生医材料是指人工合成的物质，可用来替换生命系统的一部份，且当其接触活组织时，会有生物功能。所以研究生医材料的最终目的是：（1）替换因疾病或外伤而造成功能损失的身体部份，（2）协助伤口痊愈，例如缝线、骨板等，（3）改进器官与组织的功能，例如心律调整器或眼内晶体（4）校正有缺陷、不正常的组织与器官，例如胰导素唧筒。从以上的应用项目可了解\生医材料应用于器官或系统上的研究\不仅止于研究材料本身之结构、原理及性质（如简单的化学或电力的功能）且为能达到人体内肝脏复杂的生化生理功能、脑部及感觉器官等复杂之电波及电化学、以及内分泌腺体特异因子的作用等，生医材料之相关研究是永无止境的。 wgcui (站内联系TA)
生物医用复合人工骨修复材料的应用研究（钟 宁 李玉宝）
生物医用材料是用于和生物系统结合，治疗或替换生物机体中的组织、器官或增进其功能的材料 ［1］ 。长期研究与应用发现，传统医用金属材料、高分子材料和一些生物陶瓷材料在体内表现为生物惰性，植入体内不与组织发生键合，与组织结合不牢固，容易松动而导致失败 ［2］ 。而生物活性无机生物材料虽然具有良好的生物相容性和生物活性，能够和自然骨组织形成牢固的生物性键合，且有高的强度和耐磨、耐蚀性、化学稳定性等，但材料的抗弯强度低、脆性大，在生理环境中的抗疲劳与抗破坏强度不高，它只能应用于不承受负荷
或仅承受小的纯压应力负荷的情况 ［3］ 。因此，单一材料不能很好地满足临床应用的要求。利用不同性质的材料复合而形成的复合生物材料，不仅可兼具组分材料的性质，而且可以得到单组分材料不具备的新性能。复合生物材料由此引起了人们极大的兴趣和广泛的关注。生物医用复合材料是由两种或两种以上的不同材料复合而成的生物医用材料，它主要用于人体组织的修复、替换和人工器官的制造。特别是模仿了自然骨的组成和结构的生物活性无机材料和有机高分子材料所形成的复合材料 ［4］ 。这种复合材料的出现和发展，为获得结构和性质类似于人体组织的生物医学材料开辟了一条广阔的途径，为人工器官和人工修复材料的开发与应用带来了新的希望。 1 临床对人工骨修复材料的要求
1.1 生物医用材料必须满足的要求 植入体内的材料在人体复杂的生理环境中，长期受物理、化学、生物电等因素的影响，同时各组织以及器官间普遍存在着许多动态的相互作用，因此，生物医用组分材料必须满足下面几项要求:（1）具有良好的生物相容性和物理相容性，保证材料复合后不出现有损生物学性能的现象;（2）具有良好的生物稳定性，材料的结构不因体液作用而有变化，同时材料组分不引起生物体的生物反应;（3）具有足够的强度和韧性，能够承受人体的机械作用力，所用材料与组织的弹性模量、硬度、耐磨性能相适应，增强体材料还必须具有高的刚度、弹性模量和抗冲击性能;（4）具有良好的灭菌性能，保证生物材料在临床上的顺利应用。此外，生物材料要有良好的成型、加工性能，不因成型加工困难而使其应用受到限制
［5］ 。
1.2 自然骨的生物力学特点 在人的运动系统中骨与关节是受力载体，骨与关节承受各种外力，在骨内产生应力，并经骨进行传导。由于应力性质不同，骨骼发生一系列的生物力学适应性改变，如应力应变，应力塑形，应力改建等。骨只有在不断地适应承受外力产生应力刺激的力学环境中，才能不断地进行骨结构自身的塑形和改建，也只有不断进行骨结构塑形和改建，骨才能适应外部环境的变化。功能活动不但直接决定着骨的形态、尺寸大小和结构方式，而且还使骨的强度、刚度、稳定性始终适应于功能活动的需要 ［6］ 。骨的生物力学研究结果表明，充足的血供和完整的受力骨结构的生物学基础和不断地承受外力，产生应力，传导应力的力学环境是活骨存在和改建的主要条件。如果骨的血运和骨的完整性被破坏，或者骨的正常力学环境被部分替代，就会发生骨折延迟愈合或骨质疏松 ［7］ 。 1.3 临床对人工骨的要求 生物相容性好，无毒副作用;有良好的韧性、强度、刚度、抗疲劳性;长期稳定或与骨折愈合同步降解吸收;便于消毒而不变形、不变性、不变质;轻便、价廉、易于加工、可塑形 ［8］ 。
