生物材料复习

1、1. 材料科学与工程（Material Science and Engineering)1、材料（materials）定义（definition）： 广义上讲：所有的物质都是材料substances 狭义上讲：有用的物质才是材料materials 可用来制造 结构（structure）、机械（machines）、装置设备（devices）或其它产品（products）n 分类（classification）n 根据组成（composition or constitution） 金属 Metals 非金属 Ceramics or Non-Metals 聚合物 Polymers 复合材料 Comp

2、osites 根据用途（use） 结构材料 Structural materials 功能材料 Functional materials 根据内部原子（Atoms）的排列 晶态材料 Crystalline materials (crystals) 非晶态材料 Amorphous materials (glasses, polymers, etc.)根据内部原子（Atoms）的排列 晶态材料 Crystalline materials (crystals) 非晶态材料 Amorphous materials (glasses, polymers, etc.)2、材料科学 MS（Materials

3、 Science） 研究材料的内部结构性能之间的关系 结构 (structure)：材料中原子或分子 (molecules)的排列方式性能 (properties)：当代四大热门材料介绍1信息材料, 2能源材料, 3生物医用材料-生物材料,4航空航天材料2. 生物材料生物体材料和各种医用、特别是对生物体进行诊断、治疗、置换和增进某受损组织和器官的功能性材料，包括生物体材料和生物医用材料。生物体材料(biological material)一般都是具体组成某种组织细胞的成分；生物医用材料(biomedical material)是与医学诊断、治疗有关的一类功能性材料，指用于医疗的能植入生物体或能

4、与生物组织相接合的天然或人造材料。按照成分和性质的不同，分为医用高分子材料，医用金属材料，医用陶瓷材料，医用复合材料和生物衍生材料。3. 生物矿物动植物体内的无机矿物材料，如骨、牙、软体动物壳、植物维管束等。它们是由无机矿物结晶（有时无非晶体）与有机基质（多为蛋白质或多糖）组成的复合材料，而且它们共同组装形成了高级有序结构。因此，生物矿物不仅具有骨架支撑作用，而且还具有重力传感作用（如耳石）、磁场传感作用（如磁粒体）等特殊功能。4. 复合材料通过选择合适的复合组分或机构，改变组分间的配比，可以得到降解性能和机械力学性能均可调，并相互匹配以适应实际应用的新材料。（具有可调性）5. 生物衍生材料天

5、然生物组织经特殊处理而形成的医用材料，可取自同种或异种动物体的组织细胞。6. 组织工程学组织工程学是一门涉及应用工程学和生命科学原理和方法来了解正常和病理的哺乳类组织的结构功能关系，以及研制生物代用品以恢复、维持或改善其功能的一门学科。 研究用于直接移植或制造体外器官的干细胞培养,体外生成所需的细胞品系、细胞衬里和器官，研制用于细胞或器官包裹的生物相容性材料。7. 智能材料及其三大要素智能材料是内在建立的或固有的传感器、处理器、控制器或执行器，使它能感受刺激、处理信息，然后以预定的方式作出响应并能维持一段适当的时间；当刺激消失时，又返回它的起始状态。是指能够感知和接受外部环境的信息，如声光电磁

6、等，并可根据环境变化自动改变自身形态，作出反应的一类新型高分子材料。三大要素：驱动元件，传感元件，信息处理和执行8. 生物材料发展的特点，发展趋势 组织工程材料面临突破； 纳米生物材料初见端倪； 复合材料仍是重点； 材料表面改性仍不可或缺； 材料智能化趋势日渐显现。9. 材料科学的三大重要属性结构，性能，工艺10. 粘均分子量及其计算公式平均相对分子质量可分为数均分子量、质均分子量、Z均分子量、粘均分子量。用粘度法测定的相对分子质量称为粘均分子量。 式中是高分子稀溶液特性粘数分子量关系式中的指数，一般在0.5 0.9之间。11. 晶体结构晶体中实际质点（原子、离子或分子）的具体排列情况，它们能

