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第1章概述1.什么是人工器官、生物材料？简述它们的分类。
二者有何关系？1）人工器官：广义上，是一种人造的或人工合成的、可以部分或全部、短期或长期地、体内或体外使用的，用来取代病损器官或补偿其生理功能的装置。
狭义上，替换了原自然器官并能发挥其全部功能的人造装置。
分类如下：一.根据功能完善程度分类：⑴维持生命最低限度的人工器官；⑵能代替主要部分或大部分天然器官功能的人工器官；⑶能替代天然器官；⑷具有超自然器官功能的人造器官。
二.按具体功能分类：血液循环系统、呼吸系统、血液透析、消化系统、支持运动、感觉、生育、泌尿、内分泌、神经；其它：人工皮肤、人工硬脑膜、人工大脑导水管、人工乳房等。
三.按位置分：1.体内（植入式）;2.体外。
四.按时间分：1.暂时性;2.永久性。
2）生物医学材料：用于修复和替换生物组织或器官，以增进或恢复其功能的材料和用于生理系统疾病的诊断、治疗的材料。
分类如下：一．按材料组分分：无机、金属、高分子、复合二．按材料来源分：天然、合成三．按应用部位分：硬软心牙整四．按使用要求分：降解、植入、一次性？3）人工器官与生物医学材料关系◆相互促进共同发展1.生物医学材料是人工器官的基础2.人工器官的需求和发展又促进了生物医学材料的发展3.材料的发展为人工器官的功能实现提供了可能第 2 章1、有大量的文献涉及控制血液与材料的相互作用。
通过查阅文献，详细了解人体血栓形成的机理, 描述由材料引发的血栓形成的途径, 这些途径之间有联系吗？有怎样的联系？答：1）正常的血管内膜光滑,血小板不易粘附、聚集。
2）内皮细胞能产生抗凝血的物质（如抗凝血酶Ⅲ）和抗血小板聚集的物质（如前列腺环素）。
3）正常血流速度和流向对防止血栓形成起重要作用。
正常的血流速度较快,有形成份(细胞)在血管中心流动(轴流),血浆在边缘流动(边流),使血小板不易与血管壁的内皮细胞发生粘附和聚集。
4）正常时，血液中的凝血因子虽不断被激活，但又不断被血液稀释或冲走；尽管血管上时有微量的纤维蛋白沉着，但又不断地被纤维蛋白溶解酶所溶解。
生物医学材料与人工器官生物医学材料与人工器官生物医学材料是指能植入人体或能与生物组织或生物流体相接触的材料；或者说是具有天然器官组织的功能或天然器官功能的材料。
近年来，器官移植虽然取得了巨大的进展，但排异和器官来源及法律等问题仍是一个难题。
因此，医学界对生物医学材料和人工器官的要求日益增加。
古代人类只能用天然材料（主要是药物）来治病，包括用天然材料来修复人体的创伤。
例如，公元前3500 年，古埃及人用棉花纤维、马鬃等缝合伤口；墨西哥印第安人用木片修补受伤的颅骨。
公元前2500 年中国的墓葬中发现有假牙、假鼻、假耳。
1588 年，人们用黄金板修颚骨；1755 年，用金属在体内固定骨折；1809 年，有人用黄金修复缺损的牙齿；1851 年，发明了天然橡胶的硫化方法后，采用硬胶木制作人工牙托和颚骨。
最近几十年来，生物医学材料和人工器官的研究才有了较大的进步，在很大程序上应归功于高分子材料科学和工业的发展。
1936 年发明了有机玻璃很快就用于制作假牙和补牙；1943 年，赛璐珞薄膜开始用于血液透析；1950年开始用有机玻璃做人工股骨头。
50 年代，有机硅聚合物开始应用于医学，对人工器官的研究起了促进作用。
特别是60 年代以后，具有各种特殊功能的高分子材料不断研制出来，一部分从事高分子科学的人员也把研究方向转向生物医学高分子材料方面。
在经济发达国家，用高分子材料制造医疗用品已十分普遍。
