生物材料学复习资料20140628

1、生物材料学复习资料1. 生物材料，生物惰性材料，生物活性材料，生物降解材料，生物复合材料的概念生物材料:一种用于植入或与活体系统结合的无药理学和无生命性质的物质包括所有植入人体体内且与体内组织直接接触并起到某一特定作用的材料。国际标准化组织（ISO）在1987年10月提出：生物材料一般是指以医疗为目的，用于与活体组织接触并能实现某种功能的无生命材料，包括具有良好的生物相容性材料、生物降解性材料和非生物降解性材料三大类。现代生物材料科学和工程的形成于发展仅50余年，其发展可分为三个阶段：生物惰性材料、生物活性材料、可降解的细胞/基因活化的生物材料。以材料的生物性能为分类标准，生物材料可分为生物惰

2、性材料，生物活性材料，生物降解材料，生物复合材料四类。生物惰性材料：是指一类在生物环境中能够保持稳定，不发生或仅发生微弱化学反应的生物医学材料，主要是惰性生物陶瓷类和医用金属及合金类材料。生物活性材料：是一类能与周围组织发生不同程度生化反应的生物医学材料。羟基磷灰石、磷酸钙、生物陶瓷和生物玻璃。生物降解材料：指那些被植入人体以后，能够不断发生降解，降解产物能够被生物体所吸收或排出体外的一类材料。生物复合材料：它是由两种或两种以上不同材料复合而成的生物医学材料。1.1 当前生物材料科学研究的两种发展趋势？答：P8最后两自然段第二章 生物学相关基础与生物相容性2.1 细胞理论的四个基本概念：细胞是

3、生命器官的基本结构性和功能性单元；器官的活力与细胞个体、细胞集合体相关；细胞的生化活性由亚结构控制；生命的延续是以细胞为基础的。人体细胞有三个主要部分构成：细胞膜、胞浆和细胞核。 细胞膜的功能：物质代谢和能量代谢在细胞器中完成。胞内质粒包括糖和脂质体，他们不是功能性单元。溶酶体细胞内的消化器官。吞噬性溶酶体根据其作用底物的来源不同分为自噬性溶酶体和异噬性溶酶体。2.2细胞外基质细胞外基质(ECM)：是在机体发育过程中由细胞分泌到细胞外空间的各种生物大分子,组装形成高度水合的凝胶或纤维性网络。细胞外基质的组成：1、蛋白聚糖(proteoglycan)， 是由糖胺聚糖(glycosaminogly

4、can)以共价的形式与线性多肽连接而成的多糖和蛋白复合物， 它们能够形成水性的胶状物；2、结构蛋白，如胶原和弹性蛋白，它们赋予细胞外基质一定的强度和韧性；3、黏着蛋白(adhesive protein)，如纤连蛋白和层黏连蛋白，它们促使细胞同基质结合。其中以胶原和蛋白聚糖为基本骨架在细胞表面形成纤维网状复合物，这种复合物通过纤连蛋白或层黏连蛋白以及其他的连接分子直接与细胞表面受体连接；或附着到受体上细胞外基质的功能：使组织具有弹性和抗压性；对物质转运有选择渗透性；细胞表面的蛋白聚糖有传递信息的作用；抗凝血功能。2.3人体血液与组织液系统血液的基本组成和血量血量：人体内血浆和血细胞量的总和。正常

5、成年人的血液总量相当于78%。血浆蛋白。 主要为白蛋白、球蛋白和纤维蛋白原。白蛋白和大多数球蛋白主要是由肝脏产生。血浆蛋白的主要功能：page19 正常人血浆的pH：7.357.45红细胞膜具有选择通透性；红细胞具有可塑变形性、悬浮稳定性和渗透脆性。 均与双凹碟形有关。白细胞具有趋化性，白细胞的生成器官：骨髓和淋巴组织，为无色有核细胞，按形态可分为粒细胞、单核细胞和淋巴细胞。肝素是一种酸性黏多糖，主要是由肥大细胞和嗜碱性粒细胞产生。2.4人体组织液及性质组织液绝大部分呈胶冻状，不能自由流动。组织液凝胶的基质是胶原纤维和透明质酸细丝。组织液中各离子成分与血浆相同。组织液是血浆滤过毛细血管壁而形成

6、的。2.5 骨的化学成分和物理性质：胶原纤维束和黏多糖蛋白约占骨质量的1/3。以磷酸钙为主的无机盐类约占骨质量的2/3。骨具有可塑性和粘弹性。长骨单纯性骨折愈合三个时期：急性炎症期、修复期和重建期。2.6人体免疫系统与免疫细胞移植分为1、自体移植2、同种同基因移植3、同种异基因移植4、异种移植 同种异基因移植排斥主要是受者T细胞介导的、针对同种异型抗原的免疫应答。中枢免疫器官由骨髓和胸腺组成，是免疫细胞发生、分化、成熟的埸所。外周免疫器官由淋巴结和脾组成：是成熟T细胞和B细胞定居、产生特异性免疫应答、构成淋巴细胞再循环的埸所。适应性免疫应答是由适应性免疫应答细胞完成，即淋巴细胞，包括T细胞及B

7、细胞。固有免疫（innate immunity）是机体在种系发育和进化过程中形成的天然免疫防御功能，即出生后就已具备的非特异性防御功能，也称为非特异性免疫。人体内三种主要的免疫细胞：巨噬细胞， B淋巴细胞（表面有抗原识别受体），T淋巴细胞（表面有抗原识别受体）列表比较三种免疫细胞的异同 中性粒细胞占白细胞的70%，是外周血循环和免疫系统中含量最丰富的白细胞 对化脓菌有很强的吞噬及杀灭清除作用，随血液迅速动员至病原体入侵部位，在固有免疫中承担重要作用。2.7材料-组织界面反应物质的毒副作用是否可逆主要取决于被损伤组织的再生能力。物质通过生物膜的方式主要有被动转运、主动转运和膜转运。被动转运（pa

