材料+夏文华+生物材料与人工器官作业

1、第1章概述1.什么是人工器官、生物材料？简述它们的分类。二者有何关系？1）人工器官：广义上，是一种人造的或人工合成的、可以部分或全部、短期或长期地、体内或体外使用的，用来取代病损器官或补偿其生理功能的装置。狭义上，替换了原自然器官并能发挥其全部功能的人造装置。分类如下：一.根据功能完善程度分类：维持生命最低限度的人工器官；能代替主要部分或大部分天然器官功能的人工器官；能替代天然器官；具有超自然器官功能的人造器官。二.按具体功能分类：血液循环系统、呼吸系统、血液透析、消化系统、支持运动、感觉、生育、泌尿、内分泌、神经；其它：人工皮肤、人工硬脑膜、人工大脑导水管、人工乳房等。三.按位置分：1.体内

2、（植入式）;2.体外。四.按时间分：1.暂时性;2.永久性。2）生物医学材料：用于修复和替换生物组织或器官，以增进或恢复其功能的材料和用于生理系统疾病的诊断、治疗的材料。分类如下：一按材料组分分：无机、金属、高分子、复合二按材料来源分：天然、合成三按应用部位分：硬软心牙整四按使用要求分：降解、植入、一次性？3）人工器官与生物医学材料关系相互促进共同发展1.生物医学材料是人工器官的基础2.人工器官的需求和发展又促进了生物医学材料的发展3.材料的发展为人工器官的功能实现提供了可能第 2 章 1、 有大量的文献涉及控制血液与材料的相互作用。通过查阅文献，详细了解人体血栓形成的机理, 描述由材料引发的

3、血栓形成的途径, 这些途径之间有联系吗？有怎样的联系？答：1）正常的血管内膜光滑,血小板不易粘附、聚集。2） 内皮细胞能产生抗凝血的物质（如抗凝血酶）和抗血小板聚集的物质（如前列腺环素）。3） 正常血流速度和流向对防止血栓形成起重要作用。正常的血流速度较快,有形成份(细胞)在血管中心流动(轴流),血浆在边缘流动(边流),使血小板不易与血管壁的内皮细胞发生粘附和聚集。 4） 正常时，血液中的凝血因子虽不断被激活，但又不断被血液稀释或冲走；尽管血管上时有微量的纤维蛋白沉着，但又不断地被纤维蛋白溶解酶所溶解。 生物材料表面与血液接触后，将通过凝血因子活化途径及血小板活化途径产生凝血，形成血栓。 凝血

4、因子活化途径：生物材料表面与血液接触，活化凝血因子,继而活化凝血因子、XIII ，产生凝血酶原激活物，激活凝血酶，水解纤维蛋白原，造成纤维蛋白沉积，形成血栓；或者通过组织因子作用，按照外源性途径同样形成血栓。 血小板活化途径：生物材料与血液接触后，首先发生蛋白吸附，进而导致血小板粘附，变形，释放和聚集，最终形成血小板血栓；此外，蛋白吸附还可诱导红细胞粘附，溶血和释放，最终也将产生相同结果。2、 人工心脏的组成？泵的分类及特点？A.人工心脏的组成 1）血泵。形状容积、血流动力、溶凝、力学、老化、噪声、协调。按搏动方式分为脉动式和非脉动式；按形状分为容积式和叶片式。 2） 监测与控制系统。主要内容

5、包括血泵的功能(驱动压力、搏出量、回流量等)；驱动装置的运行指标；生理指标（心率、输出量、压力、血C02等） 3）驱动装置。为血泵的搏动提供动能，有叶动式、气动式、电动式、磁力驱动式。4）能源供给。有交流电源、电池、核能源和生物能源之分。 B.泵的分类及特点1) 容积式：A.优点：脉动式，与人的正常生理结构相适应，有利于脏器的血液微循环灌注。B.缺点：体积大，结构复杂，不易植入体内；必须有管路连接体内外，故易感染；关键部件瓣和膜易损坏，且是血栓易形成的部位；能耗大。 2） 叶片式：A.优点：不需要单向阀门，结构比较简单，体积小，流量大，效率高，易植入体内；与血液接触面积小，抗血栓性能好；因可植

