生物相容性及生物学评价
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生物医用材料生物相容性及其评价方法
生物医用材料生物相容性及其评价方法生物医用材料的生物相容性是指材料与生物体相互作用后产生的生物学反应以及对生物体组织的影响。
评价生物医用材料的生物相容性是确保其在体内使用时安全有效的关键。
本文将介绍生物医用材料的生物相容性及其评价方法。
生物相容性可以从物理性能、化学性质和生物学反应三个方面来评价。
1.物理性能：生物医用材料应具有与生物体组织相似的力学性能，如弹性模量、抗张强度、硬度等。
此外，材料的表面形态、孔隙率、渗透性等也会影响生物体对材料的相容性。
2.化学性质：生物医用材料的化学成分和表面活性会直接影响其对生物体的相容性。
例如，金属材料的腐蚀性、骨水泥的溶解性以及聚合物材料的降解速率等都是需要考虑的因素。
3.生物学反应：生物医用材料的生物学反应主要包括炎症反应、细胞黏附、细胞增殖和骨组织生长等。
炎症反应是生物体对外来材料的主要生理反应，细胞黏附和增殖则是体内细胞在材料表面定植和生长的表现，最终导致材料与组织逐渐融合。
1.体外评价是通过在实验室环境下进行细胞和生物体外液体接触实验，模拟材料与体液、细胞等相互作用的过程。
常用的体外评价方法有表面接触角测定、材料溶解性测定、细胞生长实验、细胞黏附实验等。
通过这些方法可以初步评价材料对细胞的生物相容性。
2.体内评价是通过在动物体内进行材料植入实验，观察其对生物体组织的影响。
常用的体内评价方法有植入模型实验、切片观察和生物学指标测定等。
通过这些方法可以进一步评价材料的生物相容性和生物学效应。
生物医用材料的生物相容性评价方法需要综合考虑多个因素，且不同材料对不同组织的相容性也有差异。
因此，评价生物医用材料的生物相容性是一个复杂而繁琐的过程。
然而，只有通过科学准确的评价方法，才能确保生物医用材料在体内使用时能够安全有效，为患者带来更好的治疗效果。
医疗器械的生物学评价
医疗器械的生物学评价医疗器械的生物学评价是指对医疗器械使用过程中对人体组织的影响进行综合评估的过程。
生物学评价是保障医疗器械质量和安全性的重要环节，在医疗器械监管中起着至关重要的作用。
本文将围绕医疗器械的生物学评价展开，包括评价的要素、方法和应用。
一、医疗器械生物学评价的要素医疗器械的生物学评价主要包括对其生物相容性、毒性和致敏性的评价。
生物相容性是指医疗器械与人体组织相互作用时所引发的生物学反应程度，包括细胞毒性、组织刺激等。
毒性评价是对医疗器械可能产生的有害物质、剂量和暴露时间对人体组织产生的损伤进行评估。
致敏性评价是指医疗器械可能引发的过敏反应和过敏原的评估。
二、医疗器械生物学评价的方法1. 体外试验法：通过对医疗器械与细胞、组织相互作用的体外试验，评估其生物相容性。
常用的方法包括细胞毒性试验、组织刺激试验、染毒试验等。
这些试验能够定量评估医疗器械与人体组织的相互作用程度，为进一步的评价提供重要的参考依据。
2. 动物试验法：通过在动物体内进行试验，评估医疗器械对机体的影响。
常用的动物试验包括急性毒性试验、慢性毒性试验等。
这些试验能够模拟真实情况下医疗器械对人体组织的影响，评估其潜在的生物安全性。
3. 临床观察法：通过对医疗器械在临床应用中的观察和统计，评估其安全性和有效性。
临床观察法是生物学评价的最后一道防线，能够反映医疗器械在真实使用环境中的实际效果。
临床观察法的结果是医疗器械是否能够获得市场准入的重要依据。
三、医疗器械生物学评价的应用医疗器械的生物学评价在医疗器械监管和临床应用中具有广泛的应用价值。
1. 医疗器械注册和审批：医疗器械的生物学评价是医疗器械注册和审批的重要依据。
相关部门会要求医疗器械生产企业提供生物学评价的报告以证明其安全性和有效性。
2. 医疗器械监管：生物学评价作为医疗器械监管的重要内容，能够帮助监管部门及时发现和处理医疗器械的安全问题，保障患者的生命和健康。
