生物材料的分類與人工器官

1、生物材料的分類與人工器官主要內(nèi)容生物醫(yī)學(xué)材料定義、發(fā)展基本要求分類及介紹人工器官人工腎人工肝人工心臟人工肺生物醫(yī)學(xué)材料定義：生物材料（Biomaterials）即生物醫(yī)學(xué)材料（Biomedical Materials），指“以醫(yī)療為目的，用于與組織接觸以形成功能的無生命的材料”。它是生物醫(yī)學(xué)科學(xué)中的最新分支學(xué)科，是生物、醫(yī)學(xué)、化學(xué)和材料科學(xué)交叉形成的邊緣學(xué)科。生物材料是研制人工器官及一些重要醫(yī)療技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)，每一種新型生物材料的發(fā)現(xiàn)都引起了人工器官及醫(yī)療技術(shù)的飛躍。生物材料的發(fā)展概述生物材料的開發(fā)和利用可追溯到3500年前，那時的古埃及人就開始利用棉纖維、馬鬃作縫合線縫合傷口；印第安人則使用

2、木片修補受傷的顱骨。2500年前，中國和埃及的墓葬中就發(fā)現(xiàn)有假牙、假鼻和假耳。人類很早就用黃金來修復(fù)缺損的牙齒，并沿用至今。16世紀開始人們用黃金板修復(fù)顎骨，陶材做齒根，用金屬固定內(nèi)骨板，以及用金屬種植牙齒等。生物材料的發(fā)展概述生物醫(yī)學(xué)材料應(yīng)用廣泛，僅高分子材料，全世界在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用的就有90多個品種、1800余種制品，西方國家在醫(yī)學(xué)上消耗的高分子材料每年以10%20%的速度增長。 我國生物醫(yī)用材料產(chǎn)業(yè)取得很大進步，但是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不盡合理，細分程度低，一般、傳統(tǒng)和初級的產(chǎn)品占多數(shù)，高端產(chǎn)品仍以進口為主；研究仍以仿制為主，缺少真正具有自主技術(shù)的創(chuàng)新產(chǎn)品；從事生物醫(yī)學(xué)材料的大企業(yè)太少；生物醫(yī)學(xué)材料的主

3、要原材料也依靠進口。 生物醫(yī)學(xué)材料的基本要求材料與機體組織發(fā)生的兩種反應(yīng)：活體系統(tǒng)材料材料反應(yīng)宿主反應(yīng)包括生物環(huán)境對材料的腐蝕、降解、磨損和性質(zhì)退化，甚至破壞。包括局部和全身反應(yīng)，如炎癥、細胞毒性、凝血、過敏、致癌、畸形和免疫反應(yīng)等。生物醫(yī)學(xué)材料的基本要求（一）生物相容性對人體無毒、無刺激、無致畸、致敏、致突變或致癌作用；生物相容性好，在體內(nèi)不被排斥，無炎癥，無慢性感染，種植體不致引起周圍組織產(chǎn)生局部或全身性反應(yīng)，最好能與骨形成化學(xué)結(jié)合，具有生物活性；無溶血、凝血反應(yīng)等。 生物醫(yī)學(xué)材料的基本要求(二)化學(xué)穩(wěn)定性耐體液侵蝕，不產(chǎn)生有害降解產(chǎn)物；不產(chǎn)生吸水膨潤、軟化變質(zhì)；自身不變化等。(三)力學(xué)條