6、入，感染问题可得到较好解决；耐久性好；功耗低；易于操作；价格较低。B.缺点：非仿生；叶片高速旋转，对血液成份可能造成破坏；长期密封困难。 3、心脏起搏器、主动脉内气囊反搏、动力性心肌成形术、骨骼肌心脏辅助，它们辅助心脏工作的原理？答：心脏起搏器是通过发放电脉冲模拟心脏的冲动发生和传导等电生理功能，治疗由于某些心律失常所致的心脏机能障碍的一种电子装置。1）构造：它由脉冲发生器和电极-导线构成。 ·脉冲发生器：由能源、释放与调节电脉冲的电路和外壳组成，要求小、轻、薄、功能多、寿限长、安全可靠。 ·电极按其接触心肌的部位分为：心外膜-心肌电极、心内膜电极；起搏方式分为单极起搏和双

7、极起搏。导线包括金属丝导体和绝缘包鞘。利用一根带有气囊的导管插入主动脉内，配合病人的心脏的收缩与舒张进行抽吸与加压，帮助心脏工作。分为以下两个阶段： 1）收缩抽吸：在心室收缩之前的瞬间，控制装置抽气，致使气囊收缩，主动脉压力下降，留出主动脉空间，心脏射血进入主动脉，可缓解心脏负荷。 2）舒张加压：在心室舒张之前的瞬间，气囊突然充气，排开一定的血液，使主动脉的压力增大，心脏出口处压力增高，冠状动脉和其它几个动脉分支灌注压增大，血液被压入这些动脉，使心肌缺血得到缓解，其它血管的血液供应也得到改善，心搏出量上升，并对脑及上肢的供血也得到改善。这一充气扩张过程又叫做“反搏”。应用带神经血管蒂的背阔肌包

8、裹心室，同时植入心脏肌肉刺激系统，在该系统的脉冲刺激下，移植的背阔肌转化为耐疲劳肌肉，并与心室同步收缩，增强心脏的收缩功能，限制心室的继续扩张，从而达到长期辅助心脏，治疗慢性心力衰竭的目的。4、 查阅文献,了解人工心脏及心脏辅助装置的研究。 这是一个活跃的研究领域吗? 你发现研究的重点是什么?答：1存在的问题A抗血栓性能的提高；B机械性能的改进，实现生理性调控；C植入 后感染；D能源；E长期性、永久性植入。 2发展方向A小型化，微型化，同时具有高供血效能；B无线自动控制，体内外无连线，根据身体需要自动调控生理参数；C不凝血，不老化，不腐蚀，经久耐用；D安全可靠的控制系统和能源供应第 3 章 1

9、、 说明笼球瓣、笼碟瓣、斜碟瓣、双叶瓣的特点。答：1）笼球瓣和笼碟瓣的特点： A.周围血流型，即血流必须绕过阻塞体，从其周边通过，血流阻力和跨瓣压差大，易产生涡流，血流动力学差，易造成血栓，溶血多。 B.阀体与瓣架碰撞，易磨损。笼球瓣大，易产生期前收缩，出现心律失常。 C.笼碟瓣碟片不灵活，可能卡在笼架的对角位造成患者因急性闭锁不全而突然死亡，且有瓣柱折断、碟片磨损、甚至脱落的危险。2)斜碟瓣的特点 ·优点A.铰链代替笼架，重量较轻，体积较小,轻巧。B.半中心血流型,血流经过阻力较小,血流动力学性能较好，耐久性好。 ·缺点：a.铰链可能折断b.血栓问题仍没有很好解决3)双叶

10、瓣的特点 ·优点：属中心血流型，血流动力学好，其血流动力学状况优于以往所有的机械瓣。瓣叶运动灵活，有效瓣口面积较大，跨瓣压差小，血栓栓塞率低。广泛采用。 ·缺点：两个瓣叶运动不同步；关闭性能不够理想；铰链处机械加工困难；抗凝问题仍没有彻底解决。 2、 目前机械瓣使用的材料主要有哪些？ 答：瓣架、阻塞体（瓣叶）材料：硅橡胶(Silicone)、聚四氟乙烯(Teflon)、缩醛树脂(Derline)、钴合金如CoCrMo合金 stellite合金、钛合金、不锈钢、石墨、低温各向同性热解碳涂层、类金刚石涂层、聚氨酯。缝合环材料：聚对苯二甲酸乙二醇酯 (涤纶) ，针织物形式；聚四氟

