[科普中國]-生物惰性

生物惰性，從狹義上起初主要指用于血管外科手術(shù)的材料與血液接觸后不導(dǎo)致血液凝固和血栓的形成的性質(zhì)，因此也被稱為“血液相容性” [1] ；從廣義上講是指材料植入生物體內(nèi)與周圍組織不發(fā)生或僅發(fā)生微弱化學(xué)作用，不對(duì)宿主產(chǎn)生有害反應(yīng)，并保持成分和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的材料特性。

定義生物惰性，從狹義上起初主要指用于血管外科手術(shù)的材料與血液接觸后不導(dǎo)致血液凝固和血栓的形成的性質(zhì)，因此也被稱為“血液相容性” [1] ；從廣義上講是指材料植入生物體內(nèi)與周圍組織不發(fā)生或僅發(fā)生微弱化學(xué)作用，不對(duì)宿主產(chǎn)生有害反應(yīng)，并保持成分和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的材料特性。通常所說的“生物惰性”主要指后者，它包含兩個(gè)方面的含義，一是材料在生物環(huán)境中自身不降解、不變性，保持化學(xué)成分與物理結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，并長期維持其使用功能；二是材料對(duì)植入部周圍組織不產(chǎn)生免疫反應(yīng)和不良刺激，除此之外，生物惰性材料表面呈現(xiàn)出較低的蛋白吸附量、細(xì)菌和炎癥細(xì)胞黏附量。當(dāng)生物惰性材料長期存在于生物體內(nèi)時(shí)，有些惰性材料與生物機(jī)體發(fā)生滲出性組織反應(yīng) （以纖維蛋白原滲出為主），在其表面形成纖維包囊 [2]。

分類與應(yīng)用生物惰性金屬常見生物惰性金屬材料有不銹鋼，純鈦、鉭、鈮、鋯金屬，以及鈦基和鈷基合金等生物惰性金屬。

這類材料具有較高的強(qiáng)度、韌性、耐磨性和耐疲勞性能，常被用來制備承力植入物，廣泛應(yīng)用于硬組織修復(fù)（牙種植體制備、骨組織重建 ）和外科輔助器材等各個(gè)方面。除具備良好的力學(xué)性能及相關(guān)的物理性質(zhì)外，優(yōu)良的抗生理腐蝕性和生物相容性也是其必須具備的條件。

生物惰性陶瓷常見生物惰性陶瓷有氧化鋁、氧化鋯、硼化物、硅化物等。

這類陶瓷材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，組成分子間分子力強(qiáng)，具有較高的機(jī)械強(qiáng)度、耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性。使用最廣泛的惰性生物陶瓷是主相為剛玉的（α-Al2O3）氧化鋁陶瓷，主要用于人工關(guān)節(jié)（承重、承力的髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)）的球和臼，牙種植體等。

生物惰性高分子常見生物惰性高分子聚乙烯、聚氯乙烯、丙烯酸樹脂等。

該類生物惰性高分子能夠在生物體內(nèi)長期保持穩(wěn)定，不發(fā)生降解、交聯(lián)或物理磨損等，物理機(jī)械性能好。部分高分子會(huì)產(chǎn)生少量的降解產(chǎn)物，但要求降解產(chǎn)物不對(duì)機(jī)體產(chǎn)生明顯的毒副作用，同時(shí)材料不致發(fā)生災(zāi)難性破壞。該類材料主要用于人體軟、硬組織修復(fù)體、人工器官、人造血管、接觸鏡、膜材、粘接劑和管腔制品等方面。

生物惰性碳素材料生物惰性碳素材料包括低溫?zé)峤飧飨蛲蕴肌⑻祭w維、氣相沉積碳、金剛石膜、碳/碳復(fù)合材料、含硅碳等。

牙齒受損傷脫落后，植入的人工牙根和牙槽骨之間難以形成新的牙周膜，容易松動(dòng)，而且咀嚼時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力直接作用到牙槽骨上，會(huì)引起不適感。用碳素材料制成的牙根，因?yàn)樯锵嗳菪院?，彈性模量與骨質(zhì)相近，植入牙床后不易松動(dòng)。

在初期研制人工機(jī)械心臟瓣膜時(shí)發(fā)現(xiàn)，在合金材料人工心臟瓣膜表面產(chǎn)生血凝。低溫?zé)峤馔蕴季哂锌鼓?，能與血液長期接觸而不產(chǎn)生血凝。各向同性碳表面噴涂TiN和TiO2可提高機(jī)械瓣的抗凝血性能。

碳纖維用于制作肌腱組織工程支架。采用碳/碳復(fù)合材料制備的股骨頭也已用于臨床。

生物惰性材料的缺點(diǎn)

不具有生物活性，難于和生物組織形成牢固的結(jié)合，與組織間的結(jié)合主要是組織長入其粗糙不平的表面形成一種機(jī)械嵌聯(lián)，即形態(tài)結(jié)合。對(duì)金屬植入物而言，材料長期植入人體后由于化學(xué)穩(wěn)定性下降，會(huì)有雜質(zhì)離子析出，對(duì)周圍組織造成危害；而且金屬材料的彈性模量要比人骨大得多，這會(huì)造成局部應(yīng)力屏蔽現(xiàn)象，使材料易斷裂和人體不適。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

成艷 - 副教授 - 北京大學(xué)前沿交叉學(xué)科研究院