生物材料复习总结Word格式.docx

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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

第二章

●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。

●生物活性玻璃

●羟基磷灰石

●生物降解材料

●人体可吸收材料

●复合材料

1、聚酯类高分子材料

2、聚硅氧烷、聚醚类高分子材料

3、高分子的溶解与溶胀

4、杂化、共混、复合材料的结构性能特点

1、生物材料的特殊要求

2、生物材料的功能要求

3、线形非晶态高分子三种物理形态的运动单元

4、羟基磷灰石的制备方法

第三章

●生物相容性：

材料在生理环境中，生物体对植入材料会产生生物学反应以及植入材料应该产生有效作用的能力，用以表征这种生物体与生物材料之间相互作用的生物学行为。

●组织相容性：

如果主要考察用于心血管系统之外与肌肉、骨骼、皮肤等组织直接接触的材料的相容性，称为组织相容性

●血液相容性：

如果材料直接接触血液用于心血管系统，主要应考察材料与血液的相互作用，称为血液相容性

●免疫相容性

●生物学环境：

指处于生物系统中的生物材料周围的情况和条件

●内源性钙化：

指由材料本身的因素所引起的钙化

●外源性钙化：

指材料以外的因素所引起的钙化。

●血液凝固：

血液流出血管后，逐渐由流体状态转变为不能流动的胶冻状的血块，这一过程称为凝血

●宿主反应：

即材料对活体系统的作用，包括植入材料附近的局部组织的反应和活体全身的反应。

1、材料与生物体之间相互作用及其后果。

2、材料在生物体内的反应

①膨胀浸析：

如果液体进入材料的内部，或生物材料的某种组分溶解在组织的液相中，材料就会因体积的增加而发生膨胀。

而使材料产生孔隙的过程（液体的浸入和吸收），叫做浸析。

②腐蚀和溶解：

金属材料在体内的重要反应之一就是腐蚀和溶解

③吸收和降解

吸收：

材料在生理环境中，可以通过吸收过程使植入体的功能发生改变，也可能导致植入体所用材料的机械强度降低。

降解：

在生理环境作用下，材料可能发生降解，导致材料的性能发生较大的变化。

④生物分子与材料表面的反应

（i）分子水平——化学方面的影响

（ii）高分子水平——界面力学状况：

表面张力决定着表面的吸附性能，因而影响材料与组织之间的界面张力，影响组织的功能。

3、影响组织反应的因素

①材料中的杂质：

杂质的存在不仅会加速材料本身在体内的老化，而且还会加剧组织的生物学反应。

②物理力学性能：

材料的硬度、模量、弹性等应与其周围组织尽可能匹配。

③形状：

薄膜由于其阻隔作用而容易改变周围组织的正常生理环境，削弱其营养供应，而锐利的边角则会使其周围组织造成损伤而加剧其组织反应。

④表面的形态结构：

粗糙不均匀的表面会加剧其周围组织的反应。

⑤高分子材料本体的化学结构：

主要影响其体内的老化稳定性，而对其组织生物学反应的影响不十分明显。

⑥材料表面的分子结构和性质。

4、血栓的形成过程

5、组织相容性的评价方法

①急性全身毒性：

用材料和/或材料浸提液，通过单一或多种途径，由动物模型做试验，评价其有害作用，只是对小动物作初步的整体安全性观察。

