生物材料答案华东理工

该版本经过华东理工大学高材卓越110112pptSKH,SJW,LTY,WHJ等各位同学。“生物材料导论”这门课涉及了什么基本内容？以及当前研究热点和对生物材料发展的展望。请列出“生物材料”的定义，试举出医用生物材料的一些应用例子。（及其终端产品称为生物医用材料或生物材料。其中还包括狭义和广义的定义。然或人工合成材料。广义定义：还包括用于医学治疗方面的生物材料，如医学诊断试剂、药物释放材料、一次性临床使用材料以及制造生物医药的各种原材料等。比如人工关节、人工心脏等替代人体组织和内脏的修复和置换材料是生物材料，与眼角膜接触的隐形眼镜、缝合组织用的手术线、保存血浆用的输血袋、治疗骨折用的固定材料等也都归属于生物材料。与生物材料相关联的学科有哪些？试说明生物材料的研究与发展过程的特点。研究特点：高性能、多功能、超复合；众多学科间的交叉与融合；高新技术及产发展过程特点：第一代（1950s）生物材料特点：生物惰性。获得合适的生理性能的组合来与被合金做人工关节，60年代初聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为骨水泥开始用于硬组年代起一些重要的医疗器械与器材，如人工心瓣膜、人工骨、接触镜、角膜、人工晶体、手术缝合线等相继研制成功，在临床上得到了广泛应用。第二代特点(1980s)：生物活性或生物可吸收性。生物活性指在生理环境下能引(Hench)，生物活性微晶玻璃（小久保正）羟基磷灰石陶90年代后期，在生物陶瓷构架（支架材料）第三代特点(1990s)：生物活性和生物可吸收性结合了。第三代生物医用材料在组织和器官的形成，是细胞和基因的活化性材料（cellandgene-activatingmaterial，例如骨形态发生蛋白（ＢＭＰ）生物活性复合材料。取什么方法？主要存在什么优缺点？铌、锆；医用贵金属及其合金（金、银和铂及其合金；医用磁性材料；医用形状记忆合金（TiNi合金。不锈钢：不锈钢按其组织相的特点可分为马氏体不锈MP35N钴镍合金及其烤瓷合金。医用钴基合金的耐磨性是所有医具有极佳的加工性能。医用磁性材料：生物相容性良好，可用于靶向给药等。性（抗疲劳、耐摩耗。缺点：不具有生物活性，难于和生物组织形成牢固的结使材料易断裂和人体不适。可以进行表面改性。有电化学处理，高温氧化处理，等离子喷涂，化学沉积等方列出主要实验项目。分为血液相容性（抗补体形同亢进性，抗血浆蛋白吸附性，抗细胞因子吸附性）和组织相容性（无抗原性，无诱变性，无致癌性，无致畸性。步骤：材料力学性能测试，表征，包括拉伸强度、剪切强度、压强、冲击强度、的。毒性实验。体外模拟试验（于SBF，人体模拟液中模拟动物实验，一期临床实验，二期临床实验生物活性陶瓷可作为硬组织修复材料请说明A-W生物微晶玻璃羟基磷灰石陶瓷、 磷酸三钙的组成、合成工艺、性能特点及这三种材料的主要应用1982年由日本京都大学小久保正教授发明。生物微晶玻璃成分的系统为CaO-MgO-P2O5-SiO2-F合成工艺：粉末原料（以Ca与P原子比为1.67）→高温熔融→冷却成型→热处理→微晶玻璃具有很高的抗折强度，断裂韧性和优异的生物活性。和置换材料。羟基磷灰石Ca10(PO4)6(OH)2，制备方法：烧结如Ca与P原子比为1.67的磷灰石粉末为原料，可得HAP陶瓷沉淀反应法：此法Ca(NO3)2与(NH4)2HPO4进行反应，得到白色的羟基磷灰石沉淀。固相反应法根据配方将原料磨细混合，在高温下进行合成 ;水热法：将CaHPO4与CaCO3按的摩尔比进行配料，然后进24h湿法球磨。将球磨好的浆料倒入容器中，加入足够的蒸馏水，在 ℃恒温情况下进行搅拌，反应完毕后，放置沉淀得到白色的羟基磷灰石沉淀物。Sol-gel法。是构成骨、齿的主要无机质，不仅具有良好的生物相容性，而且生物活性好，可以诱导骨生长并和生物组织形成牢固的键合；机械强度较差。可作为骨填充和骨的置换材料，人工齿根等，也可与陶瓷、金属、聚合物复合制成复合材料。β-磷酸三钙 β-Ca3(PO4)2制备方法：可采用化学共沉淀法；烧结以Ca与P原子比为1.5的粉末为原料，则可得到β-TCP陶瓷。在800℃左右要经历一个由磷灰石向β-TCP的相变过程。Ca、磷）等元素，或含有能与人体组织（表现出极好的生物相容性。