生物材料是指“以醫(yī)療為目的，用于和活組織接觸以形成功能的無(wú)生命材料”，包括具有生物相容性的材料。在骨科應(yīng)用的生物材料按其性質(zhì)主要分為，醫(yī)用金屬材料、醫(yī)用高分子材料和醫(yī)用無(wú)機(jī)非金屬材料等，現(xiàn)就其應(yīng)用綜述如下。

1 醫(yī)用金屬材料

骨科生物金屬材料是指能夠植入人體，治療骨骼疾病、替換骨組織，恢復(fù)骨骼的正常生理功能的一種生物惰性材料，由于具有較高的強(qiáng)度和韌度，金屬材料是骨科中應(yīng)用最多的植入材料，廣泛用于骨科的各類疾病的治療，金屬作為一種植入材料一般要求是：①有足夠的力學(xué)強(qiáng)度和抗疲勞性能；②有極好的耐腐蝕性能，無(wú)磁性；③材料必須無(wú)毒、無(wú)致癌性與過(guò)敏反應(yīng)；④應(yīng)具有良好的光潔度[1]。現(xiàn)在常用于臨床的醫(yī)用生物金屬材料主要包括醫(yī)用不銹鋼、鈷基合金、醫(yī)用形狀記憶合金等。

1.1醫(yī)用不銹鋼：根據(jù)臨床對(duì)硬度，韌度的要求，醫(yī)用不銹鋼的材料有多種，最好的不銹鋼合金是316L型，一直作為器具材料廣泛使用。具有較好的機(jī)械性質(zhì)，易于加工制造且價(jià)格便宜，但同鈷基合金相比有較大的局部腐蝕敏感性[2]，主要用于接骨板、骨螺釘、人工關(guān)節(jié)等。

1.2 合金類：主要包括①鈷基合金：鈷基合金具有良好的耐磨性和抗蝕性，適于長(zhǎng)期應(yīng)用于體內(nèi)承載條件苛刻的植入，是目前醫(yī)用金屬材料中最優(yōu)良的材料之一，已列入ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，但缺點(diǎn)是機(jī)械性能低于不銹鋼，而且加工困難、產(chǎn)量低、價(jià)格貴，常被選擇為永久性植入材料。多用于骨折固定和制作人工關(guān)節(jié)。②鈦合金：具有優(yōu)于前兩種材料的機(jī)械性能，質(zhì)輕，組織相容性良好，生物界面結(jié)合牢固，在機(jī)體內(nèi)有極高的惰性和抗腐蝕性，是理想的植入材料，缺點(diǎn)是耐磨損性差和難以加工。鈦合金微型鋼是頜骨骨折復(fù)位內(nèi)固定的首選內(nèi)固定物[3]，目前對(duì)膝、髖等大的人工關(guān)節(jié)多使用鈦合金。③如鈷、鎳、鉻及鉬合金，是通過(guò)多步驟精制而成的一種新型植入材料。其抗腐蝕性和生物相容性與鍛造的鈷鉻合金相似，機(jī)械強(qiáng)度大，具有不銹鋼和鈷鉻合金的許多優(yōu)點(diǎn)，作為骨折內(nèi)固定物有廣闊的應(yīng)用前景。④鎳鈦記憶合金：該材料有形狀記憶效應(yīng)，其理化性能表現(xiàn)為強(qiáng)度高，耐磨、耐腐蝕、無(wú)磁、無(wú)毒等特點(diǎn)，而且其硬度和剛度跟人體骨組織最接近，被認(rèn)為是最理想的生物內(nèi)固定植入材料。

金屬材料普遍的缺點(diǎn)是植入人體后，長(zhǎng)期存在人體，金屬中某些元素離子進(jìn)入人體組織液、血液、器官，如鉻、鎳離子對(duì)人體具有致敏作用，甚至誘導(dǎo)機(jī)體發(fā)生癌變，另外長(zhǎng)期受力的金屬還會(huì)發(fā)生金屬受力疲勞和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變，從而引起遠(yuǎn)期手術(shù)的失敗等問(wèn)題。是其普遍缺陷。