②刺激试验：

利用上述浸提液作家兔皮内刺激试验，按注射部位红斑、疤痛与水肿的形成程度把被检品刺激性分为五个等级

③细胞毒性：

由细胞培养技术、测定细胞溶解（死亡），抑制细胞生长和其它毒性，在细胞株选用，细胞培养操作方法以及结果判断均有不少改进，但迄今仍无一个统一完善的方法。

④局部毒性试验：

将材料植入到适当部位或组织，观察7～90天，最后用光学显微境和电子显微镜评价材料对活体组织的局部毒性作用，但要有“标准样”作参比。

⑤致突试验：

用哺乳动物或非哺乳动物细胞培养技术，测定由材料或/和材料浸提液引起的基因突变，染色体结构和数量变化或遣传毒性。

⑥亚慢性、慢性毒性：

方法同急性全身毒性试验只是实验的时间，前者是比动物寿命的10%少一天的时间，后者是不少于动物寿命的10%

⑦致癌基因的生物评价：

致癌基因包括芳香胺，多环结构，多核芳香族碳水化合物，碱性物质，黄曲霉素，卤化碳水化合物，金属（Ni，Co，Ca）。

⑧生殖和发育毒性：

主要是对计划生育材料的毒性刺激性试验，如避孕药物、缓释药物等。

1、材料引发的感染与钙化及其影响因素

材料引起的感染：

感染主要原因是宿主体与生物环境之间的相互作用，而生物环境的变化是由植入材料的刺激引起的

（i）手术过程中对皮肤和组织造成损伤要尽量小，最大限度地避免微生物侵入体内组织的机会。

消除外界引发感染的因素。

（ii）感染部位可由巨噬细胞与炎症细胞的相互作用而抑制，但植入体可能限制了巨噬细胞的迁移，使其难以产生抗感染生理过程。

（iii）材料的形态与感染有关：

单纤维材料比有孔或复合纤维材料具有更强的抗感染能力。

（iv）材料的浸出物、降解产物也会引起感染，有时会出现无源性感染。

影响钙化的因素：

（i）材料的化学组成和表面形态：

醛基、环氧基、羧基等基团有利于钙化的发生。

（ii）材料在体内做周期性的机械运动，应力存在处先发生钙化，从而产生的材料表面缺陷会导致细胞沉积，导致钙化。

（iii）剪切应力，局部过热，而导致细胞死亡。

（iv）凝血加速钙化，血小板吸附。

（v）体液的钙、磷含量，成骨素、脂质和脂蛋白，也是加速钙化的原因。

2、血液凝固的机理与材料引发的凝血

血液凝固的基本过程：

（1）凝血酶原激活物的形成

内源性凝血：

当血管壁损伤暴露出胶原纤维时，能促使血小板破裂并释放血小板因子，此因子在钙离子与血浆中的有关因子相互作用下凝血酶原激活物形成（凝血酶原酶复合物），称为内源性凝血。

外源性凝血：

当血管破裂伴随血管外组织损伤时，组织细胞释放出组织因子III进入血液,在钙离子存在下互相作用形成凝血酶原酶复合物，称为外源性凝血。

（2）凝血酶原转化为凝血酶：

存在与血浆中的凝血酶原是没有活性的，而凝血酶原复合物可催化凝血酶原转化为具有活性的凝血酶。

（3）纤维蛋白的形成：

血浆中呈溶解状态的纤维蛋白原在凝血酶和钙离子的作用下，转变成不溶性的丝状纤维蛋白。

这些丝状的不溶纤维蛋白相互交织成网，将细胞网络在内形成血凝块。

3、材料的结构与抗凝血之间的关系

①含水结构：

含水或亲水性材料表面具有较好的抗凝血性能。

②表面电荷

有人提出具有抗凝血性的材料表面应具有负、正离子镶嵌结构，在此构造下，为抑制血小板粘附材料总体呈负电状，而在局部微观上为防止凝血因子活化，在100A范围内带正电荷。