3. 病患选择：在一些特殊情况下，如免疫功能低下的患者、儿童和孕妇等，生物学评价可以帮助医生选择合适的医疗器械，减少患者的风险。
医疗器械生物学评价
引言：医疗器械的生物学评价是确保器械在人体内安全、有效使用的重要过程。
它涉及对器械材料的生物相容性、毒性、致敏性等因素进行全面评估和测试。
本文将以医疗器械生物学评价为主题，通过分析其定义、重要性和现有的评价方法，以及应注意的问题，探讨如何确保医疗器械的安全性和可靠性。
概述：医疗器械生物学评价是指通过实验评估医疗器械与生物体接触时产生的生物学效应，并评估其对人体健康的安全性。
生物学评价主要包括生物相容性、毒性和致敏性等方面的测试和评估。
确保医疗器械的生物学安全性是保证患者安全的重要环节，也是获得政府监管机构批准的必备条件。
正文：1.生物相容性的评价1.1组织相容性评价1.1.1组织刺激性测试1.1.1.1皮肤刺激性测试1.1.1.2眼刺激性测试1.1.1.3黏膜刺激性测试1.1.2组织损伤性测试1.1.2.1细胞相对增殖率测定1.1.2.2组织病理学评估1.2免疫相容性评价1.2.1细胞毒性测试1.2.2免疫原性测试1.2.3淋巴细胞激活测试2.毒性的评价2.1急性毒性评价2.1.1均匀化学品分类系统测试2.1.2眼损伤性测试2.1.3皮肤腐蚀性测试2.2亚慢性毒性评价2.2.128天剂量反应曲线测试2.2.2主要器官系统功能检测2.2.3组织病理学评估2.3慢性毒性评价2.3.1长期毒性研究测试2.3.2长期肿瘤研究测试2.3.3遗传毒性检测3.致敏性评价3.1皮肤致敏性测试3.1.1封闭斑贴试验3.1.2白化试验3.1.3高敏感斑贴试验3.2呼吸系统敏感性测试3.2.1吸入过敏源测试3.2.2湿式室内环境敏感性测试3.2.3尘螨过敏性测试4.评价方法的选择和实施4.1标准测试方法4.1.1ISO标准4.1.2FDA指南4.1.3CDRH要求4.2非标准测试方法4.2.1新技术的应用4.2.2客观指标的探索4.2.3动物模型的改进4.3临床试验的重要性4.3.1早期临床试验的必要性4.3.2中期和后期临床试验的应用4.3.3临床试验的监测与管理5.注意事项和挑战5.1合理选择测试方法5.2减少动物使用5.3数据分析与解释5.4多中心研究的挑战5.5器械更新和评价的问题总结：医疗器械的生物学评价是确保其在人体内安全有效使用的关键过程。
《生物医用材料》第三章生物相容性及生物学评价
2.3 材料或器械影响血液相容性的可能 因素
影响血液凝固（血栓形成）有三大要素： 血液化学、血液接触的表面、血液流 动形式。
因此材料或器械影响血液相容性的可能 因素有：
1) 材料的性质: 材料的本体和 表面特性 2)材料或器械的外形与尺寸
1）材料性能的影响
➢ 本体性能的影响： Ni引起癌变，碳素材料抗血栓性能好，聚氨酯抗凝
吸附血浆蛋白，包括白蛋白、球蛋白、纤 维蛋白原等）； ➢溶血、白细胞减少等细胞水平的反映； ➢凝血系统、纤溶系统激活等血浆蛋白水平 反映； ➢免疫成分的改变、补体的激活以及血小板 受体的释放等分子水平的反映。
• 适宜的血液相容性材料应不损伤血液成分 和功能。
2）材料与血液的相互作用过程:
材料与血液接触后的相互作用可分为3个阶段:
B．材料反应
1. 物理机制的反应 a. 摩擦磨损 b．疲劳损伤 c．应力腐蚀引起断裂 d．腐蚀 e．降解及分解
2. 生理反应 a．吸收组织物质 b．酶的降解 c. 钙化
金属植入物表面分子水平的反应
第二节 材料的血液相容性 bloodcompatibility
2.1 材料与血液的相互作用： 1）生物材料可能引起的血液的变化： ➢生物材料的界面现象（在材料的表面首先
血性较好。
➢ 表面性能的影响： 表面形貌：表面粗糙度、表面织构、多孔性。
材料表面越粗糙，暴露在血液上的面积越大，凝血 的可能性也就越大，但如果在0,1~2 UM的范围内 存在不均匀结构，可提高材料的抗凝血性能
表面成分：例如表面涂覆碳素材料可抗血栓
血管支架表面改性薄膜
无机惰性薄膜提高支架的抗血栓性能 贵 金 属 涂 层 碳 化 物 涂 层 类金刚石薄膜
