生物材料全册配套完整课件

1、生物材料全册配套完整课件生物材料全册配套完整课件生物材料 教学计划与主要参考书教学计划与主要参考书总学时：总学时：4040 其中讲课；其中讲课；34 34 复习复习4 4；考试；考试2 2学时；学时； 第一章：第一章：4 4学时学时 第二章：第二章：4 4学时学时 第三章：第三章：4 4学时学时 第四章：第四章：6 6学时学时 第五章：第五章：6 6学时学时 第六章：第六章：4 4学时学时 第七章：第七章：4 4学时学时 机动：机动：2 2学时学时主要参考书：主要参考书：1)1)生物材料学生物材料学讲义讲义 周长忍编周长忍编 学校教材科学校教材科2)2)生物医用材料生物医用材料 俞耀庭俞耀庭

2、张兴栋主编张兴栋主编 天津大学出版社天津大学出版社3 3）生物材料学生物材料学周长忍主编周长忍主编 中国医药科技出版社中国医药科技出版社 生物材料的应用实例生物材料的应用实例2022-2-232022-2-242022-2-252022-2-262022-2-27第一章第一章 绪论绪论 第一节第一节 引言引言 二十一世纪的支柱学科二十一世纪的支柱学科生物生物: : 与人的生命息息相关与人的生命息息相关材料：材料： 与人的生活形影不离与人的生活形影不离信息：信息： 与人的交流密不可分与人的交流密不可分环境：环境： 与人的生存唇齿相依与人的生存唇齿相依. 一切先进的科学技术都是为了提高人一切先进的

3、科学技术都是为了提高人类类生活质量生活质量, , 延长延长人类寿命。人类寿命。 成功成功= =（智慧（智慧X0.3+X0.3+毅力毅力X0.7)XX0.7)X身体健康系数身体健康系数 健康身体是基本保证。健康身体是基本保证。 2022-2-210人类寿命与遗传有关人类寿命与遗传有关与生活工作环境有关与生活工作环境有关与疾病预防治疗有关与疾病预防治疗有关疾疾病病影响因素影响因素治疗方法治疗方法药物、物理、化学治疗药物、物理、化学治疗器官移植器官移植自体移植自体移植异体移植异体移植异种移植异种移植人工器官人工器官克隆技术克隆技术组织工程组织工程器官或组器官或组织不正常织不正常再生医再生医学学202

4、2-2-211疾病诊断疾病诊断 医疗器械或设备医疗器械或设备 生物材料生物材料 临床医学临床医学 材料材料 生物材料生物材料疾病治疗疾病治疗 器械设备器械设备 高效低毒药物高效低毒药物2022-2-212（一）生物材料的概念（一）生物材料的概念 生物材料生物材料 BiomaterialsBiomaterials（也称生物医（也称生物医用材料用材料Biomedical MaterialsBiomedical Materials）是一类）是一类具有特殊性能、特种功能，能用于人具有特殊性能、特种功能，能用于人工器官制造、人体组织修复或再生、工器官制造、人体组织修复或再生、理疗康复、诊断检查、治疗疾患

5、等医理疗康复、诊断检查、治疗疾患等医疗、保健领域，而对人体无不良影响疗、保健领域，而对人体无不良影响的材料。的材料。 2022-2-213（二）生物材料的基础（二）生物材料的基础 先进的临床医学离不开新型的生物材料2022-2-214.生物材料能否用于人体？生物材料能否人工合成？2022-2-215人体轴面图人体轴面图人体器官人体器官2022-2-217人体全身血管人体全身血管2022-2-218人体结构和功能的基本单位人体结构和功能的基本单位细胞细胞细胞的微观结构及细胞膜细胞的微观结构及细胞膜2022-2-220生物大分子生物大分子生物大分子与合成高分子生物大分子与合成高分子2022-2-2