11、乙烯，针织物形式；超低温各向同性碳，涂层形式。 3、 戊二醛处理生物瓣的作用？答：A使胶原分子交联，使处理后的生物组织更结实、更稳定，增加材料的强度和耐久性；B封闭抗原基，使抗原性大大降低；C消毒。4、 什么是生物瓣的钙化？钙化是一个复杂的物理、化学和生物化学过程，有大量的研究报告。查阅文献，了解钙化的因素有哪些？答：（1）生物瓣的钙化： 主要是钙、磷以结晶形式沉积在生物瓣组织中，导致生物瓣材料弹性、韧性和机械强度发生很大变化，造成生物瓣失灵。钙化沉积物是一种复杂晶格结构的羟基磷灰石样物质。 （2）影响因素： 宿主、血流动力学、瓣膜表面电荷、瓣膜材料、材料应力分布、戊二醛处理、生物瓣表面缺乏完

12、整的内皮细胞、制造工艺与设计等。5、 如果你的某位朋友需要置换人工心脏瓣膜（机械瓣或生物瓣），从人工器官的专业角度，你会给他一些什么建议？答：我会先告诉他机械瓣与生物瓣各自的优缺点，（1）机械瓣：耐久性优异。但是血流动力学效果较生物瓣差；刚性非生物材料，关闭不柔和；易产生血栓栓塞，须终身抗凝；可能造成出血合并症，创伤后大出血；价格较高。（2）生物瓣：材料来源易得，造价较低；仿生性强，瓣叶具有柔性，中心血流型，血流阻力小，对血液成份破坏少，血流动力学效果较好；生物材料，血栓率低，一般不必终身抗凝；但是钙化常造成生物瓣失灵；另外，原发性胶原组织退变而引起的瓣叶撕裂、穿孔、或钙化变硬等，致使瓣膜失效

13、。生物瓣的使用寿命多数介于7至10年，其耐久性不如机械瓣。不能用于儿童，不宜用于年轻人。此外，我还会将人工心瓣的选择原则告诉他，（1）机械瓣：年轻患者（45岁以下）服抗凝药无禁忌者、儿童。（2）生物瓣：对抗凝治疗有绝对禁忌者、希望妊娠的年轻妇女、60岁以上及心脏病严重，估计寿命不会超过15年者、边远地区无法进行抗凝治疗与监护者。第 4 章 1、你所在的公司准备发展一种聚合物材料作为血管植入物，你是负责进行产品开发的生物医学工程师，你会考虑哪些材料？解释你的选择。答：由于是发展一种聚合物材料作为血管植入物,也即合成的人工血管，因此需满足：(1)具备医用高分子材料的条件，也即a.在体内不变性，无毒

14、性；b.对人体组织无异物反应；c.不发生癌；d.无抗原性；e.有耐久性，经长期使用，不失去原有的物理性;f.容易加工成型；g.耐受消毒，不变性，不变型；h.价廉。；(2)富有弹性和伸展性，尽可能的近似机体的血管；(3)适当的孔性： A. 便于宿主组织长入管壁，使组织覆盖或形成“新内膜”，使人工血管机质化； B. 小血管长入，使管壁中间部位生长内皮细胞并得到血液营养供应，防止营养变性。(4)良好的抗血栓性；(5)缝合容易，断端不松散；(6)有利于血液流动的形态；(7)消毒简单，有抵抗感染性能。综合考虑以上条件，可选用以下聚合物材料： 涤纶（聚对苯二甲酸乙二醇酯） 特点：极牢固，抗撕裂，耐用；易于

15、缝合和操作；长期通畅率高（主动脉、髂动脉>95%）。但没有弹性，修复小直径血管效果不理想。聚四氟乙烯 特点：柔韧，易于缝合和操作， 耐用。但没有弹性；有的部位使用长期通畅率不及PET；缝合后材料不能立即在针眼处收缩，造成渗血时间延长；修复小血管效果不理想。聚氨酯 特点：较好的血液相容性。好的弹性，能与宿主动脉很好地适应。但在体内会发生不易控制的降解（聚醚型PU不太容易降解）、钙化（可涂碳改善）。修复小直径血管试验效果最好 。2、 小直径人工血管为什么没有满意的使用效果？查阅文献，你发现解决的途径有哪些？答：对动脉粥样硬化引起的小直径血管梗塞或狭窄是目前临床上的常见问题，然而目前的小直径人

