第6章 生物材料与仿生材料
生物材料中的仿生材料与生物智能材料
生物材料中的仿生材料与生物智能材料生物材料是指能够在生命体内被操作或处理，可用作生物医药、生物诊断、生物工程、生物传感和生物成像等领域的原材料。
生物材料是生物科学、材料科学和医学领域的交叉学科，涉及到生物多样性、结构与性能的关系、材料的制备过程以及在生命体内的应用等方面。
其中，仿生材料和生物智能材料是生物材料中的两个重要领域。
一、仿生材料仿生材料是指能够模仿或仿照自然界中已有的生物材料或生物系统的一类材料。
仿生材料在结构、功能、材料特性等方面都与自然界中生物体内已有的材料非常相似，但是在高血压、血液循环、关节炎等疾病治疗上的应用，对于人体具有重要的现实意义。
1.1 智能仿生材料智能仿生材料是以仿生学为基础，借鉴自然界设计令人惊叹的材料，通过多态性、反应性、记忆性等特性，赋予材料在不同环境中做出智能响应的能力。
智能仿生材料有望应用于生物机械器械、导管、植入材料等领域，从而改进人们的医疗设备和治疗方法。
智能仿生材料的材料种类多样，有形状与形态可逆变的木材、自修复的材料、适应性材料等等。
1.2 生物仿生材料生物仿生材料是指仿造、改变或修复自然材料结构、形状、材质等方面的研究。
其目的在于构建与自然材料相似的材料，利用自然材料的优点，使新材料在实用性、可持续性、性能上得到提升，还可以延长其应用寿命。
生物仿生材料是医学和牙科学研究领域中广泛使用的方法，应用于人工器官、牙齿假体、修复材料等类别。
二、生物智能材料生物智能材料是指加上自动化控制的智能功能，以增加对环境信息的敏感性、自适应性和自行治愈能力。
生物智能材料是仿生材料、智能材料和纳米材料的集成，其特点是不仅仿生，还具备智能响应、自主作用、工作能力等功能。
2.1 吉林森林二龙山植物智能材料研究吉林森林二龙山自然保护区内发现了生长在深海水下的海葵。
在这个研究中，科学家们通过仿生仿制海葵的棘策动机构结构，制造出了可以实现自主工作的智能材料。
这种智能材料可以在受到刺激时自主收缩，并恢复原本的形态。
生物材料与仿生学
生物材料与仿生学生物材料与仿生学是两个紧密相关的领域，它们共同探索着生物界中的奥秘，并借鉴自然界中的设计原则与功能，以创造出更为先进的材料与技术。
本文将深入探讨生物材料与仿生学的概念和应用，并介绍一些具有代表性的研究成果。
一、生物材料的定义与分类生物材料是指来自自然生物体的物质，具有特定的结构、功能和性能，可以用于医疗、工程、生命科学等领域。
根据来源和用途的不同，生物材料可以分为天然生物材料和人工生物材料两类。
天然生物材料包括骨骼、肌肉、血管、皮肤等，具有与人体组织相近的结构和性能，可用于修复和替代人体组织。
例如，利用自体骨髓干细胞和自体组织工程技术，可以制备出可用于修复骨折的骨骼生物材料。
人工生物材料是通过合成材料或改性材料来模拟或改善天然生物材料的功能和性能。
例如，聚合物材料、金属材料和陶瓷材料等，常被用于制备人工关节、人工血管等医疗器械。
二、仿生学的概念与原理仿生学是生物工程学的一个分支学科，以生物材料为基础，通过模仿和学习生物体中的结构和功能来设计和制造人工产品。
仿生学的研究方法包括模拟仿真、生物材料改性、生物制造等。
仿生学研究的基本原理是借鉴自然界中形形色色的生物结构和功能，将其运用到人工产品中。
例如，莲花的叶片结构启发了设计防污涂层，鸟类的翼膜结构启发了飞机的机翼设计。
通过仿生学的方法，人们可以设计出更轻、更强、更灵活的产品，提高其性能和可持续性。
三、生物材料与仿生学的应用生物材料与仿生学的研究在医疗、能源、环境保护等领域有着广泛的应用。
以下将介绍一些具体的应用案例。
1. 医疗领域生物材料在医疗领域的应用涉及人工器官、组织工程和药物传递等方面。
例如，利用仿生学的原理，研发人工心脏瓣膜、人工耳蜗等医疗器械，以及人工皮肤、骨折修复材料等组织工程产品。
2. 能源领域仿生学的研究成果也可以应用于能源的开发与利用。
例如，研究人员通过仿生学的方法，设计出高效的太阳能电池，模仿植物的光合作用原理，将太阳能转化为电能。
生物材料的仿生设计和制备
生物材料的仿生设计和制备1. 引言近年来，生物材料的仿生设计和制备成为了材料科学的热点之一。
生物材料仿生设计的理念是借鉴自然界中的生物体，通过分析生物体的结构、功能和机制，设计和制备出具有类似功能的新材料。
生物材料仿生设计不仅可以为其他领域的材料开发提供新思路，同时也可以为解决环境、医疗等问题提供更好的解决方案。
本文将从仿生设计的概念入手，深入探讨生物材料仿生设计的制备方法、应用领域及前景。
2. 生物材料的仿生设计概念生物材料仿生设计的概念最早由德国生物学家弗林克于1914年提出，即从仿生学的角度去思考材料的设计和制备。
仿生学涉及到生物体的形态与结构、机能与新陈代谢等方面，可以从中挖掘出许多有效、有利于工程及医学应用的仿生学灵感。
生物材料的仿生设计就是基于仿生学的理念来设计具有生物体特定功能的人工材料。
3. 生物材料的仿生设计制备方法3.1 生物模板法生物模板法是将自然界中的生物体结构作为模板，反复沉积材料并烧结或处理，最终制备仿生材料的方法。
采用这种方法，仿生材料可以具有源自于生物属性的一些物理、化学、结构特征，从而具备与其他材料不同的卓越性质。
3.2 生物材料仿生设计的思路（1）依据仿生学特点进行选择和创新。
将人工材料和生物材料进行比较，确定仿生学特点的方向，针对这些突出的特点进行仿生设计。
（2）选取合适的材料制备技术。
选择合适的材料进行仿生设计，有效的材料制备技术可大大提高仿生材料的效率和质量。
（3）基于产品的应用进行评估。