4、件足夠的靜態(tài)強度，如抗彎、抗壓、拉伸、剪切等；具有適當(dāng)?shù)膹椥阅Ａ亢陀捕?；耐疲勞、摩擦、磨損、有潤滑性能。 生物醫(yī)學(xué)材料的基本要求(四)其它要求 良好的空隙度，體液及軟硬組織易于長入； 易加工成形，使用操作方便； 熱穩(wěn)定好，高溫消毒不變質(zhì)等性能。 材料在生物體內(nèi)的響應(yīng)材料反應(yīng) 生物機體作用于生物材料材料反應(yīng)，其結(jié)果可導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)破壞和性質(zhì)改變而喪失其功能?？煞譃槿缦氯齻€方面：金屬腐蝕聚合物降解磨損金屬腐蝕生物體內(nèi)的腐蝕性環(huán)境：（1）含鹽的溶液是極好的電解質(zhì)，促進了電化學(xué)腐蝕和水解；（2）組織中存在具有催化或迅速破壞外來成分能力的多種分子和細胞。對于生物材料而言多為局部腐蝕，具體包括應(yīng)力腐蝕開裂、

5、點腐蝕、晶間腐蝕、腐蝕疲勞以及縫隙腐蝕等，導(dǎo)致生物材料整體破壞。可能會有物質(zhì)溶入生物組織中，并對生物體組織產(chǎn)生毒性反應(yīng)，造成組織的損害。聚合物降解聚合物在長期使用過程中，由于受到氧、熱、紫外線、機械、水蒸氣、酸堿及微生物等因素作用，逐漸失去彈性，出現(xiàn)裂紋，變硬、變脆或變軟、發(fā)粘、變色等，從而使它的物理機械性能越來越差的現(xiàn)象。聚合物老化易形成的碎片、顆粒、小分子量單體物質(zhì)。對耐久性器件，必須保持一定強度和其它機械性能，老化產(chǎn)物不能對周圍組織有毒害作用。磨損人工關(guān)節(jié)由于表面易氧化生成TiO2，其耐磨性差，植入人體后，磨損造成在關(guān)節(jié)周圍組織形成黑褐色稠物，從而引起疼痛。目前，大量的人工髖關(guān)節(jié)是由堅硬

6、的金屬或陶瓷的股骨頭與超高分子聚乙烯的髖臼杯組合成，然而它的壽命也不超過25年。假體失敗的主要原因是超高分子聚乙烯磨損顆粒所造成的界面骨溶解，從而導(dǎo)致假體松動。這種磨損顆粒所導(dǎo)致的異物巨細胞反應(yīng)，又稱顆粒病，是晚期失敗的最主要原因。 生物醫(yī)學(xué)材料的分類按材料的屬性分類生物醫(yī)學(xué)材料醫(yī)用金屬材料無機生物醫(yī)學(xué)材料高分子生物材料雜化生物材料復(fù)合生物材料醫(yī)用金屬材料一類生物惰性材料，除具有較高的機械強度和抗疲勞性能，具有良好的生物力學(xué)性能及相關(guān)的物理性質(zhì)外，還必須具有優(yōu)良的抗生理腐蝕性、生物相容性、無毒性和簡易可行及確切的手術(shù)操作技術(shù)。該材料是臨床應(yīng)用最廣泛的承力植入材料，已成為骨和牙齒等硬組織修護和替

7、換、心血管和軟組織修復(fù)以及人工器官制造的主要材料。常用醫(yī)用金屬材料不銹鋼鈷（Co）基合金鈦（Ti）基合金形狀記憶合金貴金屬純金屬鉭、鈮和鉻等醫(yī)用金屬材料：不銹鋼鐵基耐蝕合金（一般由鐵、鉻、鎳、鉬、錳、硅組成），易加工，價格低廉。不銹鋼的耐蝕性和屈服強度可以通過冷加工而提高，避免疲勞斷裂。一般制成多種形狀，如針、釘、髓內(nèi)針、齒冠、三棱釘?shù)绕骷腿斯ぜ袤w而用于臨床，還用于制作各種醫(yī)療儀器和手術(shù)器械。醫(yī)用金屬材料：不銹鋼按顯微組織的特點可分為:奧氏體不銹鋼鐵素體不銹鋼馬氏體不銹鋼沉淀硬化型不銹鋼等3Cr13和 4Crl3型馬氏體不銹鋼用于醫(yī)療器械，如刀、剪、止血鉗、針頭等。 00Cr18Ni10型奧