16、工血管却不并不能达到满意的使用效果，其原因有二：其一是由于小直径血管直径小，血流慢，易形成血栓栓塞；其二是小直径血管直径小，血液中的一些蛋白、脂肪等易停留在血管壁，导致内皮增生。 解决途径一：人工血管内皮化 在材料表面种植内皮细胞。（1）单期种植法：将新鲜获取的内皮细胞在手术前较短时间内种植于人工血管管壁，直接用于手术。但是通畅率无明显提高。（2）二期种植法：将新鲜获取的内皮细胞先离体培养，再高密度种植于人工血管，然后植入人体，且通畅率明显高于未种植内皮细胞的人工血管。解决途径之二：基因修饰 利用分子生物学技术，在植入的内皮细胞中导入使血管扩张、抗血栓形成的基因片段，有望从根本上提高人工血管的

17、通畅率。抗凝基因的选择：1. 纤溶酶原激活物基因 如组织型纤溶酶原激活物（t-PA），尿激酶型纤溶酶原激活物、尿激酶。2. 水蛭素3. 一氧化氮合成酶、a因子抑制剂、组织因子旁路抑制物、环氧合酶-1、前列腺环素合成酶等。解决途径之三 ：改进、优选材料。探究生物相容性、力学性能等物理性能更优良的材料。第 5 章 1、 什么是血液代用品？一种好的血液代用品应具备哪些特点？ 答：血液代用品是指具有载氧能力的、能代替血液在组织中进行氧气和二氧化碳交换的代用品。一种好的血液代用品应具备有效、安全、方便的特点，具体的讲就是载氧力强，稳定性高，在循环中的半衰期长，不长期滞留体内，易保存，保存时间长2、 血液

18、代用品的种类及其载氧机理？ 答：（1）血液代用品的种类： 以增加溶解氧为主的氟碳化合物人工血液； 另一类是通过化学结合而载氧的以血红蛋白为基础的人工血液。 （2）载氧机理： 氟碳化合物人工血液；氟碳化合物人工血液，氟碳是一种合成的有机化合物，化学性质十分稳定，无毒，其半数致死量与麦芽糖和葡萄糖相似。氟碳化合物难溶于各种溶剂中，但是对氧有较好的溶解性。氟碳化合物载氧只是单纯的物理溶解，而不是与氧可逆结合。其载氧量与氧分压呈正比直线关系，而且根据环境氧分压的高低而溶解或释放氧； 血红蛋白人工血液；血红蛋白(Hb)人工血液的载氧机理是血红蛋白与氧气发生化学反应，而与其结合成不稳定化合物。以血红蛋白为

19、基础的人工血液，血红蛋白是体内载氧的主要成分，与氧有可逆性结合的特点，并且具有理想的氧饱和和解离特性。 3、 血红蛋白的修饰方法有哪些？各有什么优缺点？ 答：血红蛋白（Hb）的修饰方法有三种，交联血红蛋白 在或链之间进行化学连接，维持Hb四聚体结构，同时降低Hb氧亲和力，增加向组织释氧的能力。但循环半衰期仍然较短，不能满足临床应用要求。聚合血红蛋白 在交联的基础上进一步进行分子间聚合，加大分子量，延长循环半衰期。但分子量不均一。共轭连接血红蛋白 分子间聚合，将游离的Hb四聚体接于其它可溶性大分子聚合物上，从而加大Hb的分子量，稳定四聚体结构。第 6 章 1、 选择合适的膜材料成为人工肺技术发展

20、的关键，请总结目前常用的膜材料。 答：目前常用的膜肺材料主要有两大类， 均质膜材料 是指各向均质（即结构均匀）的致密膜，如硅橡胶。优点：气体弥散性能好;由于气血完全隔离，可有效防止气栓形成；由于无孔，不会造成水蒸汽渗出形成“湿肺”影响功能，可较长时间用于呼吸衰竭的支持。缺点：机械强度不高，还需改进CO2和O2透过系数之比使其更接近生理状态。 多孔膜材料 聚丙烯(polypropylene, PP)、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚苯烯等材料，以PP最为常用。优点：因有微孔，透气性好，消除了气血交换的膜阻力，提高了气体传输功能；加工过程仅为物理过程，无化学过程，没有化学添加剂；毒性小；血液相容性好；机械强