作为骨的修复材料制品由哪些材料?组合而成对材料有何要求？如何改善人工关节制品的使用寿命？有害的副作用。与生物组织亲和性好。物理和化学性能与所替代的组织相近。性能降低的现象。在杀菌、消毒过程中性质不发生变化。容易进行加工，材料的性质具有很好的重复再现性。人工关节制品由钛合金、氧化铝陶瓷、超高分子量聚乙烯组成但使用由于长期子材料。缺点及应用，可举例说明。医用金属材料低毒性、高强度、高韧性（不锈钢、高耐久性（抗疲劳、耐磨耗（钴基合金异的加工性（如医用不锈钢加工性能好）无生物活性，难于和生物组织形成牢固的结合；由于生理腐蚀和磨蚀而造成的金属离子向周围组织扩散以及植入材料自身性质的退变，前者可能导致毒副作用，后者可能导致植入失效（时会引起水肿、感染、组织坏死或过敏反应；（除钛合金之外的医用金属材料。钛合金较为匹配）通常用于整形外科、牙科等领域，治疗、修复固定和置换人体硬组织系统（节、骨钉等。生物陶瓷（如生物惰性陶瓷中的氧化铝陶瓷（羟基磷灰石陶瓷（生物活性玻璃可根据实际应用的要求设计组成，控制性能的变化。在生理环境中易受破坏，只适用于不承力结构环境中（磷酸钙陶瓷强度不高，植入人体后需经较长时期的代谢方能与自体骨长合在一起）应用：人工齿、人工骨、人工关节、人工心瓣膜、人工眼等修复和替换材料。医用高分子材料优点：良好的生物相容性（天然医用高分子材料、可以通过组成和结构的控制而使材料具有不同的物理和化学性质，以满足不同的需求，耐生物老化。对于非永久植入体内的材料,在一定时间内能被生物降解,降解产物对身体无毒害,容易排出;对于永久性植无致癌、无致炎、无排异反应、无凝血现象,还要有相应的生物力学性能、良好的加毒性和致癌反应。大多不具有生物活性。天然医用高分子材料具有加工性差、重复性差、生物降解速度可调性差等缺点。医用复合材料优点：可以将几种材料复合，兼具他们共同的优点，弥补缺点，性能更加出众（如用羟基磷灰石表面改性过的钛合金医用复合材料，兼具HAP能）比强度、比模量高，抗疲劳性能好，抗生理腐蚀性能好，力学相容性能好缺点:制备工艺较复杂、价格比较昂贵牙根和人工骨修复置换材料SBFSBFpHSBF溶液考察骨修复材料的性能？的渗透压相等的氯化钠溶液。人体用生理盐水就是0.9%的氯化钠水溶液，因为（会降低和增加正常人体内钠离子浓度SBF生理盐水模拟更接近真实体液。常用PH值为7.4通过观察骨修复材料，其表面在SBF溶液中形成磷灰石能力的大小，预测其性能。AlO陶瓷是常用的硬组织修复材料。若要改善其生物惰性和高的弹性模2 3量，有何途径？以溶胶-凝胶法涂层改善惰性陶瓷的生物活性，在三氧化二铝表面制备一种含钙的氧化锆凝胶涂层。能促进羟基磷灰石在表面的形成。其主要缺点是弹性模量远高于自然骨，力学相容性欠佳。氧化锆有较低弹性模量，较高韧性，加入氧化锆增韧，氧化锆微裂纹增韧，该微裂纹虽然不利于提高材料的强度，但却能有效地降低材料的弹性模量。导意义？（在生）生物材料的失效是人们非常力腐裂、腐蚀疲劳、微裂、陶瓷的老化和复合物的降解等现象（局部组织反应是指机体组织对植入手术创伤的一种急性或炎性反应，是最早的宿主反应、全身毒性反应（全身毒性反应通常是由于植入材料或器件在加工和消毒过程中吸收或形成的低分子量产物在机体内渗出或因生理降解所产生的毒性物质所引发的一种反、过敏反应（致癌、致畸、致突变反应（）和（。除了应满足各种生物功能等物理化学性质要求外，还要求生物材料不对生物体产效能与使用寿命。生物医用高分子材料按材料与活性组织的相互作用关系分类可以分为哪按照材料与机体组织作用方式分类：生物惰性材料、生物活性材料（如有机硅高分子）生物活性（Bioactive）高分子材料生物活性概念原意是指植入材料能够与周围组织发生相互作用，在材料-组织界面上诱导出特殊的生物或化学反应，这种反应导致材料和组织之间形成化学键合。目前一种广义的解释为生物活性是增进细胞活性或促进新组织再生的性质。（肝素化的胶原有抗凝血性能）对生物医用高分子材料的性能有哪些要求？材料本身性能的要求：(1)无毒性、无变态反应，对周围生物组织无刺激和对人体无其他有害的副作用。(2)生物稳定性与生物组织亲和性好。物理和化学性能与所替代的组织相近。(3)(4)质具有很好的重复再现性（5）易于加工成型；材料价廉易得；人体效应要求：无毒-化学惰性；无热原反应（引起热原反应的主要原因是注射液或输液器中污染的热原所引起的。