7、组成各种类型的排列，因此，实际存在的晶体结构是无限的。 三种常见金属的晶体结构 体心立方晶格（胞）：晶格常数a、90，晶胞原子数为2个， 原子半径： 致密度为68%，最大空隙半径 r四=0.29r原子，配位数为8 面心立方晶格（胞）：晶格常数a、90，晶胞原子数为4个， 原子半径： ， 致密度为74%，最大空隙半径r八=0.414r原子，配位数为12。 密排六方晶格（胞）：晶格常数a、c、90、120，晶胞原子数为6个， 原子半径： ， 致密度为74%，最大空隙半径 r八=0.414r原子 ，配位数为12。12. 空位在晶体晶格中, 若某结点上没有原子, 则这结点称为空位。13. 点缺陷 点缺

8、陷是指在三维尺度上都很小的,不超过几个原子直径的缺陷。点缺陷造成局部晶格畸变,使金属的电阻率、屈服强度增加,密度发生变化。包括：空位、间隙原子、置换原子。14. 线缺陷二维尺度上很小，但三维尺度上很大的缺陷。位错：晶体的一部分相对另一部分进行的局部滑移时，晶体的滑移部分与未滑移部分的交界线。分为刃型位错和螺型位错。15. 面缺陷 面缺陷是指二维尺度很大而第三维尺度很小的缺陷。主要表现在晶界和亚晶界处。晶粒与晶粒之间的接触界面叫做晶界。晶界和亚晶界均可提高金属的强度。晶界越多, 晶粒越细，金属的强度越高，同时塑性越好 （细化晶粒强化）。16. 相在金属或合金中，凡化学成分相同、晶体结构相同，并有

9、界面与其它部分分开的均匀组成部分叫做相。固态合金中有两类基本相：固溶体和金属化合物（又叫中间相）。17. 高分子高分子化学是研究高分子合成基本规律的科学。高分子化合物是由许多结构单元相同的小分子化合物通过化学键连接而成的。18. PVA聚乙烯醇；PVC聚氯乙烯19. 聚合反应按聚合机理分为：逐步聚合和连锁聚合逐步聚合的特点：（1）低分子单体通过官能团间的缩合逐步形成大分子。体系由单体和分子量递增的一系列中间产物组成。（2）每一步反应的速率和活化能基本相同。（3）反应初期大部分单体很快形成低聚物，短期内转化率很高。随后低聚物相互反应，分子量缓慢上升。（4） 大部分是平衡反应。连锁聚合的特点：（1

10、）聚合需要活性中心，如自由基、阳离子、阴离子等，因此有自由基聚合、阳离子聚合、阴离子聚合之分。（2）聚合过程由链引发、链增长、链终止等基元反应组成。（3）聚合过程中相对分子质量变化不大，体系始终由单体、高分子量聚合物和引发剂组成。没有分子量递增的产物。（4）单体转化率随时间增加。20.平均分子量根据统计方法不同，平均相对分子质量可分为数均分子量（,体系中低分子量部分对数均分子量由较大影响。）、质均分子量(,色散法测量得，高分子量部分贡献较大）、Z均分子量（，离心沉淀法测得，Z量：）、粘均分子量（，由粘度法测定）。一般情况下，21. 高分子的形状有：线形、支链形和交联形。22. 目前的高分子材料

11、有：合成树脂和塑料: 填充增强增韧,降低成本. 通用塑料: 应用广, 产量大, 价格廉的塑料. 如聚烯烃: PE, PP, PS等; PVC; 酚醛, 环氧, 聚酯, 尿醛等. 工程塑料: 综合性能好, 可代替金属作工程材料, 制造机器零部件的塑料. 最重要的有:聚甲醛 ，聚酰胺，聚碳酸酯，聚四氟乙烯，ABS塑料，耐热工程塑料23. 功能高分子功能高分子：分离材料（离子交换树脂、分离膜等）、导电高分子、感光高分子、高分子催化剂、高吸水性树脂、医用高分子、药用高分子、高分子液晶等。功能：指从外部向材料输入信号时，材料内部发生质和量的变化而产生输出的特性。24. 医药用高分子材料医药用高分子材料，