③表面张力与界面自由能

（I）表面张力：

指物质表面层微粒间存在的一种平行于表平面的力。

它导致液体表面的紧缩，从而维持了最小表面积的一定界面，即表面张力的大小反映了表面自动收缩趋势的大小。

（II）比表面自由能：

表示产生单位面积新表面使体内自由能的增加。

或者表示物质在本体相内的微粒移位至表面层（非膨胀）而形成单位面积新表面所需消耗的可逆功。

对于平衡表面，表面张力与表面自由能在数学值上是相等的，只是在作用上概念不同。

（III）接触角和湿润式浸润：

研究表明，材料表面张力值越大，凝血时间越短，也就是表面能越大，固体表面和血液接触越容易凝血形成血栓，因为表面能低的材料具有抑制血小板粘附的作用。

④亲水性和疏水性

（I）一般而言，亲水性表面要比疏水性表面吸附蛋白量少

（II）超疏水表面同样具有较好的血液相容性，可能是因为界面自由能太大，蛋白不易在表面吸附，即材料表面与蛋白或血小板之间的粘附功远远小于血液内部的内聚功。

⑤相分离结构

（I）材料表面呈现某种特定形态表面，软链段富集能优先吸附血浆蛋白中白蛋白，这种白蛋白表面产生抑制血小板粘附工作，防止凝血。

（II）具有微相分离结构的材料表面很少使血小板变形，因此能抑制血小板血栓的形成。

（III）膜表面有软段富集效应，这种软链段区遮盖硬链段区的特点能降低凝固因子的接触活化。

第四章

多糖：

由于许多单糖分子经失水缩聚，通过糖苷键结合而成的天然高分子化合物

纤维素：

纤维素是由D—吡喃葡萄糖经由β—1，4糖苷键连结的高分子化合物

醋酸纤维素：

醋酸纤维素膜是纤维素上的羟基被乙酰基部分取代所得到的产物

甲壳素：

1，4—2—酰胺基—α—脱氧—β—D萄聚糖

壳聚糖

蛋白质

胶原

纤维蛋白

要点及重点

1、甲壳素及其衍生物的性能和应用

一、在医药卫生方面的应用

1、医用纤维和膜材料：

手术缝合线、外科防粘连膜、创伤辅料、人工皮肤。

2、药物载体：

中药稳定剂、药物吸收促进剂、缓释控释药物、靶向药物。

3、凝血作用：

止血纱布、止血海绵

4、抗肿瘤作用：

5、增强免疫力

6、降低脂肪和胆固醇

7、人工器官：

人工肝脏、肾、骨、血管等。

二、在食品中的应用

1、絮凝剂和增稠剂：

用于酒、醋、酱油及各种浆状制品。

2、防腐、保鲜剂：

对细菌、霉菌、酵母菌又将强的抑制作用。

3、食品包装膜

4、固定化酶载体

5、保健食品：

三、在农业中的应用：

防虫、防病、促进生长、环保杀虫剂；

可降解地膜、饲料添加剂等

四、在化妆品中的应用：

保湿、润湿、成膜、抗静电、柔软毛发、护发、养发、固发、抗绉、消炎等。

2、透明质酸的制备

（1）动物组织提取法

（2）发酵法

发酵法生产HA的工艺流程如下：

试管菌种接入三角瓶中37℃振荡培养12～18h，接入已灭菌的种子罐中，接种比例为1∶200，培养12～18h，经检菌体生长良好，无杂菌后接入已灭菌的发酵罐中，接种比例为1∶10。

发酵过程中，需要检测的参数主要有pH值、溶氧量、葡萄糖含量、发酵液粘度、HA含量和菌体密度等。

3、胶原的性能及应用

胶原蛋白一般的应用

1）氨基酸：

由蛋白质水解得到氨基酸，可用来制备氨基酸营养液。

2）保健食品：

补钙剂、排铝散、减肥降血脂、指甲头发护理剂。

3）表面活性剂：

润肤乳剂、洗发香波及其它化妆品。

4）絮凝剂：

两性电解质，絮凝范围大。

5）黏合剂：

墨水、墨汁、造纸的施胶剂，航空黏合剂。

6）生物农药

胶原蛋白一般的医用

1）人造血浆：

胶原蛋白纯化，祛除热源，分子量在5万-10万与血液的渗透压相当，可用做血浆的代用品。

2）胶原蛋白海绵：

止血剂，可用于几乎所有的外科手术。

3）胶原蛋白纤维：

用做制备手术缝合线、内衣内裤及其抗菌贴身服装

4）固定化酶：

对酶的亲合性好，能吸附多种酶和细胞。

5）与甲壳素的并用

6）人造活性皮肤

7）药物缓释材料

8）其他医用材料

第六章

1、组织工程的基本概念

应用生命科学与工程学的原理与技术，在正确认识哺乳动物的正常及病理两种状态下的组织结构与功能关系的基础上，研究、开发用于修复、维护、促进人体各种组织或器官损伤后的功能和形态的生物替代物的一门新兴学科。

2、组织工程三要素

种子细胞、支架材料、生长因子、组织构建

3、组织工程支架材料的基本要求

（1）良好的生物相容性

●无毒，即化学惰性

●无热源反应，无致癌性，不致癌

●对细胞和周围组织无刺激性，不干扰机体的免疫机制，不引起免疫排异反应

●植入组织后不引起溶血、凝血反应，不破坏或改变体液、血液成分

（2）足够的力学性能和良好的生物机械性能

（3）良好的生物稳定性

●非吸收性材料的耐腐蚀，不降解性

●生物可吸收性材料的降解性和化学结合性

（4）合适的生物降解性

（5）无溶出物和渗出物

（6）材料来源广泛，价格低廉，便于加工、灭菌、消毒

4、常用的几种支架材料的制备与改性：

聚乳酸胶原壳聚糖

生物材料的关键问题

1）生物材料的应用目的决定了它的基本要求

2）生物相容性是生物材料的基本要求

3）生物材料的制备必须依赖于它的特殊要求

4）生物材料亟待解决的问题是血液相容性

5）生物材料的发展方向是天然材料的应用