8、ssive transport）包括简单扩散、滤过和易化扩散。简单扩散的限制因素是物质的脂溶性、分子大小和带电性。一般说来, 气体分子（如O2、CO2、N2）、小的不带电的极性分子（如尿素、乙醇）、脂溶性的分子等易通过质膜，大的不带电的极性分子（如葡萄糖）和各种带电的极性分子都难以通过质膜。 物质与大分子的共价结合机理： 1、组织细胞坏死 2、免疫反应，如细胞毒性反应、过敏反应及免疫复合物的形成。 3、致癌作用 4、与核酸分子的共价结合2. 材料活体系统相互作用材料反应：即活体系统对材料的作用，包括生物环境对材料的腐蚀、降解、磨损和退化，甚至破坏。宿主反应：即材料对活体系统的作用，包括局部和全

9、身反应，如炎症、细胞毒性、凝血、过敏、致癌、畸形和免疫反应等，其结果可能导致对机体的中毒和机体对材料的排斥。3. 生物相容性的定义，分类，生物材料的生物相容性评价定义：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就是生物相容性。生物相容性的分类： a.血液相容性：与血液接触的材料应无溶血作用、不能破坏血液组成、不能有凝血作用和形成血栓b.组织相容性：(1)植入材料不能对周围组织产生毒副作用，不能诱发基因病变和组织致畸；(2)植入体周围组织不能对材料产生强烈腐蚀和排斥反应。c.力学相容性：植入材料力学性

10、能与人体组织相适（材料的基本力学性能）强度过低，断裂失稳；硬度过低，材料磨损，诱发炎症；强度或硬度过高，对周围组织也可能产生破坏行为。（免疫相容性）：植入材料应具备抗免疫性能。我国的生物相容性评价内容包括：（1）溶血试验评价（2）细胞毒性试验评价（3）急性全身毒性评价（4）过敏试验评价（5）刺激试验评价（6）植入试验评价 （7）热原试验评价 （8）血液相容性试验评价（9）皮内反应试验（10）生物降解试验 （11）遗传毒性试验评价（12）致癌性试验评价（13）生殖和发育毒性试验（14）亚急性毒性试验（15）慢性毒性试验（16）药物动力学试验评价4. 医用金属材料的特点（优缺点），应用中存在的主要

11、问题（重点掌握金属材料的腐蚀）优点：高强度，耐疲劳，易加工,是临床应用最广泛的承力植入材料，由于有较高的强度和韧性， 在需承受高载荷的骨、牙部位仍被视为首选的植入材料。缺点：由于生理环境的腐蚀，会造成金属离子向周围组织扩散及植入材料自身性质的蜕变，前者可能导致毒副作用，而后者常常导致材料植入失败。(抗腐蚀性能差，在体内容易发生腐蚀)因此医用金属材料要满足临床应用，其首要条件是应具有生物相容性和生物安全性，其次是要有良好的耐腐蚀性及力学性能。耐腐蚀性（电化学腐蚀、生理腐蚀、磨损腐蚀、疲劳腐蚀）金属的腐蚀：金属跟周围接触到的气体或液体发生氧化还原反应而腐蚀损耗的过程，为金属的腐蚀。 a.电化学腐蚀

12、 金属表面在介质如潮湿空气、电解质溶液中，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。组成原电池有三个不可缺少的条件:电极 电解质溶液导线 b.生理腐蚀-组织中存在具有催化或迅速破坏外来成分能力的多种分子和细胞，金属材料在体内与人体体液接触后会发生腐蚀。全面腐蚀：又称为均匀腐蚀，均匀腐蚀是指接触腐蚀介质的金属表面全部产生腐蚀的现象。在人体内，金属材料的均匀腐蚀速率较低。局部腐蚀: 不同区域的腐蚀破坏深度远远超过了腐蚀破坏的平均深度，对材料的结构强度影响较大，对于生物材料而言多为局部腐蚀。点蚀，缝隙腐蚀。c.磨损腐蚀:是由于植入器件之间反复的相对的滑动所造成的表面磨

13、损与腐蚀环境的综合作用结果。磨损腐蚀造成点蚀坑或颗粒形状的斑疤。d.疲劳腐蚀:是指金属材料在交变应力的共同作用下产生的腐蚀现象。表面微裂纹和缺陷会加剧这种腐蚀，所以可以对植入器件表面抛光提高疲劳寿命。医用金属材料应用中的主要问题是：由于生理环境的腐蚀，会造成金属离子向周围组织扩散及植入材料自身性质的蜕变，前者可能导致毒副作用，而后者常常导致材料植入失败。因此,医用金属材料要满足临床应用，其首要条件是应具有生物相容性和生物安全性，其次是要有良好的耐腐蚀性及力学性能。5. 医用不锈钢的组成成分，合金元素的作用，不同类型不锈钢的区别，生物相容性，临床应用组成成分：一般由铁、铬、镍、钼、锰、硅组成。合

14、金元素作用：Ø 增加适量的钼（34），增加材料在氯离子环境中的抗腐蚀能力；Ø Cr,形成氧化物钝化膜，抗蚀；Ø Ni、Cr可以稳定奥氏体结构， Ni含量为1214时，单一奥氏体组织；Ø 降低不锈钢中Si、Mn等杂质元素和非金属夹杂物，可进一步提高抗蚀。不锈钢的耐蚀性主要来源于铬。实验证明，只有含铬量超过11%时钢的耐蚀性能才会大大提高，因此，不锈钢中的含铬量一般均不低于11%。分类、组成和性能Ø 奥氏体不锈钢：铁-铬-镍三元合金，含铬具有优异的抗腐蚀性能，常作为金属植入材料选用。Ø 316不锈钢：在奥氏体不锈钢中引入Mo钼，改善在电解

15、质溶液中的耐腐蚀性能。Ø 316L不锈钢：316不锈钢的碳含量由0.08%降低为0.03%，既提高了在盐水中的耐蚀性能，又降低了材料致敏性。碳溶解到铁中形成的固溶体称铁素体，它的溶碳能力极低，最大溶解度不超过0.02%。碳溶解到铁中形成的固溶体则称奥氏体。马氏体: 它的溶碳能力较高，最高可达2%。奥氏体是铁碳合金的高温相。钢在高温时所形成的奥氏体，过冷到727以下时变成不稳定的过冷奥氏体。如以极大的冷却速度过冷到230以下，这时奥氏体中的碳原子已无扩散的可能，奥氏体将直接转变成一种含碳过饱和的固溶体，称为马氏体。生物相容性Ø 腐蚀作用（均匀腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀、磨损腐蚀、

