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⽣物医⽤材料⽣物医⽤⾼分⼦材料课程总结⼀、⽣物医⽤材料定义⽣物医⽤材料：对⽣物系统的疾病进⾏诊断、治疗、外科修复、理疗康复、替换⽣物体组织或器官（⼈⼯器官），增进或恢复其功能，⽽对⼈体组织不会产⽣不良影响的材料。
⽣物医⽤材料本⾝并不必须是药物，⽽是通过与⽣物机体直接结合和相互作⽤来进⾏治疗;⽣物医⽤材料是⼀种植⼊躯体活系统内或与活系统相接触⽽设计的⼈⼯材料。
研究内容包括：各种器官的作⽤；⽣物医⽤材料的性能；组织器官与材料之间的相互作⽤分类⽅法：按材料的传统分类法分为：(1)合成⾼分⼦材料（如聚氨酯、聚酯、聚乳酸、聚⼄醇酸、）(2)天然⾼分⼦材料（如胶原、丝蛋⽩、纤维素、壳聚糖）(3)⾦属与合⾦材料(4)⽆机材料(5)复合材料按材料的医⽤功能分为：(1)⾎液相容性材料(2)软组织相容性材料(3)硬组织相容性材料(4)⽣物降解材料(5)⾼分⼦药物⼆、⽣物相容性与安全性⽣物相容性，是⽣物医⽤材料与⼈体之间相互作⽤产⽣各种复杂的⽣物、物理、化学反应的⼀种概念。
⽣物医⽤材料必须对⼈体⽆毒、⽆致敏、⽆刺激、⽆遗传毒性、⽆致癌性，对⼈体组织、⾎液、免疫等系统不产⽣不良反应。
主要包括：1.组织相容性：指材料⽤与⼼⾎管系统外的组织和器官接触。
要求医⽤材料植⼊体内后与组织、细胞接触⽆任何不良反应。
典型的例⼦表现在材料与炎症，材料与肿瘤⽅⾯。
影响组织相容性的因素：1）材料的化学成分；2）表⾯的化学成分；3）形状和表⾯的粗糙度：2.⾎液相容性：材料⽤于⼼⾎管系统与⾎液直接接触，主要考察与⾎液的相互作⽤材料，影响因素：材料的表⾯光洁度；表⾯亲⽔性；表⾯带电性，具体作⽤机理表现在：⾎⼩板激活、聚集、⾎栓形成；凝⾎系统和纤溶系统激活、凝⾎机能增强、凝⾎系统加快、凝⾎时间缩短；红细胞膜破坏、产⽣溶⾎；⽩细胞减少及功能变化；补体系统的激活或抑制；对⾎浆蛋⽩和细胞因⼦的影响。
主要发⽣在凝⾎过程，⽣物材料与⾎⼩板，⽣物材料与补体系统的作⽤过程。
高中生物新建材知识点总结高中生物课程中，新建材知识点主要涉及生物材料的来源、类型、应用以及与环境的关系等方面。
以下是对这些知识点的详细总结：# 生物材料的来源1. 自然来源：生物材料可以来源于自然界中的动植物，例如木材、棉花、羊毛等。
2. 生物技术生产：通过生物技术手段，如基因工程、发酵工程等，生产生物降解塑料、生物纤维等。
3. 农业副产品：如稻壳、玉米芯等，这些副产品可以转化为生物材料。
# 生物材料的类型1. 天然生物材料：如木材、棉花、羊毛等，它们是直接从自然界获取的材料。
2. 生物基材料：这类材料来源于生物体，但经过加工处理，如生物塑料。
3. 生物降解材料：在自然环境中可以被微生物分解的材料，如聚乳酸（PLA）。
4. 生物复合材料：将生物材料与其他材料复合，以提高其性能，如天然纤维增强塑料。
# 生物材料的应用1. 包装材料：生物降解塑料被广泛用于食品包装，减少环境污染。
2. 纺织品：生物基纤维如竹纤维、大豆蛋白纤维等被用于服装制造。
3. 建筑材料：生物材料也被用于建筑行业，如生物基绝缘材料和生物木材。
4. 医疗领域：生物相容性材料用于制造人工器官、药物缓释系统等。
# 生物材料与环境的关系1. 可持续性：生物材料通常来源于可再生资源，有助于减少对非可再生资源的依赖。
2. 生物降解性：许多生物材料可以在自然环境中分解，减少长期环境污染。
3. 碳足迹：生物材料的生产和使用过程中，碳排放量相对较低。
4. 生态平衡：合理利用生物材料有助于保护生态环境，维护生物多样性。