6、22（三）生物材料的分类（三）生物材料的分类l按材料的来源分类 （天然、合成、半合成等） l按材料的使用要求分类（后详述）按材料的性质分类（有机、无机、金属等） l按材料的应用部位分类（口腔材料、眼科材料、骨科材料、心血管材料等）2022-2-223按材料的使用要求分类按材料的使用要求分类 非植入材料：只与体表或体腔接触。非植入材料：只与体表或体腔接触。 如医疗器械、注射器、导管、如医疗器械、注射器、导管、 绷带、敷料、创可贴等绷带、敷料、创可贴等 半植入材料：植入体内一段时间，半植入材料：植入体内一段时间， 待功能完成后取出。如内固定待功能完成后取出。如内固定 材料、手术缝合线、隐形眼镜等。

7、材料、手术缝合线、隐形眼镜等。 植入材料：作为修复或替换材料长期植植入材料：作为修复或替换材料长期植 入体内。如人工器官、血管支架、入体内。如人工器官、血管支架、 牙科材料。牙科材料。 （五）生物材料的学科内容（五）生物材料的学科内容1. 1. 人体生理环境、组织结构、器官生理功能等及其临床替人体生理环境、组织结构、器官生理功能等及其临床替代方法和技术。代方法和技术。2. 2. 特种生物功能材料的合成、改性、加工成型以及材料的特种生物功能材料的合成、改性、加工成型以及材料的特种功能与其结构之间的关系。特种功能与其结构之间的关系。 3. 3. 材料与细胞、组织、血液、体液、蛋白、免疫、内分泌材料

8、与细胞、组织、血液、体液、蛋白、免疫、内分泌等系统的相互作用以及减少材料毒副作用的方法。等系统的相互作用以及减少材料毒副作用的方法。 4. 4. 材料的灭菌、消毒、医用安全性评价方法与标准以及管材料的灭菌、消毒、医用安全性评价方法与标准以及管理法规的研究。理法规的研究。 2022-2-225l生物材料的用途只有一个就是改善人类的生活质量、延长人类的寿命。具体讲就是防病、诊病、治病和康复。六、六、生物材料的用途生物材料的用途2022-2-226l改善l 生活质量、 延长 人类寿命。 诊病、治病、防病。生物材料的用途生物材料的用途2022-2-227人工器官（一）人工血管人工血管 人工瓣膜人工瓣膜

9、 人工心脏人工心脏人工血浆人工血浆 人工蛋白人工蛋白 人工晶体人工晶体人工角膜人工角膜 人工泪管人工泪管 人工耳骨人工耳骨人工食道人工食道 人工胆道人工胆道 人工膀胱人工膀胱人工颅骨人工颅骨 人工关节人工关节 人工乳房人工乳房人工睾丸人工睾丸 人工阴茎人工阴茎 人工皮肤人工皮肤 人工软骨人工软骨 人工神经人工神经 人工尿道人工尿道人工牙托人工牙托 人工肌腱人工肌腱 人工血管等。人工血管等。人工器官（二）人工喉人工喉 人工肾人工肾 人工肝人工肝 人工肺人工肺人工胰人工胰 人工骨人工骨 人工耳人工耳 人工肠人工肠人工齿人工齿 人工指人工指 人工泪人工泪 人工骨人工骨人工玻璃体人工玻璃体 人工输尿管

10、人工输卵管人工输尿管人工输卵管人工括约肌人工括约肌 人工视网膜人工视网膜人工胰细胞人工胰细胞人工甲状腺人工甲状腺 人工心脏瓣膜人工心脏瓣膜 等等等等 医疗器械及制品 输液输血袋输液输血袋 输液输血器输液输血器 手术覆盖膜手术覆盖膜 医用粘合剂医用粘合剂 心脏起搏器心脏起搏器 体外氧合器体外氧合器 血浆分离器血浆分离器 透析器管道透析器管道 女性节育器女性节育器 药物缓释器药物缓释器 手术缝合线手术缝合线 生物传感器生物传感器 手术器械手术器械 医用导管医用导管 医用插管医用插管 止血海绵止血海绵 医用手套医用手套 隐形眼镜隐形眼镜 矫形钉矫形钉 矫形板矫形板 骨水泥骨水泥 脊椎钉脊椎钉 注射器

11、注射器 储血袋储血袋 创可贴创可贴 绷带等绷带等新型药物及制剂l1. 控缓释给药系统控缓释给药系统Controlled or sustained release Drug Delivery Systems（DDS）l2. 微粒工程系统（微粒工程系统（Particle engineering DDS）l3. 靶向给药系统（靶向给药系统（targeting DDS）或定位给药系统（）或定位给药系统（site-specific DDS）l4. 智能给药系统（智能给药系统（intelligent DDS）或自我调节给药系统）或自我调节给药系统（self-regulated DDS）l5. 经皮给药系统

