生物惰性材料是指一類在生物環境中能夠保持穩定，不發生或僅發生微弱化學反應的生物醫學材料，主要是惰性生物陶瓷類和醫用金屬及合金類材料。由於在實際中不存在完全惰性的材料，因此生物惰性材料在肌體內也只是基本上不發生化學反應，它與組織間的結合主要是組織長人其粗糙不平的表面形成一種機械嵌聯，即形態結合。
基本介紹
- 中文名：生物惰性材料
- 釋義：保持穩定反應的生物醫學材料
- 分類：陶瓷類和醫用金屬及合金類材料
- 形態結合：生物惰性材料與組織間的結合
- 代表分子：聚乙烯、丙烯酸樹脂等
- 特點：力學性能穩定
分類,惰性高分子,
分類
氧化物陶瓷(A1203、zQ)、Si3N4陶瓷、玻璃陶瓷、醫用碳素材料、醫用金屬材料等。該類材料由於具有生物惰性，植人體內後無論是形體或結構一般不會發生改變，力學性能穩定，因此該類材料是目前人體承重材料中套用最廣泛的材料。
惰性高分子
一些需要在體內長期存在的材料，希望使其具有生物惰性，即材料在體內穩定，對宿主不產生有害反應。 非降解型醫用高分子材料主要是聚氨酯、矽橡膠、聚乙烯據丙烯酸酯等，廣泛用於韌帶、肌腱、皮膚、血管、人工臟器、骨和牙齒等人體軟、硬組織及器官的修復和製造、粘合劑、材料塗層、人工晶體等。其特點是大多數不具有生物活性，與組織不易牢固結合，易導致毒性、過敏性等反應。常見的生物惰性高分子如下：
聚乙烯（Polyethylene，PE）
聚乙烯是鏈狀非極性分子，對化學藥劑極為穩定，耐酸耐鹼。聚乙烯非常堅韌，有一定的柔順性和高絕緣性。由於聚乙烯具有優異的物理機械性能，其化學穩定性、耐水性和生物相容性均良好，無味、無毒、無嗅、植入體內無不良反應。因此在醫用高分子領域中得到廣泛套用，是醫用高分子消耗量最大的一個品種。超高分子量聚乙烯耐磨性強摩擦係數很小，蠕動變形小，有高度的化學穩定性和疏水性，是製作人工髖、肘、指關節的理想材料。高密度聚乙烯還可以用作人工肺、人工氣管人工喉、人工腎、人工尿道、人工骨、矯形外科修補材料及一次性醫療用品。
聚氯乙烯（Polyethylene，PVC）
聚氯乙烯的聚合度約在590．1500(BP數均分子量約為3．6-9．3萬)，化學穩定性好，有良好的耐化學藥品及耐有機溶劑的性能，在常溫對酸(任何濃度的鹽酸，90%的硫酸，稀硝酸、鹼20%以下)及鹽的作用穩定。可溶於二甲基甲醯胺、環己酮、四氫呋喃等溶劑，機械性能和電性能良好，耐光和熱的穩定性較差，軟化點為80℃，於130℃開始分解變色，析出氯化氫。聚氯乙烯製品分為軟製品和硬製品兩類。聚氯乙烯的性質可用添加增塑劑來改善，常用的增塑劑有鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛酯、環氧大豆油和磷酸三甲酚酯等。增塑劑能使聚氯乙烯的可拉伸性和彈性增加，但抗張強度降低。
21世紀以來發現單體氯乙烯有致癌毒性，許多國家規定醫用及食品包裝用聚氯乙烯製品的氯乙烯殘留量必須小於l ppm溶出量小於0.05ppm增塑劑的聚氯乙烯軟製品，如作植入物及製作輸血、輸液袋和貯血袋等用時必須考慮所用增塑劑的溶血量及毒性，須按材料安全條件嚴格篩選。聚氯乙烯製品除其熱穩定性較差而難以加熱煮沸消毒外，其它性能良好。大
量用作貯血、輸血袋，以及用來製造輸液管、輸血管、體外循環裝置、人工腹膜、人工尿道、袋式人工肺障e合袋)及入工心臟等。
丙烯酸樹脂