21、度较高；价格较低。缺点：长时间应用，氧合性能不稳定；有产生气栓的危险；有血浆渗漏的可能，由此造成液体随气体大量蒸发。 2、 如果让你设计并制作一个中空纤维膜肺，该怎么做？叙述你的设计、制作过程。 答：（1）设计 A. 选材：首先根据医用高分子材料的基本性能要求，常用的有均质膜材料，如硅橡胶和多孔膜材料，如聚丙烯。二者各有优缺点，前者气血完全隔离，可有效防止气栓形成；由于无孔，无血浆渗漏。但是，其机械强度较低，且气血交换阻力大。后者透气性好，气血交换阻力低；毒性低；血液相容性好；机械强度较高；价格较低。但是有气栓的危险、血浆渗漏等问题。但相比均质膜材料而言，总体的性能优于前者。故我将选用PP膜材

22、，其尺寸根据有效面积计算。B. 血流及气体流道设计：目前主要有两种结构，管壳流式 (内走血)和交叉流式(外走血)。前者血液流动呈细线状,气体与血液之间的交换阻力较大,几乎占全部阻力的90%。而后者由于血液侧流动的混合特性，其流道弯曲，方向多变，众多的阻挡形成局部的二次流，从而降低了血液侧传质阻力，可使总传质系数相对于管壳流式提高2-3倍。为了克服层流，增大血气交换，应减少血膜厚度和纤维直径，并采用交叉流式结构设计。C. 外壳及内芯设计：使用有机玻璃，根据纤维用量设计外壳、内芯的长度和内外径。注意纤维束与外壳内芯要紧密接触，避免血液短路。（2）制作 A. 制膜 其大致过程是原材料 纺丝 清洗 充

23、填甘油 卷绕其中，纺丝方法有两种，a融熔纺丝法 将聚合物加热熔融后压入纺丝头的环形喷口，喷出成为液态细流，在气体或液体介质中冷却成为纤维的纺丝方法。b. 溶液纺丝法 将聚合物溶液压入纺丝头的环形喷口，喷出成为液态细流，立即进入凝固浴使之固化成纤维的纺丝方法。根据凝固方式的不同可分为湿纺和干纺：(1) 湿纺 在液态介质中固化，喷出的液态细流中的溶剂向液体介质中扩散，聚合物（细流）析出（固化）。(2)干纺 在气态介质中固化，喷出的液态细流中的溶剂快速挥发并被热气流带走，聚合物（细流）固化。 B. 组装和离心封端 C. 安装零部件和气密试验 D.包装,灭菌,检验,出厂第 7 章 1、 叙述血透、腹透

24、、血滤、血液灌流、双重膜式血浆分离如何实现对血液的净化处理并维持人体正常的生理环境。 答：主要是根据半透膜原理，将患者血液与透析液引入透析器中，血液与透析液被透析器中的透析膜(半透膜)分隔在两侧，反方向流动，利用各自不同的浓度和渗透压互相进行扩散和渗透，血液内多余的有毒物质可向透析液中扩散，透析液中的有用离子物质向浓度高的一侧渗透，经过透析的血液回流进患者体内，循环往复，达到清除血液中的代谢废物和毒物，调节血液中水、电解质及酸碱平衡的目的，达到治疗效果并维持人体正常的生理环境。2、血液透析膜材料主要有哪些？ （1）纤维素(cellulose)膜： 是一种由双环纤维素二糖的重复结构单元组成的、聚

25、合度为5002000的天然高聚物, 分子式(C6H10O5)n。 铜氨纤维素（cuproammonium rayon） 如铜玢膜、铜仿膜（Cuprophan®），其特点是具有较高的聚合度，湿态强度高，表面结构规整，能以恰当的比例透过血液中的代谢废物、离子和水分。但是，对中等分子量尿毒素的透过性能较差。通过旁路系统激活补体C3、C5，进而造成许多临床症状，其血液相容性有待提高。 硝酸纤维素(cellulose nitrate) 纤维素通过其分子中的羟基与硝酸进行酯化反应而生成的纤维素硝酸酯。 醋酸纤维素（cellulose acetate,CA） 醋酸纤维透析膜的特点有：由于采用融纺工

26、艺，膜面光滑；可以用加热的方法灭菌消毒；由于氢氧根被置换，因此具有一定的疏水性，在水中不膨胀，尺寸稳定；为形成微孔加入溶剂或非溶剂，易于改变其种类和组合，孔径可自由调节；清除小分子物质和磷的功能也比较强；价格低廉。但是，醋酸纤维透析器的临床使用也面临以下两个问题：A 对中等分子量尿毒素的透过性能较差。 11 B 激活补体，生物相容性有待提高。 血仿膜（Diethylaminoethyl,DEAE） ENKA社专卖，商标为血仿纤维素膜(Hemophan®)。 （2）合成高分子膜： 聚丙烯腈膜（polyacrylonitrile, PAN） 透水性和对中、高分子物质的通透性良好。由于在膜

