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1、第一章 绪论一、基本概念1. 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、人体组织修复或再生、理疗康复、诊断检查、治疗疾患等医疗、保健领域，而对人体无不良影响的材料。2. 金属材料：以金属(包括合金与纯金属)为基础的材料3. 无机非金属材料：一般而言，无机非金属材料泛指整个硅酸盐材料，包括玻璃、水泥、耐火材料、陶瓷等，因其化学组成均为硅酸盐类无机非金属材料又可称为硅酸盐材料。 4. 生物玻璃：主要由Na2O-CaO-SiO2-P2O5体系为基础形成的、具有特殊表面活性，植入体内后可增强与周围组织相互作用的玻璃。5. 活性生物玻璃：生物活性玻璃主要由硅、磷、钙、钠的氧化物组成，并
2、在某些材料中含有少量的硼、镁、铝、钛等的氧化物。 6. 有机生物材料：用于修复损坏或发生病变二失去功能的人体组织和器官、以及在医疗诊断和治疗中使用的天然或合成的高分子材料，又陈伟有机生物材料。 7. 天然生物材料：在自然条件下生成的生物材料。主要包括天然纤维、生物体组织、结构蛋白和生物矿物等材料。 8. 药用生物材料：药用生物材料是现代药物制剂中协助主药（原料药）产生特殊功能的一类材料，如控缓释、靶向、粘附等，以及包装药品或与药品直接接触的一类生物材料。 9. 人工器官：一种装置或机器，通过替代人体有缺陷的部位，完成复杂的任务以维持生命。 10. 灭菌与消毒：灭菌：用理化方法杀死一定物质中的微
3、生物的微生物学基本技术。消毒：是指杀死病原微生物、但不一定能杀死细菌芽孢的方法。 11. 湿热灭菌法：以高温高压水蒸气为介质，利用高压蒸汽潜热大，穿透力强的性质，轻易穿透细菌保护机制，使其内部蛋白质变性或凝固，最终导致微生物的死亡。 12. 化学灭菌法：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，达到灭菌的目的。 二、要点1.生物材料的分类1) 按材料的来源分类：天然、合成、半合成等2) 按材料的使用要求分类：非植入材料：只与体表或体腔接触。如医疗器械、注射器、导管、绷带、敷料、创可贴等半植入材料：植入体内一段时间，待功能完成
4、后取出。如内固定材料、手术缝合线、隐形眼镜等。植入材料：作为修复或替换材料长期植入体内。如人工器官、血管支架、牙科材料。体内降解材料: 在体内按一定的速渡降解成为人体可吸收的小分子.如药用高分子材料、组织工程支架材料等。 3) 按材料的性质分类：（有机、无机、金属等）4) 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）2.生物材料研究的内容1）人体生理环境、组织结构、器官生理功能等及其临床替代方法和技术。2）特种生物功能材料的合成、改性、加工成型以及材料的特种功能与其结构之间的关系。 3）材料与细胞、组织、血液、体液、蛋白、免疫、内分泌等系统的相互作用以及减少材料毒副作用的
5、方法。 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. 生物材料的选择生物材料而言，必须首先考虑材料的生物相容性。因此在选择材料作为某种组织或器官的替代材料是，必须首先考虑人体的生理环境、组织的结构和性能。由于人体组织器官的结构、功能及所处的环境又较大的差别，所以不同的组织对所需要的替代材料也有不同的要求。4.生物材料的评价生物相容性评价实验包括体外试验和动物体内试验。三、重点1.生物材料的一般性要求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直