丙烯酸樹脂由丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或取代丙烯酸酯經聚合或共聚而成。丙烯酸樹脂的特點是生物惰性、組織相容性好，無三致（致癌、致畸、致突變)、無毒，易滅菌消毒，機械強度好、粘結力強、可室溫固化。被廣泛套用於生物醫用和醫療衛生領域。丙烯酸樹脂中最常用的是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），俗稱有機玻璃，具有良好的生物相容性、耐老化性能，機械強度較高，在醫學上被用於顱骨修復材料、人工骨、人工關節、胸腔填充材料、人工關節與骨材料的膠粘劑，以及義齒、牙托等。改性親水性PMMA，在眼科、燒傷敷料、微膠囊等方面得到套用
聚四氟乙烯
聚四氟乙烯有“塑膠王”之稱，由四氟乙烯單體聚合而得：引發劑多採用無機過氧化物，根據聚合壓力分高壓法與低壓法。
聚四氟乙烯是特點是最好的耐高溫塑膠，結晶熔點高達327℃，幾乎完全是化學惰性的具有自潤滑性或非粘性，不易被組織液浸潤，具有優良的耐化學藥品性能、電性能、表面性能與物理機械性能。不易凝血、植入後組織反應小。廣泛用於人工器官與組織修復材料、醫用縫合線、醫療器械材料等方面。如人工輸尿管，膽管、氣管、喉、韌帶和肌腱，食管擴張器，人工血液，人工心臟瓣膜、人工血管、心臟瓣膜的縫合環、血液相容性絲絨、肺動脈和室間隔的缺損補片。下頜骨、髖關節材料、修複眼眶骨、隆鼻材料
膨體聚四氟乙烯是一種特殊的聚四氟乙烯材料，由聚四氟乙烯樹脂經拉伸等特殊加工方法製成。白色，富有彈性和柔韌性，具有微細纖維連線而形成的網狀結構，這些微細纖維形成無數細孔，使膨體PTFE可任意彎曲（過360° ），血液相容性好，耐生物老化，用於製造人造血管、心臟補片等醫用製品。從醫學角度，是目前最為理想的生物組織代用品。由於其良好的生物相容性及特有的微孔結構，無毒、無致癌、無致敏等副作用，而且人體組織細胞及血管可長入其微孔，形成組織連線，如同自體組織一樣，用其隆鼻效果十分滿意。
聚四氟乙烯套用的局限性：價格昂貴；膨體表面的微孔可以藏細菌，有些細菌屬條件致病菌，正常情況下不會引起感染。但由於其多孔的特性，一旦感染出現將很難控制，一般只有將其取出，且取出操作較困難
有機矽高分子
2000年來，有機矽高分子材料在醫學上獲得了廣泛的套用，如有機矽橡膠，有機矽季銨鹽抗菌防霉劑等。有機矽是指含Si—O鍵交替組成的化合物，其中最重要的是以(SiR2-O-SiR2-O)n為主鏈而側鏈帶有機基團的高分子化合物。因其獨特的化學結構而具有許多優異的物化性能和生物相容性。
由於有機矽具有無毒、無味、生物相容性好、無皮膚致敏性、生物惰性、耐高低溫、透氣性好、獨特的溶液滲透性以及物化性能穩定等特點，在醫學領域中有了長足的發展。
矽橡膠有機矽橡膠是醫用有機矽高分子材料的大類，具有無毒、無腐蝕、不引起凝血、不致癌、不致敏，注入或在人體內使用後不會引起周圍組織炎症和變態反應等特性，與人的機體相容性好，並可耐受苛刻的消毒條件，是一種理想的醫用高分子材料。有機矽橡膠製品長期植入人體不喪失其彈性和抗張強度。如人造瓣膜和人造心臟要求不引起血栓；人造血管必須有微細網眼；作人造腎臟透析時，要能透過像尿素等小分子化合物而不能透過血清蛋白等大分子，有機矽橡膠對上述要求完全可予滿足。從內科、外科到五官科、婦科，從人工臟器到醫用材料，如靜脈插管、導尿管、人工心肺機泵管以及各種輸血、輸液管等，
大多是採用矽橡膠製成的。