仿生设计的材料需符合特定的应用领域和需要，其适用性应通过实验或模拟得以证明。
4. 生物材料仿生设计的应用领域生物材料仿生设计可以被广泛应用于环境、能源、医疗、军事、工业等领域。
4.1 环境领域生物材料仿生设计可以用来改善水源、减少空气污染、保护生物多样性等环境问题。
如海绵和海胆的表面材质可用于开发新型油污清除器，在海洋环境中使用效果良好。
4.2 医疗领域生物材料仿生设计可用于制备人工皮肤、软骨等人体组织替代材料，并可用于胶囊、支架等医疗器械的制备。
仿生学与生物材料科学研究
仿生学与生物材料科学研究近年来，随着科技的不断发展和进步，人类开展的研究工作越来越广泛，其中包括仿生学和生物材料科学两大领域的相关研究。
这两个领域的研究有很大的交叉性，都与生命科学相关，这篇文章将会从这两方面分别概述和探讨。
一、仿生学的研究仿生学是一门相对比较新的领域，它主要是模拟与仿效生命体的各种机制和行为，从而解决人类在不同领域遇到的问题，如机械、电子、化学和物理学等。
仿生学研究的对象是生命科学领域中的哪些方面呢？1.仿生材料：仿生材料是仿生学研究的关键之一，它是基于仿生学原理而制造出来的一种新型材料。
仿生材料具有很多优点，例如能够实现多功能、多层次的结构，具有卓越的机械强度和耐磨性等。
2.仿生机器人：仿生机器人是仿生学领域的一个重要研究方向，它是指通过对生物体形态、运动、智能等特征的研究，结合机器人技术设计出的可以模拟人类生物适应环境的机器人。
3.仿生感知：仿生感知是一种将生物体感知机制应用于机器感知的技术，是一项基于仿生学的多学科交叉研究。
仿生感知不但能够提高机器的精确度和敏感度，更可以加强机器人对外界环境的感知。
4.仿生运动控制：仿生运动控制主要研究生物体的运动方式和机理，利用仿生学原理研制出一种智能化控制技术，从而建立人类与机器之间更加紧密的交互关系，为日常生产生活带来更多的便利。
二、生物材料科学的研究生物材料科学是研究材料在生物体内的组织、器官、系统和医学领域中的应用的一门跨学科科学，是从材料科学、生物学、医学这三个学科的交叉面出发，进行研究。
1.生物医学材料：生物医学材料是应用生物材料科学研究成果而研制的新型材料，是指可用于生物医学和生物工程领域的各种材料，例如人工关节、心脏瓣膜、骨科材料等。
2.生物组织工程：生物组织工程是一门结合生物学、化学、材料学等多学科知识，以细胞和组织的工程化重建为主要目标的学科。
它通过设计、制造和修复组织等手段，让人体出现破坏后的功能恢复。
3.生物医学成像：生物医学成像技术是指利用各种成像手段，如超声、CT、MRI、PET等，对生物体内部的组织、器官、系统等进行可视化的技术。
生物仿生学和生物材料学
生物仿生学和生物材料学生物仿生学和生物材料学是在生物领域中越来越受关注的研究领域。
生物仿生学以生物学和工程学为基础，借鉴生物的自然适应能力来设计并开发新的技术。
生物材料学则着重于生物材料，研究如何设计、制备和应用生物材料。
本文将着眼于这两个领域的研究内容和应用进展。
一、生物仿生学研究生物仿生学研究旨在模仿生物体自然状态和行为来设计和制造更有效、更高效、更健壮和更环保的材料和产品。
生物体绝大部分身体结构和机能都是经过漫长进化过程后达到的完美状态，因此，研究生物体的结构和机能，借鉴生物的自然适应能力，就可以为现代科学技术的发展提供更多的灵感和思考。
1.1 生物仿生材料生物仿生材料是仿造生物体的结构和机能特性，研制出的具有良好性能的材料。
将仿生材料应用于工业制造中，可以提高生产效率、改善生产环境、降低成本。
常见的仿生材料有纳米仿生材料、光子晶体等。
纳米仿生材料是指通过仿生学方法制备的颗粒粒径小于100纳米的材料。
光子晶体是一种利用生物体内存在的微观结构反射和传播光线的物理原理，研制出来的具有自组装性、自组织性和多彩性的晶体材料。
1.2 生物仿生机器人生物仿生机器人是指通过仿生学方法设计和制造的机器人，具有生物体的快速响应、柔韧自适应、复杂运动控制等特性，可以用于自主探索、信息获取、危险环境探测等领域。
生物仿生机器人的特点是结构和机能的巧妙融合，使其具有更多的应用场景。
1.3 生物仿生能源生物仿生能源是一种基于生物仿生学的能源开发和利用，旨在模拟和利用生物体内自由能、化学能和热能等能量转化机制，把它们转化为人类所需的电能。
例如，利用蝴蝶翅膀的特殊结构，开发出带有自旋转发电功能的发电机；利用海藻的光合作用原理，研制出太阳能电池等。
二、生物材料学研究生物材料学是一门研究生物材料和其它类似材料的学科。
生物材料涉及种类广泛，包括人体组织类材料、动物骨骼类材料、昆虫壳类材料、植物细胞壁类材料等。
生物材料学主要研究如何设计、制备和应用生物材料的过程，以满足现代科学技术的需求。
生物材料和仿生学设计
生物材料和仿生学设计近年来，生物材料和仿生学设计逐渐成为了研究前沿领域。
生物材料是一种新型的材料，其来源于或模仿自然生物体系中的物质。
而仿生学设计则是从自然界中寻找启示，探索仿生材料和技术应用等方面的重要学科。
本文将从这两个方面进行讨论和分析。
一、生物材料生物材料是指从生物体系中提取出来的可用于生物器械、医疗设备以及生物工程等领域的物质。
由于其与人体相似性高，因此越来越多的医疗设备和器械开始采用生物材料。
例如，生物可降解材料就是一种类型的生物材料，它可以在人体内被分解和吸收，避免了第二次手术的风险和损伤。
在国内外，生物可降解材料已广泛应用于近30多个领域，如诊疗材料、医用敷料、人工血管等领域。
生物陶瓷也是一种新型的生物材料，其制造是通过对无机材料进行改性，以此来模拟自然界中某些有机物质的特性。
生物陶瓷的物化性质使其在骨伤助剂、人工关节、牙科等领域具有广泛的应用前景。