2 醫(yī)用高分子材料

2.1非生物降解型高分子材料，如聚乙烯、聚丙烯等，具有穩(wěn)定性好，不發(fā)生降解，交聯(lián)或物理磨損等，而且有良好的機(jī)械性能，對(duì)機(jī)體不產(chǎn)生明顯毒副作用，主要用于制作組織工程軟、硬組織，人工器官等。如硅橡膠是含有硅原子的特種合成橡膠的總稱，無(wú)毒、無(wú)味、通氣性能好，能耐高溫低溫，具有良好的生理惰性和抗凝血性能，有彈性，宜清洗、滅菌，在骨外科可作引流管、人工腱鞘等。利用輻射接枝改性技術(shù)可制成醫(yī)用硅橡膠水凝膠膜，該材料具有高純度、親水性、吸水后形成穩(wěn)定的水凝膠及生物相容性優(yōu)良等特點(diǎn)。在治療骨關(guān)節(jié)損傷疾患和肌腱斷裂手術(shù)中植入該膜，可預(yù)防組織粘連[4]。高密度聚乙烯：其用于制造人工髖臼的分子量多在200～500萬(wàn)左右，其摩擦系數(shù)低，約為0.03～0.06，抗沖擊性強(qiáng)，耐磨性強(qiáng)，年磨損率約為0.1～0.2 mm，是目前國(guó)際上普遍用于制造人工關(guān)節(jié)的較好材料。

2.2 生物降解型高分析材料 有聚酯類、膠原、甲殼素、纖維素等，其中最主要的是聚乙交酯(PGA)、聚丙交酯(PLA)及其混聚物，聚酯類似一類親水性非常強(qiáng)的高分子降解材料。聚酯類能在體內(nèi)降解，最終被分解代謝成CO2和H2O2從人體排出。PLA具有一定機(jī)械強(qiáng)度和良好的加工性能。PGA可支架誘導(dǎo)促進(jìn)成骨細(xì)胞的黏附增殖和分化，但其降解過(guò)快，且降解產(chǎn)物積聚會(huì)造成局部PH值下降，導(dǎo)致細(xì)胞中毒死亡。PGA與PLA形成的混聚物可通過(guò)二者的比例來(lái)調(diào)節(jié)其機(jī)械強(qiáng)度和降解速率[5]。聚酯類生物降解材料可以制成棒、針、螺釘、接骨板等，受其降解速度限制，固定部分在愈合期間不能承受較大的應(yīng)力。是目前組織工程中廣泛應(yīng)用的支架，臨床上多用于固定骨折愈合相對(duì)較快的骨骼，亦可用于關(guān)節(jié)鏡下膝前十字韌帶的損傷后重建、半月板損傷的修復(fù)，在骨組織工程學(xué)領(lǐng)域也是一種很有前景的細(xì)胞培養(yǎng)支架材料[6]，但不適于長(zhǎng)骨干骨折固定，因其臨床愈合所需時(shí)間較長(zhǎng)，骨折斷端應(yīng)力大。生物降解材料作為內(nèi)固定材料，在手術(shù)操作過(guò)程中不易割傷軟組織，即使在加壓情況下也不會(huì)損傷松質(zhì)骨[7]，在所固定的組織愈合之前能夠保持足夠的強(qiáng)度，可隨著骨組織的愈合機(jī)械強(qiáng)度適當(dāng)衰減，使骨折斷端得到正常的應(yīng)力刺激，沒(méi)有金屬材料存在的應(yīng)力遮擋、腐蝕反應(yīng)等缺點(diǎn)，可使患者避免清除植入物的第2次手術(shù)，亦不影響MR或CT等影像學(xué)復(fù)查，使用起來(lái)比金屬制品要安全和方便。但如果內(nèi)植物的降解產(chǎn)物超過(guò)組織的清除能力，可發(fā)生遲發(fā)性無(wú)菌性炎癥，局部突然發(fā)紅、疼痛、腫脹、有波動(dòng)感，反應(yīng)嚴(yán)重者，可發(fā)生廣泛性皮膚壞死[8]，降解速度快的PCA比降解速度慢的PIA炎癥發(fā)生率高，血運(yùn)不佳的部位更易并發(fā)炎癥反應(yīng)[9]，因此應(yīng)權(quán)衡利弊，謹(jǐn)慎選擇。