矽油二甲基矽油由於其生理惰性及良好的消泡性能，廣泛用於醫療方面。有機矽血液消泡劑具有無毒性、對血液無破壞性、消泡快而徹底等優點，用於處理人工血液循環裝置及輸血用的儀器、器械、器皿，可消除體外循環血液中的氧氣泡，保證血液正常流通和心肺手術的實施。
聚丙烯醯胺
PAM按其在水溶液中基團的電性可分為非離子型、陰離子型和陽離子型，但無論是哪種類型的PAM，均是由丙烯醯胺(Acrylamide, 簡稱AM)單體通過自由基聚合而成的均聚物或共聚物。其合成方法有均相水溶液聚合、反相乳液聚合和反相懸浮聚合等。按AM自由基引發的方式又可分為化學引發聚合、輻射聚合和UV光聚合等。
在醫學上丙烯醯胺水凝膠可用於藥物的控制釋放和酶的包埋、蛋白質電泳（檢驗）、人工器官材料與植入物（人工晶體、人工角膜、人工軟骨、尿道假體、軟組織替代物）。
聚氨酯（polyurethane，PU）
聚氨酯(PU)是在醫學領域中最理想的材料之一。一般由二異氰酸酯與含活潑氫的二元醇、二元胺或二元羧酸進行反應，用聚酯或聚醚大分子二醇為原料與不同的二異氰酸酯反應，採用不同的小分子二醇、二胺、醇胺作擴鏈劑，控制反應條件，可根據設計要求，得到性能廣泛的材料。
聚氨酯彈性體有較好的抗凝血性能，並具有耐磨、彈性、耐撓曲等良好的物理機械性能，己成為被研究和套用最廣泛的抗凝血高分子材料之一。近三十年來，人們對經典的聚氨酯彈性體(嵌段聚氨酯)進行了各種改良、修飾、並在此基礎上發展，形成了接枝型聚氨酯、離子型聚氨酯和表面負載抗凝血活性物質的聚氨酯等各種類型的抗凝血聚氨酯材料。
從結構上看，聚氨酯的氨基甲酸酯基(-CONH-)可以看作酞胺基(-NH-)和碳酸酯(-CO-)的組合，因而有獨特的性能。它既硬度高又彈性好以及有突出的耐磨、耐撕裂、耐輻射、高強度和化學穩定性。
聚氨酯的醫學套用已取得不少成果，並形成了一系列具有使用價值的商品化聚醚聚氨酯生物醫用材料，主要套用有以下幾個方面：
(1)人工臟器膜和醫療器械。聚醚型嵌段聚氨酯由於具有優良的水解穩定性、血液相容性，其強度又優於矽橡膠，因此在醫用彈性體方面占主導地位。如作血泵(人工心臟)和人工血管、心臟助動器心臟旁路、人工腎滲析膜、人工心室、人工心臟瓣膜、診斷和治療導管，心臟起搏器等。
(2)人工皮及假肢。聚氨酯軟泡不但富有彈性而且透氣性好，適於製作人工皮，這種人工皮可促使人體自身皮膚的生長。另外，聚氨酯有優良的撓曲性，是製作現代最先進的輕便耐用假肢的理想材料。
(3)骨折復位固定材料。人體骨折復位治療後要進行固定。以前用石膏繃帶，但由於石膏質量重、強度低、透氣性差、不耐水，對皮膚有刺激作用，不透x射線，給醫生和患者帶來諸多不便。而聚氨酯製成的矯形繃帶強度大、質量輕、有良好的透氣性和耐水性、固化速度快、操作簡便，X射線的透射性好，可在x射線照射下進行復位固定，並可在不拆除繃帶的情況下隨時檢查復位固定及骨折癒合情況，提高了治療效果。
(4)聚氨酯軟組織粘合劑。α-氰基丙烯酸酯類軟組織粘合劑毒性較大，2000以年來快速固化聚氨酯軟組織粘合劑有很大發展，已用於心血管外科塗料，防止縫合滲血。一種含氟芳香族異氰酸酯類的聚氨酯粘合劑，可在2分鐘內固化用於肝臟撕裂的止血和皮膚切口粘合等。
(5)可降解的聚氨酯和聚氨酯水凝膠以草酸醋為基礎的可降解聚氨酯，用於處理兒童動脈瘤和作醫用粘合劑，以聚己內酯或天然產物為基礎的聚氨酯在人體內也容易水解和酶解。用親水的聚乙二醇製備的聚氨酯水凝膠含水率達67%，有的可達80%以上。
此外，聚氨酯還可用作人工食管、氣囊，用作急性呼吸不足病人治療用膜式
肺的插管以及透析用鎖骨下雙腔插管等。