1.4 骨折内固定系统对人工骨的要求 人工骨进行小的骨块填充和修补，其要求并不高，更为重要的作用在于大块骨缺损、整段骨缺损的替换和重建，这对人工骨的要求就非常高。由于生物医用材料的特殊性，参与大块骨缺损、整段骨缺损的替换和重建，涉及到的不仅是材料本身的特性，更大程度上应注意到人工骨仅是骨折内固定系统中的
一部分，骨折内固定系统对人工骨提出了更高的要求。骨折复位后固定是骨折维持稳定的关键，内固定必须具备两个基本功能:一是维持骨折复位后正常几何形态，而不移位即稳定性;二是对轴向传导的应力不发生遮挡效应 ［9～10］ 。
刚度即对抗变形的能力，要维持骨折复位后正常几何形态，就要求内固定装置的刚度大于骨骼的刚度。固定的目的是维持骨折复位、重建后的稳定，在愈合早期内固定系统要能对抗外力而不发生变形，必须具有足够的刚度。如何不借助其它材料就能做到愈合早期的坚强固定，这对人工骨的研究开发是一个重点和难点。随着骨折愈合过程的进展，骨骼的刚度逐渐提高恢复到骨折前刚度，装置也就失去固定作用。目前广泛使用的不锈钢内固定系统的弹性模量（7200GPa）远远大于股骨弹性模量（20GPa）。大多数人工骨的弹性模量远远超过股骨的弹性模量 ［11］ 。
骨的替换和重建，其牢固的固定是极其关键的，但牢固固定与应力遮挡是一对矛盾。生物医用复合材料人工骨其弹性模量已可做到与人骨相当，有望解决应力遮挡这一传统医用金属材料无法克服的问题，为骨折愈合的研究展现了良好的前景。可吸收人工骨的应用具有重要的意义，但由于降解吸收与强度又是一对矛盾，故在临床使用上仍十分有限。同时，与骨折愈合同步降解的人工骨，因人体的部位、个体差异以及诸多不可预期的原因，尚难达到理想状态 ［12］ 。 2 生物无机与有机高分子复合骨修复材料
自20世纪70年代末，羟基磷灰石作为新型生物材料问世以来，已越
来越引起医学界及相关学科浓厚兴趣。由于羟基磷灰石是由与人体硬组织无机质相近的物质组成的，因此羟基磷灰石是骨和牙齿种植中很具潜力的生物材料。由于纯羟基磷灰石脆性较大，强度较低，所以人们都在通过各种途径对它进行改性制成复合材料，生物有机高分子基复合材料，尤其生物无机与高分子复合材料的出现和发展，为人工器官和人工修复材料、骨填充材料开发与应用奠定了坚实的基础 ［13，14］ 。
自然骨是由磷灰石和高分子胶原纤维构成的无机/有机复合材料，具有良好的力学性能。基于仿生的概念，人们期望能研制出一种机械强度和韧性好，弹性模量接近自然骨的生物活性材料，一些聚合物具有较好的韧性和接近人骨的弹性模量，但缺乏生物活性。磷酸钙无机材料是构成人骨无机质的主要成分，因而与自然骨组织有天然的亲和性，磷酸钙无机材料生物相容性好，能与周围骨组织形成牢固的键合，但该种材料的脆性大、抗折强度低和成型困难 ［15］ 。磷酸钙无机材料与高聚物复合，可以将二者性能充分结合起来，可望得到力学性能好（强度、韧性好），弹性模量与人骨相近且具有良好生物相容性和生物活性的骨修复和重建生物材料。目前常见的生物无机与有机高分子复合材料主要有:羟基磷灰石（HA）、磷酸三钙（TCP）、A-W玻璃陶瓷（BGC）和生物玻璃（BG）与增强高密度聚乙烯（HDPE）、聚酰胺（PA）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚乳酸（PLA）、聚乙醇酸（PGA）及聚乳酸和聚乙醇酸的共聚物（PLGA）等高分子化合物的复合材料 ［16，17］ 。HDPE-HA复合材料随HA掺量的