12、包括医用高分子材料、药用高分子材料和医药用辅助材料等。25. 陶瓷的典型结构：晶体相(莫来石和石英，主要)、玻璃相和气相。晶体相是陶瓷的主要组成相：主要有硅酸盐、氧化物和非氧化物等。它们的结构、数量、形态和分布，决定陶瓷的主要性能和应用。n 硅酸盐普通陶瓷的主要原料，陶瓷组织中重要的晶体相，结键为离子键与共价键的混合键。构成硅酸盐的基本单元：硅氧四面体结构玻璃相作用： 粘连晶体相，填充晶体相间空隙，提高材料致密度； 降低烧成温度，加快烧结； 阻止晶体转变，抑制其长大； 获得透光性等玻璃特性； 不能成为陶瓷的主导相：对陶瓷的机械强度、介电性能、耐热耐火性等不利。气相是陶瓷内部残留的孔洞；成因复杂

13、，影响因素多。 陶瓷根据气孔率分致密陶瓷、无开孔陶瓷和多孔陶瓷。 气孔对陶瓷的性能不利（多孔陶瓷除外）26. 几种特种陶瓷及其应用 Al2O3 高的强度和高温强度（抗压2493MN/m2)，高化学稳定性和介电性能用途：工具，高温炉零件，空压机泵零件，内燃机火花塞，坩埚。微晶刚玉（弯曲强度5000MN/m2 ，HRA92-93 红硬性1200）-工具,刀具。 BeO 导热性好（180 kcal/mh），热稳定性较高，消散高能辐射的能力强，强度低（抗压强度（785MN/m2）用途： 熔化某些纯金属的坩埚，真空陶瓷和原子反应堆用陶瓷ZrO2 呈弱酸性或惰性，导热系数小1.5-1.7kcal/mh，使

14、用温度2000-2200，抗压强度2060MN/m2 MgO CaO 抗各种金属碱性渣的作用，热稳定性差，MgO高温易挥发，CaO在空气中易水化 碳化硅 弯曲强度200-250MN/m2，抗压强度1000-1500MN/m2，硬度高，抗氧化，不抗强碱。用途：加热元件，石墨的表面保护层，砂轮，磨料 碳化硼硬度高，抗磨，熔点高2450 用途：磨料，超硬质工具材料。氮化硼石墨类型六方结构（白石墨）-介电体和耐火润滑剂。立方结构（-BN)-极高硬度，抗加热温度2000，是金刚石的代用品。27. 生物相容性生物相容性(biocompatibily): 指材料在生物体内与周围环境的相互适应性，也可以理解为

15、宿主体与材料之间的相互作用程度。分为： 组织相容性 （Tissue-compatibily) 血液相容性 ( blood- compatibily) 免疫相容性 (Immun compatibily)生物相容性是生物材料与其它材料的唯一区别。28. 血液相容性的评价方法血液相容性中最为关键的部分是血栓生成体外模型 平行板流动室系统是目前最有效的体外模型，用以测定生物材料表面在动静脉切变应力下怎样激活等体内-体外模型（半体内法）体内动物模型 体外试验由于观察时间短，加上抗凝剂的使用，往往不能准确反应体内情况，因此动物模型的使用对于理解材料和血液问的相互作用显得至关重要评价内容包括：凝血，血小板和

16、血小板功能，血栓形成，血液学，免疫学。29. 生物相容性试验的国际标准生物学评价方法也进行了标准化：109933遗传毒性、致病性和生殖毒性试验109934的血液相互作用试验选择、109935细胞毒性试验(体外)，109936植入后局部反应试验1099310刺激和致敏试验，1099311全身试验。30. 制剂是指根据药品标准将药物制成适合临床要求,具有一定质量标准，用于预防、治疗、诊断人的疾病，有目的地调节人的生理机能并规定有适应症、用法和用量的具体品种。31. 药剂学的主要内容基本理论研究；新剂型和新制剂的研究与开发；药用新辅料的研究与开发；中药现代剂型的整理、研究与开发；研究和开发新型制药机

17、械和设备。开发高效、长效、速效、低毒、缓释、控释、定位和靶向释放等32.1800年以来药剂学的发展历程33. 阿拉伯胶阿拉伯胶（acacia）系Acacia wenegek（L.）Willd（豆科）茎及枝渗出的干燥胶状物，产于阿拉伯国家干旱高地阿拉伯胶为糖及半纤维素的复杂的聚集体，其主要成分为阿拉伯酸的钙盐、镁盐、钾盐的混合物（约含80%），缓慢水解阿拉伯酸可得L-树胶糖、L-鼠李糖、D-半乳糖和D-糖醛酸等。分子量在2.41055.8105阿拉伯胶作为药剂辅料历史悠久，口服安全无毒，家兔口服LD50为8g/kg，但不宜作注射剂用，常用作乳化剂、增稠剂、助悬剂、粘合剂和保护胶体。34. 明胶明