Uncoated
生物相容性及生物学评价
• 人体的生理环境：
➢ 体温为37℃，由水、电解质、血糖、蛋白质等构成相对稳定的内环境。 ➢ 细胞外液的4/5存在于血管外构成组织液，1/5在血管内，即血浆。 ➢ 正常人血的相对密度为1.050-1.060，粘度为4-5（通常以水的粘度为1
作为标准进行计算）。血浆的渗透压约为313mOsm/L，pH值为7.357.45。 ➢ 模拟人体生理环境的溶液：有机酸、蛋白质、酯、生物原分子、电解 质、溶解氧、氮化合物以及可溶性碳酸盐的NaCl水溶液，浓度约为 0.1mol/L，溶液的pH值约为5.5（±0.2）的溶液。
第2章 生物相容性及生物学评价
目录
人体生理环境 生物相容性 材料在生物体内的反应 宿主反应 病理学反应 生物材料的生物相容性评价
2.1 人体生理环境
• 生物学环境：处于生物系统中的生物医用材料周围的情况或条件，其 中包括体液、有机大分子、酶、自由基、细胞等多种因素。
• 成人60%为体液，2/3于细胞内，1/3为细胞外液，外液1/5在血管内， 4/5在血管外
✓ 过度浸析（例如金属晶间浸析）可以导致断裂强度的降低。 浸析造成的缺陷可以聚合成空洞。对刚性材料来说，如果 空洞所占的体积百分比大到一定值，就会造成弹性模量的 降低，其降低的数量与空洞体积百分比的二次方成正比。
2.4.2 腐蚀与溶解
• 生物医用金属材料在机体内重要反应之一是腐蚀和溶解。 对高分子和陶瓷材料来说，腐蚀一般不是很显著，但是也 存在着问题。
2.4.3 生物分子与材料表面的反应
• 生物材料一旦植入体内用来连接、修复损伤的组织、器官等，人体的 组织即将对植入体进行反应。这种反应通常只在材料与生物体接触的 界面上进行的。
• 生物分子与材料表面的反应的方式取决于植入的位置，反应的过程与 材料的结构与性质有关，包括生物结合、毒性反应、排异与吸收。
医疗器械生物学评价
医疗器械生物学评价医疗器械的生物学评价是医疗器械开发和使用的一个重要环节。
它主要是对医疗器械在生物体内的生物相容性、安全性和有效性进行评估，以确保它对人体没有不良的影响，达到设计预期的治疗效果。
医疗器械的生物学评价通常包括以下几个方面：生物相容性、毒理学评估、细胞毒性、致敏反应、细胞增殖和差异化等。
生物相容性是评价医疗器械在生物体内引起的生物学反应的能力，其中包括局部和全身反应。
局部反应可以是炎症、纤维组织形成和血管新生等，全身反应可以是免疫反应和全身毒性等。
这些反应的评价通常通过动物实验和体外实验来进行。
毒理学评估是评价医疗器械对生物体产生的毒性作用的能力。
这包括急性毒性、亚急性毒性、慢性毒性等。
通常通过动物实验和体外实验，如细胞毒性和基因毒性实验来评估医疗器械的毒性。
细胞毒性是评价医疗器械对细胞的直接杀伤作用和影响细胞功能的能力。
一般通过体外实验来评估医疗器械对细胞的毒性。
致敏反应是评价医疗器械引起的变态反应的潜在能力。
通过动物实验和体外实验，如小鼠皮肤致敏实验和人类淋巴细胞转化试验等来评估医疗器械的致敏性。
细胞增殖和差异化是评价医疗器械对细胞的增殖和分化的能力。
这可以通过细胞培养实验来评估。
医疗器械的生物学评价需要根据不同的器械特性和使用方式来确定具体的评价方法。
通常的评估流程包括：确定评估项目和方法、收集相关数据、分析数据、评价结果和风险分析、确定产品的生物安全性和有效性。
生物学评价结果对于医疗器械的研发和使用具有重要的指导意义。
它可以帮助设计人员选择合适的材料和生产工艺，以及优化设备的结构和功能，来提高医疗器械的生物相容性和安全性。
对于临床使用的医疗器械，生物学评价可以评估其治疗效果和副作用，为临床决策提供依据。
总之，医疗器械的生物学评价是保障医疗器械安全有效的重要环节。
只有通过全面、系统的生物学评价，才能确保医疗器械对人体没有不良的影响，保证其在临床应用中能够发挥预期的治疗效果。
生物相容性生物学评价(一)2024
生物相容性生物学评价（一）引言概述：生物相容性是指生物体在生理、免疫和生物化学等方面与其环境之间的相容性和互动性。
