医用生物功能材料及应用

➢炎症表现形式
1、红 是由于炎症病灶内的充血所致，开始动脉性充 血为鲜红色，以后静脉性充血为暗红色。
2、肿 主要是由于渗出物的浸润，特别是组织间隙中 有液体成分的潴留所致。
3、热 是由于动脉性充血，流经炎症病灶的血量增多 和血液速度加快的缘故。
4、痛 组织张力升高，器官发炎肿大，钾离子、氢离 子的积聚，炎症介质如5-羟色胺、缓激肽等的刺激 也可引起疼痛等。
2.力学性能
材料要有合适的强度、硬度、韧性、 塑性等力学性能以满足耐磨、耐压、抗 冲击、抗疲劳、弯曲等医用要求。
3.耐生物老化性能 材料在活体内要有较好的化学稳定性，
能够长期使用，即在发挥其医疗功能的同时 要耐生物腐蚀、耐生物老化。
➢ B: 免疫反应 ➢ C: 组织反应
1、血小板血栓； 1、补体激活；
1、炎症反应；
2、凝血系统激活； 2、体液免疫反应 3、纤溶系统激活； （抗原－抗体反 4、溶血反应； 应）； 5、白细胞反应； 3、细胞免疫反 6、细胞因子反应； 应。
7、蛋白粘附；
2、细胞粘附 3、细胞增殖 （异常分化） 4、形成蘘膜
与血液的相互作用； 2、与心血管外的组织和器官接触，组要考
察与组织的相互作用，也称一般生物相容性； 此外，对于用于承载的材料，还要考察
3、力学相容性 例如：用作股骨的材料，如果弹性模量过高， 会导致周围组织瘦化。
2.3 生物材料的一般性能要求
1.生物相容性 生物相容性主要包括血液相容性、
组织相容性。材料在人体内要求无不良 反应，不引起凝血、溶血现象，活体组 织不发生炎症、排拒、致癌等。
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聚合物老化易形成的碎片、颗粒、小分子 量单体物质，因此使用它时必须谨慎，对耐久 性器件，必须保持一定强度和其它机械性能， 老化产物不能对周围组织有毒害作用。
例如，医用缝合线降解时会产生酸性物质， 如果量少，很容易被人体中的化学物质中和， 如果老化产物较大，则会对周围组织产生损害。
1.5.3 磨损
生物医用功能材料及 应用
第一章、生物医用材料概论
1. 生物医用材料定义及分类
1.1概念:用于生物系统疾病的诊断、治疗、 修复或替换生物体组织或器官，增进或 恢复其功能的材料。
人工合成材料 天然材料 领域：材料、生命、化学、生物、解剖、
病理、临床医学、药物学
1.2 生物学反应
➢ A: 血液反应
1.5.1 金属腐蚀
➢ A：金属腐蚀的类型 按机理可分为特理腐蚀、化学腐蚀与电
化学腐蚀三种。生活实际、工程实际中的金 属腐蚀，绝大多数都属于电化学腐蚀。
对于医用材料而言多为局部腐蚀，具体 包括应力腐蚀开裂、点腐蚀、晶间腐蚀、腐 蚀疲劳以及缝隙腐蚀等。
➢ B： 腐蚀离子的特点
以金属合金为例，合金中的有些微量元素 对人体的新陈代谢十分必要，微量Ni，Cr，Co， Fe有利于新陈代谢。
2、生物材料及其生物相容性
2.1 生物相容性概念
生物相容性是生物医用材料与人体相 互作用产生各种复杂的生物、物理、化学 反应的一种概念， 它用于表征材料在特定 应用中与有机体相互作用的生物学行为。
2.2 生物相容性的分类
➢ 根据材料接触部位分为两类： 1、血液相容性 材料用于心血管系统与血液接触，主要考察
5、功能障碍 炎症灶内的细胞变性、坏死，代谢功能 的异常，炎症渗出物所造成的机械性阻塞，压迫或 疼痛等，都可以引起发炎器官的功能障碍。
➢ B：伤口愈合
新鲜伤口到愈合伤口到结疤的过程分为三 个阶段：1）炎症，增生和伤口收缩反应阶段； 2）通过形成肉芽组织修复；3）重建、最终形 成瘢痕
当材料植入后，巨噬细胞聚集，此时才是 严厉的炎症反应，接着进入慢性发应阶段，此 时，对生物活性材料而言，其可通过磷灰石层 与机体连接成一体；对惰性材料而言，成纤维 细胞会包裹在材料表面，将其与机体隔离开来， 并有排斥异体现象 出现，如果该层纤维组织较 薄，我们则认为它是生物相容的。
➢ 感染
病原菌侵入机体，能克服机体的防御机能， 在一定部位生长繁殖并引起病理生理过程。
异体材料的植入能够使感染病原菌的数量从 106降到102。
➢ 免疫反应
免疫反应是机体在进化过程中所获得的“识别 自身、排斥异己”的一种重要生理功能，在正常情 况下，免疫系统通过细胞和（或）体液免疫机制以 抵抗外界入侵的病原生物；维持自身生理平衡；以 及消除突变细胞，起到保持机体的作用。
5、细胞质的转 变
1.3 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
1.4机体的几种的重要生物学反应表现形式
➢A:炎症
是机体对致病因素及其损害作用产生 的一种反应，发生在局部，同时也可影响 全身。
➢ 磨损危害例证
人工关节常用材料为Ti6Al4V，由于表面易氧化生成 TiO2，其耐磨性差，植入人体后，磨损造成在关节周围组 织形成黑褐色稠物，从而引起疼痛。美国报道，美制钛合 金人工全髋关节平均寿命一般都低于10年。
目前，大量的人工髋关节是由坚硬的金属或陶瓷的股 骨头与超高分子聚乙烯的髋臼杯组合成，然而它的寿命也 不超过25年。长期随访资料显示，假体失败的主要原因是 超高分子聚乙烯磨损颗粒所造成的界面骨溶解，从而导致 假体松动。这种磨损颗粒所导致的异物－巨细胞反应，又 称颗粒病，是晚期失败的最主要原因。
另外，一些金属如Ni， Co 可通过肾脏排 出，而6价Cr离子则会聚集在组织中，如果过 多，则会产生毒性反应。
1.5.2 聚合物老化
聚合物在长期使用过程中，由于受 到氧、热、紫外线、机械、水蒸气、酸 碱及微生物等因素作用，逐渐失去弹性， 出现裂纹，变硬、变脆或变软、发粘、 变色等，从而使它的物理机械性能越来 越差的现象，
例如：在同种异体组织、器官移植时，受者的 免疫系统常对移植物产生排异反应（transplant rejection），这是一个典型的免疫反应实例。
1.5 材料反应及对机体的影响
材料反应是材料对生物机体作用产生的反 应，其结果可导致材料结构破坏和性质改变。 可分为如下三个方面：
➢ 金属腐蚀 ➢ 聚合物老化 ➢ 磨损