16、疲劳腐蚀）造成其长期植入的稳定性差。Ø 密度和弹性模量与人体硬组织相距较大，力学相容性差。Ø 溶出的镍离子有可能诱发肿瘤的形成及本身无生物活性，难于和生物组织形成牢固等原因，应用比例呈下降趋势。临床应用Ø 一般不锈钢制成多种形体，如针、钉、髓内针、齿冠、三棱钉等器件和人工假体而用于临床，不锈钢还用于制作各种医疗仪器和手术器械。Ø 人工关节、骨折内固定器械；镶牙、齿科矫形、牙根种植、辅助器械；心血管植入电极、传感器、人工心脏瓣膜、血管支架；眼科固定环、人工眼导线、眼眶填充；避孕环、输卵管栓堵。6. 钴基合金的组成，类型，性能，生物相容性，临床应用组成：含有

17、较高的铬和钼，又称钴铬钼合金，具有极为优异的耐腐蚀性（比不锈钢高40倍）和耐磨性，综合力学性能和生物相容性良好。分类、组成和性能Ø 分为两类：Ø 一类是Co-Cr-Mo合金，通过铸造加工，用于牙科Ø 一类是Co-Ni-Cr-Mo合金，通过热锻加工，用于制造关节替换假体连接件的主干，承受重载荷，如膝关节和髋关节等。Ø Co-Ni-Cr-Mo合金含有Ni 35%(质量分数)和Co 35%(质量分数)，对盐水溶液有很强的抗蚀性Ø Co-Ni-Cr-Mo合金耐磨性能较差，在关节模拟测试中大约是每年被磨损0.14mm，不提倡用来制作关节假体的摩擦面。&#

18、216; 锻造Co-Ni-Cr-Mo合金具有很高的疲劳强度和极限抗拉强度，植入很长时间后也很少会发生断裂。生物相容性Ø 耐蚀性是所用金属植入材料中最好的。植入人体后没有明显的组织学反应。Ø 铸造钴基合金制作的人工髋关节在体内的松动率较高。由于金属磨损腐蚀造成Co、Ni等离子溶出，在体内引起细胞和组织坏死，从而导致患者疼痛以及关节的松动、下沉。临床应用Ø 人工关节（特别是人体中受载荷最大的髋关节）。人工骨及骨科内处固定器件的制造。Ø 齿科修复中的义齿，各种铸造冠、嵌体及固定桥的制造心血管外科及整形科等。由于其价格较高，加工困难，应用尚不普及。7. 钛合金的

19、特点，生物相容性，临床应用钛是目前已知的生物亲和性最好的金属之一，钛易与氧反应形成致密氧化钛（TiO2）钝化膜，植入后引起的组织反应轻微，凝胶状态的TiO2膜具有诱导体液中钙、磷离子沉积生成磷灰石的能力，表 现出一定的生物活性和骨性结合能力，尤其适合于骨内埋植。Ti金属材料有四个级别，它们之间的区别在于杂质含量不同Ø H与Ti形成间隙固溶体，Fe与Ti形成置换固溶体。Ø 杂质元素的含量过大会形成脆性化合物。O、N和C能提高Ti的强度，降低其塑性。Ti容易吸氢，H含量过高会产生氢脆，降低其韧性。微量的Fe对纯钛性能的影响不像O、N、C那样强烈。Ø Ti-6Al-4V

20、是一种广泛用于制造植入器械的钛合金。生物相容性：生物相容性、耐腐蚀性和抗疲劳性能都优于不锈钢和钴基合金。临床应用：主要用于：修补颅骨，制成钛网或钛箔用于修复脑膜和腹膜、人工骨、关节、牙和矫形物、人工心脏瓣膜支架、人工心脏部件和脑止血夹、口腔颌面矫形颌修补、手术器械、医疗仪器颌人工假肢等。8. 形状记忆合金的特点（不同的温度下表现为不同的金属结构相），类型及各自的特点，应用Au-Cd（金-铬）合金具有形状记忆效应以来，目前已发现有20多种记忆合金，其中以镍钛合金在临床上应用最大。它在不同的温度下表现为不同的金属结构相。如低温时为单斜结构相，高温时为立方体结构相，前者柔软可随意变形，如拉直式屈曲，

21、而后者刚硬，可恢复原来的形状，并在形状恢复过程中产生较大的恢复力。Ni-Ti合金具有一种不同寻常的形状记忆特性，如材料变形后加热，它能迅速恢复先前的形状，这种现象称为形状记忆效应。类型及特点：Ø 单程记忆效应（单向形状记忆效应）材料在高温下制成某种形状，在低温相时将其任意变形，再加热时恢复为高温相形状，而重新冷却时却不能恢复低温相时的形状。 Ø 双程记忆效应（双程形状记忆效应）加热时恢复高温相形状，冷时恢复低温相形状，即通过温度升降自发可逆地反复恢复高低温相形状的现象，或称为可逆形状记忆效应。 Ø 全程记忆效应（全程形状记忆效应）当加热时恢复高温相形状，冷却时变为

22、形状相同而取向相反的高温相形状的现象。 应用：Ø 管腔狭窄的治疗（喉气管狭窄、食管狭窄、胆道狭窄、尿道狭窄及闭锁等）：支架安入管腔狭窄的部位后，能将狭窄管腔撑开，并与管壁相贴紧，固定好；其生物相容性好，长期安放对黏膜无明显损伤；其高回弹性能顺应管道的弯曲，对人体刺激小。Ø 口腔科：用这种材料做成的种植牙具有齿槽骨切口小，固定牢靠等优点。Ø 骨科：人工关节，断骨连接、弯曲脊柱矫正。Ø 血管外科：治疗主动脉瘤、冠状动脉和椎动脉狭窄等。 9. 提高金属的抗腐蚀性能的途径，金属生物材料的表面改性方法金属生物材料的表面改性技术主要可以分为：（1）氮化处理（2）涂层