12、（经皮给药系统（Transdermal DDS）l6. 粘膜给药系统（粘膜给药系统（mucosal DDS）l7. 植入给药系统（植入给药系统（implanting DDS）l8. 多肽、蛋白、疫苗类药物给药系统（多肽、蛋白、疫苗类药物给药系统（Peptide, protein and vaccine DDS）l9. DNA基因治疗给药系统（基因治疗给药系统（DNA DDS for Gene therapy）l10.高分子药物（高分子药物（Polymer Drugs）2022-2-231 例一 血液净化器2022-2-232例二 人工心脏与心脏起搏器2022-2-233例三 人工血管与支架 .

13、2022-2-234例四 人工心脏瓣膜2022-2-235例五 人工耳2022-2-236 例六 人工骨图5-1 生物材料在骨修复中应用2022-2-238七、生物材料的一般要求七、生物材料的一般要求l1、必须符合必须符合“医用级医用级”标准标准l2、溶出物溶出物和可和可渗出物渗出物含量低含量低l3、良好的生物稳定性（、良好的生物稳定性（生物相容性生物相容性）l4、优良的、优良的机械性能机械性能l5、便于、便于灭菌灭菌和和消毒消毒l6、价格便宜、价格便宜2022-2-239教育部关于战略性新兴产业相关专业申报和审批工作的通知（ 2010年3月）l战略性新兴产业涉及的领域包括：战略性新兴产业涉及

14、的领域包括：新能源产新能源产业。可再生能源技术、节能减排技术、清洁煤业。可再生能源技术、节能减排技术、清洁煤技术、核能技术，节能环保和资源循环利用，技术、核能技术，节能环保和资源循环利用，以低碳排放为特征的工业、建筑、交通体系，以低碳排放为特征的工业、建筑、交通体系，新能源汽车等。新能源汽车等。信息网络产业。传感网、物信息网络产业。传感网、物联网技术。联网技术。新材料产业。微电子和光电子材新材料产业。微电子和光电子材料和器件、料和器件、新型功能材料新型功能材料、高性能结构材料、高性能结构材料、纳米技术和材料等。纳米技术和材料等。农业和医药产业。转基农业和医药产业。转基因育种技术。创新药物和因育

15、种技术。创新药物和基本医疗器械关键核基本医疗器械关键核心技术。心技术。空间、海洋和地球探索与资源开发空间、海洋和地球探索与资源开发利用。利用。2022-2-240国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定l到到20202020年，年，节能环保节能环保、新一代、新一代信息技术信息技术、生物、生物、高端装备制造产业成为国民经济的高端装备制造产业成为国民经济的支柱产业支柱产业，新新能源能源、新材料新材料、新能源汽车新能源汽车产业成为国民经济的产业成为国民经济的先导产业。先导产业。l新材料产业新材料产业包括特种包括特种功能材料功能材料、高性能复合材料、高性能复合材料、化工新材料、化工新材料、纳米材料

16、纳米材料等；等；l生物产业涉及创新药物、生物医药、先进医疗设生物产业涉及创新药物、生物医药、先进医疗设备、备、生物育种生物育种、干细胞干细胞、转基因转基因6 6个子行业。个子行业。 2022-2-241八、生物材料的发展与展望l生物材料的发展l 生物材料发展的四个阶段.l 直接天然材料 生物惰性材料 l 改性天然材料 l l 生物降解材料 生物活性材料 2022-2-242生物材料的发展与展望l1、生物材料的发展、生物材料的发展l公元前公元前3000年，中国、古埃及利用天然产物进行伤口缝合，制造假牙等。年，中国、古埃及利用天然产物进行伤口缝合，制造假牙等。l1588年用黄金板修复颅骨年用黄金板