27、表面可导入各种构造基，在膜面上的血小板附着比较少，故生物相容性比较好。 聚甲基丙烯酸甲酯膜（polymethylmethacrylate, PMMA） 从普通透析膜到滤过膜都可以制得。对补体、白细胞的影响比较少，生物相容性较好。 聚砜膜（polysulfone, PS） 超高滤膜，非常高的滤过速度，滤过性能很强，从小分子的肌酐到中分子的2-微球蛋白，都有较高的滤过率。聚酰胺膜（polyamide, PA） 分子中具有很多酰胺基（-CONH-）的聚合物。内表面有致密层，具有不同孔层的非对称性三层构造。由于亲水性的原因，不易形成蛋白阻塞，而且也可以清除2-微球蛋白。 聚丙烯腈-丙烯磺酸盐共聚物 对

28、中等分子量的溶质透过性高，不激活补体，血液相容性好。 聚乙烯乙烯醇共聚物（ethylene vinylalcohol, EVAL） 优良的血液相容性，可不用或少用肝素。 其它共聚物 如聚醚聚碳酸酯共聚物、聚乙烯醇丙烯腈等三元接枝共聚物以及聚离子复合膜等。 （3）其它新型高分子膜材料：胶原、甲壳素。第 8 章 1、 查阅人工肝方面的文献，了解目前人工肝支持系统通常都使用什么技术?答：1）非生物性人工肝辅助指不包括生物部分构成的人工肝支持系统，其功能以解毒为主。如：血液透析、血液灌流、血液滤过、血浆置换。目前治疗肝衰竭的主要技术。2）生物性人工肝辅助将同种或异种动物的器官、组织或细胞等与特殊材料或

29、装置结合构成的人工肝支持系统。如离体肝灌流、人-哺乳类动物交叉灌流。3）混合式人工肝辅助由生物及非生物部分共同构成的人工肝支持系统。2、各种人工肝支持系统的工作原理？答： 非生物型人工肝 非生物型人工肝以血液透析、血液滤过、血液灌流、血浆置换、连续性血液净化等血液净化技术清除体内毒性物质，维持人体内环境稳定的技术方法。早期非生物型人工肝装置的设计以小分子毒物血液解毒功能为主。到20世纪70年代，随着膜材料技术的发展，血液净化治疗肝病的疗效有所提高。血浆置换是国内应用最多最广泛的非生物人工肝治疗方法，它依靠血浆交换、交换输血技术，祛除毒性物质补充生物活性物质。近年来连续性血液净化技术，以缓慢的血

30、流速度持续稳定进行溶质交换和水分清除，具有血流动力学稳定、有效地祛除细胞因子及炎性介质，可提供充分的营养支持、改善组织氧代谢、持续维持内环境稳定等优点。对于重症肝病患者，尤其是血流动力学不稳定和严重高分解代谢的患者，提供了有效地治疗手段。 生物型人工肝 生物型人工肝是利用人或动物的肝组织匀浆、分离的肝细胞、肝脏切片或全肝等与生物合成材料相结合的体外装置，主要由肝细胞来源、细胞培养方式和生物反应器三要素构成。生物人工肝系统是将体外培养增殖的肝细胞（人肝细胞、动物肝细胞、 人肝细胞系、基因转化细胞）置于特殊的生物反应器中,利用体外循环装置将肝功能衰竭患者的血液/血浆引入生物反应器内，通过对患者血液

31、/血浆中毒性物质的摄取、转化和代谢,同时合成患者机体所缺乏的必需物质,从而稳定肝功能衰竭患者的内环境，达到病情改善的效果。 混合型人工肝 混合型人工肝是将非生物型与生物型人工肝相结合的一套以血液净化为基础的治疗设备，集成血浆置换、分子吸附和生物反应的混合型治疗手段，在缓解重型肝炎、肝衰竭患者的病情上起到重要的支持功能，并为延长患者生命、争取肝移植时间等方面发挥重要的作用。目前已进入动物实验和/期临床试验，并取得了良好效果，但它尚不能完全替代肝脏的功能。第 9 章 1、 用于全关节置换的生物材料主要有哪些？ 答： 用于全关节置换的金属 不锈钢(铁合金) 按正火状态的组织构成分类：a铁素体 C溶于