23、处理氮化处理 Ø 将氮原子渗入到钢的表面层，目的是提高钢的表面硬度与耐磨性及疲劳强度和耐蚀性，主要用于不锈钢的处理Ø 奥氏体不锈钢经氮化处理，Cr,Mo,Ni等与氮形成稳定的化合物，具有高硬度，抗腐蚀性能提高处理温度较低，不锈钢的内应力和形变较小，不影响其性能涂层处理Ø 羟基磷灰石喷涂到不锈钢和钛合金表面，避免不锈钢的合金元素扩散到人体内引起毒性感染发炎。Ø 氢化钛粉与氮气喷涂到钛基材，提高拉伸剪切强度。Ø 氧化铝喷涂钛合金，提高其生物相容性。Ø 金属纤维涂层，使钛合金表面具有多孔性，增大钛合金表面的延伸率，增强与骨的结合强度。

24、16; 羟基磷灰石-生物玻璃复合涂层用于钛及钛合金，制成生物相容性好的羟基磷灰石-生物玻璃-钛复合材料，适合作人工关节和牙根。10. 生物活性陶瓷概念生物活性陶瓷，在体内有一定溶解度，能释放对机体无害的某些离子，能参与体内代谢，对骨质增生有刺激或诱导作用，能促进缺损组织的修复。Ø 生物惰性材料:氧化铝 热解碳 氧化锆 氧化硅Ø 生物活性无机材料:羟基磷灰石 生物玻璃 活性玻璃陶瓷Ø 生物可降解无机材料:可溶性铝酸钙陶瓷、-TCP陶瓷Ø 生物医用无机纳米材料:纳米氧化铁 羟基磷灰石超微粉11. 氧化铝陶瓷的特点，生物学性能，制备工艺，应用特点：Ø

25、 具有良好的耐蚀性，生物相容性，耐磨性及高强度，应用于假肢和齿科植入。Ø 摩擦系数小，磨损率低，植入人体后与人体组织的相容性好，手术留下的疤痕小，整形外科上应用时间长。Ø 由天然矿物铝凡土(Al2O3·nH2O)经化学方法分离、精制、煅烧和粉碎等多道工序处理后，可制得粒径0.31µm，纯度达99.3以上的氧化铝粉末。Ø 医用氧化铝陶瓷为主要含-Al2O3的单相材料，通过煅烧Al(OH)3制得。生物学性能 植入动物体内后软组织对氧化铝陶瓷的反应主要是纤维组织包膜的形成，在体内可见成纤维细胞增生。氧化铝陶瓷在动物骨组织中不是骨结合材料而是骨接触材料

26、，植入骨组织后，在负重区与骨组织接触， 但非负重区有纤维组织形成。氧化铝陶瓷在体内被纤维组织包裹或与骨组织之间形成纤维组织界面的特性影响了该材料在骨缺损修复中的应用，因为骨与材料之间存在纤维组织界面，阻碍了材料与骨的结合，也影响材料的骨传导性，长期滞留体内产生结构上的缺陷，使骨组织产生力学上的薄弱。氧化铝陶瓷的生物学性能可大致归纳为以下几个特点： 氧化铝陶瓷在体液中完全稳定，在生物体内不会发生溶解和变性。 氧化铝陶瓷对周围机体组织呈惰性反应。对骨组织生长无抑制作用，生物相容性比金属和有机高分子材料好。 氧化铝陶瓷不能与骨结合，只能与骨接触。Al2O3生物陶瓷制备工艺氧化铝生物陶瓷的制备工艺：与

27、普通陶瓷制作工艺类似，即粉体融合预压成型(预打磨)烧结 打磨成品。烧结温度一般为1700以上。氧化铝陶瓷的应用Ø 氧化铝陶瓷强度高，目前主要用于外科矫形手术的承重假体，如人工髋关节、人工膝关节、人工足关节、肘关节、肩关节以及能负重的骨杆和椎体人工骨，修补移植海绵骨的充填材料、髓内固定材料；Ø 某些骨替代物(人工听小骨)；眼科手术中的角质假体、固定用螺钉等。Ø 单晶氧化铝与多晶氧化铝陶瓷相比，机械强度、硬度、耐酸碱性等性能指标占优，且不易折断，因此常用在需要制品强度高的场合（单晶氧化铝的强度比金属材料的强度高），如用做损伤骨固定的螺钉、关节柄、牙根。12. 羟基磷灰

28、石结构式，特点，合成方法，涂层的制备方法，机械性能，生物学性能，临床应用结构式：Ca10(PO4)6(OH)2特点：Ø 由于其具有良好的生物活性和生物相容性，植入人体后能在短时间内与人体的软硬组织形成紧密结合而成为广泛应用的植骨代用品。Ø HAP生物陶瓷脆性高、抗折强度低,目前仅能应用于非承载的小型种植体 , 如人工齿根、耳骨、充填骨缺损等,而不能在受载场合下应用。合成方法：a.化学共沉淀法典型方法：酸碱中和反应、钙盐和磷酸盐的反应。此法易制得大量微晶状态或非晶态的HAP粉末。b.固相反应法（干法）此法是用固态反应制备出结晶的羟基磷灰石，与普通陶瓷的制备方法基本相同，原料粉

29、磨细混合，在900°C以上高温合成结晶性HAP。此法合成的HAP纯度高，结晶性好。红外研究表明，干法制备的HAP比湿法制备的好。c.水热合成法以CaCl2或Ca(NO3)2与NH4H2PO4为原料，以钛网为阴极、石墨为阳极，控制一定的pH和沉积时间，得到CaHPO4.2H2O，随后经120200 °C水蒸汽处理，即得HAP.此法适合制备完整的HAP单晶。HAP涂层的制备方法有等离子喷涂法、溶胶-凝胶法、仿生溶液生长法、激光熔覆法、电化学法、水热法、涂覆-烧结法等。机械性能HAP致密体的机械强度与制作工艺有很大关系。要获得高强度的烧结体，必须对原料合成、粉体成型和烧成制度等工