另外，生物纳米材料是生物材料研究的新兴方向。
由于其在生物分子诊断、细胞标记、光电转化等多个领域具有重要的生物医学应用价值，因此在国内外受到了广泛的关注。
二、仿生学设计仿生学设计是指从自然界中获取源源不断的灵感，将其应用于机器人、医疗设备、塑料制品等方面的学科。
仿生学设计源于德国生物学家冯诺伊曼于20世纪50年代所提出的“模仿生物理论”。
仿生设计的应用越来越广泛，例如，飞机和乘用车的设计就源自于仿鸟和仿猛兽。
而仿生机器人则是从自然界中获取新的设计灵感，尤其是从昆虫和爬虫身上吸取设计灵感。
有机器人设计师提出了“蜘蛛机器人”的设计概念，它可以像蜘蛛一样，爬过不同的地形和障碍，这在工厂和野外检测等方面具有广泛的应用前景。
在生物医学领域中，仿生学设计也有着重要的应用。
例如，通过仿生学设计，可以制造出类似毛细血管的管道，用于修复人体内的大血管，这种技术可以有效防止血管再次破裂和扩张。
三、总结生物材料和仿生学设计作为前沿领域，都具有广泛的应用前景。
生物材料学中的仿生学
生物材料学中的仿生学生物材料学是一个跨学科的领域，涵盖了材料科学、生物学和医学等领域。
它的研究对象是生物体内的各种物质，如细胞、组织、器官等，以及它们与材料的相互作用。
而仿生学则是生物材料学中的一个分支，它的研究方向是模仿自然界中的生物体和生物机制，通过仿制它们的结构和功能，来设计和制造新型的材料。
下面将从几个方面介绍生物材料学中的仿生学。
1.仿生材料的分类仿生材料是指从自然界中获得灵感，通过模仿生物体和生物机制的方式来设计和制造的材料。
根据仿生材料的来源和性质，可以将它们分为以下几类：（1）生物材料：这是从研究生物材料学的角度来看的，它们是从自然界中提取或制造的纯天然或人工合成的物质，如骨骼、牙齿、蛋白质等。
（2）仿生几何结构材料：这是通过观察自然界中具有特殊结构和形态的物体，如蝴蝶的翅膀、蜻蜓的翅膀等，来设计和制造的材料。
这些材料最大的特点就是具有复杂的几何结构。
（3）仿生智能材料：这是利用生物体内的智能机制，通过仿制它们的构造和功能来设计和制造的新型材料。
例如，模仿人类的感官机制，制造出具有感知能力的材料。
（4）生物合成材料：这是通过模仿生物的合成方式制造的材料，例如碳纳米管就是利用了生物合成的方法来制造的。
2.仿生学在医学领域的应用生物材料学是医学领域中的一个重要分支，而仿生学在其中起到了至关重要的作用。
通过仿制自然界中的生物体和生物机制，可以开发出更加安全和有效的医疗材料和器械，例如：（1）人工心脏瓣膜：仿生学在设计和制造人工心脏瓣膜方面取得了很大的进展，目前已经开发出了多种仿生心脏瓣膜。
这些瓣膜具有更加接近自然心脏的结构和功能，能够更好地适应患者的生理需求。
（2）人工骨：生物材料学和仿生学在人工骨领域的应用也非常广泛。
研究人员利用仿生学的原理，设计和制造出具有和自然骨结构相似的人工骨，用于治疗骨损伤和疾病。
（3）仿生假肢：仿生学在制造假肢方面也起到了不可或缺的作用。
通过仿制自然肢体的结构和功能，制造出更加轻便和灵活的假肢，使人们能够更加自如地进行各种活动。
生物材料学中的仿生材料和组织工程技术
生物材料学中的仿生材料和组织工程技术随着科技的不断进步，生物材料学逐渐成为一门重要的学科。
生物材料学研究的是在医学上应用的各种材料。
最近多年，人们开始研究仿生学和组织工程技术，尝试着将仿生材料和组织工程技术应用到医学领域中，为人类医学健康事业的发展做出贡献。
一、仿生材料仿生材料指受到生物体的结构和物理机制启发而开发的人工材料。
仿生材料常见于机器人、医学、音响等领域。
比如，仿生人造肌肉在医学领域有广泛的应用，能够为残疾人提供肢体功能替代品。
仿生神经网络则在人工智能的领域大有应用，能够实现智能化的控制和运动。
在医学领域中，仿生材料的应用范围主要是仿生组织、仿生器官和仿生材料制作。
仿生组织是通过模仿生物体的结构，将相关的材料和技术应用到体内，进而实现人工细胞的替代。
具有良好的生物相容性和可塑性。
仿生器官主要是将生物体某一器官的材料、结构和功能特点模拟出来的人工组织。
仿生材料则是利用仿生学的思想，开发出新的材料以用于治疗和支持人类的健康。
二、组织工程技术组织工程技术是一项新的、快速发展的生物医学技术，主要解决体内组织器官、神经、肌肉等的损伤和缺陷。
通过采用材料、细胞、生理学、生物化学等多种学科的知识，在体外培养和建立健康细胞种群、器官组织和器官系统，进而应用到体内。
组织工程技术通过建立健康细胞系、器官组织和器官系统，使其成为生物工程领域的中心。
组织工程技术可以用于工程、医学和食品方面。
在医学方面，通过利用细胞、材料和支用结构，使体内的新细胞生长和生成。
这些组织可以用于人体再生医学、临床治疗和生物学研究。
在食品方面，组织工程技术可以利用普通组织和细胞培养技术生产蛋白质和细胞代谢物。
三、仿生材料和组织工程技术的结合随着生物技术发展和未来应用的需求，仿生材料和组织工程技术在未来的趋势中将会有着巨大的市场需求和发展空间。
仿生材料和组织工程技术的结合，将会形成生物医学在基础和应用两个方面重要的研究领域。
组织工程技术已经成为医学领域中不可或缺的一部分。
仿生智能材料--ppt课件
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智能材料与住宅智能化
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（1）多功能砖
具有变通性和智能性。 主要由四个分层构成： 第一层是功能层，能感受来自周围的声能、热能、光能， 并能控制这些能量的输出；
