生物材料的机械性质与应用

生物材料的机械性质与应用
生物材料是一种既全新也富有潜力的研究领域。

生物材料不仅
仅是对疾病有着很好的治疗作用，而且还可以帮助我们了解人类
身体的机理，甚至有助于开发新型的工程材料。

生物材料的机械性质在其中起到了核心的作用，机械性质是指
材料在受外力作用下的变形与破坏行为。

生物材料的机械性质不
仅仅是受力强度、刚度、硬度等方面的考量，还包括了生物材料
的失效机制与生物体的无害性，这是在工程材料中所不具备的一
个要求。

一个生物材料成功应用于工程领域，除了要求结构可塑性、稳
态坚固等特点，还要求材料的生物相容性、降解性等符合人体的
特殊要求。

因为生物材料的机械性质如此重要，在理解生物材料的性质中，我们必须先了解生物材料的构成。

生物材料通常由细胞、胶原蛋白、矿物质等组成，其中细胞是生物材料的主要组成部分之一。

而胶原蛋白则构成了许多生物材料的骨架结构，为生物材料的机械性质做出了重要的贡献。

胶原蛋白作为生物组织的主要结构成分，是一种锁链状的蛋白质，在组成骨、鳞、甲壳、角、甚至部分软组织方面十分重要。

其分子结构具有强烈的螺旋结构性，因此是构建高度有序的结构之一。

胶原蛋白的特性及其与生物机械性质的关系一直是生物医学材料领域的热门话题。

胶原蛋白的蛋白质多样的序列与三维空间结构使其可以承受高度的伸长和损伤，多重骨架结构则不仅可以改善胶原的耐久性，同时具备极高的承载量。

机械性质的稳定性能使胶原蛋白能够广泛应用于骨科疾病、淋巴组织再生、脑膜关闭、皮肤缺损等方面，为各种组织的组织再生提供帮助。

由于胶原蛋白的复杂性及其精细的结构化实现，所以有许多生物组织中的胶原蛋白被人工合成或形成仿生截短的胶原纤维，如
用于心脏瓣膜和动脉修复的“生物人工瓣膜”或实现纤维加固功能
的“仿生胶原纤维装置”等。

此外，生物材料的机械性质与生物组织的外观相似。

肝脏、眼睛、骨骼、墨镜、钢笔等都具有生物材料的化学和微观结构共性，在材料机械性质的特性中，活细胞类型、细胞孔隙率、固相含量、构建材料的阴影纹理是制定机械性质的指导要素。

特别是在干燥环境下或减少水含量时，生物材料机械性质的生
物本质会更为影响性，如木头具有强大的抵抗力和稳态度，这种
耐用性就与木材所自带的除水外的许多特点有关。

因此，理解生物材料的机械性质是十分必要的。

将机械性质、
生物相容性和降解性等要素完美结合应用于工程领域，将为人类
的医疗健康、甚至生活带来翻天覆地的变化。