30、艺条件进行最佳选择。表为HAP致密体和人体硬组织的部分机械强度数值。HAP材料具有普通陶瓷材料的共同弱点：脆性大，耐冲击强度低。因此作为人工骨置换材料在承受较大张应力的部位应用时需要慎重。生物学性能 HAP陶瓷由于分子结构和钙磷比与正常骨的无机成分非常近似，其生物相容性十分优良，对生物体组织无刺激性和毒性。大量的体外和体内实验表明，HAP在与成骨细胞共同培养时。HAP表面有成骨细胞聚集；植入骨缺损时，骨组织与HAP之间无纤维组织界面。植入体内后表面也有磷灰石样结构形成、因为骨组织与植入材料之间无纤维组织间隔，与骨的结合性好。HAP种植体可以模仿人体骨组织中的网状多孔结构，有利于加强种植体和骨组

31、织之间的结合。对于生物惰性材料，要形成新骨长入多孔体的孔径应不小于100µm；而对于HAP多孔体，50µm孔径的气孔内，就可有新骨生成。平均孔径90µm的多孔体则显示最佳的骨形成姿态。HAP对软组织也同样具有良好的相容性。羟基磷灰石的应用可应用于骨缺损的填充修补（或替换），例如：鼻梁骨、颌骨替换；软骨、承力骨缺损（骨结核、骨瘤病灶的切除）的填充；承力骨（胫骨）的替换；义眼球、人工听骨等；或者作为活性物质喷涂在其它材料表面羟基磷灰石具有优良的生物相容性，并可作为一种骨骼或牙齿的诱导因子，在口腔保健领域中对牙齿具有较好的再矿化、脱敏以及美白作用。实验证明HAP粒子与牙

32、釉质生物相容性好，亲和性高，其矿化液能够有效形成再矿化沉积，阻止钙离子流失，解决牙釉质脱矿问题，从根本上预防龋齿病。含有HAP材料的牙膏对唾液蛋白、葡聚糖具有强吸附作用，能减少患者口腔的牙菌斑，促进牙龈炎愈合，对龋病、牙周病有较好的防治作用。 13. 磷酸三钙的种类，结构式，性能，应用种类：a-磷酸钙，b-磷酸钙。结构式：Ca(PO)。性能：Ø a-磷酸钙的独特性质水硬性。Ø a-磷酸钙的生理盐水溶液中加入适当添加剂，37°C时凝胶化时间16分钟，室温放置5天后抗压强度为30MPa，固化10天后，生成羟基磷灰石。Ø b-磷酸钙：半晶或无定形的，力学强度不

33、及HAP，但降解速度比HAP快的多，多孔b-磷酸钙几个月（9个月）内可完全降解。磷酸三钙的应用：Ø 良好的生物相容性。Ø 由于强度较低，一般作填充物用，用于不承载较大负荷的部位，或作生物涂层用。Ø 自固化的磷酸钙可作骨水泥用于齿科材料或颌面整形、人工关节部件固定。14. 骨水泥的特点，类型，结构，性能特点：作为骨水泥，除了要易塑形和凝固后具有一定的强度外，还必须具有生物相容性。类型：a.硫酸钙骨水泥：Ø 硫酸钙(俗称石膏)，主要特性是降解速度快，自硬性强度高，在短时间内达到较高强度因此在医学上主要用于骨外固定材料、矫形外科、骨缺损填充。由于降解速度太快，

34、在骨组织形成之前，强度衰减快，起不到有效支撑重力作用，这些缺点限制了其广泛应用。Ø 硫酸钙分子式为CaSO4·2H20（生石膏），医用硫酸钙是半水硫酸钙(CaSO4·1/2H2O，熟石膏)，Ø 硫酸钙水泥在医学中的应用 硫酸钙早期主要用于外科固定用绷带，新工艺形成的硫酸钙使其在骨缺损填充、矫形外科等方面得到了应用，如用于牙周骨缺损、胫骨创伤性缺损、股骨骨折、骨囊肿、纤维发育不良、内生软骨瘤、单防性骨囊肿、骨巨细胞瘤手术后缺损等。b.磷酸钙骨水泥:Ø 磷酸钙骨水泥的成分包括：a-磷酸钙、磷酸四钙、二水磷酸氢钙、磷酸二氢钙。Ø 磷酸钙骨水

35、泥具有b-磷酸钙陶瓷的生物相容性和可降解性。缺点：硬化过程中一系列物理化学过程放热，对组织产生轻微影响。15. 生物玻璃的定义，类型，特点；生物材料与组织反应的类型，应用生物玻璃是经特别设计的化学组成可诱发生物活性的含氧化硅化合物。类型，特点：Ø 惰性玻璃陶瓷在生物体中由于体液的作用，只是表面组成出现少量的脱碱作用或因硅氧网络稍有溶解而产生变化，基体则未发生改变。Ø 活性生物玻璃则由于体液作用，玻璃中碱性离子和硅氧网络在浸蚀过程中逐渐破坏，离子溶解并进入体液中循环。生物材料与组织反应的两种类型：与骨组织的键合，与软组织的键合生物活性玻璃的生物活性与SiO2的含量有关，当Si

36、O2含量为42%-53%时，可与骨和软组织形成键合，当SiO2含量为55%-60%时，只能与骨缓慢地形成键合，不能与软组织键合。生物活性玻璃和玻璃陶瓷在医学中的应用： Ø 生物活性玻璃主要用于人工骨、人工牙或骨缺损部位的填充等，少数作为人工关节、断指连接材料。也可作为钛合金牙种植体的表面涂层。Ø 人工骨用生物活性玻璃，它具有良好的耐酸碱腐蚀特性、生物相容性和耐磨性能。Ø 治疗用生物活性玻璃，可埋入肿瘤部位，通过在磁场下发热的特性或其内部的同位素放出的射线杀死癌细胞，也有良好的生物相容性。Ø 人工齿冠用玻璃陶瓷，具有制作容易、审美性高强度高适应性好生物相容

37、性好类似天然齿等优点。Ø 人工关节用玻璃陶瓷，具有良好的生物相容性，且机械性能较好，耐腐蚀，抗氧化，无毒。16. 碳质材料的性质，临床应用性质：Ø 生物相容性好，植入人体后化学稳定性好，无毒性，无排异反应，与人体亲和性好，虽然不能与人体组织形成化学键合，但人体组织会慢慢长入碳质材料的空隙中，具有诱发组织生长的作用。Ø 血液相容性好，具有优良的抗血栓和抗溶血作用性质，不会诱发血栓。Ø 具有优良的机械性质，如强度，弹性模量，耐磨性等，可通过不同工艺改变其结构进行调整，以满足不同用途的需要。应用：Ø 主要用于制造心血管修复体的重要材料、人工骨、人工牙

