生物医用与仿生材料ppt

6.1 .1 生物材料的定义与分类
生物材料（Biomaterials）泛指一切与生物体 相关的应用性材料或由生物体合成的材料。
按其应用可分为生物医用材料（Biomedical Materials）和与生物合成有关的应用材料。而按 生物材料来源可分为天然生物材料和人工生物材 料；与此同时材料学的发展使有些材料兼具天然 和人工合成的特性。
材料在生物体内的响应－材料反应
生物机体作用于生物医用材料－材料反应， 其结果可导致材料结构破坏和性质改变而丧失 其功能。可分为如下三个方面：
➢ 金属腐蚀 ➢ 聚合物降解 ➢ 磨损
1、金属腐蚀
生物体内的腐蚀性环境：
（1）含盐的溶液是极好的电解质，促进了电化学腐 蚀和水解；
指生物医用材料有效和长期在生物体内或体表行 使其功能的能力。用于表征生物材料在生物体内 与有机体相互作用的生物学行为。 根据材料与生物体接触部位分为： ▪ 血液相容性。材料用于心血管系统与血液接触， 主要考察与血液的相互作用 ▪ 与心血管外的组织和器官接触。主要考察与组织 的相互作用，也称一般生物相容性 ▪ 力学相容性。考察力学性能与生物体的一致性
– 生物惰性医用硅橡胶—人工耳、人工鼻、人工 颌骨等
– 血液相容性较好的各向同性碳被复材料—碟片 式机械心脏瓣膜
– 血液亲和性及物理机械性能较好的聚氨酯嵌段 共聚物—促使人工心脏向临床应用跨越一大步
– 可形成假生物内膜的编织涤纶管—人工血管向 实用化飞跃。
硅橡胶制作的人造器官
人工心脏
聚氨酯 制造的 人工心 脏
行仿造，对材料的发展将起到推动作用。
生物医用材料（Biomedical Materials）用于 人体组织和器官的诊断、修复或增进其功能的一 类高技术材料，即用于取代、修复活组织的天然 或人造材料，其作用药物不可替代。生物材料能 执行、增进或替换因疾病、损伤等失去的某种功 能，而不能恢复缺陷部位。
Chapter 6 Biomaterials and Biomimetic Materals
生物材料与仿生材料
本章主要内容
J 6.1 生物医用（复合）材料 J 6.2 组织工程材料 J 6.3 生物陶瓷 J 6.4 仿生复合材料
6.1 生物医用（复合）材料
J 6.1 .1 生物材料的定义与分类 J 6.1.2 生物医用材料的性能与分类 J 6.1.3 医用金属材料 J 6.1.4 医用高分子材料 J 6.1.5 无机生物医学材料
2、细胞粘附 3、细胞增殖（异 常分化） 4、形成蘘膜
5、细胞质的转变
2、生物体对生物反应的变化
• 1.急性全身反应
•
过敏、毒性、溶血、发热、神经麻痹等
• 2. 慢性全身反应
•
毒性、致畸、免疫、功能障碍等
• 3. 急性局部反应
•
炎症、血栓、坏死、排异等
• 4. 慢性局部反应
• 致癌、钙化、炎症、溃疡等
人工心脏
人工关节
人工肾脏
人工血管
人造皮肤
科学家已从生物高分子 材料或合成高分子材料 wk.baidu.com制造出了一二十种人 造皮肤。他们把这些材 料纺织成带微细孔眼的 皮片，上面还盖着一层 层薄薄的、模仿“表皮”
的制品。
加拿大发明骨骼打印机复制 立体人骨
人造骨骼组织相当精细，可用于整 形、重建和脊椎手术。
二、 生物相容性
生物体对生物医用材料的响应－宿主反应
1、生物学反应
A: 血液反应
1、血小板血栓； 2、凝血系统激活； 3、纤溶系统激活； 4、溶血反应； 5、白细胞反应； 6、细胞因子反应； 7、蛋白粘附；
B: 免疫反应 C: 组织反应
1、补体激活；
1、炎症反应；
2、体液免疫反应 （抗原－抗体反 应）；
3、细胞免疫反应。
狭义的生物材料指的是能够用来制作各种人 工器官和制造与人体生理环境相接触的医疗用具
和制品的材料，即生物医用材料。
生物材料的另一种分类方法
生物材料包括三部分，即生物医用材料，仿生材料 和生物模拟。 生物医用材料：最重要的是材料与人体相容性和材 料本身的性能，通过组织工程、生长因子、DNA和 自组装技术，可生产出人类的各种器官。事实上， 除神经系统以外，人的各种器官都可制造。 仿生材料：生物是多年演化的结果，有很多特性值 得模仿，通过深入研究现有生物体和生物现象而进
• 历史上首个人造心脏Jarvik-7，是在1982年植入 病人Barney Clark的体内。他共活了112天。另 一名也植入Jarvik-7的病人William Schrodedr则 活了620天。
• 生物医用材料是研制人工器官及一些重要医疗技 术的物质基础，综观人工器官及医疗装置的发展 史，每一种新型生物材料的发现都引起了人工器 官及医疗技术的飞跃。
碟片式机械心脏瓣膜
6.1.2 生物医用材料的性能与分类
一、 生物功能性
指生物医用材料具备或完成某种生物功能时应该 具有的一系列性能。 根据用途主要分为: • 承受或传递负载功能。如人造骨骼、关节和牙等， 占主导地位 • 控制血液或体液流动功能。如人工瓣膜、血管等 • 电、光、声传导功能。如心脏起博器、人工晶状 体、耳蜗等 • 填充功能。如整容手术用填充体等
日本北海道大学的科 学家们利用从鲑鱼皮 中提取的胶原制造全 球首例人造血管。
生物医用材料与工业材料的最大区别是在生 理环境下使用。移植在生物体内的仿生材料，除 了能达到补钙的目的以外，对周围组织和血液不 应该有不良的影响，即应具有生物相容性。另外， 植入人体的仿生材料，应有足够的力学性能，不 能发生脆性破裂、疲劳断裂及腐蚀破坏等，即应
具有力学相容性。
生物医用材料是生物医学科学中的最新分支 学科，是生物、医学、化学和材料科学交叉形 成的边缘学科。具体涉及到化学、物理学、高 分子化学、高分子物理学、生物物理学、生物 化学、生理学、药物学、基础与临床医学等很 多学科 。
生物（医用）材料的发展史
• 目前被详细研究过的生物（医用）材料已超过 1000种，被广泛应用的有90多种，1800多种制 品。西方国家每年耗用生物（医用）材料量以 10~15%的速度增长，1980年全球医用生物（医 用）材料及制品的销售额为200亿美元，1990 年达500亿美元，1995年近1000亿美元。