# 生物材料的挑战与发展1. 性能提升：研究如何提高生物材料的力学性能、耐热性等，使其更适合各种应用。
2. 成本问题：生物材料的生产成本通常高于传统材料，需要通过技术进步降低成本。
3. 回收利用：开发有效的回收技术，提高生物材料的循环利用率。
4. 标准化和认证：建立生物材料的标准和认证体系，规范市场，保护消费者权益。
# 结语生物材料作为一类新兴材料，其开发和应用对于实现可持续发展具有重要意义。
第二章生物医用金属材料◆第一节概述◆第二节生物医用金属材料的特性与生物相容性◆第三节常用的医用金属材料◆第四节医用金属材料研究进展第一节概述生物医用金属材料用于整形外科，牙科等领域。
由它制作的医疗器件植入人体，具有治疗，修复，替代人体组织或器官的功能，是生物医用材料的重要组成部分，其在医用材料中占45％，而高分子材料也占45％。
生物医用金属材料是人类最早利用的生物医用材料之一，最重要的应用有：骨折内固定板、螺钉、人工关节和牙根种植体等。
这种材料在人体内生理环境条件下长期停留并发挥其功能，其首要条件是材料必须具有相对稳定的化学性能，从而获得适当的生物相容性。
迄今为止，除医用贵金属、医用钛、钽、铌、锆等单质金属外，其他生物医用金属金属材料都是合金，其中应用较多的是：不锈钢、钴基合金、钛合金、镍钛形状记忆合金和磁性合金等。
第二节生物医用金属材料的特性与生物相容性生物医用金属材料具有优良的力学性能、易加工性和可靠性，但是金属材料很难与生物组织产生亲和，一般不具有生物活性，它们通常以相对稳定的化学性能，获得一定的生物相容性，植入生物组织后，总是以异物的形式被生物组织所包裹，使之与正常的组织隔绝。
组织反应一般根据植入物周围所形成的包膜厚度及细胞浸润数来评价。
作为生物医用金属材料，首先必须满足两个条件：1.无毒性；2.耐生理腐蚀性。
一、金属材料的毒性生物医用金属材料植入人体后，一般希望能在体内永久或半永久地发挥生理功能，所谓半永久对于金属人工关节来说至少在15年以上，在这样一个相当长的时间内，金属表面会有离子或原子因腐蚀或磨损进入周围组织内，因此，材料是否对生物组织有毒就成为选择材料的必要条件。
当然，合金化（某些有毒的金属单质与其他金属元素形成合金后），可减少甚至消除毒性。
因此合金的研制对开发新型生物医用材料具有重要意义。
另外，采用表面保护层和提高光洁度来提高抗腐蚀能力。
金属的毒性可以通过组织或细胞培养、急性和慢性毒性试验、溶血实验等来检测。
第一章●生物材料：是一类具有特殊性能、特种功能，能用于人工器官制造、组织修复、理疗康复、诊断检查、治疗疾患等医疗、保健领域，而对人体组织、体液无不良影响的材料。
●金属材料●无机材料●生物玻璃●活性生物玻璃：是指能与人体组织结合为一体，没有明显的分界面，具有很好的生物相容性●碳素材料●有机生物材料●天然生物材料●药用生物材料●灭菌：指杀灭产品中一切微生物过程，使其达到无菌状态●消毒：指破坏非芽孢型和增殖状态的微生物过程，使其达到无害●湿热灭菌法：该法的原理是高温可使微生物细胞蛋白质凝固●化学灭菌法：该法的原理是使化学物质渗入到微生物的细胞内与其产生化学反应，影响蛋白质酶系统的生理活性，从而破坏细胞的生理机能而导致细胞灭亡，达到灭菌效果（醇类、过氧化物、卤族元素及其化合物、醛类、酚和酚衍生物、季铵化合物，环氧乙烷）要点1、生物材料的分类按材料的来源分类：天然生物材料、人工合成材料、自体生物器官或组织、同种异体器官或组织、异种同类器官与组织按材料的性质分类：高分子材料、无机非金属材料、金属材料、复合杂化材料按材料的应用部位分类：口腔材料、眼科材料、骨科材料、心血管材料等按材料的替代对象分类：硬组织材料、软组织材料、血液代用材料、膜分离材料、粘合材料、药用材料按与人体接触程度分类：体表接触材料、非植入性材料、半植入材料、植入材料、体内降解材料2、生物材料研究的内容1）生物体生理环境、组织结构、器官生理功能及其替方法的研究。