热原的致热量因菌种而异；不致癌、不致畸；不引起过敏反应或干什么是高温硫化硅橡胶？医用硅橡胶有哪些用途？必须经过高温硫化处理。其方法如下：在有机硅生胶中加入二氧化硅SiO，俗称白碳黑、二氧化钛等作补强剂，用有机过氧化物如过氧化二苯甲酰作硫化剂，并加入其它辅料和助剂进行混炼、成型、热处理熟化得到高温硫化硅橡胶。补材料试述梯度功能复合材料的定义、分类、用途及各自特点。高性能材料化学工程功能梯度材料电子工程功能梯度材料生物：高比强度，高生物相容性，耐腐蚀，耐疲劳，耐磨损用于人造骨骼，人造牙齿等，如HA-钛（Ti）体系的梯度人工骨和人工牙根。化学：耐腐蚀，耐热，绝缘，高强度，用于催化剂，功能性高分子膜电子：导电及绝缘梯度，压电，电磁性能好用于超导材料，滤波器。制备梯度功能复合材料有哪几种方法，各自有什么优缺点？主要分为高温和低温制备法。方法名称 优点 缺点气相沉积法粉末冶金法离心铸造法电沉积法激光融覆法

气体的压力、组成及反应温度可以控制；可制备大尺寸的功能梯度材料。合成时间短、操作简单；产品纯度高、效率高、能耗少、工艺相对简单；能够制备大体积的梯度材料。不受基体面积大小的限制；涂层的界面结合强度、抗热冲击性和热疲劳性均明显改善。易于操作，控制灵活，适于工业生产，可以制备大尺寸材料，可靠性高、适合于制造形状比较简单的功能梯度材料部件。能制备高致密度、大尺寸的梯度材料。对所镀材料的物理、力学性能破坏较小，不需要高温、高压、高真空，因而生产设备简单、投资较少，易操作。制备成本低；用电流作还原剂工艺条件易控制，易按梯度化要求进行调整。镀层的组成和结构能有效地控制。熔覆速度非常快。

沉积速率慢；成份分布不能连续控,涂层梯度涂层与基体间的结合强度不高,并存在涂层组织不均匀、空洞疏松、表面粗糙等缺陷。工艺比较复杂、制备的梯度材料有一定的孔隙率；不能做到材料成分的连续过渡。限于管状或环形零件。槽电压高，电流效率低，电积过程能耗高需要特殊的设备。在设计、制造植入生物体的复合材料时，应注意哪些问题？同14定性成的可降解高分子材料，并分析其性能特点。可降解生物医用材料可分为天然可降解生物医用材料和合成可降解生物医用材料。聚乙醇酸Poly(glycolicacid),PGA坚硬不易磨损不易溶解结晶性强熔点高降解速度快聚乳酸Poly(lacticacid),PLA 降解产物无毒易得原料成本低生物相容性好降解动力学以预期聚酸酐易加工性生物相容性表面溶蚀降解性降解速度可调性药物释放速度接近零级设计生物医用可降解高分子材料的基本原理是什么？或其它生物体所降解和吸收的高分子材料。（不破坏邻近组织，也不发生材料表面钙化沉积；良好的血液相容性，材料需满设计前需确定：易消毒和保存原料来源广泛、丰富商品化前景可降解生物材料的制品化中需注意解决什么问题？保存稳定性。分析同上或自己发挥。防止氧化吸潮等不良反应。相容性产生影响，应该选择合适的灭菌条件。一些灭菌方法不适合工业化生产，且对材料保存不利。写的时候要稍微分析一下。氧化降解；温度，光强度，辐射引起的物理化学降解。生物学环境降解：体液环境（体液溶解）有机大分子（吸附于材料，发生反应、酶、自由基、细胞等因素。聚合物分子结构：聚合物结构 分子量 共聚退火结晶条件 分子链取向 共官能团支化和交联材料聚集态材料表面特征结构影响比如说：脂肪族酯键〉肽键〉氨基甲酸酯〉脂肪族醚键〉亚甲基同种材料时聚集态对其降解强弱的影响：橡胶态>玻璃态>结晶态学模型和体外试验可得出什么结论？可降解聚酯型高分子尤其是脂肪族聚酯类高分子都是通过酯键的水解来降低分PH、温度、酶、人体代谢产物等各种因素促进了酯键的水解。高分子材料在体内发生不均匀的水解，之后或有少数酶参与进来，加速水解速度，得以降解。酯类水解的一级动力学：lnMn＝lnMn0－k1t结论：分子量变化的对数值与时间成直线关系。通过体外水解动力学研究可以预期含酯键材料在体内的降解时间。试比较尼龙纤维、羊肠线、聚乳酸纤维）缺点。尼龙纤维：优点：强度大、弹性恰当、组织反应小；缺点：结扣困难，容易松脱、二次手术（）羊肠线：优点：生物可降解吸收、初期弹性小、平滑性优良、结节部位稳定性好缺点：分解过快、强度损失快、处理不方便、易引起组织发炎聚乳酸纤维：优点：生物可降解吸收降解速度可调生物相容性好