8、氏體不銹鋼可制作各種人工關(guān)節(jié) 和骨折內(nèi)固定器；在口腔科常用于鑲牙、矯形和牙根種植等器件的制作。不銹鋼骨固定螺釘和骨固定板醫(yī)用金屬材料：鈷基合金含有較高的鉻和鉬，又稱鈷鉻鉬合金，具有極為優(yōu)異的耐腐蝕性（比不銹鋼高40倍）和耐磨性，綜合力學(xué)性能和生物相容性良好，可通過精密鑄造成形狀復(fù)雜的精密修復(fù)體，有硬、中、軟三種類型。在所有醫(yī)用金屬材料中，其耐磨性最好；植入體內(nèi)不會產(chǎn)生明顯的組織反應(yīng)，適合于制造體內(nèi)承載苛刻的長期植入件。臨床上主要用于用于制造人工髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)以及接骨板、骨釘、關(guān)節(jié)扣釘和骨針，及人工心臟瓣膜等。醫(yī)用鈷基合金更適用于體內(nèi)承載條件苛刻的長期植入件。醫(yī)用金屬材料：鈦基合金Ti合金的強度

9、可達到很高的水平，比強度是不銹鋼的倍； 耐疲勞、耐蝕性均由于不銹鋼和鈷基合金。抗斷裂強度較低，耐磨性能不盡人意，加工困難，冶煉及成型工藝復(fù)雜，要求條件較高。Ti合金對人體毒性小，密度小，彈性模量接近于天然骨，是較佳的金屬生物醫(yī)用材料。 廣泛用于制作各種人工關(guān)節(jié)、牙床、人工心臟瓣膜、頭蓋骨修復(fù)等方面。EL1Ti6Al4V鈦基合金制作的骨釘和骨板頭顱微型鋼板醫(yī)用金屬材料：形狀記憶合金自1951年美國首次報道Au-Cd（金-鎘）合金具有形狀記憶效應(yīng)以來，目前已發(fā)現(xiàn)有20多種記憶合金，其中以鎳鈦合金在臨床上應(yīng)用最大。在不同的溫度下表現(xiàn)為不同的金屬結(jié)構(gòu)相。如低溫時為單斜結(jié)構(gòu)相，高溫時為立方體結(jié)構(gòu)相，前者

10、柔軟可隨意變形，如拉直式屈曲，而后者剛硬，可恢復(fù)原來的形狀，并在形狀恢復(fù)過程中產(chǎn)生較大的恢復(fù)力。形狀記憶合金可分為三種醫(yī)用金屬材料：形狀記憶合金特點：奇特的形狀記憶功能，質(zhì)輕，磁性微弱，強度較高，耐疲勞性能，高回彈性和生物相容性好等。應(yīng)用管腔狹窄的治療（喉氣管狹窄、食道狹窄等）口腔科：用這種材料做成的種植牙具有齒槽骨切口小，固定牢靠等優(yōu)點。骨科：人工關(guān)節(jié)，斷骨連接，彎曲脊柱矯正。血管外科：治療主動脈瘤、冠狀動脈和椎動脈狹窄等。醫(yī)用金屬材料：貴金屬 一類金屬（金，銀，鉑，鈀等）或合金，如金子具有極高的抗氧化性和抗腐蝕性。貴金屬具有獨特穩(wěn)定的物理和化學(xué)性能、優(yōu)異的加工特性、對人體組織無毒副作用、刺

