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生物医学材料或生物组织相容性材料简称生物材料(Biomaterial),通常指人体植入材料，ISO(国际标准化组织)1987年对生物材料的定义，是指“以医疗为目的，用于和活组织接触以形成功能的无生命材料”，包括具有生物相容性(Biocompatibility)或生物降解性(Biodegradation)的材料[1] 。整形外科应用的生物材料大致可分为三大类，即医用高分子材料、医用无机非金属材料和医用金属材料。
1 医用高分子材料
以硅橡胶，聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、高密度聚乙烯、聚脂(涤纶)和聚酰胺(尼龙)、聚氯乙烯、聚丙烯腈等为临床所常用。
硅橡胶(Silicone rubber):40年代中期开始用于临床，经过不断改进，至今其固体制品作为隆鼻、隆颏成形术等的充垫假体、乳房假体的硅橡胶囊以及人工腱鞘、神经吻合处的外膜、关节头的包膜等在整形外科领域内广泛使用[2] 。固体硅橡胶有术中可雕刻塑形，有弹性，易清洗、灭菌等优点。但周围组织不能长入材料内，在其周围形成纤维包膜，目前如何减轻材料周围纤维包膜形成的厚度，避免后期包膜的挛缩和材料成份的渗漏以及可能导致的自体免疫性疾病等仍是有待解决或有争议的热点[3] 。
聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylate,PMMA):俗称有机玻璃，质硬而轻，机械性能良好，火烤下易塑形，至今仍是颅骨成形术或其他骨缺损、隆鼻等充垫的常用材料[4] ，也用于人工关节的固定，防止关节粘连的间隔物。与硅橡胶一样，四周组织也不能长入，只是在其外围形成一层纤维包膜。
聚四氟乙烯(Polytetrafluroethylene):商品名有teflon,Gore-Tex和Proplast,具有低弹性、一定的柔韧性(海绵状)和易塑形、理化性能稳定等特点，植入组织后其局部组织可长入材料内。临床上可用于充填骨缺损(硬块状)或面部软组织凹陷(海绵状)，也可用于修补血管(膜性)和心脏等。近年来还常用于耳鼻的成形术、永久性面瘫、上睑下垂的悬吊和除皱等[5，6] 。海绵状或块状聚四氟乙烯的缺点是机械性能不佳，在切应力的作用下可形成颗粒，导致慢性炎症反应，从而引起感染、骨吸收和慢性疼痛，所以不能用于承受较大切应力的部位。
高密度聚乙烯(HDPE)：商品名Medpor,成份与聚四氟乙烯相似，而物理特性不同，易雕刻成形，有一定的柔韧性和相对不可压缩性。HDPE含有大于100μm的孔，允许软组织和骨组织长入，从而具有一定的骨传导作用。同样，该材料可形成颗粒并产生慢性炎症反应，不适于应力集中部位，目前主要用于颊部和颏部的整形[7] 。
聚脂(涤纶)和聚酰胺(尼龙)：两种材料的成份有别，但用途相同，主要用于人工颌骨、人工肌腱及人造血管等。材料的特点是质柔软、有韧性。作为充填材料时，要将材料网卷成所需的大小和形状，植入后组织可长入网内从而使材料固定。也可以用涤纶网条做面瘫的悬吊，但由于受面部表情肌频繁活动的长期刺激、有致材料造成面部溃疡的报告[8] ，另外材料网内的小裂隙可藏匿细菌，如果灭菌不严格可造成慢性感染，而且因组织长入材料网内，去除也较困难，应在面部整形应用中引起注意。
医用高分子材料种类繁多，另如聚丙烯腈(创伤或灼伤创面的覆盖)、聚氯乙烯(各种体内外导管等)、氰基丙烯酸酯(组织粘合剂)、聚乳酸(可吸收骨材料)、聚羟基乙酸(缝线)、聚乙烯醇(止血纤维、可吸收缝线)等等不胜枚举，在当前整形外科生物材料的运用中显示出极为旺盛的生命力。
2 医用无机非金属材料