1976 年美国医用塑料的消耗量占当年塑料消耗量的4.4％，达53.6万吨。
同年，日本用于医疗一次性使用的塑料制品达一万吨。
现在，除了大脑之外，几乎所有的人工器官都在进行研究，有些已经作为商品出售。
仅美国和欧洲，每年用于人体自然缺陷和损伤的修复植入材料就有四五百万件，每年有上百万病人在用人工器官。
全世界有六万人靠人工肾维持生命，美国和德国每百万居民中有超过500 人的心脏病患者要植入心脏起搏器。
在美国，每年有3.5 万人安装人工心脏瓣膜；有18 万人植入人工血管；有12 万人安装人工髋关节；有10 万人注射有机硅隆胸美容。
第1章概述1.什么是人工器官、生物材料？简述它们的分类。
二者有何关系？1）人工器官：广义上，是一种人造的或人工合成的、可以部分或全部、短期或长期地、体内或体外使用的，用来取代病损器官或补偿其生理功能的装置。
狭义上，替换了原自然器官并能发挥其全部功能的人造装置。
分类如下：一.根据功能完善程度分类：⑴维持生命最低限度的人工器官；⑵能代替主要部分或大部分天然器官功能的人工器官；⑶能替代天然器官；⑷具有超自然器官功能的人造器官。
二.按具体功能分类：血液循环系统、呼吸系统、血液透析、消化系统、支持运动、感觉、生育、泌尿、内分泌、神经；其它：人工皮肤、人工硬脑膜、人工大脑导水管、人工乳房等。
三.按位置分：1.体内（植入式）;2.体外。
四.按时间分： 1.暂时性;2.永久性。
2）生物医学材料：用于修复和替换生物组织或器官，以增进或恢复其功能的材料和用于生理系统疾病的诊断、治疗的材料。
分类如下：一．按材料组分分：无机、金属、高分子、复合二．按材料来源分：天然、合成三．按应用部位分：硬软心牙整四．按使用要求分：降解、植入、一次性？3）人工器官与生物医学材料关系◆相互促进共同发展1.生物医学材料是人工器官的基础2.人工器官的需求和发展又促进了生物医学材料的发展3.材料的发展为人工器官的功能实现提供了可能第2章人工心脏及心室辅助1.正常情况下，血液不凝固，主要机理：答：1）正常的血管内膜光滑,血小板不易粘附、聚集。
2）内皮细胞能产生抗凝血的物质（如抗凝血酶Ⅲ）和抗血小板聚集的物质（如前列腺环素）。
3.）正常血流速度和流向对防止血栓形成起重要作用。
正常的血流速度较快,有形成份(细胞)在血管中心流动(轴流),血浆在边缘流动(边流),使血小板不易与血管壁的内皮细胞发生粘附和聚集。
4.）正常时，血液中的凝血因子虽不断被激活，但又不断被血液稀释或冲走；尽管血管上时有微量的纤维蛋白沉着，但又不断地被纤维蛋白溶解酶所溶解。
2.简述人工心脏及心室辅助的主要形式（组成）和分类。
专题六组织工程材料与人工器官---软组织修复与重建组织工程是指用生命科学与工程的原理构建一个生物装置来维护、增进人体细胞和组织的生长，以恢复受损组织或器官的功能。
传统材料如金属、陶瓷、高分子，植入体内存在着磨损、性能下降、安全性等问题；即使是暂时性植入材料，也存在着力学性能匹配、生物相容性、代谢途径等问题。
组织工程学的出现，为人们寻找更为理想的体内植入材料开辟了一条新的途径。
器官移植会产生排斥作用，必须服用药物，这样又会破坏人体的免疫平衡，可能导致肿瘤。
组织工程给组织器官的替代修复带来了新的曙光。
一、组织工程的基本原理和方法组织工程三要素：种子细胞、支架材料、生长信息分子支架材料：支架为细胞提供一个生存的三维空间，利于细胞获得营养物质，排除废物，支架应为一种有良好生物相容性，可被人体逐步降解吸收的生物材料。