生物相容性评价是通过一系列测试和研究，以确定人体是否能够耐受和适应与其接触的生物材料。
本文将重点讨论生物相容性生物学评价的相关内容。
正文：1. 细胞相容性评价a. 无细胞毒性测试：通过培养细胞系进行细胞存活率、增殖能力等指标的测试，评估材料是否对细胞产生毒性影响。
b. 炎症反应评价：观察材料引起的炎症反应和炎性因子的产生情况，判断材料的炎症反应程度。
c. 细胞黏附性评价：检测细胞与材料之间的黏附情况，评估材料对细胞的诱导和支持能力。
2. 免疫相容性评价a. 细胞免疫剧毒性测试：通过检测材料对免疫细胞的毒性和影响，评估材料对免疫系统的兴奋作用或抑制作用。
b. 补体活化评价：观察材料是否会激活补体系统并引发炎症反应。
c. 细胞因子释放评价：检测材料是否会刺激细胞产生炎症因子和免疫调节因子，评估材料对免疫系统的影响。
3. 血液相容性评价a. 凝血功能评价：测试材料与血液接触后是否会引起异常的血凝反应，如凝块形成、血小板聚集等。
b. 红细胞溶血评价：观察材料对红细胞的溶解作用，评估材料对血液的相容性。
c. 血管内皮细胞附着评价：研究材料与血管内皮细胞之间的相互作用，评估材料对血管内皮功能的影响。
4. 生物降解性评价a. 体内降解性评价：观察材料在体内的降解速度和方式，评估材料的生物降解性能。
b. 温度和湿度稳定性评价：研究材料在不同温度和湿度条件下的稳定性，评估材料在使用环境中的可靠性。
c. 释放动力学评价：检测材料释放的药物或生物活性物质的速率和程度，评估材料的控释能力。
5. 组织相容性评价a. 组织损伤评价：观察材料对组织的刺激性和损伤程度，评估材料对组织的相容性和可耐受性。
b. 纤维化程度评价：研究材料引起的瘢痕组织形成情况，评估材料对组织的纤维化产生的影响。
c. 细胞增殖和分化评价：检测材料对组织细胞增殖和分化的影响，评估材料对组织再生的促进或抑制作用。
生物材料的生物学评价技术及其应用于医学领域
生物材料的生物学评价技术及其应用于医学领域生物材料是指在生命体内或外使用的某种材料，其应用领域广泛，包括医学领域。
随着生物材料的使用不断增加，其生物学评价技术也不断得到提高和完善，为生物材料的应用提供了更为可靠和准确的保障。
一、生物材料的生物学评价1.生物相容性评价生物相容性评价是指测定材料与生物体的相容性，以及对生命体的影响和损伤。
这种评价方法主要借助于体内和体外实验，包括动物实验、体外实验、组织学检查等方法，以评估生物材料的生物相容性。
2.生物降解性评价生物降解性评价是指测量生物材料在生物体内的降解速率和降解产物，并评估对生命体的影响。
这种评价方法可以用于判断生物材料的预期寿命和安全性。
3.生物毒性评价生物毒性评价是指测定生物材料对生命体的毒性。
这种评价方法主要利用化学和生物学检测技术，可以确定毒性程度并评定生物材料的安全性。
二、生物材料在医学领域中的应用1.人造骨人造骨是一种用于骨科手术的生物材料。
它具有良好的骨组织相容性、生物降解性和生物可吸收性，可以在骨髓内注入，创造必要的生长环境，促进骨髓血管和肉芽形成等功能，具有重要的临床应用价值。
2.人造血管人造血管是一种可以替代自然血管的生物材料，在心血管外科手术中有广泛应用。
它具有生物相容性和稳定性等特点，可以有效解决血管病变等疾病所引起的血管缺损问题。
3.生物质子治疗生物质子治疗是一种使用生物材料的肿瘤治疗方法，它使得肿瘤细胞受到极高能量的质子束直接杀死。
生物质子治疗具有精准性和高效性等特点，在肿瘤治疗中有着广泛的应用前景。
三、生物材料在医学领域的发展趋势未来生物材料在医学领域内的发展趋势是研究新型人工器官、替代大量血管、刺激骨组织、促进神经组织再生、维持骨密度和改善骨质疏松症、缓解疼痛等。
同时，生物材料不仅要具有生物相容性和生物学安全性，还要致力于提高使用材料的可再生性和可降解性，降低对环境的影响。
总之，生物材料的生物学评价技术是保障其在医学领域中安全运用的重要手段之一。
生物医学材料的生物学评价和安全性评估