11、激小等優(yōu)良的生物學(xué)性能。主要用于口腔科的齒科修復(fù)，也可用于小型植入式電子醫(yī)療器械。醫(yī)用金屬材料：純金屬鉭（Ta）具有良好的抗生理腐蝕性和可塑性，獨特的表面負電性使其具有優(yōu)良的抗血栓性能和生物相容性，還有很高的抗缺口裂紋能力。主要用作接骨板、種植牙根、義齒及外科手術(shù)縫線和縫合針； 鉭網(wǎng)可用于肌肉缺損修補；鉭絲和箔用于縫合修補神經(jīng)、肌腱和血管；還用于血管內(nèi)支架及人工心臟。由于鉭的資源少、價格較高，使其推廣受很大限制。醫(yī)用金屬材料：純金屬鈮性能和應(yīng)用范圍與鉭非常相似，用于修補顱骨和制作醫(yī)療器械。但由于來源困難，價格昂貴，使用受到限制，主要用于制造髓內(nèi)釘?shù)?。醫(yī)用金屬材料：純金屬鉻化學(xué)性能與金屬鈦相似，

12、耐蝕性能、加工性能、穩(wěn)定性和生物相容性都很好，主要用于人工骨和修補顱骨，可加工成各種板、帶、線材在臨床上使用。醫(yī)用鉻可與鈦等同使用，但其價格較貴，在臨床中較難推廣。心血管支架醫(yī)用高分子材料高分子：分子量在幾萬至幾百萬，如蛋白質(zhì)、棉、毛、木材、松香、橡膠、塑料、合成纖維。醫(yī)用高分子材料：在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用的、尤其能在機體內(nèi)使用的高分子材料。醫(yī)用高分子制品的研究，包括人工器官、醫(yī)療用品（輸血輸液用具、心導(dǎo)管、角膜接觸鏡、膀胱造瘺管、醫(yī)用粘合劑以及各種醫(yī)用導(dǎo)管、醫(yī)用膜、創(chuàng)傷包扎材料和各種手術(shù)、護理用品等 ）和藥用高分子（作為賦形劑 、合成新型藥物 ）三大類。 天然高分子材料人類機體的皮膚、肌肉、組織和器官

13、都是由高分子化合物組成的，天然高分子生物材料是人類最早使用的醫(yī)用材料之一。天然材料具有不可替代的優(yōu)點：功能多樣性、與機體的相容性、生物可降解性以及對其進行改性與復(fù)合和雜化等研究。目前天然高分子生物材料主要有：天然蛋白質(zhì)材料：膠原蛋白和纖維蛋白兩種天然多糖類材料：纖維素、甲殼素和殼聚糖等它們由于結(jié)構(gòu)和組成的差異，表現(xiàn)出不同的性質(zhì)，應(yīng)用于不同的方面。合成高分子生物材料合成高分子材料已經(jīng)迅速地取代了除了食品以外的許多寶貴天然資源。合成高分子生物材料是指利用聚合方法制備的一類生物材料。由于合成高分子可以通過組成和結(jié)構(gòu)控制而具有多種多樣的物理和化學(xué)性質(zhì)。這是一門新興的邊緣學(xué)科，已成為制造各種人工器官、軟

14、硬組織修復(fù)體、醫(yī)用粘結(jié)劑、縫合線、人造血液等的最主要的也是用量最大的生物材料。合成高分子材料合成高分子材料的組成物（單體，添加劑等）可能向生物環(huán)境釋放，有可能導(dǎo)致毒性反應(yīng)。其彈性模量低和彈性常使其不能用于承受較大負荷的體位的修復(fù)。合成高分子生物材料可分為：生物不可降解的：硅橡膠、聚氨酯、環(huán)氧樹脂、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸酯水凝膠等。生物可降解的：聚乙烯醇、聚乳酸、聚乙內(nèi)酯、乳酸一乙醇酸共聚物和聚一羥基丁酸酯等。合成高分子材料：硅橡膠平均分子量40萬，有機硅彈性體的主要成分，是含有硅原子的特種合成橡膠的總稱。它具有優(yōu)異的生理特性：無毒無味、生物相容性好、耐生

