生物材料是已經被工程化以與生物系統相互作用的用于醫療目的的物質，無論是治療性（治療、擴充、修理或更換的身體的組織功能）或診斷之一。作為一門科學，生物材料已有近五十年的歷史。生物材料的研究被稱為生物材料科學或生物材料工程。在其歷史上，它經歷了穩定而強勁的增長，許多公司投入大量資金開發新產品。生物材料科學涵蓋醫學、生物學、化學、組織工程學和材料科學。

請注意，生物材料不同于由生物系統產生的生物材料，例如骨骼。另外，在將生物材料定義為生物相容性時應格外小心，因為它是特定于應用程序的。具有生物相容性或適合一種應用的生物材料在另一種應用中可能不是生物相容的。

生物材料可以來自自然界，也可以在實驗室中使用多種化學方法利用金屬成分、聚合物、陶瓷或復合材料合成。它們通常被用于和/或適于醫學應用，并且因此包括執行，增強或替代自然功能的活動結構或生物醫學裝置的全部或一部分。這樣的功能可能是相對被動的（例如用于心臟瓣膜），或者可能是具有更多交互功能的生物活性，例如羥基磷灰石涂層的髖關節植入物。生物材料還每天用于牙科應用、外科手術和藥物輸送。例如，可以將具有浸漬的藥物產品的構建體放入體內，這允許在延長的時間段內延長藥物的釋放。生物材料也可以是用作移植材料的自體移植，同種異體移植或異種移植。

工程生物材料誘發支持生物材料功能和性能的生理反應的能力被稱為生物活性。最常見的是，在生物活性玻璃和生物活性陶瓷中，該術語是指植入的材料以骨傳導性或骨產生性作用與周圍組織良好結合的能力。骨植入物材料通常被設計為在溶解于周圍體液的同時促進骨骼生長。因此，對于許多生物材料而言，良好的生物相容性以及良好的強度和溶解速率是理想的。通常，生物材料的生物活性通過表面生物礦化來衡量，其中天然的羥基磷灰石層在表面形成。如今，通過基于有限的體外實驗可以預測生物材料在治療環境中的分子作用的計算程序的出現，xxx增強了臨床上有用的生物材料的開發。

生物材料用于：

1. 關節置換
2. 骨板
3. 眼科手術用人工晶狀體（IOL）
4. 骨水泥
5. 人造韌帶和肌腱
6. 用于牙齒固定的牙科植入物
7. 血管假體
8. 心臟瓣膜
9. 皮膚修復裝置（人造組織）
10. 耳蝸替代品
11. 隱形眼鏡
12. 乳房植入物
13. 藥物輸送機制
14. 可持續材料
15. 血管移植
16. 支架
17. 神經導管
18. 縫合傷口的縫合線、夾子和釘書釘
19. 銷釘和螺釘，用于穩定骨折
20. 手術網

生物材料必須與人體相容，并且經常存在生物相容性問題，必須先解決這些問題，然后才能將產品投放市場并用于臨床環境。因此，生物材料通常要經受與新藥療法相同的要求。還要求所有制造公司確保所有產品的可追溯性，因此，如果發現有缺陷的產品，則可以追蹤同一批次中的其他產品。

生物相容性與生物材料在各種化學和物理條件下在各種環境中的行為有關。該術語可以指材料的特定特性，而不指定在何處或如何使用該材料。例如，材料可以在給定的生物體中引發很少或沒有免疫反應，并且可能或可能不與特定的細胞類型或組織整合。能夠指導免疫反應而不是試圖規避該過程的免疫信息生物材料是一種有希望的方法。一詞的模糊性反映的見解的持續發展注入“如何生物材料與互動人體”，并最終“這些相互作用如何確定醫療器械（例如起搏器或髖關節置換術）的臨床成功性”。現代醫療設備和假肢通常由多種材料制成，因此談論特定材料的生物相容性可能并不總是足夠的。通過外科手術將生物材料植入體內會觸發機體炎癥反應，并伴隨受損組織的愈合。取決于植入材料的成分、植入物的表面、疲勞機理和化學分解，還有其他幾種可能的反應。這些可以是本地的也可以是系統的。這些包括免疫反應，異物反應以及與血管結締組織隔離的植入物，可能的感染以及對植入物壽命的影響。移植物抗宿主疾病是一種自身免疫和同種免疫疾病，表現出可變的臨床過程。它可以以急性或慢性形式出現，影響多個器官和組織，并在臨床實踐中引起嚴重的并發癥。

一些最常用的生物相容性材料（或生物材料）由于其固有的柔韌性和可調節的機械性能而成為聚合物。塑料制成的醫療器械通常由以下幾種制成：環烯烴共聚物（COC）、聚碳酸酯（PC）、聚醚酰亞胺（PEI）、醫用級聚氯乙烯（PVC）、聚醚砜（PES）、聚乙烯（PE）、聚醚醚酮（ PEEK）、甚至聚丙烯（PP）。確保生物相容性，材料必須通過一系列監管測試才能獲得使用認證。生物相容性測試的主要目標是量化材料的急性和慢性毒性，并確定使用條件下的任何潛在不良影響，因此，給定材料所需的測試取決于其最終用途（即血液、中樞神經系統等）。

除了被證明具有生物相容性的材料外，生物材料還必須針對醫療設備中的目標應用進行專門設計。就控制給定生物材料行為方式的機械性能而言，這一點尤其重要。最相關的材料參數之一是楊氏模量E，它描述了材料對應力的彈性響應。組織和與其耦合的設備的楊氏模量必須緊密匹配，以確保設備和身體之間的最佳兼容性，無論該設備是植入還是外部安裝。匹配彈性模量可以限制運動和在植入物和組織之間的生物界面發生分層，并避免應力集中，應力集中會導致機械故障。其他重要特性是抗張強度和抗壓強度，這些強度可以量化材料在斷裂之前可以承受的xxx應力，并且可以用來設定應力。限制設備可能會在體內或體外受到影響。取決于應用，可能期望生物材料具有高強度，以使其在承受載荷時抗破壞，但是在其他應用中，材料低強度可能是有益的。在強度和剛度之間有一個仔細的平衡，這決定了生物材料裝置的失效能力。通常，隨著生物材料的彈性增加，極限拉伸強度將降低，反之亦然。神經探針是不需要高強度材料的一種應用。如果在這些應用中使用高強度材料，則組織將永遠失效由于硬腦膜和腦組織的楊氏模量為500?Pa左右，因此在設備作用之前（在施加負載的情況下）。發生這種情況時，可能會對大腦造成不可逆轉的損害，因此，如果預期施加的負載，則生物材料的彈性模量必須小于或等于腦組織，并且抗張強度較低。

對于可能經歷溫度波動的植入生物材料（例如牙科植入物），延展性很重要。由于類似的原因，材料必須具有延展性，即拉伸強度不能太高，延展性可使材料彎曲而不會破裂，并且還可以防止溫度變化時組織中的應力集中。韌性的材料特性對于牙科植入物以及任何其他剛性的承重植入物（例如髖關節置換）也很重要。韌性描述了材料在施加應力的情況下不變形的能力斷裂和具有高韌性使生物材料植入物能夠在體內持續更長的時間，尤其是在承受較大的應力或周期性加載的應力（例如跑步過程中施加于髖關節的應力）時。