第二层是通讯层，能为居住者提供内外通信联系的通道；
第三层是输送通道，可以用来输送水和其它材料；
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仿生材料（Bio-inspired）： 受生物启发或者模拟生物的各种特性而
开发的材料。 材料的仿生包括模仿天然生物材料的成
分和结构特征的成分、结构仿生、模仿生 物体中形成材料的过程和加工制备仿生、 模仿生物体系统功能的功能仿生。
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二、 智能材料
1、什么是智能材料？
仿生学是一门生命科学、物质科学、信息 科学、数学和工程技术等学科相互渗透而结合 成的一门边缘科学。
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2、生物材料和仿生材料 自然界存在的天然生物材料有着人工材
料无可比拟的优越性能。
生物材料通常有两个定义，一是有生命过 程形成的材料，如结构蛋白（蚕丝等）和 生物矿物（骨、牙、贝壳等），另一个是 指生物医用材料(Biomedical materials), 其定义随医用材料的发展不断发展，指用 于取代、修复活组织的天然或人造材料。
材料一般分为结构材料和功能材料两大类。对 结构材料主要要求其机械强度，而对功能材料 侧重于其特有的功能。
功能材料
对来自外界或内部的各种信息具有感知能力的 敏感材料
在外界环境或内部状态发生变化时能对之作出 适当的反应并产生相应动作的驱动材料
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生物材料和仿生学研究进展
生物材料和仿生学研究进展生物材料和仿生学研究是当今科技领域的热门话题之一，其中生物材料的研究涉及到生物医学、生物工程、纳米技术等多个领域，而仿生学的研究则涉及到机械工程、机器人技术、物理学等许多领域，两者之间有着千丝万缕的联系。
本文将从生物材料和仿生学两个角度入手，探讨相关领域的研究进展和应用前景。
一、生物材料的研究进展生物材料是指能够应用于生物系统中的各种材料，主要用于医学领域中的医疗器械、组织修复和再生、药物输送系统等方面。
目前，生物材料的研究主要集中在以下几个方面。
1、生物纳米材料的研究近年来，生物纳米材料的研究备受关注。
生物纳米材料是指由天然生物材料或者合成的仿生材料经过改性后所形成的尺寸在1~100 nm之间的材料。
他们可以运用于一些高分子药物制备、生物成像和生物探测等方面。
生物纳米材料的优点在于具有较强的抗溶解性和生物相容性，同时拥有生物材料和化学物质的双重性质，因此在药物传递和转化治疗上有着广阔的应用前景。
2、生物骨修复材料的研究骨修复是医学领域非常常见的手术之一，但是传统上用于骨修复的人造材料容易遇到钙沉积不足的问题，而且立体效应难以保证。
因此，生物材料的研究成为了一种重要的解决方案。
例如，微孔生物陶瓷就是一种病房内敷用的多孔骨充填材料，由于其材料与组织相似，因此能够与骨组织良好接合，降低术后并发症的风险。
3、仿生材料的研究仿生材料是以生物材料为模板或借助于生物化学反应和生物学结构纳米特性制造出来的一类材料，其特点是模拟生命体的结构、功能和特性，可以在多个领域得到应用。
例如，仿生材料可以用于制造人工肢体、人造心脏、人造眼角膜等，以帮助缺失器官的患者康复。
二、仿生学的研究进展仿生学是指生物学中研究仿造生物系统的结构、功能和行为，并以此启发工程技术、机器人技术等领域的科学与技术。
仿生学的研究领域非常广泛，我们先来看看以下三个典型的仿生学应用。
1、仿生机器人仿生机器人是最常见的仿生学应用，通过模仿动物、人类的生物特性，制造出机器人演示自然界的各种动物行为，如狗、老鼠、蚂蚁、鸟等。
纳米生物材料和仿生材料的研究与应用
纳米生物材料和仿生材料的研究与应用随着科技的不断进步，人类对生物材料和仿生材料的研究与应用也越来越深入。
纳米生物材料和仿生材料是目前研究热点之一，它们的出现和应用改变了传统的医学和科学研究方式。
本文将从纳米生物材料和仿生材料的基础概念，制备方法及应用方面进行探讨。
一、纳米生物材料1.基础概念纳米生物材料是指尺寸在10nm到100nm之间的生物材料，在这个尺寸范围内，生物材料表现出了与大尺寸完全不同的物理化学性质。
不同于传统的生物材料，纳米材料可以通过自组装、化学合成等手段精密设计和合成，具有特异性、多功能性和可控性等特点。
2.制备方法制备纳米生物材料的方法包括物理方法、化学方法和生物合成法。
物理方法包括纳米粒子的机械加工、磁性分离、原子层沉积等，适用于制备无机纳米材料。
化学方法包括溶胶凝胶法、水热法、气相沉积法等，适用于制备无机纳米材料和高分子纳米材料。
生物合成法则是通过生物体代谢过程中的酵素作用或微生物滤过过程中利用细胞代谢功能制备纳米颗粒或纳米纤维等，在制备无机材料时还可用植物或动物维生素以及贵金属植物作为原料。
3.应用方面纳米生物材料被广泛应用于生物传感、组织工程、药物递送、医疗保健等领域。
例如，在细胞研究方面，纳米材料可以结合细胞表面，增强细胞信号转导和药物递送；在医学和健康方面，纳米材料可以用于药物缓释、基因传递和病原体检测等领域。
二、仿生材料1.基础概念仿生材料是指基于生物体结构和功能特性复制和模拟人工材料，该类材料代替传统材料有效地解决了传统材料的许多问题，如强度、韧性、光学性能等。
2.制备方法现有的仿生材料主要包括金属仿生材料、高分子仿生材料、陶瓷仿生材料等。