15、物老化、較好的抗凝血性、長期植入體內(nèi)物理性能下降甚微、耐高溫嚴寒（ -90C 250C）良好的電絕緣性、耐氧老化性、耐光老化性以及防霉性、化學(xué)穩(wěn)定性等。在醫(yī)學(xué)上主要用于粘合劑、導(dǎo)管、整形和修復(fù)外科（人工關(guān)節(jié)、皮膚擴張、燒傷的皮膚創(chuàng)面保護、人工鼻梁、人工耳廓和人工眼環(huán)）、胎頭吸引器，人造血管，鼓膜修護片等。合成高分子材料：聚氨酯是聚醚、聚酯和二異氰酸酯的總稱。具有良好的延伸性和抗撓曲性，強度高、耐磨損，血液相容性、抗血栓性能好，且不損傷血液成分，使其在醫(yī)療領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。主要用于人工心臟搏動膜、心血管醫(yī)學(xué)元件、人工心臟、輔助循環(huán)、人工血管、體外循環(huán)血液路、藥物釋放體系、縫合線與軟組織粘合劑繃帶

16、、敷料、吸血材料、人工軟骨和血液凈化器具的密封劑等。合成高分子材料：環(huán)氧樹脂基本特性是所用單體中至少含有一個環(huán)氧基團。環(huán)氧基可與含有“活潑氫”的化合物發(fā)生反應(yīng)，因此可用適當(dāng)?shù)陌坊蚰承┧犷惔呋骶鄯磻?yīng)。主要用途：與玻璃布一起用于骨折的開放性復(fù)位和固定，粘合骨頭加強氧化鋁的髖關(guān)節(jié)髁，牙科充填材料，電子起搏器與體液分開的保護層（灌封）。眼瞼修補術(shù)和加固顱動脈瘤和腦電極探針的絕緣等。合成高分子材料：聚氯乙烯是由單體氯乙烯聚合而成的合成樹脂，是用量最大的醫(yī)用高分子材料。原料豐富、聚合容易、抗凝血性能良好，但耐熱性不高（70）。通過添加物的應(yīng)用可使改變?yōu)榫哂锌汕鼡闲阅?。在醫(yī)學(xué)中用量最大的是制作塑料輸血輸

17、液袋，可提高紅細胞和血小板的生存率；還可用于醫(yī)用導(dǎo)管、人工輸尿管、膽管和心臟瓣膜、血泵隔膜、增補面部組織、青光眼引流管和中耳孔等。軟質(zhì)PVC的毒性問題仍有爭議，目前只能用于制造與人體短期接觸的制品。合成高分子材料：聚甲基丙烯酸甲酯又稱有機玻璃，屬于丙烯酸類塑料，是目前塑料中透明度最好的一種。具有良好的生物相容性、耐老化性，機械強度較高。用于剜出后的植入物、隱形眼鏡、可植入透鏡、人工角膜和假牙、人工喉、食管和腕骨、閉塞器、喉支持膜、牙科夾板、氣管切開導(dǎo)管和吻合鈕、鼻竇的植入性引管、經(jīng)皮裝置和用于實驗的標(biāo)本箱及人工器官外殼等；增補面部的軟和硬組織；顱骨缺損時的替代骨片；充填乳突切除后的遺留腔隙；聽

18、小骨部分的替代物和脊椎鼓節(jié)段的固定，牙科某些直接充填樹脂的基礎(chǔ)等。無機生物醫(yī)學(xué)材料18世紀初開始應(yīng)用。無毒、與生物體組織有良好的生物相容性、耐腐蝕。包括生物陶瓷、生物玻璃和碳素材料三大類，主要用于齒科、骨科修復(fù)和植入材料?；径际谴嘈圆牧?，容易破裂，發(fā)展方向應(yīng)向開發(fā)復(fù)合（多相）生物材料以及在金屬基體上加涂無機生物陶瓷涂層（薄膜）材料的方面引導(dǎo)。 有各種不同的化學(xué)成分，根據(jù)其在生理環(huán)境中的化學(xué)活性和性質(zhì)可分為四類：近似于惰性：長期暴露于生理環(huán)境下能保持穩(wěn)定。 表面活性：起到了適合新生骨沉積的生理支架作用?？晌招裕赫T導(dǎo)骨質(zhì)生長，并隨之被新組織所替代。復(fù)合型：生物陶瓷與生物陶瓷或與其他復(fù)合而成在臨