17、修复颅骨l1775年用金属固定内骨折年用金属固定内骨折l1851年用天然橡胶做牙托年用天然橡胶做牙托l1940年人工器官相继临床应用年人工器官相继临床应用l1994年美国约有年美国约有4万人接受器官移植万人接受器官移植l2000年美国生物材料制品的产值达年美国生物材料制品的产值达800亿美元，而我国生物材料制品的产值不到亿美元，而我国生物材料制品的产值不到20亿人民币。美国已有亿人民币。美国已有1100万人身体内至少有一件生物材料制品。万人身体内至少有一件生物材料制品。l目前所有的人体器官均已被研究，并且许多已作为商品出售，仅美国和西欧，每目前所有的人体器官均已被研究，并且许多已作为商品出售，

18、仅美国和西欧，每年就有上百万病人使用人工器官，每年用于修复的植入材料已逾年就有上百万病人使用人工器官，每年用于修复的植入材料已逾500万件，欧美万件，欧美国家的人年均消费在国家的人年均消费在100美元以上。美元以上。 中国人均消费不到中国人均消费不到30元人民币。元人民币。l生物材料及其制品是生物材料及其制品是21世纪最有生机的产业其产值将超过电子信息产品。世纪最有生机的产业其产值将超过电子信息产品。l2010年再生医学生物材料为再生医学奠定了物质基础。年再生医学生物材料为再生医学奠定了物质基础。l2012年年3D打印机打印出具有生物活性的耳朵打印机打印出具有生物活性的耳朵2022-2-243

19、l2、生物材料的发展趋势、生物材料的发展趋势l血液相容性材料的研制（抗凝血材料）血液相容性材料的研制（抗凝血材料）l生物降解材料的研制及临床应用生物降解材料的研制及临床应用l人工器官的功能和结构改进人工器官的功能和结构改进l生物活性材料生物活性材料l组织工程化器官（再生医学）组织工程化器官（再生医学）l开发新型医疗器械开发新型医疗器械l缓释控释药物的开发及临床应用缓释控释药物的开发及临床应用l材料与人体组织或器官之间的相互作用材料与人体组织或器官之间的相互作用2022-2-244 第二节第二节生物材料的最新研究进展生物材料的最新研究进展2022-2-245一、人工器官一、人工器官2022-2-

20、2462022-2-247l人工器官的发展方向是小型化人工器官的发展方向是小型化和智能化和智能化l人工器官的关键性难题就是功人工器官的关键性难题就是功能化能化2022-2-248 。 二、二、克隆技术2022-2-249早期的克隆幻想早期的克隆幻想2022-2-250克隆技术研究现状克隆技术本身无可厚非克隆技术本身无可厚非克隆人是对人类的反动克隆人是对人类的反动克隆人的代际关系与传统的父母克隆人的代际关系与传统的父母子女关系出现断裂，子女关系出现断裂，传统的生育伦理面临严峻挑战，传统的生育伦理面临严峻挑战，克隆废品如何处理，克隆废品如何处理，克隆人之间的关系十分尴尬，非克隆人之间的关系十分尴尬

21、，非现代伦理所能调适，现代伦理所能调适，相同基因克隆人之间是何种关系，相同基因克隆人之间是何种关系，更何况难以分辨，无法识别身份。更何况难以分辨，无法识别身份。生命价值，人类尊严会发生重大生命价值，人类尊严会发生重大变化，以人为本已无意义。变化，以人为本已无意义。造人工厂一旦形成，人和普通产造人工厂一旦形成，人和普通产品还有什么区别，以医疗为目的品还有什么区别，以医疗为目的的克隆人会使人类身体商品化的克隆人会使人类身体商品化。l 组织工程示意图组织工程示意图三、组织工程学 2022-2-252神神 经经 桥桥 接接2022-2-253组织工程化软骨2022-2-254 组织工程化耳组织工程化耳

22、2022-2-255In vitro eng-earFemurArticular cartilageMeniscusTrachea TendonTM jointSkinCornea stromaCornea epitheliumVesselNerve2022-2-256英国医学杂志英国医学杂志柳叶刀柳叶刀报告说，报告说，美国科学家成功地在实验室中培美国科学家成功地在实验室中培育出再生膀胱，并顺利移植到育出再生膀胱，并顺利移植到7名名患者体内。这是世界上第一次将患者体内。这是世界上第一次将实验室培育出的完整器官成功移实验室培育出的完整器官成功移植入患者体内，这次重大突破将植入患者体内，这次重大突

