生物医学工程理论与实践/生物材料
美国国立卫生研究院共识发展会议将生物材料定义为“任何物质（药物除外）或物质组合，无论其来源是合成的还是天然的，都可以作为整体或作为系统的一部分，在任何时间段内用于治疗、增强或替代身体的任何组织、器官或功能”（Boretos 和 Eden，1984）[1]。生物材料领域在过去 50 年中发展迅速。生物材料作为一个领域，融合了医学、生物学、化学、材料科学和工程的理念。此外，生物材料研究人员还应考虑伦理、法律和医疗保健服务系统。
生物材料可以分为金属、陶瓷、聚合物、玻璃、碳和复合材料。表 1 显示了合成材料在人体中的一些应用。它包含许多通常被归类为“生物材料”的材料。金属、陶瓷、聚合物、玻璃、碳和复合材料列在此表中。这些材料用作模制或机加工零件、涂层、纤维、薄膜、泡沫、织物、液体和粉末。表 2 展示了生物材料和医疗器械的商业市场规模。到 2017 年，全球生物材料市场规模将从 2012 年的 440 亿美元增长至 884 亿美元。由于政府的投资、资金和资助增加、积极的合作、技术进步、生物材料应用的不断增加以及老年人口的增长，生物材料市场正在持续增长[2]。
表 1. 生物材料类型、特性和应用[3][4][5]<ref> 标签中的无效参数[6]
| 材料 | 优点 | 缺点 | 主要应用 |
|---|---|---|---|
| 聚合物：Silastic、Teflon、Dacron、尼龙、PMMA、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯 | 易于生产，密度低 | 机械强度低，易降解 | 缝线、动脉、静脉、水泥、人工肌腱、牙齿、耳朵、鼻子、心脏瓣膜、晶状体、睾丸和乳房。植入物 |
| 金属：316、316L 不锈钢、Vitallium、银、钽、钴 F-75 以及 Ti、Cr+CO、Cr+Co+Mo 的合金 | 延展性好，抗磨损和冲击的机械强度高 | 生物相容性低，在生理环境中会腐蚀，机械性能与生物组织差异很大 | 钉书钉、板和线，关节假体，牙齿植入物，阴茎植入物，颅骨板和面部重建网 |
| 陶瓷：氧化铝、铝酸钙、氧化钛、磷酸钙、碳、Bioglass | 生物相容性高，耐腐蚀，抗压强度高，惰性，热导率和电导率低 | 抗冲击性差，性能难以重现，加工制造困难 | 牙齿部件、涂层、骨填充剂、内窥镜、耳科植入物、医疗工具和设备 |
| 复合材料：金属与陶瓷涂层，碳涂层材料 | 生物相容性高，耐腐蚀，惰性 | 加工过程中缺乏一致性，难以重现 | 心脏瓣膜，膝关节植入物，人工关节，髋关节植入物 |
| 天然材料：胶原蛋白，人体组织，透明质酸，移植 | 人体内有，生物相容性好 | 宿主可能会排斥 | 增加或替代硬组织和软组织，角膜保护剂，血管移植物，肌腱和韧带，心脏瓣膜，眼科润滑剂，替代滑液 |
表 2. 生物材料和医疗保健市场
| 美国医疗保健总支出 | 2.9 万亿美元（2013）[7] |
| 美国医疗器械市场总额 | 1100 亿美元（2014）[8] |
| 全球生物材料市场 | 440 亿美元（2012）[2] |
- Bronzino, Joseph D. (2006 年 4 月). 生物医学工程手册，第三版. [CRC 出版社]. ISBN 978-0-8493-2124-5.
- Villafane, Carlos, CBET. (2009 年 6 月). 生物医学：从学生的角度，第一版. [Techniciansfriend.com]. ISBN 978-1-61539-663-4.
{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link) - Buddy D. Ratner, Allan S. Hoffman, Frederick J. Schoen, Jack E. (2012 年 11 月 8 日). 生物材料科学：医学材料入门. 学术出版社. ISBN 978-0123746269.
{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
- ↑ Boretos, J.W., Eden, M. 现代生物材料，材料和宿主反应，临床应用，新技术和法律方面。Noyes 出版社，新泽西州帕克里奇（1984 年），第 232-233 页。
- ↑ a b 定制市场研究服务，生物材料
- ↑ Buddy D. Ratner, Allan S. Hoffman, Frederick J. Schoen, Jack E. (2012 年 11 月 8 日). 生物材料科学：医学材料入门. 学术出版社. 第 2 页. ISBN 978-0123746269.
{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link) - ↑ J. B. Park，生物材料科学与工程，普伦蒂斯·霍尔出版社，纽约，1984 年。
- ↑ K. Mattox，生物材料——硬组织修复与替代，第 3 卷（D. Muster，编辑），Elsevier 出版社，阿姆斯特丹，1992 年。
- ↑ Alejandro Sáenz、Eric Rivera-Muñoz、Witold Brostow 和 Victor M. Castaño，陶瓷生物材料：入门概述，《材料教育杂志》，第 21 卷（5-6）：297-306（1999 年）
- ↑ 疾病控制与预防中心
- ↑ SELECTUSA，美国医疗器械行业
简要回顾：生物材料及其应用，Amogh Tathe 等人，国际药学与药学科学杂志，第 2 卷，增刊 4，19-23 页
Joon B. Park 和 Roderic S. Lakes 编著的生物材料