包括人工合成的陶瓷类材料和天然形成的珊瑚、蚕丝等材料。在这类材料中，以生物活性或表面活性陶瓷和玻璃倍受欢迎和瞩目。陶瓷是金属与氧或其它阴离子的稳定化合物，自1963年开发应用至今，作为人体植入材料的陶瓷可归纳为三大类：①生物活性或表面活性陶瓷(羟基磷灰石和某些含磷、钙和钠的硅基玻璃)。②可吸收陶瓷(磷酸三钙)③非反应或接近惰性陶瓷(致密氧化铝、微晶玻璃陶瓷和碳)。择其主要者就材料的特性和应用进行介绍。
羟基磷灰石(Hydroxyapatite,HA):自70年代进入临床以来，以其优良的生物相容性，可与骨组织发生化学性结合，并可微弱促进骨生成等特性在临床上受到广泛应用。根据其理化特性可以区别各类HA，但临床上常采用以物理特性进行分类，如按形状分成块状、颗粒状；按多孔性分成致密、大孔、微孔；按结晶性分成结晶型和非结晶型等。致密型HA无孔，有块状和颗粒状两类，块状难以雕刻成形，且无纤维、骨组织长入。颗粒状HA在被纤维、骨组织包绕之前有移位的可能。多孔型HA呈块状，内部有规格不等的小孔通连，骨组织可长入材料内。因难于雕刻成形，脆性较大，不能用于应力集中部位[9，10] 。临床上HA多作为骨缺损充填材料，利用其能微弱促进骨生成和优良的生物相容性也常用于金属表面的涂层材料，也可用于颌骨，隆鼻术等作为人工骨植入。为了完善HA的物理性能，最近用碳纤维增强的HA或HA与生物玻璃、聚乳酸、聚乙烯、骨形成蛋白、胶原、骨水泥等复合的复合型材料的应用大量涌现[11～13] 。
钙磷陶瓷(磷酸钙陶瓷)：钙与磷酸根离子(PO3 - )形成的化合物有很多种，每一种化合物均有各自的晶体结构和各自的钙磷组成比，其中以磷酸三钙(Tticalcium phosphate,TCP)较引入注目。TCP具有优良的组织相容性及骨引导作用，由于其生物稳定性和强度的不确定性，常利用其直接生物化学结合的能力作为金属植入物的涂层材料，或涂在多孔植入物的表面以引导骨生成。这种涂层可促进早期骨组织的长入固定，为早期骨的生长提供支架。此外，临床上还适用于作为充填骨缺损的生物材料[14] 。
氧化铝：实验室与生理学检测均证实氧化铝在活体中不会释放出铝离子，植入以后很快被机体组织包裹，无明显生化效应。组织相容性不如HA，与不锈钢无显著差异。氧化铝属于坚硬、牢固、耐磨的一类物质。1972年Boutin首先报道应用氧化铝复合物进行全髋关节置换以后，还有作为人工骨充填材料、种植体材料等的报告。其最大缺陷是脆性大，易在负荷时折断，在临床上使用范围不大[15] 。
碳：缓慢加热聚合纤维、人造丝、聚合丙烯腈或煤焦等，驱除其挥发性成份留下纯碳便可以得到除金刚石与石墨以外的另一种形态的碳。碳纤维具有很好的强度与可加工性。碳纤维可用于人工肌腱和韧带的置换[16，17] ，因纤维间相互磨擦导致断裂，只取得了有限的成功。碳纤维最新和最有前途的应用是作为主要承重复合材料植入物的增强成份，目前动物实验已获成功并已用于临床[18，19] 。
硅酸盐：①生物玻璃(Bioglass):是一种硅酸盐类骨移植材料，出现于70年代末。该材料植入与骨直接接触时，材料表面可形成磷酸钙碱性层，从而使骨与其产生骨结合。生物玻璃不能被骨组织代替，是一种很好的骨替代物[7] 。②离聚物(Ionogran)：是一种多孔性硅酸盐类离聚物材料，可作为骨缺损的充填材料，呈颗粒状、植入后不吸收，在纤维骨组织包围前有变形和移位的可能。③离子化骨水泥(离子化水门汀，Ionomericcement):由硅酸铝钙玻璃粉末和聚羧酸反应形成。材料经调和呈糊状，10分钟后固化，固化前可塑形，该材料与骨能结合，但骨组织不能替代和长入材料内[20] 。目前骨水泥还存在松弛和单体毒性等问题，有待开发更加理想的骨水泥。