19、床上生物陶瓷主要用于肌肉一骨骼系統(tǒng)的修復(fù)和替換，也可用于心血管系統(tǒng)的修復(fù)、制作藥物釋放和傳遞的載體。復(fù)合型的生物陶瓷還可以用于制造人工腱和韌帶等。無機生物醫(yī)學(xué)材料：生物陶瓷無機生物醫(yī)學(xué)材料：生物玻璃是經(jīng)特別設(shè)計的化學(xué)組成可誘發(fā)生物活性的含氧化硅化合物。人工骨用生物醫(yī)學(xué)玻璃，它具有良好的耐酸堿腐蝕特性、生物相容性和耐磨性能；治療用生物醫(yī)學(xué)玻璃，可埋入腫瘤部位，通過在磁場下發(fā)熱的特性或其內(nèi)部的同位素放出的射線殺死癌細胞，也有良好的生物相容性；人工齒冠用生物醫(yī)學(xué)玻璃陶瓷，具有制作容易、審美性高、強度高、適應(yīng)性好、生物相容性好、類似天然齒等優(yōu)點。無機生物材料：碳素材料主要有三種：玻璃碳、低溫各向同性碳

20、和超低溫各向同性碳。在生理環(huán)境中化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，也不發(fā)生疲勞破壞，是生物相容性非常好的一類惰性材料。它的最大優(yōu)點是血液相容性好，具有極好的抗血栓性，不可滲透性，再加上優(yōu)良的力學(xué)性能，使其在醫(yī)學(xué)上得到廣泛使用。主要用于制造心血管修復(fù)體的重要材料、人工骨、人工牙根、肌腱和人工韌帶等，還可用于人工軟骨、人工中耳、人工關(guān)節(jié)運動磨損表面作為減磨涂層和血液凈化等。雜化生物材料是由活體材料和非活體材料組成的復(fù)合體。它主要包括合成材料與生物體高分子材料或與細胞的雜化。從廣義上講，它包括所有的人工材料與生物體高分子和生理活性物質(zhì)的雜化。雜化生物材料主要包括三類：用于組織結(jié)構(gòu)材料的多糖類等生理活性物質(zhì)雜化材料以固定

21、酶為代表的功能性雜化材料雜化細胞雜化生物材料主要用于人工胰臟、人工肝臟、人工胸腺、人工腎臟、人工皮和人工血管等。生物復(fù)合材料由兩種或兩種以上不同材料復(fù)合而成的生物醫(yī)學(xué)材料。制備此類材料的目的就是進一步提高或改善某一種生物材料的性能。此類材料主要用于修復(fù)及替換人體組織、器官或增進其功能。根據(jù)不同的基材，可分為高分子基、金屬基和陶瓷基復(fù)合材料三類。它們之間的相互搭配或組合形成了大量性質(zhì)各異的生物醫(yī)學(xué)復(fù)合材料。根據(jù)材料植入體內(nèi)后引起的組織反應(yīng)類型和程度，生物復(fù)合材料又可分為生物惰性的、生物活性的、可生物降解的和吸收的復(fù)合材料等類型。刀鋒戰(zhàn)士：奧斯卡皮斯托瑞斯價值萬英鎊、由全碳素纖維和部分鈦合金制造的