32、-Fe和-Fe形成的间隙固溶体，具有体心立方结构。b马氏体 C与合金元素在-Fe中的过饱和固溶体。c奥氏体 C溶于-Fe形成的间隙固溶体，具有面心立方结构。钴基合金 植入体使用的钴基合金：a铸造 Co-Cr-Mo 合金(ASTM F75,1982)b锻造 Co-W-Cr-Ni 合金(ASTM F90,1982)cMP35N合金（锻造Co-Ni-Cr-Mo）钛基合金 Ti-6Al-4V 用于全关节置换的陶瓷 根据材料与组织结合的机制分类：生物惰性陶瓷a碳素材料 碳结构形式：² 金刚石结构;² 石墨结构;² 无定形乱层结构。b氧化铝 优良的化学稳定性和生物惰性，高硬度

33、（所有材料中居第5位），优良的耐磨性。c氧化锆 室温下，单斜体氧化锆 10001100 四面体氧化锆（体积收缩 ）室温下，单斜体氧化锆 10001100 四面体氧化锆（无体积变化 ） 氧化钇（稳定剂）生物活性陶瓷 具有生物活性，材料表面能引起正常组织形成，而且它建立的连续界面能够承担植入部位所要求的负荷。a生物活性玻璃和玻璃陶瓷 如45S5生物活性玻璃、Ceravital生物活性玻璃、A-W玻璃陶瓷等。b磷酸钙陶瓷 如磷灰石，其中以羟基磷灰石(HA)研究最多。c生物活性陶瓷复合材料 ² 不锈钢纤维增强² 钛纤维增强² 通过热处理产生第二相2、 全关节置换植入体的固

34、定方式有哪些？它们分别是如何实现固定的？ 答：（1）骨水泥固定: 骨水泥固定的原理：通过内锁固定和容积填充作用，在界面形成嵌合，再生的血管可以深入到骨水泥内部，形成骨连接。 内锁固定：经过加压填塞后，骨水泥渗入到松质骨的微间隙内，在骨水泥与骨界面形成交锁嵌合。 容积填充固定：骨水泥填塞于骨和假体之间，与骨形成一个“统一体”，使假体获得固定，应力得到均匀传递。 （2）无骨水泥固定： 无骨水泥固定的形式有以下三种： 表面活性材料：通过组织与生物活性植入体表面间的化学反应达到固定； 表面织构材料：骨长入有沟槽或纹理的植入体的表面； 多孔涂层材料：骨长入多孔材料的孔隙中。思考：某患者进行全人工髋关节置

35、换，假如你观看了整个手术过程。请叙述在这个外科手术过程中，为了完全置换病态的髋关节，医生分别使用了什么人工材料制作的关节头、关节柄和髋臼杯？手术中关节柄和髋臼杯分别是如何实现固定的？为了提高植入体与骨组织的相容性以及植入体的稳定性，植入体的表面有特殊的设计和处理吗？如果有，是怎么做的？ 答：（1）全人工髋关节由关节头、关节柄、髋臼杯三部分组成。为了完全置换病态的髋关节，医生分别使用材料包括金属、陶瓷、聚合物以及三者间的复合材料。综合考虑材料的物理化学性质以及上述各部分的受力情况、化学作用差异，从机械性能、耐磨耐腐蚀性能以及生物相容性等各方面综合考虑后进行的材料选择如下：a关节头：考虑到耐磨、生

36、物相容性、生物毒性等。选用金属（不锈钢、钴及钛合金）、陶瓷（YPSZ、Al2O3）b关节柄：考虑到力学强度（弯曲，拉伸，疲劳性能、弹性模量）、生物相容性、应力屏蔽及力学传导性能等。选用金属（不锈钢、钴及钛合金），并进行HA涂层或PMMA预涂层，表面纹理、沟槽等设计。c髋臼杯：主要是聚合物类UHMWPE，其具有高耐磨性，自润滑性，耐化学腐蚀等特点。通常将金属外杯和PE内杯压配使用。此外，也有陶瓷杯-金属杯，如YPSZ股骨头-Al2O3臼杯；全金属髋关节置换。因此不同组合方式将获得不同的效果。目前临床使用较多的是YPSZ股骨头-PE臼杯、钴合金股骨头- PE臼杯。（2） 手术中关节柄和髋臼杯的固定

