生物炭 (biocarbon)

用于人体内与人体组织有良好相容性，可取代已病变的器官或组织的炭素材料。当人体器官发生病变，而又不能自愈时，用同种异体移植具有同样功能的器官或用人造材料制成的器官变得十分必要。制造这些人造器官的材料有金属、陶瓷、高分子物质、炭素材料等等。这些适合制造人造器官的材料称为生物材料。这些材料性能各异，对人体的反应也不相同。生物炭有着与人体特好的相容性，是优良的生物工程材料之一，在人工器官方面的应用有着广阔的前景。不同的制造工艺可得到形式和结构不同的炭素材料。

移植于人体的各种材料，对人体而言都是异物，不可避免地要发生排斥反应，因此必须研究各种人造材料，包括炭素材料，与人体的相容性、毒性，及材料本身的机械、理化性能。尤其是长期埋藏于人体内部的各种器件，更要注意时间效应对人体及材料本身的各种影响。炭素材料应用于人体主要有：人造心脏瓣膜，人造骨、关节、牙根及韧带等。

生物炭包括：低温各向同性炭、玻璃炭、炭纤维、炭一树脂复合材料及热解炭等，其理化及生物特性如下：

(1)优良的生物相容性。人体对异物的排斥是抵抗异物的入侵的自身保护功能，而这对人工器官的植入是极难克服的不利因素。生物炭与血液之间能形成互不影响的界面，防止引起血凝；与软组织及骨骼接触不会引起炎症而且嵌合良好，不会引起癌变反应，也不会引起变态反应性的过敏反应。对主要组织、器官、血液、尿等的无周身反应长期临床观察证明炭素材料和人体的相容性是非常优良的。

(2)良好的生物化学相容性。生物炭在与体液、血液、软组织等接触时具有生物化学稳定性，无溶出物产生，不会破坏血液、软组织的成分，因而不会引起不良反应。

(3)优良的物理一机械性质的适应性。生物炭在应用不同的制造方法和工艺条件时具有不同的物理-机械性能。可以在很广阔的范围内适应人体的要求。强度特别是抗冲击强度必须大于人骨的强度，否则极易折断，而采用化学气相沉积技术制得的炭/炭复合材料，拉伸强度达1000MPa以上，而抗折强度则更高，适合人体的需要。人骨的弹性模量为10～20GPa，人造骨材料的模量亦必须与其相当，太高和太低都会引起不良后果，而生物炭的弹性模量和人骨的相当接近。人体的骨骼、关节、心脏瓣膜及韧带等是在不断地受着循环载荷的作用，所以要求人造替代物必须有很好的抗疲劳性能，生物炭特别是其中的低温各向同性炭其强度不会因循环载荷多次作用而下降。作为关节和心脏瓣膜另一个必须考虑的是其耐磨性能，而含硅各向同性炭恰好具有优良的耐磨性能而符合需要。

(4)能加工成所需的各种复杂的形状。

(5)能经受严格的消毒措施，不会因此而引起变形或性能降低。