金属仿生材料主要采用铝泡沫、钢丝绳等结构材料来复制和模仿菊花、蜂巢和龟壳等生物形态，并利用金属泡沫的吸能能力提升材料的韧性和抗冲击能力。
高分子仿生材料的主要特点是具有超强韧性和高伸张率，例如利用高分子抓鼠群体的迎头式伸缩为生物模仿，而制备出的柔软机器人可以完成复杂的工作。
生物材料的仿生设计及应用
生物材料的仿生设计及应用随着科技的进步和发展，人们对生物材料的仿生设计和应用越来越关注。
生物材料的仿生设计是以生物体的形态、构造、性能等为蓝本，模仿其基本原理和机理，开发新的材料和应用。
生物材料的仿生设计不仅具有重要的科学研究意义，而且具有广泛的应用前景。
下面将从生物材料的仿生设计、仿生材料的种类和应用等方面进行介绍。
一、生物体的形态、构造及性能生物体是自然界中最为复杂、多样的存在之一。
它们具有多种形态、构造和性能，其中很多特性都为人们所惊叹。
例如蜜蜂的复杂巢穴结构、海绵的多孔结构、鲨鱼皮肤的抗磨损结构和独特的斜纹肌肉构成等。
这些结构和特性在自然界中都具有一定的生存优势，从而成为了人们仿生材料设计的灵感源泉。
二、仿生材料的种类1、仿生纳米材料纳米科技是当今科学技术发展的一个重要方向。
随着纳米科技的进步，人们对仿生纳米材料的研究和应用也越来越深入。
仿生纳米材料主要模仿自然界中一些微小结构。
例如蝴蝶翅膀表面的纳米结构、鱼鳞表面的微结构等，用于制造防水、防腐、抗菌等功能的材料。
2、仿生智能材料仿生智能材料是一种以模仿生物体的智能为基础，实现自主感知、智能响应和自动控制的新型材料。
其中，形状记忆材料、纳米智能材料和生物分子传感材料等最为典型。
人们借鉴蝴蝶天敌定位方法、章鱼染色体的自然伪装等特点，利用这些灵感设计出高性能的智能材料。
3、仿生复合材料仿生复合材料是利用不同种类的材料，根据仿生原理设计和构造的一种新型材料。
一般来说，仿生复合材料是由两个或多个不同性质的材料组成的。
例如松鼠的灵活性，高强度的蜘蛛丝，仿生复合材料可以运用到航空、轻工、建筑等很多领域。
三、仿生材料的应用1、生物医学领域仿生材料在生物医学领域中具有广泛的应用，例如仿生表面和人造器官。
仿生表面材料可以用于生物医学材料、诊断和治疗。
现有的仿生表面材料中，一些具有抗菌特性或生物相容性。
仿生人造器官的材料，应用寿命长，不易被人体排斥，同时也不影响器官的正常功能。
生物材料的力学性能与仿生设计研究
生物材料的力学性能与仿生设计研究生物材料的力学性能与仿生设计研究生物材料是指天然的、具有生物活性的材料，包括骨、牙齿、贝壳、蛋壳、蜗牛壳、鸟嘴、羽毛等。
这些材料具有优异的力学性能，如高强度、高韧性、高硬度等，为生物体提供了稳定的结构和保护。
随着人们对生物材料的深入研究，越来越多的科学家开始将其应用于工程领域，尤其是仿生设计。
仿生设计是指借鉴自然界中的生物结构、功能和过程，将其应用于工程设计中，以实现更高效、更节能、更环保的产品和系统。
在仿生设计中，生物材料的力学性能是一个重要的研究方向。
通过深入研究生物材料的力学性能，可以更好地理解其内在机制，并将其应用于工程设计中。
首先，生物材料的高强度是其重要的力学性能之一。
例如，骨骼是人体最重要的结构之一，具有极高的强度和刚度。
这得益于骨骼中含有大量的胶原蛋白和矿物质，使其具有优异的力学性能。
仿生设计中，科学家们通过模拟骨骼的结构和成分，开发出了一系列高强度的材料，如纤维增强复合材料和金属泡沫材料等。
其次，生物材料的高韧性也是其独特的力学性能之一。
例如，贝壳是一种典型的高韧性材料，其主要成分为碳酸钙和有机质。
贝壳中的有机质可以起到“黏合剂”的作用，使其具有很高的韧性。
仿生设计中，科学家们通过模拟贝壳的结构和成分，开发出了一系列高韧性的材料，如纳米复合材料和多层复合材料等。
此外，生物材料的高硬度也是其重要的力学性能之一。
例如，牙齿是人体最坚硬的组织之一，主要成分为矿物质和有机质。
牙齿中的矿物质可以起到硬度增强剂的作用，使其具有很高的硬度。
仿生设计中，科学家们通过模拟牙齿的结构和成分，开发出了一系列高硬度的材料，如陶瓷复合材料和纳米晶体材料等。
总之，生物材料的力学性能是其独特之处，也是其在工程领域中得以应用的重要基础。
通过深入研究生物材料的力学性能，并将其应用于仿生设计中，可以开发出更加高效、环保、节能的产品和系统。
相信在不久的将来，生物材料将会在工程领域中发挥越来越重要的作用。
生物材料和仿生学技术的应用和发展研究
生物材料和仿生学技术的应用和发展研究生物材料和仿生学技术是一种新的交叉学科，将生命科学和材料科学融合在一起，产生了许多的新型材料和产品。
随着科学技术的不断发展，生物材料和仿生学技术的研究也已经进入了全面深入的阶段。
生物材料是指用于生物系统中的人工材料。
这种材料不仅要具有良好的生物相容性，还需要符合一定的机械、物理、化学等特性要求。
生物材料的种类很多，包括人工关节、人工器官、骨修复材料、牙科材料等等。
这些材料不仅应用广泛，而且是医疗保健和生物医学领域的重要组成部分。
仿生学技术是指从生物体内获取启示，开发出新型材料和产品的技术。
仿生学技术可以使人类更好地理解生物体的构造和功能，从中获取启示，开发出具有新的功能的材料和产品。
仿生学技术涉及的范围很广，可以包括仿生机器人、仿生材料、仿生医学等等。
生物材料和仿生学技术的应用生物材料和仿生学技术的应用范围很广，可以涉及到工业、医疗保健、环境保护等多个领域。
医疗保健领域是生物材料和仿生学技术的重要应用领域之一。
我们可以通过仿生学技术开发出各种人工器官、假牙、人工肢体等等，为人类的健康提供支持。
此外，生物材料在骨科、口腔科、神经科等诊疗领域中也有着广泛的应用。
比如，人工关节可以帮助患有关节病的人重拾健康，人工骨架可以使骨折愈合等等。
