生物医用材料PPT讲稿
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操作简单、取下方便、质轻、强度高、易做成 复杂形状。
9
医用细丝 牙齿弓丝（方）
二、性 能 要 求 与 分 类：
生物材料实质上是一种特殊的功能材料。是 一类与人类生命和健康密切相关的新材料。凡是 应用于人体的生物材料都应具有良好的生物 性 能，这是保证其临床安全有效应用的重要技术指 标。
生物功能性和生物相容性是评价生物医学
按医用材料的性质
按医用材料在人体使用部位
按医用材料的使用要求
培养瓶内正在培养的人工表皮
人造皮肤
• 人造皮肤是利用工程学和细胞生物学的原
理和方法，在体外人工研制的皮肤代用品， 用来修复、替代缺损的皮肤组织，按成分 不同，可分单纯人工真皮和具有表皮细胞 层的活性复合皮。
人工皮肤
1980年哈佛大学的二位教授 Yannas及Burke发展二层结 构的人工皮肤结构，
材料最终能否应用于人体的两个最基本的标准。
生 物 功 能 性：
生物医学材料应具有良好的物理、 化学和机械性能， 以行使所替代、器官的生理功能。
制造人工心脏材料要考虑在心脏 有节律的收缩与舒张压力 变化 情况下应力老化。 假牙材料必须具有与活体牙相近似的热膨胀系 数、低导 热性、高硬度以及优良的耐磨性。
这是培养5周的人工复合皮肤组织切片，可 见具有与正常皮肤类似的皮层结构
蚕丝人造皮肤
主要发明人：浙江大学动物科 学学院副教授闵 思佳
由科研人员提取蚕丝中的蛋白质生产而成， 这种人造皮肤就像用蚕丝做成的服装面料一样， 具有丝绸般的光滑平整和柔韧特性。而且，与 目前治疗大面积损伤时最常用的猪皮材料相比， 它安全性更高。
上层由矽胶组成，似人体的 上皮；
下层为多孔状类真皮结构， 主要成分为小牛的胶原蛋白
及鲨鱼的软骨素交联而成
人造皮肤的结构及制作
人造皮肤有两层：表层和里层。表层是由一 种硅橡胶薄膜制成，能阻挡细菌的进攻。里 层是一种特殊的培养基，能帮助受伤的皮肤 生长。 制作：第一种从病人身上提取胶原蛋白，然 后放在培养皿上培养成一块皮肤。 第二种则是从病人身上提取皮肤细胞，只培 养细胞，然后把细胞喷在伤口上，让其生长 成皮肤。前者的缺点是平均要等待21天才培 养出皮肤。后者虽然可以快速在病人身上生 成皮肤，但仍然在实验阶段。
表1-5.1 对材料所要求的生物医学功能
功能
1. 血液、呼吸、循环 止血功能 血液相容功能 瓣膜功能 血液导管功能 收缩功能 血浆功能 氧的传递功能 气体交换功能
2. 骨骼运动功能 身体结构支持功能 关节功能 运动功能 关节润滑防磨损功能
需用材料
止血材料 抗凝血材料 人工瓣膜材料 人工血管材料 人工血浆 人工红血球 人工肺
生物医用材料课件
定义
1. 定义：生物材料是一类具有特殊性能、特殊 功能，用于人工器官、外科修复、理 疗康复、诊断、检查、治疗疾患等医 疗保健领域，而对人体无毒，无副作 用，不凝血，不溶血，不引起人体细 胞的突变，畸变和癌变，不引起免疫 排异反应的材料。
举例：形状记忆生物材料
热弹性马氏体形状记忆效应
人工骨 人工关节 人工肌腱、人工肌肉 人工浆膜
表1-5.2 对材料所要求的生物医学功能
功能
3. 代谢系统 甲状腺调节功能 血糖调节功能 代谢、合成功能 营养功能 解毒功能 选择透过溶质功能 选择透过气体功能
4. 其它 身体形态修补填充功能 创伤覆盖功能 身体粘结功能 分解吸收功能 导管功能
神经兴奋传递功能 生物信息检测功能 组织相容性
医学应用
血栓过滤器、脑动脉瘤夹、食道支架、鼻出血 的止血材料；
脊柱矫形棒、牙齿矫形丝、颅骨成型板、接骨 板、人工股关节；
心脏修补元件等。
血栓过滤器：将马氏体状态的NiTi合金丝通过导 管送到静脉中预定位置，去掉合金的束缚，在体温 下其恢复到母相的网状，从而将静脉中的血凝块打 碎，并阻止其流向心脏。
• 将一定形状的记忆合金试样冷却到Mf点以下，对之进行一定限度
的变形，卸去载荷后，变形被保留下来；
• 将变形了的试样加热到As以上，试样开始恢复，加热到Af点，试
样恢复到变形前的形状。