22、名為“飛豹”的義肢 人工器官的概述定義：人工器官主要研究模擬人體器官的結(jié)構(gòu)和功能，用人工材料和電子技術(shù)制成部分或全部替代人體自然器官功能的機械裝置和電子裝置。當(dāng)人體器官病損而用常規(guī)方法不能醫(yī)治時，有可能給病人使用一個人工制造的器官來取代或部分取代病損的自然器官，補償或修復(fù)或輔助其功能。人工器官的概述發(fā)展：20世紀80年代以來，人工器官的研究和應(yīng)用迅速發(fā)展，可以說，人體除大腦尚無人工大腦替代外，幾乎人體各個器官都在進行人工模擬研制中，其中有不少人工器官已成功地用于臨床。人工器官分類（1）支持運動功能的人工器官，如人工關(guān)節(jié)、人工脊椎、人工骨、人工肌腱、肌電控制人工假肢等。（2）血液循環(huán)功能的人工器

23、官，如人工心臟及其輔助循環(huán)裝置、人工心臟瓣膜、人工血管、人工血液等。（3）呼吸功能的人工器官，如人工肺（人工心肺機）、人工氣管、人工喉等。（4）血液凈化功能的人工器官，如人工腎（血液透析機）、人工肺等。（5）消化功能的人工器官，如人工食管、人工膽管、人工腸等。人工器官分類（6）排尿功能的人工器官，如人工膀胱、人工輸尿管、人工尿道等。（7）內(nèi)分泌功能的人工器官，如人工胰、人工胰島細胞。（8）生殖功能的人工器官，如人工子宮、人工輸卵管、人工睪丸等。（9）神經(jīng)傳導(dǎo)功能的人工器官，如心臟起搏器、膈起搏器等。（10）感覺功能的人工器官，如人工視覺、人工聽覺（人工耳蝸）、人工晶體、人工角膜、人工聽骨、人工

24、鼻等。（11）其他類，人工硬脊膜、人工皮膚等。 人工腎的概述定義：又稱人工透析機，是用人工方法模仿人體腎小球的過濾作用，在體外循環(huán)的情況下，去除人體血液內(nèi)過剩的含氮化合物、新陳代謝產(chǎn)物或逾量藥物等，調(diào)節(jié)水和電解質(zhì)平衡，以使血液凈化的一種高技術(shù)醫(yī)療儀器。人工腎的概述發(fā)展：1913年英國的阿黛爾用硝棉膠膜作為透析膜，生理鹽水作為透析液為腎病患者進行透析。這就是人工腎的前驅(qū)研究。1935年黑斯首次將透析技術(shù)用于臨床。1943年荷蘭醫(yī)生科爾夫制成了第一個人工腎，首次以機器代替人體的重要器官。1960年，美國外科醫(yī)生斯克里布納發(fā)明了一種塑料連接器，可永久裝進病人前臂，連接動脈和靜脈，與人工腎極容易連接，

25、不會損傷血管，這樣就能夠為病人長期進行血液透析治療。德國貝朗全電腦控制血液透析儀人工腎原理需從病人動脈將血液引流出來，在人工腎經(jīng)過透析后再從靜脈輸入病人體內(nèi)。核心部分是一種用高分子材料（稱為膜材料）制成的透析器。這種膜材料具有半通透特性，可代替腎小球以實現(xiàn)其毛細血管壁的濾過功能，達到血液凈化的目的。當(dāng)今世界上有300多種產(chǎn)品的人工腎，所用透析膜材料有30多種。 透析型人工腎由三部分組成：血液凈化系統(tǒng)（透析器）、透析液供給系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)。人工肝概念：又稱人工肝支持系統(tǒng)(Artificial Liver support system,ALSS)。就是借助人工干預(yù)使肝臟功能得以暫時替代，從而為患

