料,即能被人体吸收,可在体内降解的材料)的镁的研究也有了新的进展。对于这些金属材料,最近特别热门的研究就是表面修饰(表面改性)和生物吸收性,多孔质金属材料的研究。
目前使用的人工关节的轴面,为了促进骨骼间的早期结合,以等离子涂层的形式覆盖上了一层磷酸钙涂层或进行了多孔质化。涂层表面目前还存有涂层界面与材料界面的结合强度,与骨骼结合充分的所需时间等问题亟需解决。因此,溅射或等离子涂层工艺的改良,电沉积和溶胶-凝胶涂层的改善正在开展。[3]此外,为促进体内磷灰石析出,提出了钙离子注入或表面碱溶液处理,近年来也在纳米级的多孔质表面进行相关研究。同时为使涂层表面与材料表面的机械结合性提高也进行了各种各样的实验来对多孔质表面进行改良。另一方面,为了能通过材料表面的古芽细胞促进骨再生,也进行了许多赋予材料表面骨成长因子或抗生物质的药剂的开发。
提高人工关节滑动部位的耐磨损性也是提高人工关节寿命的重要课题。因此,不仅仅是对高分子表面改性,股骨头或金属材料表面的氮化与DLC(Diamondlike Carbon)涂层也在研究中。近年,由氧化锆生成的耐磨损表面也成功开发出来了。[4]
血管内使用的支架等材料的表面,需要抑制蛋白质或血细胞成分复合,血栓形成等。因此,基于聚乙二醇和DLC的表面修饰正在研究中。另一方面,为抑制支架周围的血管的再狭窄,在表面固定能持续释放药剂的分解性高分子相关的研究也是一大热门。这些研究由于都需要在表面固定特定的陶瓷或高分子,故常常要等到各表面修饰材料确立之后才能进行。
医用金属材料新的研究方向是探索生物吸收性金属。这是以德国汉诺威大学的小组为中心,于2001年左右开展的研究。虽然当初尝试以纯铁作为可吸收材料,但是动物植入试验的结果表明生物相容性并不理想,因此改用镁合金做研究。事实上,镁合金的杨氏模量几乎和骨骼完全一样,因此早在1930-40年代就尝试在整形外科中作为矫正材料来使用了。[5]然而,由于氢释放使得植入周边组织形成孔洞。同时40年代开始力学性能优异的不锈钢广泛使用,镁合金医用研究的热潮就褪去了。但是最近的研究中心不再是外科整形而是循环器领域,即以支架应用为中心。如今比起整形外科用的注入型更加小巧,氢嵌入量也更少,另外血液流动时并不会产生空位从而备受瞩目欧洲方面已经进行临床试验了,日本的大阪大学,九州大学的小组也在进行开发研究。此外考虑到整形外科领域的适用性,体内耐蚀的镁合金和多孔体也在开发中。论文网