2）具有特种生理功能的生物材料的合成、改性、加工成型以及材料的特种生理功能与其结构关系的研究。
3）材料与生物体的细胞、组织、血液、体液、免疫、内分泌等生理系统的相互作用以及减少材料毒副作用的对策研究。
4）材料的灭菌、消毒、医用安全性评价方法与标准以及管理法规的研究。
3、生物材料的选择4、生物材料的评价重点1、生物材料的一般要求1)必须符合“医用级”标准2)溶出物和可渗出物含量低3)良好的生物稳定性（生物相容性）4)优良的机械性能5)便于灭菌和消毒6)价格便宜2、生物材料的发展趋势●血液相容性材料的研制●生物降解材料的研制及临床应用●人工器官的功能和性能改进●组织工程化器官支架材料●开发新型医疗器械●缓释控释药物的开发及临床应用3、骨组织置换材料的选择心血管材料的选择药物释放材料的选择4、生物材料的灭菌与消毒●塑料：常温下有一定形状，强度较高，在一定力的作用下形变●橡胶：常温下呈弹性，即受到很小的外力形变很大，可达原长的十余倍，去除外力以后又恢复原状的高分子材料●纤维：室温下分子的轴向强度很大，受力后形变很小，在一定的温度范围内力学性能变化不大的高分子材料。
组织相容性定义:材料与组织接触时,表现出的亲和能力。
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、聚丙烯腈、聚酰胺、酚醛树脂、环氧树脂等。
什么是生物材料？曾经的定义：由生物过程形成的材料。
结构蛋白（胶原蛋白、蚕丝蛋白等）；结构多糖及生物软组织（纤维素、透明质酸等）；生物复合材料（腱、角、木材等）；生物矿物（骨、牙、贝壳）。
————天然生物材料生物材料定义：又称生物医用材料，是指与生物系统相作用，用以诊断、治疗、修复或替换机体中的组织、器官或增进其功能的材料。
生物材料是材料科学领域中正在发展的多种学科相互交叉渗透的领域，其研究内容涉及材料科学、生命科学、化学、生物学、解剖学等学科，同时还涉及工程技术和人文学科的范畴。
生物材料学的主要研究内容●生物体生理环境/组织/器官生理功能及其替代方法。
●其特有的生理功能的生物医学材料的合成/改性/加工成型及材料的特种生理功能构建。
●材料与生物体的细胞/组织/血液/体液/免疫/内分泌等生理系统的相互作用以及降低材料毒副作用的对策。
●材料灭菌/消毒，医用安全性评价方法和标准，医用材料与制品的生产管理和法规。
生物医学材料的主要用途：●替代损伤的器官或组织（例如：人造心脏瓣膜/假牙/人工血管等）●改善或恢复器官功能（如：隐形眼镜/心脏起搏器等）●用于诊断或治疗过程（如：介入性治疗血管内支架/用于血液透析的薄膜等）生物材料正在挽救和维持世界上数亿患者的生命；正广泛应用于损伤组织/器官的形态和功能的恢复；正在提高人们健康水平方面发挥巨大作用。
发展阶段：第一代（1950s) 第二代（1980s) 第三代（1990s)特点：生物惰性特点：生物活性或生物可吸收性特点：生物活性或生物可吸收性●第一代生物材料：惰性生物材料不锈钢、钛及其合金、以及钴基合金等金属材料碳素、氧化铝、氧化锆等生物惰性陶瓷材料硅橡胶、高分子量聚乙烯等有机高分子材料缺点：材料本身不能促进或加速伤口的愈合；往往要进行二次手术；植入体与生物主体之间存在界面问题。
生物医用材料课堂笔记
一、生物医用材料定义
广义的生物材料：一是指用于生物体内的材料，达到治疗康复的目的，例如隐形眼镜、人工髋关节；二是指来源于生物体，可能用于或不再用于生物体内（这种不是本课程研究对象），例如动物皮革用于服装。