38、根、肌腱和人工韧带等，还可用于人工软骨、人工中耳、人工关节运动磨损表面作为减磨涂层和血液净化等。Ø 尤其是它的较高的抗血栓性、耐磨性、低比重和长期使用不劣化等性能，使碳素材料几乎是目前唯一可选用的人工心脏瓣膜材料。17. 生物医用高分子材料定义，医用高分子材料的特点（优缺点），分类定义：以医用为目的，用于和活体组织接触，具有诊断、治疗或替换机体中组织、器官或增进其功能的无生命材料。 分类:a.按用途分类:Ø 手术治疗用高分子材料:缝合线，黏胶剂，止血剂，各种导管，引流管，一次性输血输液器材。Ø 药用及药物传递用高分子材料:靶向性高分子载体（肝靶向性，肿瘤靶向性），

39、高分子药物（干扰素，降胆敏），高分子控制释放载体（胶囊，水凝胶，脂质体）。Ø 人造器官或组织:人造皮肤，血管，骨，关节，肠道，心脏，肾等。 b.按材料的来源分类:Ø 天然医用高分子材料 如胶原、明胶、丝蛋白、角质蛋白、纤维素、多糖、甲壳素及其衍生物等。Ø 人工合成医用高分子材料 如聚氨酯、硅橡胶、聚酯等。Ø 天然生物组织与器官 取自患者自体的组织，例如采用自身隐静脉作为冠状动脉搭桥术的血管替代物； 取自其他人的同种异体组织，例如利用他人角膜治疗患者的角膜疾病； 来自其他动物的异种同类组织，例如采用猪的心脏瓣膜代替人的心脏瓣膜，治疗心脏病等。c.按降解性能

40、分类：Ø 可生物降解性：指聚合物在生物体内酶、酸碱性环境下或微生物存在的条件下，可以发生分子量下降，生成水、二氧化碳的等对生物体或者环境无毒害的小分子化合物的性能。Ø 不可生物降解性：也叫生物惰性材料，一种生物材料在特殊应用中和宿主反应起作用的能力，要求植入材料和机体的相互作用能够永久的被协调。在生物环境下自身不发生有害的物理（渗透，溶解或者吸附）或者化学反应（对酸碱酶稳定）。生物相容性指血液相容性和组织相容性，不发生凝血， 溶血和血栓反应，不发生组织过敏、排斥或刺激反应，无致癌和钙沉淀等反应。18. 对医用高分子材料的基本要求化学稳定性好，在化学上是隋性的，不会因与体液接

41、触而发生反应。生物相容性好：组织相容性好，对人体组织不会引起炎症或异物反应，不会致癌；血液相容性好，具有抗血栓性，不会在材料表面凝血。机械性能稳定性好，长期植入体内，不会减小机械强度。能经受必要的清洁消毒措施而不产生变性。可塑形性强，易于加工成需要的复杂形状。19. 加聚反应，缩聚反应，结构单元，重复单元，单体单元加聚反应：元素组成相同；分子量整数倍；不饱和键单体；烯类、炔类、醛类。缩聚反应：元素组成不同；分子量不是整数倍；杂链聚合物；聚酯、聚酰胺；生成高分子化合物同时产生有简单分子(如 H2O、HX、醇等)。单体：合成聚合物的起始原料称为单体。结构单元：在大分子链中出现的以单体结构为基础的原

42、子团称为结构单元。结构单元有时也称为单体单元，重复单元, 链节Ø 只由一种单体形成的聚合物,两种聚合度相等，都等于 n，结构单元重复单元链节Ø 由两种结构单元组成的高分子，结构单元¹重复单元¹单体单元Ø 由无规排列的结构单元组成的高分子，结构单元单体单元20. 胶原蛋白的结构，特点，类型，应用，胶原纤维的形成Ø 胶原纤维的最基本结构单元是原胶原。Ø 原胶原由三条a多肽链组成的三股螺旋绳状结构，直径为1.5nm，长约300nm，每条肽链都具有左手螺旋二级结构。Ø a多肽链的一级结构具有Gly-X-Y三肽重复序列，其中

43、X为脯氨酸，Y为羟脯氨酸或羟赖氨酸。Ø 三肽重复序列有利于形成三股螺旋胶原分子。胶原纤维的形成：成纤维细胞摄取所需的氨基酸，如脯氨酸和赖氨酸等，在粗面内质网的核蛋白体上合成前多肽链，多肽链输送到高尔基复合体后，组成前胶原分子。前胶原分子由分泌囊泡带到细胞表面，然后通过胞吐作用释放到细胞外。在前胶原肽酶催化下，将每一多肽链的N末端前肽和C末端前肽除去，两端各保留一段非螺旋的端肽区，成为原胶原分子。许多原胶原分子成行平行排列，结合成具有周期性横纹的胶原原纤维。由胶原原纤维互相结合形成胶原纤维。 应用：a.胶原与人体组织相容性好，不易引起抗体产生，植入人体后无刺激性无毒性反应，能促进细胞增

44、殖，加快创口愈合并具有可降解性，可被人体吸收，降解产物也无毒副作用b.胶原分散体具有再生特性，可以将其加工成不同形状的制品而用于临床Ø 胶原凝胶用作创伤敷料Ø 粉末用于止血剂和药物释放系统Ø 纺丝纤维用作人工血管、人工皮、人工肌腱和外科缝线Ø 薄膜用于角膜、药物释放系统和组织引导再生材料Ø 管用于人工血管、人工胆管和管状器官Ø 空心纤维用于血液透析膜和人工肺膜Ø 海绵用于创伤敷料和止血剂等21. 纤维蛋白的特点，应用，纤维蛋白和纤维蛋白原的区别纤维蛋白原经凝血酶作用后，转变为纤维蛋白,纤维蛋白原是一种血浆蛋白质，存在于动物体

