生物材料学教学大纲

1、生物材料学一、课程说明课程编号：070219Z10课程名称：生物材料学 / Biomaterial Science课程类别：专业教育课程学时/学分：24/1.5 先修课程：材料科学基础适用专业：材料化学教材、教学参考书：1.阮建明主编.生物材料学.北京：科学出版社.2004年，2007年；2.周长忍主编.生物材料学.北京：北京大学出版社.2008年；二、课程设置的目的意义生物材料学是为材料和临床医学专业的设立的拓展知识体系的专业选修课，课程的设置目的是让学生通过学习生物材料化学这门交叉学科的课程，了解材料的性质和基本制备技术以及材料在临床应用中的各种问题，课程内容将材料性质与材料应用相结合，建

2、立材料化学成分材料制备技术材料性质材料应用环境要求的基本意识，特别注重生物材料的特点，在材料属性与临床应用方面建立合理的思维与联想，有利于创新性的开发新的生物材料、以及相关新技术，为从事生物材料及临床应用研究提供必要基础。三、课程的基本要求知识：掌握生物材料学的基本概念，物质结构特点及与性质的关系，材料的晶体与非晶态材料的结构特点与特性，应用于生物材料的金属、合金、陶瓷以及高分子材料的结构特点与基本性质性质，生物材料制备新技术，以及生物材料结构与使用性能基本要求，材料与人体组织间相互作用的基本行为和有关的科学问题。学会从材料的性质出发选择制备方法，建立材料设计的基本思维方式，从组成与结构的关系

3、分析材料的性能，从获得的材料的性质出发选择制备方法，形成生物材料设计新材料开发的基本知识结构。能力：从应用的角度开发新材料和选择制备技术和方法，将材料的知识用于解决材料制备的工程问题；用材料结构的表征方法进行材料性质的分析，根据生命科学和临床应用要求培养设计和研制生物材料的能力；掌握最基本的材料设计理念，针对具体问题提出有效的解决方案，提高开发新材料的能力；在材料学与临床医学学科的交叉知识的讨论中培养创新意识，提高分析、发现、研究和解决问题的能力； 素质：建立材料性质应用要求光亮的观念，通过课程中的分析讨论辩论培养分析沟通交流素质，建立生物材料设计制备到应用的思维模式，通过课程教学案例的模式，

4、培养自主学习和综合思考的意识，形成不断学习和适应发展素质。四、教学内容章节教学内容学时分配讲学(含研讨)教学重点教学难点教学方案设计（含教学方法、教学手段）第一章绪论 (Introduction)1.1生物材料的发展背景1.2生物材料的基本性质1.3 生物材料学基本构成1.4 材料与临床医学的联系问题 (Q/A)2生物材料学学科的发展和研究内容。专业学科间的距离与 隔阂。结合临床应用讨论生物材料学的发展沿革，学科间公共知识体系的建立材料学、临床医学、生物学知识的介绍与讨论第二章材料的基本结构与特性2.1原子结合2.2晶体结构与纳米结构2.3非晶及复合材料结构2.4材料中的缺陷2.5力学性能2.

5、6表面特性2.7材料结构与性能分析检测方法与技术问题 (Q/A)4力学性能表面特性，材料结构与性能分析检测方法与技术，材料性能与构成元素的关联，材料性能与微观结构的关系。不同性质材料的晶体结构与非晶结构，材料中的缺陷。教学思路：材料微观结构引入材料晶体与非晶体的基本概念；用原子结合能表现材料的强度性能；用位错和缺陷表现材料性能 差距。教学模式：课前导学（前修课知识归纳与思考题）；3学时课程讲授；1学时典型结构分析。第三章金属植入材料3.1不锈钢材料3.2钴基合金3.3钛及钛合金3.4齿科金属3.5金属植入体的腐蚀3.6 金属基新材料研究问题 (Q/A)4不锈钢材料成分，应力-应变关系，金属生物