18、胶（gelatin）是胶原温和断裂的产物，它是天然多肽的聚合物。明胶的原料胶原是一种纤维蛋白存在于动物（猪、牛等）的结缔组织（包括软组织、动物皮和腱骨）和硬骨料组织药用明胶按制法分为酸法明胶（gelatin A）和碱法明胶（gelatin B）性质:1. 溶胀和溶解; 2. 凝胶化; 3. 粘度,较坚固的拉力并富有弹性; 4. 稳定性; 5. 热可逆性.最主要的用途是作为硬胶囊、软胶囊以及微囊的囊材;片剂包衣的隔离层材料35. 丙烯酸树脂甲基丙烯酸共聚物（methacrylic acid copolymer）和甲基丙烯酸酯共聚物（polymethacrylate copolymer）等在药剂领

19、域中常用的薄膜包衣材料统称为丙烯酸树脂（arcylic acid resin）丙烯酸树脂主要用作片剂、微丸缓释颗粒等的薄膜包衣材料。用作缓释、控释制剂的骨架材料 丙烯酸树脂亦用于制备微囊、用作透皮吸收系统骨架、压敏胶及直肠用凝胶剂等。 36. 聚维酮聚维酮（povidone，polyvinylpyrrolidone，PVP）是由N-乙烯基-2-吡咯烷酮（VP）单体催化聚合生成的水溶性聚合物。较早应用的血容量扩充剂用作包衣材料用作固体分散体载体用于缓释控释制剂助悬、增稠和胶体保护作用眼用溶液的增稠剂和角膜润湿剂。37. 聚乙二醇聚乙二醇（polyethylene glycol，PEG）是用环氧乙

20、烷与水或用乙二醇逐步加成聚合得到的分子量较低的一类水溶性聚醚。（1）注射用的复合溶剂 最大量不超过30%（PEG 300、PEG 400），用量达40%即可能发生溶血作用。（2）栓剂基质 常以固态及液态聚乙二醇复合使用以调节硬度与熔化温度。（3）软膏及化妆品基质 常以固态及液态聚乙二醇混合使用以调节稠度，具有润湿、软化皮肤、润滑等效果。（4）液体药剂的助悬、增粘与增溶 液态聚乙二醇较多用，与其他乳化剂合用，PEG还具稳定乳剂的作用。（5）固态分散体的载体38.聚乳酸聚乳酸（polylactic acid，PLA）可以利用乳酸直接缩聚而成，得到的聚合物分子量较低。制备高分子量聚乳酸的方法是用丙交

21、酯作为原料，在酸催化剂及有机金属化合物催化剂（医药用聚乳酸一般选用低毒性三羟基铝）存在下开环聚合。用作医用手术缝合线以及注射用微囊、微球、坦植剂等制剂的材料。药物的释放速度可以通过选择不同分子量、不同光学活性的乳酸共聚或不同种聚乳酸混合以及添加适当相混溶成分予以调节。39. 缓释制剂，控释制剂，靶向给药制剂缓释制剂（sustained release)：指药物在规定释放介质中，按要求缓慢地非恒速释放，且每24小时用药次数与相应的普通制剂比较从3-4次减少至1-2次的制剂。控释制剂(controlled release)：指药物在规定释放介质中，按要求缓慢地恒速或接近恒速释放，且每24小时用药次

22、数与相应的普通制剂比较从3-4次减少到1-2次的制剂。 靶向制剂 (target-oriented drug system )指借助载体.配体或抗体将药物通过局部给药.胃肠道或全身血液循环而选择地浓集于靶组织.靶器官.靶细胞或细胞内结构的制剂.40. 靶向制剂类型，实现方法类型：脂质体(liposomes) 微球(microspheres) 微囊(microcapsules) 乳剂（emulsion) 方法：1）被动靶向（passive targeting) ；2）主动靶向（active targeting）41.怎样通过物理化学方法将药物传递到特定部位发挥药效依据机体不同生理学特性的器官对不