6、接天然材料 生物惰性材料生物活性材料 生物降解材料 改性天然材料 3. 骨组织材料的选择具备合适的力学性能，尤其是抗压强度和冲击韧性十分关键。4. 心血管材料的选择符合相应器官生物流体力学性能的要求，血液相容性好等。5. 药物释放材料的选择材料要有与其相适应的物理、化学性能、能调节药物的释放速率，控制药物释放的时间，确定药物的释放器官等。6.生物材料的灭菌与消毒消毒只要求杀灭致病微生物，使其数量减少到不再能引起人发病。灭菌不仅要求杀灭致病微生物，还要求将其他所有微生物全部清除掉，包括非致病微生物。第二章 生物材料学基础一、基本概念1. 生物高分子材料：医用高分子材料是指用以制造人体内脏、体外器
7、官、药物剂型及医疗器械的聚合物材料，其来源包括天然生物高分子材料和合成生物高分子材料。 2. 生物陶瓷：用作特定的生物或生理功能的一类陶瓷材料，即直接用于人体或与人体相关的生物、医用、生物化学等的陶瓷材料。3. 生物玻璃：主要由Na2O-CaO-SiO2-P2O5体系为基础形成的、具有特殊表面活性，植入体内后可增强与周围组织相互作用的玻璃。4. 羟基磷灰石：磷酸钙的氢氧化合物，在水相溶剂中不溶，可用做蛋白质纯化的吸附剂，并能结合双链DNA从而与单链DNA分开。5. 玻璃：一种较为透明的固体物质，在熔融时形成连续网络结构，冷却过程中粘度逐渐增大并硬化而不结晶的硅酸盐类非金属材料。 6. 复合材料
8、：由异质、异性、异形的有机聚合物、无机非金属、金属等材料作为基体或增强体，通过复合工艺组合而成的材料。除具备原材料的性能外，同时能产生新的性能。7. 生物降解材料：在生物体内通过酶和自由基的作用可以变成小分子并能被排出体外的一类材料。8. 智能材料：一种能感知外部刺激，且能够判断并做出适当响应和处理的新型功能材料。二、要点1.高分子材料作为生物材料的优缺点优点：重量轻、比强度高、比模量大、耐腐蚀性能好、绝缘性好。缺点：易降解产生毒性、耐老化性能差、易发生应力松弛和蠕变。2. 无机材料作为为生物材料的优缺点优点：熔点高，具有优良的耐高温和化学稳定性，降解产物无毒；一般自由电子数目少、导热性和导电
9、性较小；耐化学腐蚀性好；耐磨损。缺点：硬而脆、韧性低、抗压不抗拉、对缺陷敏感、加工困难。3. 高分子材料的溶胀、溶解与降解过程1) 先经过溶胀阶段，然后才能溶解。交联聚合物只能溶胀不能溶解。2) 降解：大分子链在各种外界因素作用下，发生链的断裂使相对分子质量下降的反应叫降解反应。降解一般发生在最弱的键上或在特定条件下比较活泼的键上。当降解的产物是高分子单体时，这是主链断裂的极端情况，称为解聚，溶解：高分子的溶解过程分两个阶段，先是溶剂分子渗入高分子内部，使高分子体积膨胀，然后才是高分子均匀分散在溶剂中，形成均相体系。遵守相似相溶性原理，溶剂与高分子的内聚能密度越接近溶解性就越好。分子量越大溶解
10、度越小。3) 溶胀：由于高分子的长链分子量大， 所以当把高聚物浸入溶剂中时，高聚物不是马上溶解，其溶解过程一般分为两个阶段： 首先是分子量小、扩散速率快的溶剂分子向高聚物中渗透， 使高聚物体积膨胀， 即溶胀。然后才是高聚物分子向溶剂中扩散，溶解。这就是说，在高聚物的溶解过程中，要如聚甲基丙烯酸甲酯在高温下解聚为甲基丙烯酸甲酯。聚乳酸在体内降解成乳酸等。4. 复合材料的性能特点复合材料的最大优点就是获取各组分的优越性，形成一种新型材料，1）高比强度和比模量：碳纤维-环氧树脂复合材料其比强度比钢高3倍以上，比模量比钢高35倍等。2）抗疲劳性能好：金属材料的疲劳极限为抗拉强度的4050，而碳纤维复合