3 醫(yī)用無(wú)機(jī)非金屬材料

3.1生物活性陶瓷，主要有磷酸鈣陶瓷、生物活性骨水泥及生物活性玻璃等，生物活性陶瓷具有骨傳導(dǎo)性，它作為一個(gè)支架，成骨在其表面進(jìn)行，還可作為多種物質(zhì)的外殼或填充骨缺損。目前最常用的主要有羥基磷灰石(HA)、磷酸三鈣(TCP)及兩者結(jié)合使用3種。HA與TCP的復(fù)合物既保存了單純HA的優(yōu)點(diǎn)，又可根據(jù)需要通過(guò)調(diào)整兩者的復(fù)合比例來(lái)控制其植入后的降解速度，是較理想且具有較大臨床應(yīng)用前景的骨組織工程細(xì)胞載體[10]。骨水泥很少引起免疫反應(yīng)，系統(tǒng)毒性也微不足道，具有良好的生物相容性，并能和骨直接融合，在骨科臨床上已經(jīng)應(yīng)用于股骨頸骨折的內(nèi)固定增強(qiáng)和橈骨遠(yuǎn)端骨折內(nèi)固定等[l1]。由于此類材料在生物學(xué)上缺乏有效的骨誘導(dǎo)性，脆性較大，抗張、抗扭和抗剪力差，為保證固化正常進(jìn)行，應(yīng)用時(shí)要求受區(qū)相對(duì)干燥，因此單純此類材料臨床應(yīng)用較少，仍需進(jìn)一步改進(jìn)。

3.2 生物惰性陶瓷 氧化鋁：氧化鋁是一種生物陶瓷，其硬度大，耐磨，生物相容性好，單晶氧化鋁可用于骨折內(nèi)固定，多晶氧化鋁即剛玉，可制作人工關(guān)節(jié)。研究發(fā)現(xiàn)將氧化鋁晶體納米化合物團(tuán)塊浸在與生物體液相似的溶液中，其表面可生成骨樣磷灰石層，提示在活體內(nèi)可能形成生物陶瓷如HAP、TCP等[12]。此外還有氧化鋯陶瓷被做成人工股骨頭用于全髖關(guān)節(jié)置換。最近還報(bào)道研制出一種結(jié)合了氧化鋁的生物特性及鎧氧化鋯的機(jī)械特性的新型物質(zhì)，這種混合陶瓷比氧化鋁陶瓷的磨損率低，在模擬人上進(jìn)行的初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有一定的應(yīng)用前景[13]。

3.3碳素材料：碳纖維有利于生物組織攀附生長(zhǎng)，可用于人工肌腱和韌帶的置換[14]。低溫裂解碳又稱各向同性碳，是將烴類氣體在高溫下炭化，可以直接蒸鍍?cè)谌斯りP(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)磨損表面，作為減磨涂層。類金剛石膜(DLC)亦稱金剛石樣碳素膜，是一種非結(jié)晶的碳?xì)浠衔铮哂辛己玫募?xì)胞相容性、血液相容性及高耐磨性高硬度等特點(diǎn)，可以沉積于人工關(guān)節(jié)表面。作為聚乙烯的對(duì)抗面，DLC同氧化鋁、鈷基合金的耐磨相當(dāng)，可顯著改善矯形裝置的磨損[15]。是一種很有發(fā)展前景的膜材料。 近年來(lái)，隨著生物醫(yī)學(xué)工程、材料科學(xué)、納米技術(shù)的的迅速發(fā)展，對(duì)于生物材料的研究也日益深入，各種復(fù)合材料以及更加與各類型骨折愈合相適應(yīng)的可降解性生物材料在骨科領(lǐng)域應(yīng)用日趨廣泛。人工骨不僅具有良好的組織相容性，而且能誘導(dǎo)正常骨的形成，最終達(dá)到完全的骨修復(fù)，。隨著醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)和基因工程及組織工程學(xué)的快速發(fā)展，利用不同的生物材料復(fù)加工，組配成理想中具有多種生物活性的人工骨將成為現(xiàn)實(shí)。

參 考 文 獻(xiàn)

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