生物医学材料的生物学评价和安全性评估随着生物医学材料的应用越来越广泛，对其生物学评价和安全性评估也越来越重视。
生物医学材料的生物学评价和安全性评估是保证其安全性和可靠性的必要步骤。
本文将就生物医学材料的生物学评价和安全性评估进行讨论，以期对生物医学材料的发展与应用产生一定的促进作用。
一、生物医学材料的生物学评价生物医学材料与人体组织或生物环境相接触，因此，其生物学评价很重要。
生物学评价包括生物相容性、生物机能、生物适应性、生物转化性等。
生物相容性是指生物医学材料与宿主组织或生物环境相容性的能力。
生物相容性的研究要考虑其材料特性、植入部位、患者情况等因素。
评价因素有组织炎症反应、血栓形成、细胞毒性、免疫学反应等。
生物机能是指生物医学材料对宿主组织生物机能的影响。
评价因素有材料的抗菌性、生物降解性、生长因子诱导、骨成分缺陷修复等。
生物适应性是指生物医学材料与宿主组织或生物环境相适应性的能力。
评价因素有细胞外基质组织修复、细胞定植能力、骨形态、细胞增殖、宿主组织再生等。
生物转化性是指生物医学材料与生物环境相互作用的能力。
评价因素有分泌细胞介导的炎症反应、生物菌群、代谢作用、降解代谢产物等。
以上四个方面对生物医学材料的生物学评价是全方位的。
临床使用的生物医学材料需要经过严格的生物学评价，并应用于特定植入部位，以确保其与宿主组织的相容性和安全性。
二、生物医学材料的安全性评估生物医学材料应用于人体内，必须进行严格的安全性评估。
评估分为预临床评价和临床评价两个阶段。
预临床评价主要是对生物医学材料进行无菌检测、毒理学评估、生物学评价和成份分析。
为了评估生物医学材料的安全性，需要建立一套科学合理的安全性评估模型，包括评估策略的制定、相关指标的选择、评估方法和技术路线的建立等。
评估结果应反映生物医学材料对人类健康的危害程度，以及可能引起的不良反应和后果等。
临床评价是指在人体内对生物医学材料进行实际临床应用和评估。
它是一项相对复杂的工作，需要建立可靠的安全性评估标准和诊疗方案，以确保生物医学材料应用的安全性和有效性。
生物相容性及生物学评价(一)
生物相容性及生物学评价（一）引言概述：生物相容性及生物学评价是在医疗材料和生物制品开发中非常重要的概念。
生物相容性指的是材料和生物体之间相互接受并与之和谐共存的能力。
而生物学评价则是对材料或生物制品在生物体内应用前的安全性和有效性进行评估。
本文将在以下五个大点中详细阐述生物相容性及生物学评价的重要性和方法。
正文：一、生物相容性的类型与意义1. 机械相容性a. 材料的物理性能对组织的机械刺激的影响b. 弹性模量、硬度等物理参数的关系2. 表面相容性a. 表面化学性质对细胞黏附和增殖的影响b. 表面能、亲水/疏水性等表面特征的影响3. 生物相容性与材料选择的关系a. 选择适合特定应用的材料类型b. 考虑生物相容性对材料性能和功能的影响二、生物学评价的概述1. 常见生物学评价方法a. 细胞毒性测试b. 细胞增殖和黏附性评价c. 组织相容性评估方法2. 生物学评价中的动物模型a. 大鼠模型的优势和适用性b. 兔模型在生物学评价中的应用c. 猪模型在生物学评价中的研究价值3. 体外与体内研究的结合a. 体外实验的筛选作用b. 动物模型的验证作用c. 动态监测及临床观察的必要性三、生物相容性与免疫系统1. 免疫系统与生物相容性的关系a. 免疫系统对外界物质的识别和应答b. 免疫反应对材料和生物制品的影响2. 免疫应答与材料的表面性质a. 免疫细胞与材料表面的相互作用b. 材料表面改性对免疫应答的影响3. 生物相容性与免疫干预策略a. 免疫抑制剂在生物相容性中的应用b. 免疫调节剂的设计与优化四、生物学评价的安全性考虑1. 潜在的安全性问题a. 激活免疫反应导致的副作用b. 长期使用下可能发生的过敏反应2. 安全性评价方法a. 动物模型中的毒性评估b. 临床试验中的安全性观察3. 安全性评估标准与监管要求a. 国际标准与指南的使用b. 安全性监管的重要性与措施五、生物学评价的有效性考虑1. 有效性评价方法a. 动物模型中的治疗效果评估b. 体外细胞试验的有效性检测2. 有效性评价标准与监管要求a. 监管机构对有效性评价的要求b. 有效性评价的影响因素及其控制手段总结：生物相容性及生物学评价在医疗材料和生物制品的开发中起到至关重要的作用。