11、材料可达70803）抗断能力强：纤维复合材料中有大量独立的纤维，当纤维断裂时，载荷就会重新分配到其他未破断的纤维上。4）优良的高温性能：铝合金在300时强度由500MPa降到3050MPa，当用碳纤维或硼纤维增强后，在此温度下的强度基本上与室温下的相同。5）减振性好：复合材料抗振性好的原因一是的比模量高，可以较大程度地避免产生共振；二是增强体与基体界面有吸收振动能量的作用，故产生振动也会很快地衰减下来。6）其它性能：复合材料也具有较好的耐腐蚀性、耐磨性、自润滑性能。三、重点1.生物材料的特殊要求1) 治病、诊病和防病，更要对人体健康无害；2) 某些特殊应用的生物材料还必须具备生物降解和体内可吸
12、收性能以及合适的力学性能；3) 材料与活体之间具有良好的生物相容性；（其中包括对血液的反应（血液相容性），对生物组织的反应（组织相容性）和免疫反应性能等。）4) 生物材料的生物老化性能、降解产品的物理、化学性能均是生物材料十分重要性能指标。2. 生物材料的功能要求1) 力学性能（材料在外力的作用下所表现出的综合性能） 2) 耐磨擦和磨损性能3) 血液流动性4) 体液流动性5) 光、电、音传导性能6) 药物的缓释控释性能7) 生物降解和人体吸收性能8) 组织再生的诱导作用3. 聚乳酸、聚氨酯、聚硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯的制备与基本性能聚乳酸：聚乳酸可以通过一步法在溶剂存在下发生缩合脱水反应或通过
13、二步法发生开环聚合发反应获得。由聚乳酸制成的产品除能生物降解外，生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性均很好，加工温度170230，有好的抗溶剂性。聚氨酯:由聚醚或聚酯与二异氰酸酯缩聚而产生的高分子，具有优良的血液相容性、生理惰性和优良的机械性能。聚硅氧烷：采用乙烯基甲基二氯硅烷和四甲基二烷氧烷缩合，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）：以丙烯酸及其酯类聚合所得到的聚合物统称丙烯酸类树酯，其中以聚甲基丙烯酸甲酯应用最广泛。俗称有机玻璃，是迄今为止合成透明材料中质地最优异，价格又比较适宜的品种。具有良好的强度、韧性、粘连性和生物相容性。4. 羟基磷灰石的制备方法(1) 干法(固相反应法) :如用固相的
14、CaCO3和CaHPO4制取多孔性羟基磷灰石。由于是固相反应,该法反应速度慢,需长时间的反应,生成产物粒径大,原料粉需长时间混磨,过程易粘污,产物的活性差。(2) 水热法: 将CaHPO42H2O和Ca(OH)2作为反应物溶于40mL去离子水中,分别用冰醋酸溶液或KOH溶液调pH制备。该法能获得大而完整的HA单晶,弥补晶格缺陷,但设备要求强度高,成本高。(3) 湿法(溶液反应法):此法装置简单,易得组成均匀、粒度细的陶瓷粉末,本法主要有两种典型方法：A.可溶性钙盐与磷酸盐溶液的复分解反应,生成HA沉淀。副产物为NH4NO3，产品需要洗涤,且生成的HA为胶体状,固液分离困难,过滤,洗涤时间长。B
15、.酸碱中和反应，反应唯一产物为水，不需洗涤,但反应属于液固多项反应,需反应时间长,常温下易形成溶胶产物,固液分离困难。 5. 复合材料的制备与应用第三章 天然材料1. 甲壳素及其衍生物的性能和应用衍生物：壳聚糖（脱乙酰甲壳素）性能：生物活性和相容性好、抗原性和毒性较小、较好的力学性能、可生物降解应用：组织工程支架、骨工程、神经修复2. 透明质酸的结构与制备透明质酸是一种高分子直链多糖，是有N-乙酰基-D-葡萄糖胺和D-葡萄糖醛酸交替连接而成的线性多糖。制备方法：动物组织提取法或发酵法3. 胶原的性能及应用优缺点胶原分子是有三条-肽链螺旋缠绕而成，每条链有1050个氨基酸。一级结构富有脯氨酸和羟脯氨酸，第三个氨基酸总是甘氨酸。由于有规整的螺旋结构，所以胶原的免疫原性较温和。胶原表现出一定的免疫原性且端肽的免疫原性最强。优点：胶原的纤维对人体组织有增强作用。在拉伸时，这些纤维极强又硬，具有较高的断裂强度。胶原具有一定的免疫原性，与宿主细胞极组织之间具有良
