生物医用材料课堂总结Word格式文档下载.docx

生物医用材料课堂总结Word格式文档下载.docx

《生物医用材料课堂总结Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物医用材料课堂总结Word格式文档下载.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

四、当前研究比较活跃的生物材料主要有：

（1）高抗凝血材料

（2）生物活性陶瓷及玻璃（3）钛及钛合金、钛镍记忆合金（4）生物活性缓释材料及靶向药物载体材料（5）生物粘合剂（6）可生物降解与可吸收性生物材料（7）智能与杂化材料（8）血液净化材料

五、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

（2）血液相容性材料研究（3）生物膜材料的研究（4）缓释材料研究（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（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（9）生物材料的生物相容性表征及评价方法的研究（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。

（11）生物降解／吸收的调控机制研究。

（12）生物结构和生物功能的设计和构建原理研究。

（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。

专题1、生物医用材料的生物相容性及其生物学评价

第一节、生物相容性概念和原理

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）。

多数医用材料植入体内以后，物理的化学的性状会变化。

引起生物医用材料变化的因素有：

（1）生理活动中骨路、关节、肌肉的力学性动态运动；

（2）细胞生物电、磁场和电解、氧化作用：

（3）新陈代谢过程中生物化学和酶催化反应；

（4）细胞粘附吞噬作用；

（5）体液中各种酶、细胞因子、蛋白质、氨基酸、多肽、自由基对材料的生物降解作用。

另一方面，医用材料植入人体后，机体会发生三种生物学反应：

组织反应、血液反应和免疫反应。

引起生物体反应的因素有：

（1）材料中残留有毒性的低分子物质；

（2）材料聚合过程残留有毒性、刺激性的单体；

（3）材料及制品在灭菌过程中吸附了化学毒剂和高温引发的裂解；

（4）材料和制品的形状、大小、表面光滑程度（5）材料的酸碱度。

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。

所有医用材料和装置都将首先遇到组织相容性问题（即便是人工心血管系统），所以叫做一般生物相容性。

第二节组织相容性

组织相容性要求医用材料植入体内，与组织细胞无任何不良反应。

人工合成材料植入软组织后，组织细胞可能会有下述三种反应：

毒性反应、包绕反应、活性反应。

因此有评价软组织相容性的方法：

包绕层的厚薄以及其中毛细血管的数量，可以反映材料的生物相容性高低。

影响医用材料生物相容性的因素：

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。

生物医用材料与炎症

在机体中长期植入生物医用材料，常引起炎症。

造成细菌性感染的原因有以下几点：

（1）植入手术过程中对皮肤和组织造成损伤体内组织的机会；

（2）植入生产过程中已被细菌污染的材料和制品或无菌材料已被污染；

（3）植入材料能抑制体内的抗炎防御系统的反应性。

增加了局部组织易感染性；

（4）植入材料能抑制和吸附补体C3a、C5a，增加多核白细胞在植入物附近局部组织中的数量，使抑制局部炎症反应的能力减弱。

生物医用材料与肿瘤

生物医用材料诱发肿瘤可能与下列因素有关：

（1）动物试验证实，引起肿瘤的原因与植入材料的外形有明显的相关性。

（2）与植入材料的埋植方法有关。

（3）与植入材料表面的租糙程度有关。

（4）被致癌物污染的材料或生物老化时能释放致癌物的材料，植入动物体内能诱发恶性肿瘤。

（5）与植入材料在体内形成的纤维包膜厚度有关。

（6）材料中残留的有毒或刺激性的小分子物质使局部组织长期受毒或受刺激，可诱发恶性肿瘤。

高分子材料在体内的表面钙化

高分子材料在植入人体内后，经过一段时间，会出现钙化合物在材料表面沉积的现象，即钙化现象。

钙化现象往往是导致高分子材料在人体内应用失效的原因之一。

第三节血液相容性

生物材料对血液影响主要有以下几方面：

a）血小板激活、聚集、血栓形成；

b）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；

c）红细胞膜破坏、产生溶血；

d）白细胞减少及功能变化；

e）补体系统的激活或抑制；

f）对血浆蛋白和细胞因子的影响。

影响血液相容性的因素：

1.材料表面光洁度：

表面越粗糙，暴露在血液上的面积就越大，凝血的可能性就增大；

2.表面亲水性：

亲水性材料比疏水性材料有更好的血液相容；

3.表面带电性：

表面带负电的材料具有更好的血液相容性。

目前使用较多的抗凝血的表面：

1.肝素表面。

2.低温裂解碳。

3.二氧化钛表面，氧化钽表面。

血液在受到下列因素影响时，都可能发生血栓：

①血管壁特性与状态发生变化；

②血液的性质发生变化；

③血液的流动状态发生变化。

生物医用材料与血小板

当血小板与进入血管内的材料接触时，血小板会被激活。

国际标准化组织IS010993.4-1992与血液相互作用试验选择中已将测定血小板球蛋白（β-TG）、血小板因子4（PF4）的方法列为试验方法，从分子水平上评价生物材料激活血小板的指标。