我们给生物医用材料明确的定义：对生物系统的疾病进行诊断、治疗、外科修复、理疗康复、替换生物体组织或器官（人工器官），增进或恢复其功能，而对人体组织不会产生不良影响的材料。
生物医用材料本身并不必须是药物，而是通过与生物机体直接结合和相互作用来进行治疗。
另一种说法是：生物医用材料是一种植入躯体活系统内或与活系统相接触而设计的人工材料
生物医用材料学科的研究内容
1.各种器官的作用；
2.生物医用材料的性能；
3.组织器官与材料之间的相互作用：在体内，生物医用材料如何影响活组织（称之为宿主反应）；活组织又如何影响生物材料的性能变化（称之为材料反应）。
重点研究化学（包括生物化学）和力学两方面。
（例如植入髋关节，磨损碎屑，炎症反应，以及金属离子的溶出）
二、生物医用材料简介
2.1 生物医用材料的分类：由于生物材料应用广泛，品种很多，所以会有不同角度的分类。
按材料的传统分类法分为：
(1) 合成高分子材料（如聚氨酯、聚酯、聚乳酸、聚乙醇酸、乳酸乙醇酸共聚物）
(2) 天然高分子材料（如胶原、丝蛋白、纤维素、壳聚糖）
(3) 金属与合金材料（如钛及钛合金）
(4) 无机材料（如生物活性陶瓷、羟基磷灰石）
(5) 复合材料（如碳纤维／聚合物、玻璃纤维／聚合物）
按材料的医用功能分为：
(1) 血液相容性材料
(2) 软组织相容性材料
(3) 硬组织相容性材料
(4) 生物降解材料
(5) 高分子药物
2.2 生物医用材料的生物相容性
2.1.1生物相容性概念和原理
生物医用材料必须对人体无毒、无致敏、无刺激、无遗传毒性、无致癌性，对人体组织、血液、免疫等系统不产生不良反应。
材料的生物相容性是生物医用材料研究设计中首先考虑的重要问题。
生物医用材料与组织、细胞、血液接触时，会产生各种反应，（包括宿主反应（即机体生物学反应）和材料反应）。
见下图。
2.1.2 生物相容性的分类
生物医用材料的生物相容性分为两类：
若材料用于心血管系统与血液直接接触，主要考察与血液的相互作用，称为血液相容性；
若与心血管系统外的组织和器官接触，主要考察与组织的相互作用，称为组织相容性或一般生物相容性。
2.3 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。
2.4 硬组织修复与骨组织工程材料
迄今为止，用于硬组织修复与替换的材料，仍然首推金属与合金，其次是生物陶瓷、聚合物、复合材料、人和动物的骨骼衍生物。
不仅要求修复材料无毒副作用、有生物安全性，还要在骨和关节复杂的应力条件下，有足够的力学强度，并且能与原骨牢固结合。
硬组织修复与重建材料是生物医学材料中发展最早、最成熟的领域。
这不仅表现在临床中被广泛接受与使用，还表现在形成了“生物活性”这个核心概念，这就是要有利于植入材料与活体组织形成键合。
而非生物活性的材料在植入材料与活体组织界面处则会形成非粘附的纤维组织层。
2.5 生物医用材料表面改性
生物材料必须具有良好的生物相容性：不引起生物体发生毒性、致敏、炎症、致癌、血栓等的不良生物反应。
生物相容性取决于材料表面性质：材料表面成分、表面结构、表面形貌、表面能量状态、表面亲水性、表面电荷、表面导电性等。
2.6 生物玻璃
生物玻璃是由SiO2, Na2O, CaO, P2O5等氧化物组成的玻璃系列，改变比例，可以得到活性程度不同的生物玻璃。
生物玻璃的最大优点是具有很高的生物活性，快速与骨组织结合；但它的缺点是强度太低，弯曲强度仅为30-50MPa，无法承受应力的作用。
因此它的应用受到了限制，目前仅用于涂层、颗粒和不受力的场合。
生物玻璃是软的玻璃，最后的形状尺寸由机械加工得到。
常用的机械加工手段都可以用于加工生物玻璃。
2.7 人工心瓣膜
瓣膜相当于单向阀门，人的心脏中有四个心瓣膜，保证血液向一个方向流动。