在环保领域，生物材料也有着重要的应用。
例如，通过研究仿生材料可以开发出更环保友好的材料，通过仿生机器人可以对环境进行监测和改善。
在工业领域，生物材料也可以发挥着重要的作用。
比如，在航空航天领域中，我们可以研究鸟类的飞行原理，开发出更适用于特定环境的仿生机器人。
此外，在各种工业制造的领域中，生物材料也可以发挥着很多作用。
生物材料和仿生学技术的研究进展生物材料和仿生学技术的研究正在快速发展。
在生物材料方面，研究人员正试图开发更好的仿生材料，以使材料更接近自然材料的性质；在仿生学技术方面，研究人员正在研究仿生机器人、仿生材料等各种领域。
目前，生物材料和仿生学技术的研究还存在各种挑战和问题。
生物材料中的仿生材料与生物智能材料
生物材料中的仿生材料与生物智能材料
一、仿生材料
仿生材料是一种仿照生物构筑的新型材料，它以生物为模式，结合生物、材料和工艺科学的知识，根据生物系统的结构，制造和组装出仿生材料。
它结合了生物的多样性、功能性和结构性，它可以在实验室中调制，
也可以被应用到日常生活中，具有重要的应用前景。
仿生材料具有一系列独特的特性，例如，它可以根据不同的环境条件，形成不同的功能；它可以根据不同的需求，动态地做出应付各种复杂环境
的变化；它可以实现自我修复，从而达到复原机能的目的；它可以改变自
身的表面结构，从而提高其功能和耐久性；它可以调节其结构密度，以达
到特定的功能。
仿生材料可以应用于多个领域，例如，医学假肢，可以用仿生材料研
制出来，它可以与人体紧密结合，帮助实现身体移动；它可以用于环保，
制造出可以迅速吸收高污染物的仿生材料，从而减少污染源；它也可以用
于纳米技术和芯片制造，能够有效地减少电子元件的尺寸和耗能，从而有
效提升效率。
生物智能材料是一种由生物分子、细胞和结构元件组成的显示、感知、运动、调节有机体特性的新型材料，它可以根据环境变化自动调节机体内
部的特性。
生物材料的仿生设计与制备
生物材料的仿生设计与制备生物材料是由生物有机物质和各种无机材料构成的高级材料，其种类繁多，应用广泛。
在生命科学、医学、环境保护和工业等领域中都起着重要作用。
生物材料的仿生设计与制备是指将生物体内的生物材料的结构、组成及性能作为蓝本，通过化学、物理等手段制备出与其相似的材料。
这种方法不仅可以提高材料的性能和可控性，而且可以为材料设计带来新的思路和创新。
一、仿生设计的思路生物体内的生物材料具有很强的可控性和优越的性能。
如贝壳的外壳，具有极高的强度和韧性，这是由于外壳中的有机物质和无机钙盐晶体相互作用形成了复杂的结构，并且有机物质具有能够调节晶体生长的作用。
基于这种原理，我们可以通过将有机物质和无机材料进行复合来制备出具有类似功能的材料。
仿生设计的思路在很多领域中都有着广泛的应用。
二、仿生结构的制备仿生材料的制备需要具有高度可控性和精准度。
目前，常用的仿生制备方法有化学合成法、生物矿化法、电沉积法等。
这些制备方法均依赖于对生物体内物质的深入了解和物质的反应性质的研究。
化学合成法是指通过化学反应将两种或更多的成分混合在一起，形成所需的产物。
这种方法通常应用于仿生结构和复合材料的制备中，例如将有机高分子与无机纳米晶体复合制备高性能的材料。
生物矿化法则是利用生物体内的生物化学过程，通过控制环境的pH值、温度等因素，将无机物质结合到有机物质上。
比如，贻贝的壳由于其富含含硅酸盐的胶原蛋白，可以通过制备含有胶原的无机物质溶液，使其在贻贝壳的表面矿化而得到仿生材料。
电沉积法是利用电化学原理将金属离子还原成金属，并通过控制离子浓度和沉积速率，形成仿生结构。
例如，制备出具有微型针状结构的电极材料用于生物医学领域中的组织修复和药物递送。
三、仿生材料的应用仿生材料具有广泛的应用前景，特别是在医学领域中有着巨大的潜力。
仿生材料可以用于修复组织缺损、支撑组织生长、制备移植组织等方面。
同时，仿生材料也可以应用于其他领域，例如储存与释放药物、海洋探测、环境提纯等。
材料科学中的生物材料与仿生材料
材料科学中的生物材料与仿生材料材料科学是现代科学技术的重要组成部分之一，也是人类社会发展进步的重要保障。
在材料科学的研究中，生物材料和仿生材料是两个重要的研究方向，它们都具有众多的优点和应用场景。
本文将从讲述生物材料和仿生材料的定义、应用及发展等方面入手，分析其重要性和未来发展趋势。
一、生物材料的定义及应用生物材料是一种用于替换或修复受损组织的材料。
它具有良好的生物相容性、机械性能优越、生物活性等特点，适用于医疗领域的大量应用。
在医疗领域，生物材料有着广泛的应用，如人工骨、人工心脏瓣膜、血管支架、修复软骨等。
这些产品可以在体内长期存在，不会引起排异反应，并具有重要的生物相容性等特点，充分发挥了生物材料的治疗作用。
此外，生物材料还可以应用在其他领域，如环保、能源、食品等。
例如，利用生物材料来处理废水，不仅可以提高废水处理效率，还可以减少污染。
生物材料还可以用于能源方面，例如通过利用光催化原理来提高光电池的转换效率等。
二、仿生材料的定义及应用仿生材料是将生物结构或生物材料的特性应用于材料制备中，以达到更好的性能。
它具有良好的仿生性、高效性、适应性等特点，适用于各个领域的研究和应用。
在医疗领域，仿生材料也有着广泛的应用，如仿生听力调节器、仿生器械手、仿生肌肉等。
这些产品具有生物相容性好、机械性能优越、精度高等特点，并以其仿生性被广泛认可。
同时，仿生材料在其他领域的应用也很广泛，如仿生机器人、仿生飞行器、仿生建筑等。
这些产品能够更好地适应环境、实现自主运动或取代人类任务，为人类提供更好的服务。