26、者自身細胞再生及功能恢復(fù)創(chuàng)造較好的內(nèi)環(huán)境及寶貴的時間。人工肝與其它內(nèi)科治療的主要區(qū)別在于前者主要通過“功能替代”治病，后者主要通過“功能加強”治病。人工肝的研究始于20世紀50年代人工肝的應(yīng)用國內(nèi)主要用于急慢性肝功能衰竭的支持治療，為自身肝細胞功能再生及功能恢復(fù)創(chuàng)造條件。在國外主要作為肝移植前的暫時維持手段及移植后的肝臟最初無功能狀態(tài)時的暫時替代。主要適應(yīng)癥有：重癥肝炎、肝衰竭、血小板減少性紫癜、多發(fā)性骨髓瘤、高血脂、全身性紅斑狼瘡、重癥肌無力、藥物中毒、重度血型不合妊娠等。人工肝的分類根據(jù)其組成和性質(zhì)主要可分三類：（1）非生物型：又稱物理型，主要通過物理或機械的方法進行治療，如血漿置換、膽紅

27、素吸附等。（2）生物型：將生物部分如同種及異種肝細胞與合成材料相結(jié)合組成特定的裝置，患者的血液或血漿通過該裝置進行物質(zhì)交換和解毒轉(zhuǎn)化等。（3）混合型：由生物及非生物型組成的具有兩者功能的人工肝支持系統(tǒng)。人工肺人工肺指用血氣交換，調(diào)節(jié)血內(nèi)氧氣和二氧化碳含量，取代人體肺功能的裝置，又稱氧合器。人工心肺機就是由氧合器和血泵及輔助設(shè)備組成的，能進行體外循環(huán)的機械裝置。人工心肺機用于心臟手術(shù)的體外循環(huán)、肺移植的輔助呼吸、急性呼吸衰竭的輔助治療等。當(dāng)代人工心肺機結(jié)構(gòu)已十分復(fù)雜，由微機控制。自動控制流量，實時檢測動、靜脈壓力及血氧飽和度、二氧化碳分壓并顯示，具有血位報警及氣泡報警系統(tǒng)，并具有自動停止裝置。人

28、工心臟定義：人工心臟是利用機械的方法把血液輸送到全身各器官以代替心臟的功能的裝置。人工心臟可分為暫時性，即部分取代心臟的輔助性人工心臟；長期性，即取代整個心臟的全人工心臟。人工心臟的發(fā)展1895年，試制人工心臟泵對機體的組織和器官進行灌流。本世紀30年代，研制出世界上第一個人工心臟。暫時的輔助性人工心臟，實際上是一種體外循環(huán)機。1957年美國開始完全人工心臟的研究。1958年制成塑料的人工心臟，并進行了以人工心臟置換狗心臟的試驗，但這只狗只活了90分鐘。1969年，人工心臟用于人體。全人工心臟2001年7月2日，世界上第一例全植入式人工心臟植入手術(shù)在美國獲得成功。名為AbioCor。重約兩磅，

29、呈柚子狀，材料是塑料和鈦。151天身亡。 完全代替心室功能并能完整植入體內(nèi)的人工心臟，不依賴體外的機器工作，能給病人更多活動能力。由4部分構(gòu)成：金屬鈦的心臟本體、微型鋰電池、控制系統(tǒng)以及外接電池組。人造心臟本體取代患者心臟的左右心室，微型鋰電池和控制系統(tǒng)將植入患者的腹腔，外接電池組不植入人體，而是通過安裝在腹部表皮下的插座向植入的微型鋰電池充電。鋰電池能量耗盡的時候由外掛電池組充電。有兩個替代左右心室的腔室，4個接口，分別連接左右心房、主動脈、肺動脈。兩個腔室中間是電動機和泵，在心臟與血管的接口部分裝有活塞，以代替心臟瓣膜的功能。人工心臟結(jié)構(gòu)與材料學(xué)進展1. 泵的進展理論上講搏動性血流更適于人體生理特點，但是它必須有活瓣、彈性隔膜以及巨大的心室容量。非搏動性人工心臟需要高效的能源與軸承密封或電磁軸承以減少血栓形成，維持正常