生物活性材料因具有极佳的生物活性而被许多人看好，但这类材料一个普遍的共性是存在曲强度小，抗张强度低，缺乏机械强度，在受到一定应力作用时易发生折断等缺点，只对骨窝洞类缺损的充填性治疗较理想。为了弥补这一不足，将生物活性材料喷涂在金属或其它硬质材料表面形成兼有二者特性的骨生物材料，是许多学者热衷研究的课题，目前已有这类材料用于临床[21] ，但尚有涂层材料与金属等底核剥离，涂层厚度难以掌握，涂层材料吸收，防止涂层材料的晶格变化等诸多问题有待进一步研究解决。
3 医用金属类材料
金属类材料在诸多生物材料中，由于具有较高的机械强度，作为承受应力部位的人工骨、人工关节等材料独树一帜。实践已证明，在所有金属类材料中，以钛及其合金的生物相容性最好，除了钛及其合金以外，不锈钢、金、钴-铬合金等也为整形外科所常用。
纯钛及钛合金(Ti-6A1-41Va等)：钛的珍贵性质是比重小、强度大、耐腐蚀、生物相容性极佳。钛不但与骨组织可直接接触形成物理性结合，经证明与骨组织也可以发生化学性结合[22] 。纯钛不会生锈，比铁强韧得多但比重只有铁的一半稍多。钛比铝重不到两倍，强度比铝大三倍，而且耐高、低温。钛合金是为了进一步加强纯钛的强度而制成的，生物相容性不如纯钛，但强度是不锈钢的3.5倍，在目前所有工业金属材料中最高。在整形外科领域内纯钛及其合金在修补各类大的(颅、肋、胸、颌骨等)骨缺损、人工关节、种植体以及作为骨固定用板、钉、螺丝等材料广泛使用，并取得了令人瞩目的成绩。
不锈钢(Ni.Cr.M 钢，316L)：是一种不生锈的金属，比重较大，约为人体骨骼比重的两倍，一直做为手术器具材料广泛使用。作为人工骨材料，不锈钢价廉且较易加工，但耐人体组织液腐蚀性能差，天长日久后会出现腐蚀和断裂，从而成为妨碍与骨组织结合的原因。
钴-铬合金：在耐腐蚀性、耐疲劳性以及耐磨耗性能等方面优于不锈钢，但价格较高，加工比不锈钢难。目前对(膝、股等)大的人工关节多使用钛合金，但在产生磨擦部位仍需使用钴-铬合金[15] 。
黄金：作为人工骨自古就有应用，因机械性能及生物相容性不够理想，且价格昂贵，逐渐被其它较好的人工骨材料替代。但在整形外科领域，在永久性面瘫上睑不能闭合病例的治疗中，黄金作为上睑负重内置体仍较常用，并取得了较好的治疗效果[23，24] 。
未来的生物材料将趋向于向复合材料方向发展。例如金属、高分子类生物材料对机体无害，但对组织没有积极的亲和性，而HA等活性陶瓷材料的强度又欠佳。为此，将金属的强度和陶瓷优异的机体亲和性相结合的活性陶瓷涂层复合材料，正为许多学者热衷研究和应用。此外，杂合材料(hybridmaterial)、智能材料(intelligent material)和梯度功能材料(functionally gradient materail,FGM)将是人们努力探索的新方向。杂合材料是指将生物材料与活细胞混合的材料，这种材料因有与人体组织相同的部分而容易成为机体的一部分，期待着将来有这种材料的人工关节出现。智能材料是指可模拟人类智能的生物材料，这种材料可最先诊断自己的异常并立即自行调节自我修复。例如在幼儿期植入的人工骨或关节能随年龄而增长。梯度功能材料是指材料在保持其本来性状的同时，在某种条件下又能出现另一种材料的性状。例如：让陶瓷与金属间或塑料与金属间的界面逐渐变化，使其具有与原来材料不同的复杂的梯度功能，从而使材料的物性互补，使之同时具备优异的组织亲和性、强度、耐磨耗性等等。
人体是以生物大分子为基础的各个层次上的严密组织，由先天或后天因素造成的任何一种明显的结构与功能缺陷、病损或老化，都将对机体产生很大的影响。作为替代人体组织的生物材料，在以恢复外形、美观与功能为目的的整形外科领域里，将发挥其越来越重要的作用与价值。
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(收稿：1996-05-22 修回：1996-08-24) , 百拇医药