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A．植入体对宿主的反应
1.局部 a.血液-材料的反应
B．宿主对植入体的反应
1. 物理机制的反应 a. 摩擦磨损 b．疲劳损伤 c．应力腐蚀引起断裂 d．腐蚀 e．降解及分解 2. 生理反应 a．吸收组织物质 b．酶的降解 c. 钙化
b.蛋白质的吸收 c.凝结 d.纤维蛋白溶解
e.血小板的粘着，活化，释放 f. 补充活化 g.白血球粘着，活化 h. 溶血现象 i.毒性 j.改变了正常的愈合 k.包成囊状 l.外来体的反应 m.形成血管翳 n.感染 o.形成肿瘤 2.全身反应与补体系统 a．形成血栓 b．植入体元素在血液中数量增加 c．高度过敏症 d．淋巴颗粒的传输
• 人体的生理环境：
体温为37℃，由水、电解质、血糖、蛋白质等构成相对稳定的内环境。 细胞外液的4/5存在于血管外构成组织液，1/5在血管内，即血浆。 正常人血的相对密度为1.050-1.060，粘度为4-5（通常以水的粘度为1 作为标准进行计算）。血浆的渗透压约为313mOsm/L，pH值为7.357.45。 模拟人体生理环境的溶液：有机酸、蛋白质、酯、生物原分子、电解 质、溶解氧、氮化合物以及可溶性碳酸盐的NaCl水溶液，浓度约为 0.1mol/L，溶液的pH值约为5.5（±0.2）的溶液。
3）生物材料的表面与血液成分的相互作用
• 生物材料与血液接触，可以激活凝血因子，启动凝血系统 形成血栓，经内源性凝血系统实现。内源性凝血一般是从 凝血因子 XII 激活为XIIa 开始，随后相继激活其他凝血因 子，形成凝血。 • 当材料与血液接触时，血浆蛋白首先吸附于高聚物表面。 容易吸附 γ -球蛋白和纤维蛋白原的材料表面，则能加速 凝血过程的形成。 • 血小板的黏附和凝集，不仅仅与血管带电情况有关，可能 还与材料表面吸附蛋白质的种类有关。 • 血液成分与材料表面接触并相互作用，是否会造成红细胞 受损而引起溶血，主要与材料表面积、化学结构、材料表 面的粘附性、血液参数、凝血变化等因素有关。
维细胞平行排列而成的包裹组织，易引起炎症，使得肿瘤发生的潜伏
期缩短。若材料表面粗糙，可促使组织细胞与材料表面的黏附和结合， 肿瘤发生的潜伏期延长
血液相容性
1）定义
材料与血液直接接触时，与血液相互作用不引起凝血或血 栓、不损伤血液组成和功能等的能力和性能。
2）表现
在材料的表面首先吸附血浆蛋白，包括白蛋白、球蛋白、 纤维蛋白原等； 继而血小板在材料表面黏附、聚集、变形，同时血液内一 系列凝血因子被激活，从而引起血栓的形成; 溶血、白细胞减少等细胞水平的反映； 免疫成分的改变、补体的激活以及血小板受体、二磷酸腺 苷（ADP）和前列腺素的释放等分子水平的反映。
第2章 生物相容性及生物学评价
目录
人体生理环境 生物相容性 材料在生物体内的反应 宿主反应 病理学反应
生物材料的生物相容性评价
2.1 人体生理环境
• 生物学环境：处于生物系统中的生物医用材料周围的情况或条件，其 中包括体液、有机大分子、酶、自由基、细胞等多种因素。 • 成人60%为体液，2/3于细胞内，1/3为细胞外液，外液1/5在血管内， 4/5在血管外
过敏反应，是由于材料降解所产生的毒物造成的； 致癌、致畸、致突变反应，是由于材料中或降解产物中产
生的有害物质造成的；
适应性反应，是慢性的、长期的，包括机械力对组织和材 料相互作用的影响。
（2）材料反应
材料反应是材料对生物机体作用产生的反应，材料反应 的结果可导致材料结构破坏和性质改变，主要包括：
(宿主是能给病原体提供营养和场所的生物。包括人和动物) 生物相容性是指材料与生物体之间相互作用后产生的各种生物、物理、
化学等反应的一种概念。一般地讲，就是材料植入人体后与人体相容程
度，也就是说是否会对人体组织造成毒害作用.