6、材料的基本性质，钴基生物医用材料的制备方法与技术，材料在动物体环境中表面和结构变化。金属元素与人体软硬组织的差别。生物力学相容性。高性能（力学性能）的疲劳因素。教学思路：结合临床应用需求讨论金属性质的材料的性能，以及可能的应用失败，材料的仿生设计与制备的可能性。教学模式：课前导学（前修课知识归纳与思考题）；3学时课程讲授；1学时金属基新材料的 研究。第四章陶瓷植入材料4.1陶瓷的结构-性能关系4.2生物惰性陶瓷4.3生物活性陶瓷4.4生物玻璃陶瓷问题 (Q/A)2陶瓷材料生物活性与生物惰性，陶瓷材料结构的复杂性，功能陶瓷材料的应用问题。陶瓷构成元素与生物 活性间的 关系。教学思路：对比骨组织构

7、成讨论陶瓷材料的生物活性与生物惰性；由元素因素讨论陶瓷材料的骨性结合与界面生物矿化。教学模式：课前导学（前修课知识归纳与思考题）；2学时课程讲授。第五章高分子植入材料5.1高分子聚合与加工5.2结构改变和温度对高分子材料性能的影响5.3聚合物植入材料5.4高强热塑性植入材料5.5高分子材料老化变质特征5.6 功能高分子材料5.7复合材料问题 (Q/A)3对比人体软组织蛋白质氨基酸引入高分子材料，从高分子材料聚合度、结晶度、分子量等结构因素表征高分材料的性能与结构关系。高分子材料聚合度与结晶度与材料生物性质以及生物降解性的内在因素。材料的应变弛豫与应力弛豫。教学思路：从单体分子和分子链和结合引入

8、高分子材料的基本结构；由元素因素讨论高分子材料与蛋白质氨基酸的相近性。教学模式：课前导学（前修课知识归纳与思考题）；3学时课程讲授。第六章生物组织对植入材料的反应6.1伤口弥合过程6.2生物系统对植入物的反应6.3血液相容性6.4基因突变与风险检查6.5重要蛋白质6.6组织的结构-性能关系问题 (Q/A)3着重讨论生物体宏观环境对植入材料的作用，材料微观结构的变化，血液功能细胞的破坏，免疫体系对植入材料的 作用。本章难点生物系统对植入物的相互作用的认知。教学思路：结合人体环境和组织与材料的差异，讨论材料与人体组织间的相互作用机理。教学模式：课前导学（前修课知识归纳与思考题）；2学时课程讲授。1

9、学时专题讨论：组织工程支架材料。第七章软组织替代与修复7.1手术缝合线，手术胶7.1人造皮肤7.2颌面外科和软组织修复材料7.3心血管替代材料与心脏瓣膜7.4人工器官7.5组织工程用支架材料问题 (Q/A)3重点讨论不同的生理需要，不同的部位对材料应用要求不同，讨论手术用材料、颌面外科修复用材料，整容矫形用生物材料的结构设计与使用。充分理解人体结构的复杂性，特点越鲜明的材料，局限性越突出。教学思路：结合人体软组织和器官修复组织与材料的差异，讨论材料与人体组织间的相互作用机理。教学模式：课前导学（前修课知识归纳与思考题）；2学时课程讲授。1学时专题讨论： 人工心脏的设计与材料 因素。第八章硬组织

10、替代与修复8.1内固定材料8.2松质骨替代材料8.3脊椎固定装置8.4人工关节8.5电，磁刺激骨缺陷生长修复8.6植入体界面问题8.7致密骨替代材料问题 (Q/A)3以大量的临床创伤及各种骨组织疾病缺损治疗引入具有优良力学性能和生物学性能修复材料，着重讨论人工关节的制备技术。材料密度、弹性模量等因素与人体骨硬组织的适配性，应力遮蔽问题以及解决问题方法的探讨，材料表面结构改变对生物相容性的改善。教学思路：结合人体骨与牙等组织讨论各种不同属性材料材料的应用以及局限性。教学模式：课前导学（前修课知识归纳与思考题）；2学时课程讲授。1学时专题讨论：生物相容性。考试五、实践教学内容和基本要求本课程不含实践学时。六、考核方式及成绩评定教学过程中采取讲授、讨论、分析、作业、课前导学的方