方法简介：提取组织细胞---体外培养---吸附扩增于三维支架材料上---细胞在预先设计的三维支架上生长---细胞/支架复合体植入病损部位---支架材料逐步降解吸收的同时，种植的细胞继续增殖并分泌基质，形成新的组织器官---新生组织器官成熟后，支架降解排出体外。
这种具有生命力的活体组织能对病损组织进行重建并永久替代。
二、组织工程材料—软组织修复与重建1、组织工程材料应具备的条件(1)材料能够促进组织的生长，使细胞之间能够沟通，并最大限度地获取营养物、生长因子和活性药物分子；(2)在某些场合能防止细胞激活(如外科手术、防粘连的场合)；(3)指导和控制组织的反应(促进某一组织反应，抑制其他反应)(4)促进细胞粘附及激活细胞(皮肤修复中成纤维细胞的粘附和增殖)(5)抑制细胞的粘附和激活细胞(防止血小板粘附在血管上)：(6)防止某一生物反应的攻布(在器官移植中，阻止抗体攻击同种或异种细胞)。
(7)易于加工成三维多孔支架：(8)支架要有一定力学强度以支持新生组织的生长，并待成熟后能自行降解；(9)低毒、无毒、可消毒；(10)能够释放药物或活性物质如生长激素等。
医学工程生物材料与人工器官(二)杨志勇 樊庆福 顾德秀上海市医学情报所 (上海 200038)1 人工喉喉切除后的发音重建,不外乎三种方法:食管声、人工喉、喉再造。
但在一般情况下不作喉再造术。
人工喉有气流型和电子型两种。
(1)气流型人工喉:气流型人工喉由紧紧镶嵌于气管瘘口上的杯状物组成,压力空气通过杯状物传到振动簧片或膜上,这种振动再通过软管进入嘴,然后由发音者的嘴运动所形成的振动变成易懂的说话音。
音调随膜上的张力呼吸压力而变化。
(2)电子型人工喉:电子型人工喉是一种由电池供能的脉冲发生器,它能引起隔膜或膜的振动。
电子喉分嘴型和颈型两种。
嘴型虽然有多种类型可以使用,但最常用的是Cooper-R 装置。
这种装置由带有脉冲发生器的电池组、手持音调发生器(振动器)和附于音调发生器的小嘴管组成。
说话时,小嘴管置于口内,通电发音,把声音导至口腔后部,能说大部分正常词句。
其优点是发音大,术后早期即能应用,不受颈部组织厚度影响,声音不散失。
缺点是使用时惹人注意,用手持输出管放在口内,口管常被唾液堵塞而需经常清洗,语言没有颈型清晰易懂。
颈型电子喉是将发出100～200Hz低频的发音装置置于颈部,借颈部组织传入咽喉,再由咽、腭、鼻、舌、齿及唇的协调作用形成语言。
优点是易于应用,不需经常清洗,音量大,说话易懂。
缺点是声音单纯无抑扬变化,未传入的散失音影响语言清晰度,电池需经常更换,说话时需手持电子喉置于颈部,不适用于颈部传音不佳者,价格昂贵。
2 人工气管目前,对于气管缺损小于6cm时,可以通过端端吻合术进行修复,而只有当气管缺损小于2c m 时,才可以真正做到无张力端端吻合。
而当气管切除6.4c m或以上时,则难以端端吻合,而需要移植材料进行修复。
移植材料目前大体上分为两类:人工代用品和自体移植材料。
人工材料早期主要有金属支架、钽/钛丝网、不锈钢或高分子材料、聚四氟乙烯、硅橡胶等,在临床应用中虽有成功的报道,但其效果均不甚理想,多因异物反应或颈部活动不易固定、排异而失败;自体材料早期应用主要有骨膜、心包、主动脉壁及皮肤等。
生物医学工程中的人工器官和组织工程生物医学工程是一门融合医学、工程学、生物学、物理学、计算机科学等多学科交叉的领域，其宗旨在于利用现代技术手段解决医学难题以促进人类健康。
其中一个重要的分支是人工器官和组织工程，其目的是利用人工材料和生物学原理重建人体缺失或损伤的组织和器官。
人工器官是指通过材料工程、生物学和力学等学科的综合性应用，制造出与人体器官功能相似的人造器官。