三、生物材料和仿生材料的发展趋势随着科学技术的不断发展，生物材料和仿生材料也不断得到更新和完善。
未来的发展趋势主要包括以下几个方面：1. 生物材料和仿生材料的融合发展。
生物材料和仿生材料在设计和制备时，可以充分借鉴彼此的特点和优点，进一步提高制备精度和性能。
2. 生物和非生物材料的结合。
将生物材料和非生物材料完美结合，可以形成具有更好性能和功能的材料。
生物学中的生物材料与仿生学
生物学中的生物材料与仿生学生物材料与仿生学是生物学中重要的研究领域之一。
随着科学技术的不断进步，人们对生物材料及其仿生学应用的理解也越发深入。
本文将介绍生物材料和仿生学的概念、原理以及在生物学中的应用。
一、生物材料的概念与特点生物材料是指生物体内自然存在的具有特定结构和功能的材料。
生物材料既可以是无机物质，如骨骼中的磷酸钙，也可以是有机物质，如蛋白质和多糖。
生物材料具有以下几个特点：1. 复杂的结构：生物材料的结构常常是复杂而精确的，包含不同尺度层次上的组织和结构。
2. 多样的功能：生物材料能够满足生物体的多种功能需求，如结构支持、保护和传导等。
3. 高度适应性：生物材料能够适应不同环境条件，具有较强的力学性能、生物相容性和可降解性。
4. 动态的特性：生物材料在生物体内具有动态调节的能力，能与周围环境相互作用并产生相应的响应。
二、仿生学的概念与原理仿生学是通过学习生物材料的结构、功能和性能，设计和制造具有类似特性的人工材料或系统。
仿生学的研究可以从以下几个方面展开：1. 结构模仿：仿生学通过结构解析和模仿生物材料的结构，实现对性能的优化。
例如，利用透明的类似鱼鳞的结构设计高效的太阳能电池。
2. 功能模仿：仿生学通过研究生物材料的功能机制，仿效其特定功能，实现功能材料的设计和制造。
例如，通过模仿蛇皮的纹路设计新型摩擦力较小的材料。
3. 物理化学特性仿效：仿生学通过研究生物材料的物理化学特性，如表面性质、生物相容性等，实现新型材料的设计和开发。
4. 自我修复能力：仿生学借鉴生物材料的自我修复能力，设计和制造能够自行修复损伤的材料。
三、生物材料与仿生学在生物学中的应用生物材料与仿生学在生物学中的应用广泛而多样，下面分别介绍几个具体的应用领域：1. 组织工程：生物材料可以作为生物支架用于细胞的种植和生长，实现人工组织和器官的修复和再生。
通过仿生学的思想，设计和制造具有类似功能的生物支架，提高细胞的生长和组织的修复能力。
材料科学中的生物和仿生材料
材料科学中的生物和仿生材料在科技的发展中，材料科学的作用越来越重要。
尤其在生物和医疗领域，材料的应用更加广泛。
在材料科学中，生物和仿生材料是近年来备受关注的热门话题，因为它们在生物医学领域具有很大的前景和潜力。
生物材料是指来自或参考于活体物质的材料，因为这些材料用于与生物体相互作用。
举例来说，基于蛋白质、细胞、DNA等有机体的构成成分，生物材料可以用于构建人工组织、骨骼等。
此外，生物材料还可以具有生物吸附性、稳定性以及耐蚀性等特性，可应用于人类生物组织的修复和回复。
仿生材料,是一种新型的材料，它是人类通过学习生物体的形态、结构和功能，设计出符合人类需求的材料。
仿生材料应用的领域很广，包括在建造中使用类似于象鼻的结构，设计的新型无人机以及机器人等机械设备。
随着材料科学的发展和技术的进步，现在有很多以生物和仿生材料为主的新兴材料逐渐被开发出来，比如仿生材料、纳米生物材料、生物陶瓷、生物纤维素材料、生物玻璃材料等等。
这些材料表现出的物理性质、力学性能、光学性能、生物相容性、热学性能等方面都有很好的表现，尤其是在生物医学中的应用前景也很广阔。
以仿生材料为例，仿生材料的应用可以大大改善人类生活质量。
得益于它们的仿生性质，仿生材料的设计与制造往往能使得机器更加机动和自由，增加操作灵活度。
这就具有很大的潜力和应用前景，例如仿生机器人可以用于开采矿物、执行治安保卫和自动驾驶等领域。
仿生材料还可应用于活动支持、假肢等，以表现出人类生命力的高度仿真程度。
在医学领域中，特别是在组织工程方面，生物材料的应用也变得越来越重要。
许多生物材料的特性使得它们成为人工组织构建的理想选择，例如将其应用于骨骼修复和重建中。
生物陶瓷通过材料的修饰，可以让其表面更具活性，丰满的孔隙性结构也可以使得组织增生和血液灌注量快速并安全的形成。
同时，生物陶瓷的特性同样也可以缓解植入体长期使用后患者的不适感和疼痛。
此外，生物陶瓷还可以应用于仿生牙齿领域，模拟真实的牙齿结构实现基于物理形态的生物活性替代。
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3、按生物材料的属性分类： • 天然生物材料 — 再生纤维、胶原、透明质酸、 甲壳素等。 • 合成高分子生物材料 — 硅橡胶、聚氨脂及其嵌 段共聚物、涤纶、尼龙、聚丙烯腈、聚烯烃 • 医用金属材料 — 不锈钢、钛及钛合金、钛镍记 忆合金等 • 无机生物医学材料 — 碳素材料、生物活性陶瓷、 玻璃材料 • 杂化生物材料 — 指来自活体的天然材料与合成 材料的杂化，如胶原与聚乙烯醇的交联杂化等 • 复合生物材料 — 用碳纤维增强的塑料，用碳纤 维或玻璃纤维增强的生物陶瓷、玻璃等
•
• • •
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 中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。
具有活性涂层的钛合金 人工齿示意图
人工齿种植示意图
Fig. Schematic diagram of the screwshaped artificial tooth.