37、方式分为骨水泥固定和非骨水泥固定。前者通过PMMA系列骨水泥的内锁固定和容积填充作用，在界面形成嵌合，再生的血管可以深入到骨水泥内部，形成骨连接。后者则通过组织与生物活性植入体表面间的化学反应达到固定、骨长入有沟槽或纹理的植入体的表面或者骨长入多孔材料的孔隙中来实现固定。（3）为了提高植入体与骨组织的相容性以及植入体的稳定性，植入体的表面有特殊的设计和处理。A表面设计a股骨板整体构型为上宽下窄，外厚内薄；板下端锥形圆柱体加工，可以降低应力遮挡。b股骨柄表面设计齿槽，齿槽由上向下逐渐增加，可以增加稳固性；金属杯环形齿槽可增加表面积，增加负荷能力。c提高股骨头圆度及表面光洁度，以减少磨屑。A 表面

38、修饰金属股骨头表面预涂PMMA或HA，股骨柄沟槽区涂层HA或进行表面粗糙钝化处理，以提高材料的生物相容性和耐磨性能，利于骨组织的重建。第 10 章 1、 目前在组织工程皮肤研究中，哪些细胞作为种子细胞研究得较多？ 答：种子细胞：具有特定的分化表型或定向分化潜能，不引发移植免疫排斥反应，来源可靠。目前来源有：自体细胞、异种细胞、同种异体细胞。干细胞最有应用前景。 自体细胞从理论上讲，最理想的皮肤组织工程种子细胞需携带全部基因组型，满足此条件的目前只有自体组织细胞，如：成纤维细胞、血管内皮细胞与表皮细胞。成纤维细胞 成纤维细胞是皮肤组织损伤后的主要修复细胞，在修复过程中，成纤维细胞主要是通过分泌胶

39、原纤维和基质成分，重新建立真皮与表皮之间的再次连接，为表皮细胞的覆盖创造条件。将成纤维细胞与胶原混合构成的类真皮层可促进上皮细胞生长及真皮与表皮的重组，提高愈后皮肤的结构性能并改善移植后创面的外观。此外，成纤维细胞还可以分泌成纤维细胞生长因子，调节与表皮细胞间相互作用，从而促进表皮细胞的增殖、迁移及分化，在调节表皮细胞形态及细胞外基质的合成方面也起到重要的作用。血管内皮细胞与表皮细胞 在自体皮肤移植的实验中，血供不足是造成移植物成活率低的重要原因。将内皮细胞引入支架材料中，可以促进人工皮肤的血管化速度。将血管内皮细胞与成纤维细胞共培养，还可形成毛细血管样结构。表皮细胞的培养受自身增殖能力的限制

40、，需要三四周的培养时间，对于急需覆盖创面的大面积创伤患者，还不能满足治疗需要。提取自体细胞都要从自体取材，不仅会造成新的损伤，而且体外扩增能力极为有限，多次传代后即丧失形成能力。对大面积度烧伤、广泛瘢痕切除、外伤性皮肤缺损以及皮肤溃疡等导致的严重皮肤缺损，仅靠自体取材难以实现皮肤的再生，因此要构建出满足临床需要的皮肤替代物，就必须找到一种新的理想的种子细胞。 干细胞 皮肤干细胞是目前引起广泛关注的一类成体干细胞，当皮肤因外伤、疾病等原因导致损伤时，皮肤干细胞会及时增殖分化生成相关细胞，从而修复机体受损结构，因此干细胞的培养与分离对于皮肤损伤修复具有重要意义。利用皮肤干细胞的增殖分化特性制备人工皮肤是目前重要的研究方向，较受关注的研究有表皮干细胞、骨髓间充质干细胞、毛囊干细胞和脂肪干细胞等。 表皮干细胞 表皮干细胞来源于外胚层，具有双向分化的能力，位于与真皮乳头层顶部相连的基底层或表皮基部的基底层。正常情况下，大部分的表皮干细胞处于静息状态，只有部分细胞脱离干细胞群落进入分化周期，向下迁移可分化为表皮基底层细胞，进而生成毛囊；向上迁移则最终分化为各种表皮细胞。移植到创面的表皮干细胞可以向表皮分化，具有分化为毛囊和