45、的血液中。除了氨基酸之外，纤维蛋白原还含有糖基,在人体内的主要功能是参与凝血过程。纤维蛋白主要来源于血浆蛋白，因此具有明显的血液和组织相容性，无毒副作用和其他不良影响作为止血剂、创伤愈合剂和可降解生物材料在临床上已经应用很久。纤维蛋白原与纤维蛋白的区别Ø 血液凝固的实质是纤维蛋白凝胶的生成，是血浆中纤维蛋白原在凝血酶作用下降解为纤维蛋白并聚合成不溶性的网状结构Ø 凝血酶的本质为一种蛋白水解酶，能特异性切除纤维蛋白原上的两段纤维肽。纤维肽A和B均为酸性肽，带较多负电荷，电荷排斥作用阻碍了纤维蛋白原之间的聚合。切除纤维肽A和B，转变为纤维蛋白后，负性减小，同时暴露了互补结合位点

46、，有利于纤维蛋白通过边靠边，端靠端的聚合形成多聚物凝胶。应用：人的纤维蛋白或经热处理后的牛纤维蛋白已用于临床。纤维蛋白粉可用作止血粉、创伤辅料、骨填充剂（修补因疾病或手术造成的骨缺损）等。纤维蛋白原能就地凝固，适用于眼科手术的组织粘合剂，纤维蛋白粉末由于比表面大，适于用作止血材料和手术填充材料。纤维蛋白膜在外科手术中用作硬脑膜置换、神经套管等。22. 纤维素的应用（临床）在医学上的应用形式主要是制造各种医用膜：Ø 硝酸纤维素膜：用于血液透析和过滤，但由于制膜困难及不稳定等缺点，已逐渐被其他材料取代Ø 粘胶纤维（人造丝）或赛珞玢（玻璃纸）管：用于透析，但由于含有磺化物及尿素、

47、肌酐的透析性不好等原因，作为透析用的赛珞玢逐渐被淘汰Ø 再生纤维素（铜珞玢）：是目前人工肾使用较多的透析膜材料，对溶质的传递，纤维素膜起到筛网和微孔壁垒作用Ø 醋酸纤维素膜，主要用于血透析系统Ø 全氟代酰基纤维素：用于制造代膜式肺、人工心瓣膜、人工细胞膜层，各种导管插管和分流管等23. 甲壳素的结构，特点，临床应用，制备方法化学名称为聚N-乙酰-D葡萄糖胺，分子式为（C3H13NO5）n，属于氨基多糖，是仅有的具有明显碱性的天然多糖。化学名称为聚N-乙酰-D葡萄糖胺，分子式为（C3H13NO5）n，属于氨基多糖，是仅有的具有明显碱性的天然多糖。被科学家誉为继蛋白质

48、、糖、脂肪、维生素、矿物质以外的第六生命要素。甲壳素有强化免疫、降血糖、降血脂、降血压、强化肝脏机能、活化细胞、调节植物神经系统及内分泌系统等功能，还可作为保健材料，用于健康无害烟、护肤产品、保健内衣等。应用：Ø 从溶解的甲壳素或壳聚糖，可以制备膜、纤维和凝胶等各种生物制品。Ø 甲壳素还具有促进伤口愈合的功能，可用作伤口包扎材料。当甲壳素膜用于覆盖外伤或新鲜烧伤的皮肤创伤面时，具有减轻疼痛和促进表皮形成的作用，因此是一种良好的人造皮肤材料。作为医用生物材料可用于：Ø 医用敷料：甲壳素具有良好的组织相容性，可灭菌促进伤口愈合、吸收伤口渗出物且不脱水收缩Ø

49、手术缝合线：甲壳素能为肌体组织中的溶菌酶所分解，已用于制造吸收型手术缝合线。其抗拉强度优于其他类型的手术缝合线。在兔体内试验观察，甲壳素手术缝合线4个月可以完全吸收。 Ø 药物缓释剂： 基本为中性，可与任何药物配伍Ø 止血棉、止血剂：在血管内注射高粘度甲壳素，可形成血栓口愈合剂，使血管闭塞，从而在手术中达到止血目的，较注射明胶海绵等常规止血方法，操作容易，感染少Ø 人造皮肤材料：甲壳素膜用于覆盖外伤或新鲜烧伤的皮肤创伤面时，具有减轻疼痛和促进表皮形成的作用24. 壳聚糖的结构，特点，临床应用，制备方法，可做药物控制释放材料壳聚糖为甲壳素的脱乙酰衍生物，由甲壳素在4

50、050浓度的氢氧化钠水溶液中、110120下水解24h得到，具有一定的粘度，无毒、无害、无副作用。不溶于水和碱液，但可溶于多种酸溶液中。它具有较多的侧基官能团，可进行酯化、醚化、氧化、磺化以及接枝交联等反应对其进行改性。特别是磺化产品，其结构与肝素极其相似，可作为肝素的代用品用作抗凝剂。壳聚糖在碱性条件下存在大量氢键，体系收缩，药物通透率低，表现为关，酸性条件下成盐，由于同种电荷的相互排斥,聚合物网络扩张,药物通透率高,表现为开,因此具有PH刺激响应性,可作为智能型药物控制释放材料使用。25. 合成高分子分类（不可降解和可降解），不可降解的类型，应用硅橡胶：Ø 在医学上主要用于粘合剂

51、、导管、整形和修复外科（人工关节、皮肤扩张、烧伤的皮肤创面保护、人工鼻梁、人工耳廓和人工眼环）、缓释和控释等。 聚氨酯（聚氨基甲酸酯，PU）：Ø 主要用于人工心脏搏动膜心血管医学元件人工心脏辅助循环、人工血管、体外循环血液路、药物释放体系、缝合线与软组织粘合剂绷带、敷料、吸血材料、人工软骨和血液净化器具的密封剂等环氧树脂：Ø 由于分子结构中含有活泼的环氧基团，使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶、不熔的具有三向网状结构的高聚物 Ø 主要用途：与玻璃布一起用于骨折的开放性复位和固定，粘合骨头加强氧化铝的髋关节髁，牙科充填材料，电子起搏器与体液分开的保护层