（图中Ms表示冷却时开始产生热弹性马氏体的转变温度，Mf表示 冷却时转变的终止温度，As表示升温时逆转的温度，Af表示逆转完全的 温度）。
5
预压缩
受热扩张后 植入腔道内效果
医用腔内支架的应用原理示意 腔内支架临床应用实例
消化道内支架 血管内支架 胆道内支架
记忆合金支架经过预压缩变形后（a） ，能够经 很小的腔隙安放到人体血管、消化道、呼吸道、胆 道、前列腺腔道以及尿道等各种狭窄部位。支架扩 展后形成如图（b）所示的记忆合金骨架，在人体腔内 支撑起狭小的腔道，这样就能起到很好的治疗效果。
固定断骨的销和接骨板：利用体温使合金发生相 变，恢复到母相状态，形状改变，将两段骨固定 住，而且产生压力，迫使断骨很快愈合。
尺桡骨骨折
术前
术后
8
代替传统石膏绷带用于 创伤部位的固定材料。
骨伤固定： 手术时，医生先用低温（0～5摄氏度）消毒盐水冷却记忆合 金器械，然后根据需要改变其抱合部位的形状，安装于患者骨伤部位。待 患者体温将其 “ 加热 ” 到设定的温度时，器械的变形部分便恢复到原来设计 的形状，从而将伤骨紧紧抱合，起到固定与支撑的作用。这种新技术与传 统的骨伤内固定术相比，大大降低了手术的难度，并可使手术时间缩短三 分之二。由于材料自身的记忆功能十分稳定，良好的 “ 抱合力 ” 使病人手术 的愈合期也大大缩短。
毒性
刺激性
致畸性 致癌性
材料对机体产生的生物危害性
溶血性 致突性
生物相容性
老化
机体组织对材料的影响 降解
腐蚀
注意：材料的降解和腐蚀不仅会 影响材料的生物功能性，其产物 也会对机体产生潜在的生ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ危害。
❖ 现详细被研究过的生物材料已超 过一千多种，被广泛应用的也达 数十种。
按医用材料的来源
分类
生物材料
需用材料
人工甲状腺细胞 人工细胞 人工肝细胞、固定化酶 高营养输液 吸附剂、人工肾、人工肝材料 人工肾透析膜、过滤膜、血浆分离膜 人工肺分离膜
整形外科用材料 人工皮肤 粘合剂 医用缝合线、吸收材料 人工气管、人工食管、人工胆管、人工 输尿管、人工尿道 人工神经 敏感元件 亲水性材料、生物相容性材料
过敏性
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医用细丝 牙齿弓丝（方）
二、性 能 要 求 与 分 类：
生物材料实质上是一种特殊的功能材料。是 一类与人类生命和健康密切相关的新材料。凡是 应用于人体的生物材料都应具有良好的生物 性 能，这是保证其临床安全有效应用的重要技术指 标。
生物功能性和生物相容性是评价生物医学
按医用材料的性质
按医用材料在人体使用部位
按医用材料的使用要求
培养瓶内正在培养的人工表皮
人造皮肤
• 人造皮肤是利用工程学和细胞生物学的原
理和方法，在体外人工研制的皮肤代用品， 用来修复、替代缺损的皮肤组织，按成分 不同，可分单纯人工真皮和具有表皮细胞 层的活性复合皮。
人工皮肤
1980年哈佛大学的二位教授 Yannas及Burke发展二层结 构的人工皮肤结构，
材料最终能否应用于人体的两个最基本的标准。
生 物 功 能 性：
生物医学材料应具有良好的物理、 化学和机械性能， 以行使所替代、器官的生理功能。
制造人工心脏材料要考虑在心脏 有节律的收缩与舒张压力 变化 情况下应力老化。 假牙材料必须具有与活体牙相近似的热膨胀系 数、低导 热性、高硬度以及优良的耐磨性。
这是培养5周的人工复合皮肤组织切片，可 见具有与正常皮肤类似的皮层结构
蚕丝人造皮肤
主要发明人：浙江大学动物科 学学院副教授闵 思佳
由科研人员提取蚕丝中的蛋白质生产而成， 这种人造皮肤就像用蚕丝做成的服装面料一样， 具有丝绸般的光滑平整和柔韧特性。而且，与 目前治疗大面积损伤时最常用的猪皮材料相比， 它安全性更高。
上层由矽胶组成，似人体的 上皮；
下层为多孔状类真皮结构， 主要成分为小牛的胶原蛋白
及鲨鱼的软骨素交联而成
人造皮肤的结构及制作
人造皮肤有两层：表层和里层。表层是由一 种硅橡胶薄膜制成，能阻挡细菌的进攻。里 层是一种特殊的培养基，能帮助受伤的皮肤 生长。 制作：第一种从病人身上提取胶原蛋白，然 后放在培养皿上培养成一块皮肤。 第二种则是从病人身上提取皮肤细胞，只培 养细胞，然后把细胞喷在伤口上，让其生长 成皮肤。前者的缺点是平均要等待21天才培 养出皮肤。后者虽然可以快速在病人身上生 成皮肤，但仍然在实验阶段。