世界卫生组织对其定义为“人类制造的主要器官，包括骨骼、关节、牙齿、内脏、心脏、眼睛、人造血管和肢体替代器官和纤维组织支持材料，针对特定的疾病、缺损或功能完全丧失进行设计。
”人工器官由外在壳体、内部传感和控制系统以及生物致治疗系统三大部分组成，有可能成为未来医学疾病治疗的重要手段之一。
自十九世纪以来，人工器官制造技术就已经开始研究。
但直到20世纪末期，才发展出第一种世界上用于移植的人工心脏瓣膜。
其后，随着微技术和计算机技术等新技术的应用，在人工心脏、人工肝脏、人工肾脏、人工胰腺和人工肢体等方面实现了显著的进展和应用。
人工心脏瓣膜是人类制造出的第一个移植器官。
在1977年，Christian Barnard，在南非开普敦著名医院完成了一例移植手术，为一名年轻女性植入了一枚心脏瓣膜，手术非常成功。
现如今，全世界有数百万的人植入了人工心脏瓣膜，使得他们的寿命得到了延长。
在人工肝脏方面，细胞培养技术和微电子技术的引入，使得人类制造出了具有生命功能，能够有效肝脏细胞代谢的人工肝脏。
这种人工器官，被广泛应用于胆汁淤积、肝脏功能衰竭等临床治疗。
在近年来，科学家还利用多肝细胞三维培养生产了更接近真实生物体的人工肝。
除此之外，人工肾脏的技术已经开始成熟。
该设备利用微过滤技术，结合生物传感和计算机控制系统，可在短时间内过滤血液中的废物和多余水分，达到洗肾的效果。
这种器官的研究重点是如何保证生物材料的稳定和长寿命。
胰腺移植是治疗糖尿病的一种有效方法，但术后并发症较多，病人的生活质量和生命质量受到影响，也存在供体不足等问题。
使用生物材料开发人工器官的设计与制造生物材料在医学领域中扮演着至关重要的角色，尤其在人工器官的设计与制造领域中发挥着巨大的作用。
随着人口老龄化问题的日益严重，器官移植的需求也变得愈发迫切。
然而，由于器官短缺和排斥反应等问题，传统的器官移植手术面临着严峻的挑战。
因此，开发人工器官成为了解决这些问题的一种重要途径。
在人工器官的设计与制造中，生物材料的选择是至关重要的一环。
生物材料必须具备与人体组织相容、生物相容性好、力学性能稳定等特点，才能够被用于制造人工器官。
目前，广泛应用的生物材料包括生物陶瓷、生物聚合物、生物玻璃等。
这些材料既能够模拟人体组织的结构和功能，又具备较好的生物相容性，因此被广泛应用于人工器官的设计与制造中。
在人工器官的设计与制造中，形态学、生物力学、生物化学等学科的知识都发挥着至关重要的作用。
形态学研究可以帮助设计出更贴近人体结构的人工器官，生物力学研究可以帮助设计出更稳定耐用的人工器官，生物化学研究可以帮助改善生物材料的生物相容性。
因此，跨学科合作在人工器官的设计与制造中显得尤为重要。
除了生物材料的选择和跨学科合作外，制造工艺也是影响人工器官质量的重要因素之一。
目前，常用的人工器官制造技术包括三维打印技术、显微加工技术、细胞培养技术等。
这些技术的应用可以帮助制造出更加精准、高效的人工器官，提高器官移植手术的成功率和生存率。
随着生物材料技术的不断进步和人工器官制造技术的不断创新，未来人工器官的设计与制造将迎来更加广阔的发展空间。
我们相信，在不久的将来，人工器官将成为医学领域的一大利器，帮助更多的患者重获新生。
生物材料的开发和人工器官的设计与制造是当今医学领域的热点研究方向，也是医学领域的未来发展方向。
梳理一下本文的重点，我们可以发现，是当前医学领域的一个重要课题，也是未来医学发展的一个重要方向。
通过对生物材料的选择、跨学科合作和制造工艺的创新，人工器官的设计与制造将迎来更加广阔的发展空间，为解决器官短缺和排斥反应等问题提供更有效的解决方案。