生物医用材料与补体系统

补体激活对机体产生下面的影响：

（1）可引起患者过敏症状。

（2）在透析时观察到患者有血氧下降或低血压现象。

（3）C3b将引起白细胞在材料表面粘附，促进血小板聚集，参与血栓的形成。

（4）出现慢性并发症，如易感染、恶性肿瘤发生率增加、软组织钙化，特别是肺泡细胞纤维化、钙化及动脉硬化。

（5）植入物的表面拈附大量的白细胞，是由于C3b结合在材料表面，起到白细胞在材料表面粘附的调理作用。

第五节骨组织反应

用于骨修补和骨替代的材料除了用软组织反应的宿主反应来评价其生物相容性外，还应具备一些特殊的生物学性能：

骨生物活性、骨诱导性、骨传导性.

影响骨相容性的因素：

材料化学性质，尤其是表面的化学性质；

材料的表面粗糙度。

评价骨相容性的参数：

宏观上用材料-骨界面拉脱应力表示，正应力或剪切应力；

微观上用材料-骨界面发生直接结合的比例表示。

专题2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。

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；

（3）指导和控制组织的反应；

（4）促进细胞粘附及激活细胞；

（5）抑制细胞的粘附和激活细胞；

（6）防止某一生物反应的攻布；

（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。

组织工程材料按件质和应用大致分为生物降解材料、组织引导材料、组织诱导材料和组织隔离材料。

三、组织工程支架的研究与制备方法

组织工程支架的几种制备方法：

1）纤维连结法2）溶剂浇铸和孔隙制取法3）层压膜法4）熔融膜压法5）纤维增强法6）相分离法7）原位聚合法

四、细胞与材料的界面反应

1、细胞与材料界面反应的评价方法

通常是在体外用细胞培养的方法来评价细胞与聚合物界面的反应状况。

将细胞置于聚合物表面，在细胞培养条件下测定细胞粘附、扩散、生存、功能、死亡等参数。

2、材料化学表面对细胞的影响

聚合物表面的化学组成对细胞的贴附和扩散有重要影响。

聚合物表面有亲水基团有利于细胞的贴附和生长。

羟基、羰基等都对细胞的贴附和生长有影响。

3、降解材料及一般聚合物表面修饰对细胞的影响

一般合成聚合物通过表面修饰可促使细胞粘附，在材料表面吸附一层蛋白，细胞就可以在上面贴附、迁移、生长。

4、材料物理表面对细胞的影响

植入体微观形态对细胞生长有重要影响。

不同形态和组成的表面对细胞的生长有不同的影响。

5、细胞与悬浮聚合物的影响

在组织工程中，有时需要贴壁细胞附着在聚合物微载体上：

在人工肝支持装置中，微载体的表面性质对细胞生长具有重要影响。

组织工程另一重要研究领域是将细胞悬浮在微囊里，用囊膜来保护细胞不受抗体的攻击，这一方法己用于人工胰。

五、组织与细胞的微环境

组织微环境主要涉及三个方面，即：

细胞要素、可溶性生长因子、胞外基质。

1、细胞要素

2、可溶性生长因子：

能诱导或直接作用于基因表达，从而作用于细胞的增殖和分化。

3、胞外基质：

由蛋白质和糖胺聚糖经化学和物理交联形成的复合物。

它的主要成分是胶原、蛋白多糖和一些糖蛋白。

这些成分对内皮细胞的生长、增殖和分化均有重要影响。

4、胞外基质对细胞功能的调控

六、组织工程中的人工器官

组织工程可以分为两个方面：

第一方面，在体外用分离的细胞建造人工组织；

第二方面，在体内调整细胞的生长和功能，例如植入聚合物导管促使损伤的神经细胞生长并连接。

七、组织工程材料研究方向探讨：

（1）新型可降解材料并控制其降解速度，降解产物不含毒性，具有不同强度、不同孔径结构，并能释放各种生物活件物质；

（2）用物理、化学和生物方法改造和修饰原有材料，使其具备生物功能；

（3）研究材料与细胞之间的反应机制和促进细胞再生的规律和原理；

（4）研究细胞基质的作用和原理，研制生物功能的三维支架；

（5）研制具有选择通透性的膜材；

（6）用自组装方法制备无机、有机结构交替的仿天然材料；

（7）利用智能高分子材料传导细胞与材料之间的应答反应；

（8）大力发展对细胞和组织具有诱导作用的材料，促进受损器官的修复和再生；

（9）用基因工程手段改造细胞，使其具有特殊功能；

（10）在体外大量培养、增殖、储存和运输细胞及其复合物。

专题3硬组织修复与骨组织工程材料

一、生物活性陶瓷

生物活性陶