表1-5.1 对材料所要求的生物医学功能
功能
1. 血液、呼吸、循环 止血功能 血液相容功能 瓣膜功能 血液导管功能 收缩功能 血浆功能 氧的传递功能 气体交换功能
2. 骨骼运动功能 身体结构支持功能 关节功能 运动功能 关节润滑防磨损功能
需用材料
止血材料 抗凝血材料 人工瓣膜材料 人工血管材料 人工血浆 人工红血球 人工肺
生物医用材料课件
定义
1. 定义：生物材料是一类具有特殊性能、特殊 功能，用于人工器官、外科修复、理 疗康复、诊断、检查、治疗疾患等医 疗保健领域，而对人体无毒，无副作 用，不凝血，不溶血，不引起人体细 胞的突变，畸变和癌变，不引起免疫 排异反应的材料。
举例：形状记忆生物材料
热弹性马氏体形状记忆效应
人工骨 人工关节 人工肌腱、人工肌肉 人工浆膜
表1-5.2 对材料所要求的生物医学功能
功能
3. 代谢系统 甲状腺调节功能 血糖调节功能 代谢、合成功能 营养功能 解毒功能 选择透过溶质功能 选择透过气体功能
4. 其它 身体形态修补填充功能 创伤覆盖功能 身体粘结功能 分解吸收功能 导管功能
神经兴奋传递功能 生物信息检测功能 组织相容性
医学应用
血栓过滤器、脑动脉瘤夹、食道支架、鼻出血 的止血材料；
脊柱矫形棒、牙齿矫形丝、颅骨成型板、接骨 板、人工股关节；
心脏修补元件等。
血栓过滤器：将马氏体状态的NiTi合金丝通过导 管送到静脉中预定位置，去掉合金的束缚，在体温 下其恢复到母相的网状，从而将静脉中的血凝块打 碎，并阻止其流向心脏。
• 将一定形状的记忆合金试样冷却到Mf点以下，对之进行一定限度
的变形，卸去载荷后，变形被保留下来；
• 将变形了的试样加热到As以上，试样开始恢复，加热到Af点，试
样恢复到变形前的形状。
（图中Ms表示冷却时开始产生热弹性马氏体的转变温度，Mf表示 冷却时转变的终止温度，As表示升温时逆转的温度，Af表示逆转完全的 温度）。
5
预压缩
受热扩张后 植入腔道内效果
医用腔内支架的应用原理示意 腔内支架临床应用实例
消化道内支架 血管内支架 胆道内支架
记忆合金支架经过预压缩变形后（a） ，能够经 很小的腔隙安放到人体血管、消化道、呼吸道、胆 道、前列腺腔道以及尿道等各种狭窄部位。支架扩 展后形成如图（b）所示的记忆合金骨架，在人体腔内 支撑起狭小的腔道，这样就能起到很好的治疗效果。
固定断骨的销和接骨板：利用体温使合金发生相 变，恢复到母相状态，形状改变，将两段骨固定 住，而且产生压力，迫使断骨很快愈合。
尺桡骨骨折
术前
术后
8
代替传统石膏绷带用于 创伤部位的固定材料。
骨伤固定： 手术时，医生先用低温（0～5摄氏度）消毒盐水冷却记忆合 金器械，然后根据需要改变其抱合部位的形状，安装于患者骨伤部位。待 患者体温将其 “ 加热 ” 到设定的温度时，器械的变形部分便恢复到原来设计 的形状，从而将伤骨紧紧抱合，起到固定与支撑的作用。这种新技术与传 统的骨伤内固定术相比，大大降低了手术的难度，并可使手术时间缩短三 分之二。由于材料自身的记忆功能十分稳定，良好的 “ 抱合力 ” 使病人手术 的愈合期也大大缩短。
毒性
刺激性
致畸性 致癌性
材料对机体产生的生物危害性
溶血性 致突性
生物相容性
老化
机体组织对材料的影响 降解
腐蚀
注意：材料的降解和腐蚀不仅会 影响材料的生物功能性，其产物 也会对机体产生潜在的生ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ危害。
❖ 现详细被研究过的生物材料已超 过一千多种，被广泛应用的也达 数十种。
按医用材料的来源
分类
生物材料
需用材料
人工甲状腺细胞 人工细胞 人工肝细胞、固定化酶 高营养输液 吸附剂、人工肾、人工肝材料 人工肾透析膜、过滤膜、血浆分离膜 人工肺分离膜
整形外科用材料 人工皮肤 粘合剂 医用缝合线、吸收材料 人工气管、人工食管、人工胆管、人工 输尿管、人工尿道 人工神经 敏感元件 亲水性材料、生物相容性材料
过敏性