2）生物相容性分类
两类：组织相容性和血液相容性
组织相容性
定义：材料与组织器官接触时，不能被组织所侵蚀，材料与组织之间 应有一种亲和能力
2.4.2 腐蚀与溶解
• 生物医用金属材料在机体内重要反应之一是腐蚀和溶解。 对高分子和陶瓷材料来说，腐蚀一般不是很显著，但是也 存在着问题。 • 金属在腐蚀时发生阳极溶解反应，阳极金属溶解越多，失 去的电子数越多，则由阳极输出的电量也越大。 • 缝隙腐蚀和点蚀是两种最重要的腐蚀形式。 缝隙腐蚀常发生在螺栓板材装配结构的接合间隙内。腐蚀 痕迹大多在板上的孔洞处。缝隙腐蚀偶尔也发生栓与板接 合的部分。 • 在板与螺栓之间也可能发生电化学腐蚀。电化学腐蚀常使 螺栓与板的接触区域变色，留下像“烧焦”或“熏黑”的 痕迹。
2.5 宿主反应
• 2.5.1 伤口愈合过程
• 一旦组织或器官被损伤或损坏，邻近细胞的反应就是将他们修复。任 何伤口最直接的反应就是发炎。创伤形成后，伤口处的毛细血管收缩 阻碍血液的流失，起凝血止血的作用。 • 生物材料植入后形成的伤口愈合经过一系列的过程： 间质细胞与纤维细胞移动到伤口处的组织 坏死的组织残骸，血块等被粒细胞核巨噬细胞移走 成纤维细胞利用纤维素构成的支架分化胶原 新的毛细血管形成 内皮细胞和成纤维细胞都能够释放胶原酶，保持伤口处的胶原质含量 达到平衡 • 2-4周后，伤口处逐渐恢复和发生组织在建。 • 在伤口愈合期间： 伤口组织的蛋白糖和多聚糖将会减少 成纤维细胞的增值速率变得缓慢，达到胶原合成和溶解的新平衡，伤 口开始愈合。 • 在伤口修复期间，伤口的愈合过程将随着组织的变化而变化。
2.4.1 膨胀与浸析
• 植入材料与生物环境间最简单的相互作用形式是：在不发生反应的条 件下，材料通过界面的转移。 膨胀：物质从组织进入生物材料，致密的材料就会因为体积增加而发 生膨胀。主要是指液体物质、周围的液相介质中的某些成分或溶质。 浸析：当液体进入材料的内部，或是生物材料的某种成份溶解在组织 的液体相中时，就将这种产生材料孔隙的过程。 • 膨胀和浸析都是扩散的结果。 造成膨胀最简单的情况：从固定的浓度、完全均匀的混合液体到无限 大介质的扩散。 • 吸收造成的影响可以总结为：颜色的变化、体积的变化、可能还有力 学性能的变化。 • 一般情况下，作为吸收的次级效应，力学性能的变化包括：弹性模量 的降低，内部粘度的增加，延展性的增加，如果植入材料与被吸收的 物质发生反应，延展性也可能降低，摩擦系数的变化以及抗磨损性能 的降低。 导致浸析的最简单的情况：扩散物质以恒定的速率离开材料的表面。
组织液存在于组织、细胞的间隙内，绝大部分呈胶冻状，不能自由流动，因 此不会因重力作用而流至身体的低垂部分。将注射针头插入组织间隙内，也 不能抽出组织液。组织液凝胶的基质是胶原纤维和透明质酸细丝。组织液中 有极小一部分呈液态，可自由流动。组织液中各种离子成分与血浆相同。组 织液中也存在各种血浆蛋白质．但其浓度明显低于血浆。 组织液是血浆滤过毛细血管壁而形成
神经内分泌网络等，使机体免疫功能低下，导致个体易受感染因素或
肿瘤的攻击，也可影响免疫细胞的抗原识别能力或过敏性，引起病理 性免疫应答，表现为过敏反应或自身的免疫性疾病。
• 化学物对免疫系统的作用具有双向性，即化学物可在不同的条件下分