在这四个心瓣膜中，左心室的两个瓣膜容易失效，其中又以主动脉瓣最易失效。
（？）
这类病例可以通过置换人工心瓣膜继续生存。
目前，临床上使用机械型和生物型两种人工心瓣，各有特点和适应症。
机械式瓣膜的特点：
（1）使用寿命长，适合年轻的患者使用；
（2）尽管瓣膜涂层有较好的血液相容性，但是瓣膜的抗凝血能力
仍然低，患者需要长期服用抗凝血药物以抵抗表面凝血。
三、生物医用材料的研究现状
目前，世界各国对生物材料的研究大多处于经验和半经验的阶段，材料与活组织之间的相互作用机理还有许多不清楚的地方，一般以现有材料为对象，凡性质基本能满足使用要求者，则进行适当纯化，包括配方上减少有害助刑、工艺上减少单体残留量和低聚物，然后加以利用；性能不满足要求者，进行适当改性后再加以利用；还有的则把两种材料的性质结合起来以实现一定的功能。
至今，真正建立在分子设计基础上，依据生物相容性，按照材料结构与性能的关系，来设计新型生物材料的研究尚不多见。
因此，目前应用的生物材料，尤其是用于人工器官的材料，只是处于“勉强可用”或“仅可使用”的状态，还未满足应用的要求。
四、生物医用材料的研究方向
(1) 生物相容性的分子设计学研究，重点研究材料的一次结构及表面高次结构与活体的组织相容性、血液相容性及体内耐老化性的关系，深入探讨生物材料分子设计的理论与方法，并用于指导新材料的开发。
(2) 血液相容性材料研究，特别是对仿肝素结构材料和表面生物化处理材料的研究。
(3) 生物膜材料的研究，重点是人工肺膜用气体透析材料，血液
净化用透析膜、超滤膜尤其是可分离分子物质的透析膜材料。
(4) 缓释材料研究，重点是研究植入型可吸收性缓释材料及生物粘附型缓释材料。
(5) 天然生物材料中再生胶原及弹性纤维蛋白的稳定化和增强处理方法、甲壳素和透明质酸代替物的应用研究。
(6) 生物陶瓷和生物玻璃材料研究，重点是提高生物陶瓷表面生物相容性和力学相容性及表面修饰与处理方法的研究，生物陶瓷表面与机体组织、体液相互作用的机理研究，以及具合各种功能的生物陶瓷、生物玻璃的应用研究。
(7) 医用钛及钛合金、镍钛合金材料表面与体液相互作用机理和生化反应及金属表面生物惰性化处理方法的研究。
(8) 生物材料表面修饰学的研究，发展各种生物梯度材料，通过对材料表面的合理修饰，使其表面形成一个能与生物活体相适应的过渡层。
从而提高材料的生物相容性，这种过波层应具有生物相容性和力学相容性。
(9) 生物材料的生物相容性表征及评价方法的研究，制定不同应用场合的生物相容性要求，研究准确可靠、简便快速的评价方法，并使评价标准统一和规范化。
(10) 生理活性材料、仿生材料、智能材料、生物／合成杂化材料的研究，包括应用仿生没计，仿制具有某些器官或组织的物性和生物活性的生物材料，用共价键合或物理交联方法将某些生物功能物牢固地固定在合成聚合物表面或内部，制造杂化生物材料
系统，用于人工器官、药物释放、亲合分离系统和生物传感器，研究能保持细胞活力的细胞载体材料和接载方法。
(11) 生物降解／吸收的调控机制研究。
研究生物降解／吸收材料的分子结构、生物环境对生物降解／吸收材料降解的影响、降解／吸收速度的调控、降解／吸收及代谢机制、降解产物对机体的影响。
目标是为组织工程化人工器官生物材料及药物控释材料提供理论基础，实现材料参与生命过程、构建生命组织的目的。
(12) 生物结构和生物功能的设计和构建原理研究。
着重研究具有诱导组织再生的骨、软骨及肌腱等基底材料和框架结构的设计及其仿生装配；
(13) 继续筛选现有或新出现的材料，注意材料结构与性能关系的研究，积累数据资料，逐步发展生物材料的分子设计，在改性和分子设计基础上合成新的生物材料。