52、（灌封）。眼睑修补术和加固颅动脉瘤和脑电极探针的绝缘等。聚氯乙烯（PVC，氯纶）Ø 是由单体氯乙烯聚合而成的合成树脂，是用量最大的医用高分子材料。原料丰富、聚合容易、抗凝血性能良好，但耐热性不高（<70）。通过添加助剂可改变为具有可屈挠性能。Ø 在医学中用量最大的是制作塑料输血输液袋，可提高红细胞和血小板的生存率；还可用于医用导管、人工输尿管、胆管和心脏瓣膜、血泵隔膜、增补面部组织、青光眼引流管和中耳孔等。聚四氟乙烯Ø 热塑性塑料，最好的耐高温塑料，结晶熔点高达327，具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶于所有的溶剂，几乎完全是化学惰性的，具有自润滑

53、性或非粘性，不易被组织液浸润。Ø 主要用于人工输尿管、胆管、气管、喉、韧带和肌腱人工血液、人工心脏瓣膜、下颌骨、髋关节和皮肤、增强皮肤、修复眼眶骨、组织引导再生材料、人工血管、涤纶缝线和涂层、外科用引流管及插管、巩膜的系扣和在耳鼻手术上作为插入的薄膜以防止粘连；食管扩张器、心脏瓣膜的缝合环、血液相容性丝绒、修补肺动脉和室间隔的缺损、血管闭塞物、缝线及动脉修补、包裹动脉癌及内淋巴液分流器等。 聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）Ø 又称有机玻璃，属于丙烯酸类塑料，是目前塑料中透明度最好的一种。具有良好的生物相容性、耐老化性，机械强度较高。26. 聚乳酸PLA结构，合成方法，临床应用合

54、成方法 羟基酸在脱水剂（如氧化锌）的存在下热缩合； 为了制备高分子量的聚羟基酸酯，目前采用环状内酯开环反应的技术路线。27. 聚乙交脂PGA结构，合成方法，PGA和PLA共聚得到聚乙丙交酯PLGA由乙交酯或丙交酯开环聚合得到的聚酯PGA或PLA的反应式如下式所示。由乙交酯或丙交酯开环聚合得到的PGA或PLA也称为聚乙交酯或聚丙交酯。由两种交酯共聚得到的聚酯，叫聚乙丙交酯PLGA。28. 改善材料表面血液相容性的方法材料界面性质与血液界面性能的不同可能造成吸附改变蛋白质形状以及排列，产生溶血、凝血或者血栓。改善措施：a.强亲水或强疏水表面 b.亲水或疏水微相分离的聚合物c.表面引入生物相容性物质

55、（肝素、白蛋白等） d.引入负离子（血液中多组分呈负电性）e.生成伪内膜29. 药用高分子的特点，小分子药物的缺点 高分子药物具有低毒、高效、缓释和长效等特点。与生物体的相容性好，停留时间长。还可通过单体的选择和共聚组分的变化，调节药物的释放速率，达到提高药物的活性、降低毒性和副作用的目的。进入人体后，可有效地到达症患部位。小分子药物缺点：存在着很大的副作用。Ø 小分子药物在生物体内新陈代谢速度快，半衰期短，易排泄，因而在发病期间要频繁进药。过高的药剂浓度常常带来过敏、急性中毒和其他副作用。Ø 另一方面，小分子药物对进入体内指定的部位也缺乏选择性，这也是使进药剂量增多、疗效

56、较低的原因之一。 30. 药用高分子的类型，各自的特点按其应用目的不同分为药用辅助材料和高分子药物两类。 药用辅助材料是指在药剂制品加工时所用的、为改善药物使用性能而采用的高分子材料，例如稀释剂、润滑剂、粘合剂、崩解剂、糖包衣、胶囊壳等。 药用辅助材料本身并不具有药理作用，只是在药品的制造和使用中起从属或辅助的作用。 而高分子药物则不同，它依靠： 连接在聚合物分子链上的药理活性基团 高分子本身的药理作用 进入人体后，能与肌体组织发生生理反应，从而产生医疗效果或预防性效果。 此外，近年来还逐渐形成了介于这二者之间的一类处于过渡态的高分子药物。这类材料虽然本身并不具有药理作用，但由于它的使用和存在

57、却延长了药物的效用，为药物的长效化、低毒化提供帮助。例如用于药物控制释放的高分子材料。药用高分子应具备的基本性能由于药用高分子的使用对象是生物体，通过口服或注射等方式进入消化系统、血液或体液循环系统，因此必须具备一些基本的特性。对高分子药物的要求包括： (1) 高分子药物本身以及它们的分解产物都应是无毒的，不会引起炎症和组织变异反应，没有致癌性； (2) 进入血液系统的药物，不会引起血栓；(3) 具有水溶性或亲水性，能在生物体内水解下有药理活性的基团。(4) 能有效地到达病灶处，并在病灶处积累，保持一定浓度。(5) 对于口服的药剂，聚合物主链应不会水解，以便高分子残骸能通过排泄系统被排出体外。

58、如果药物是导入循环系统的，为避免其在体内积累，聚合物主链必须是易分解的，才能排出人体或被人体所吸收。31. 小分子药物与高分子载体的结合方式（包含四类基团，各自的作用）a.小分子药物分子中常含有氨基、羧基、羟基、酯基等活性基团。它们是与高分子化合物结合极好反应点。b.从图中可见，高分子载体药物中应包含四类基团：药理活性基团、连接基团、输送用基团和使整个高分子能溶解的基团。Ø 药理活性基团位于主链中的主链型和位于分子两端的端基型等，它们通常是通过缩聚反应和活性聚合反应获得的。Ø 连接基团的作用是使小分子药物与聚合物主链形成稳定的或暂时的结合，而在体液和酶的作用下通过水解、离子交换或酶促反应可使药物基团重新断裂下来。Ø 输送用基团（定位基团）是一些与生物体某些性质有关的基团，如磺酰胺基团与酸碱性有密切依赖关系，通过它可将药物分子有选择地输送到特定的组织细胞中。Ø 可溶性基团，如羧酸盐、季铵盐、磷酸盐等的引入可提高整个分子的亲水性，使之溶于水。在某些场合下，亦可适当引入烃类亲油性基团，以调节溶解性。上述四类基团可通过共聚反应、接枝反应等方法结合到聚