6.1.3 医用金属材料
• 在生物医学材料中，医用金属材料应用最早， 已有数百年的历史。唐代就用银汞合金（主要 成份：汞、银、铜、锡、锌）来补牙。 • 医用金属材料是指一类用作生物材料的金属或 合金，又称外科用金属材料。它是一类生物惰 性材料，除具有较高的机械强度和抗疲劳性能， 具有良好的生物力学性能及相关的物理性质外， 还必须具有优良的抗生理腐蚀性、生物相容性、 无毒性和简易可行及确切的手术操作技术 .
Байду номын сангаас
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； （2）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。将对生物金属材料产生腐蚀。 对于生物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，导致生物材料整体破坏。 虽然金属材料在生物体内保持惰性状态，但仍然可 能会有物质溶入生物组织中，并对生物体组织产生 毒性反应，造成组织的损害。如不锈钢溶出的Cr＋6 生物组织的毒性。
2、 聚合物降解
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。 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。
3、 磨损
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。 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。
1、不锈钢
• 铁基耐蚀合金（一般由铁、铬、镍、钼、 锰、硅组成），易加工、价格低廉。
• 不锈钢的耐蚀性和屈服强度可以通过冷加 工而提高，避免疲劳断裂。 • 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。
常用钢种有US304、316、316 L、317、317L 等。 医用不锈钢植入活体后，可能发生点蚀，偶 尔也产生应力腐蚀和腐蚀疲劳。医用不锈钢临床 前消毒、电解抛光和钝化处理，可提高耐蚀性。 医用不锈钢在骨外科和齿科中应用较多。
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
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
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 行仿造，对材料的发展将起到推动作用。
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 J J J J
6.1 .1 生物材料的定义与分类 6.1.2 生物医用材料的性能与分类 6.1.3 医用金属材料 6.1.4 医用高分子材料
2、 钴（Co）基合金
• 含有较高的铬和钼，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，可通过精密铸造成形 状复杂的精密修复体，有硬、中、软三种类型。 • 临床上主要用于 –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 –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。
硅橡胶制作的人造器官 聚氨酯 制造的 人工心 脏
人工心脏
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
三、生物医用材料的分类
• 三种分类方法 1、按应用性质来分类：
抗凝血材料（心血管材料）、 齿科材料、骨科材料、 眼科材料、 吸附解毒材料（血液灌流用）、 假体材料、 缓释材料、 生物粘合材料、 透析及超滤用膜材料、 一次性医用材料，等等。
2、按材料功能划分： 1、血液相容性材料 如人工瓣膜、人工气管、人 工心脏、血浆分离膜、血液灌流用吸附剂、细胞培 养基材等； 2、软组织相容性材料 如隐形眼睛片的高分子材 料，人工晶状体、聚硅氧烷、聚氨基酸等，用于人 工皮肤、人工气管、人工食道、人工输尿管、软组 织修补等领域； 3、硬组织相容性材料 如医用金属、聚乙烯、生 物陶瓷等，关节、牙齿、其它骨骼等； 4、生物降解材料 如甲壳素、聚乳酸等，用于缝 合线、药物载体、粘合剂等；
• 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臵的发展 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。 – 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。
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 。
人造髋关节的头杆部分。 从股骨上端插进金属杆， 杆头有一个金属头，它 嵌在粘于髋骨窝中的一 个塑料臼中。
3、 钛（Ti）基合金
• 临床应用广泛，其质轻、比强度高、力学性质接近 人骨、强度远低于纯钛，耐疲劳、耐蚀性均优于不 锈钢和钴基合金，且生物相容性和表面活性好，是 较为理想的一种植入材料。 • 抗断裂强度较低，耐磨性能不尽人意，加工困难。 冶炼及成型工艺复杂，要求条件较高。 • 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。
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。 • 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。
• 该材料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，已成为骨和牙齿等硬 组织修复和替换、心血管和软组织修复以及人 工器官制造的主要材料。 • 化学周期表中的大部分金属不符合生物材料的 要求，仅有小部分或经处理过的可用于临床。 目前在临床使用的医用金属材料主要有不锈钢、 钴基合金和钛基合金三大类，另外还有记忆合 金、贵金属以及纯金属钽、铌和锆等。