别表现为对机体的免疫抑制或过敏。
2.4.4 高分子材料的水解与降解
2.2 生物相容性
1）定义
生物材料在宿主的特定环境和部位，与宿主直接或间接接触时所 产生相互反应的能力。生物相容性是材料在生物体内处于动态变化过程 中，能耐受宿主各系统作用而保持相对稳定，不被排斥和破坏的生物学 特性，又称为生物适应性和生物可接受性 .材料与宿主产生相互作用所 涉及生物化学、生物力学和生物电学三个反应系统。
2.4.3 生物分子与材料表面的反应
• 生物材料一旦植入体内用来连接、修复损伤的组织、器官等，人体的 组织即将对植入体进行反应。这种反应通常只在材料与生物体接触的 界面上进行的。 • 生物分子与材料表面的反应的方式取决于植入的位置，反应的过程与 材料的结构与性质有关，包括生物结合、毒性反应、排异与吸收。 • 不同的生物材料可直接损伤免疫细胞的形态和功能，或者经吸收干扰
组织相容性的优劣，主要取决于材料结构的化学稳定性。
一般来说，相对分子质量大，分布窄或有交联结构的材料，组织相容 性较好。其顺序由好到差依次为：硅橡胶、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、 聚丙烯晴、聚酰胺、酚醛树脂、环氧树脂等。 • 生物材料的组织相容性还与高聚物的形状和表面粗糙程度有关。 • 动物实验证明：高聚物呈海绵状、纤维状等形状时不易诱发恶性肿瘤 的发生，而片状材料容易诱发恶性肿瘤。表面平整光滑的材料与组织 接触一段时间，其材料的周围可形成一层与材料无明显结合的、由纤
1）生理腐蚀
生理环境对材料的化学侵蚀作
用，致使材料产生离解、氧化等 2）吸收 材料在生理环境中，可以通过吸收
Hale Waihona Puke 过程使其功能改变，也可导致材料物理机械性能 改变； 3）降解及失效 在生理环境作用下，材料可
能被机体降解，导致材料失效。磨损可以使修复 体部件之间结合受损，造成修复体失效。机械力 作用也可能引起材料失效。
• 膨胀和浸析引起的材料变形有不少有害的效果。
• 膨胀的影响： 膨胀会降低材料的弹性极限，而且会导致一种静态疲劳或 “裂纹”的失效形式。 • 浸析的影响： 作为膨胀的相反作用，浸析对性能的影响一般不会太显著。 可能发生的问题是对浸析产物的局部和系统整体的生物反 应。 过度浸析（例如金属晶间浸析）可以导致断裂强度的降低。 浸析造成的缺陷可以聚合成空洞。对刚性材料来说，如果 空洞所占的体积百分比大到一定值，就会造成弹性模量的 降低，其降低的数量与空洞体积百分比的二次方成正比。
2.4 材料在生物体内的反应
医疗器械的复杂性主要取决于植入体对于宿主的影响以及 宿主对于植入体的影响这两方面的因素。大部分的变化对生 物体都有不利的影响。
图2-1 几种植入材料表面在生物材料环境下常见的变化
宿主反应和材料反应
（1）宿主反应
宿主反应是生物机体对植入材料的反应。宿主反应的 发生是由于生理环境的作用，导致构成材料的组分原子、分 子以及颗粒、碎片等代谢产物进入机体组织。生物材料进入 机体后，可产生以下宿主反应： 局部组织反应，是组织对手术创伤的急性或炎性反应； 全身毒性反应，是由于材料降解在合成加工及消毒过程中吸 收或形成的低相对分子质量产物造成的，有急性和慢性反应；