23、同大小的微粒具有不同的阻留性，采用脂质，类脂质，蛋白质，生物材料等作为载体材料，将药物包裹或嵌入其中制成各种类型的，可被不同器官阻留或摄取的胶体或混悬微粒制剂。是活性药物经化学修饰衍生而成的，在体外药理活性差，在体内经酶或化学反应使母体药物再生而发挥治疗作用的物质。 药物微粒载体经修饰后可将疏水表面亲水化，就可以减少或避免单核巨噬细胞系统的吞噬作用，有利于靶向于肝，脾以外的组织。利用抗体修饰，可制成定向于细胞表面抗原的免疫靶向制剂。42. 脂质体及其质量评价脂质体（liposome）是一种人工膜。在水中磷脂分子亲水头部插入水中，脂质体疏水尾部伸向空气，搅动后形成双层脂分子的球形脂质体，直径25

24、1000nm不等。脂质体的质量评价：1、形态、粒径及其分布 2、包封率和载药量包封率：包封率（脂质体中包封的药物/脂质体中药物总量）100载药量：载药量脂质体中药物量/（脂质体中药物载体总量）100载药量的大小直接影响到药物的临床应用剂量，故载药量愈大，愈易满足临床需要。载药量与药物的性质有关，通常亲脂性药物或亲水性药物较易制成脂质体。3、脂质体的稳定性1)、物理稳定性:主要用渗漏率表示。渗漏率（放置前介质中药物量放置后介质中的药量）/制剂中药量x100% 2)、化学稳定性：4、防氧化的措施5、脂质体的灭菌。43. 智能化释药体系智能材料为对环境条件可感知并响应,且具有功能发现能力的材料,以智

25、能高分子材料作为药物释放的载体,并集传感、处理及执行功能于一体,对外界刺激可感知,并根据自反馈作出响应,控制药物脉冲释放,即需药时释放,不需要时停止释放,从而达到药物控制智能化的目的。这种系统即为高分子药物智能控释系统。pH敏感的药物控释体系，温度敏感的药物控释体系，光敏感、电刺激、化学试剂刺激药物控释体系等。44. 纳米科学与纳米科技纳米科学是研究在千万分之一米到亿分之一米(10-9米)内，原子、分子和其它类型物质的运动和变化的规律；利用这些规律，在这一尺度范围内对原子、分子进行操纵和加工被称为纳米技术45. 纳米材料尺度效应包括：表面效应，量子尺寸效应，体积效应，宏观隧道效应46. 纳米材

26、料的独特性质：独特的光、热、磁、力学性能。47. 纳米生物技术的两方面： 一、 利用生物大分子制造分子器件，模拟和制造类似生物大分子的分子机器。 二、利用新兴的纳米技术来解决和研究生物学问题；纳米生物技术的最终目标就是制造分子机器。48. 纳米药物运输系统：由于药物颗粒缩小时，药物与胃肠道液体的有效接触面积将增加，所以药物的溶解速率随药物颗粒尺度的缩小而提高。药物的吸收又受其溶解率的限制，因此，缩小药物的颗粒尺度成为提高药物利用率的可行方法。好处：（1）提高药物的吸收利用度；（2）提高药物作用的靶向性；（3）建立新的给药途径；（4）促进药物通过生物屏障；（5）抗耐药性。49.生物物质的纳米组装

27、 以生物材料（如DNA）作为纳米组装的模板，由小分子“叠加”形成大分子。如DNA导线的制备，就是以DNA为模板，在DNA表面加上银，即可制备成导线。50.生物芯片生物芯片则是在很小几何尺度的表面积上，装配一种或集成多种生物活性，仅用微量生理或生物采样，即可以同时检测和研究不同的生物细胞、生物分子和DNA的特性，以及它们之间的相互作用，获得生命微观活动的规律。 分为阵列性芯片和微流体芯片。51. 芯片实验室lab on a chip即芯片实验室，是生物芯片技术发展的最终目标，其含义就是通常在实验室内进行的样品制备、反应、分离、检测，甚至数据处理等集成在一块芯片上，也就是说用一块芯片就可实现实验室的分析工作。52. 纳米生物材料的性质和应用前景（举例）运用纳米级粒径超微化通用装置可合成乳酸钙，用这种乳酸钙制成的钙剂经口服可有98的有效成分被人体吸收利用；而现有的普通钙