23、破将为此后其他器官的培育研究增添为此后其他器官的培育研究增添希望，也将为成千上万苦苦等待希望，也将为成千上万苦苦等待器官移植的患者带来福音。器官移植的患者带来福音。再生再生膀胱在人体内移植成功意味着组膀胱在人体内移植成功意味着组织工程技术从单一组织向复合组织工程技术从单一组织向复合组织的飞跃，离心脏、肝脏和肾脏织的飞跃，离心脏、肝脏和肾脏等功能性器官的再生和修复更近等功能性器官的再生和修复更近了一步。了一步。2022-2-257 纳米技术是纳米技术是20世纪世纪80年代末期刚刚诞生并正在崛起年代末期刚刚诞生并正在崛起的新科技，它的基本涵本是在纳米尺寸（的新科技，它的基本涵本是在纳米尺寸（101

24、0107m）范围内认识和改造自然，通过直接操作和安排）范围内认识和改造自然，通过直接操作和安排原子、分子创造新物质。原子、分子创造新物质。 纳米科技是研究由尺寸在纳米科技是研究由尺寸在0.1100nm之间的物质组之间的物质组成的体系的运动规律和相互作用可能的实际应用中的成的体系的运动规律和相互作用可能的实际应用中的技术问题的科学技术。技术问题的科学技术。 四、纳米技术与材料2022-2-258 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。如果按维数，纳米材料的基本由它们作为基本单元构成的材料。如果按维数，

25、纳米材料的基本单元可以分为三类单元可以分为三类 零维，指在空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米尺度颗粒、原零维，指在空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米尺度颗粒、原子团簇等；子团簇等； 一维，指在空间有两维尺度处于纳米尺度，如纳米丝、纳米棒、一维，指在空间有两维尺度处于纳米尺度，如纳米丝、纳米棒、纳米管等；纳米管等； 二维，指在三维空间中有一维在纳米尺度，如超薄膜、多层膜。二维，指在三维空间中有一维在纳米尺度，如超薄膜、多层膜。2022-2-259纳米技术与生物材料2022-2-260五、自组装材料l自然界自组装过程很自然界自组装过程很l多，小到树叶上的水多，小到树叶上的水l滴，其表面的弯曲恰滴，其表

26、面的弯曲恰l到好处，其实是简单到好处，其实是简单l的热力学自组装。的热力学自组装。 生命体的形成是复杂生命体的形成是复杂 的自组装过程的自组装过程,从一从一 个胚胎发育成一个生个胚胎发育成一个生 命命,不需要人类的手动不需要人类的手动 进行参与。进行参与。2022-2-261自组装材料在生物材料的应用l目前的汽车、计算机、电话等都目前的汽车、计算机、电话等都是先制造出配件，然后人类动手是先制造出配件，然后人类动手组装，自动化程度再搞也是人在组装，自动化程度再搞也是人在操纵，不会在地下长出一辆汽车，操纵，不会在地下长出一辆汽车，也不会在树上结出一部收音机等。也不会在树上结出一部收音机等。l科学家

27、们正在设想制造出能用一科学家们正在设想制造出能用一套已建立的指令来自我设计并能套已建立的指令来自我设计并能模仿生命自组装的材料。这种材模仿生命自组装的材料。这种材料的原子、分子、原子团和组件料的原子、分子、原子团和组件能够自动进行组装，不需要人的能够自动进行组装，不需要人的操纵。操纵。2022-2-262自组装材料在生物材料的应用l理想的自组装材料尚未出现，但有关研究已理想的自组装材料尚未出现，但有关研究已经取得了一些成果。如：经取得了一些成果。如：l浮法玻璃生产技术：熔融的玻璃在熔融的金属（锡）自动形成的玻璃浮法玻璃生产技术：熔融的玻璃在熔融的金属（锡）自动形成的玻璃两面平坦光滑，比先生产玻

28、璃在抛光物美价廉的多。两面平坦光滑，比先生产玻璃在抛光物美价廉的多。l利用自组装技术生产的石墨管，可达到纳米级。利用自组装技术生产的石墨管，可达到纳米级。l有磷脂分子自组装形成的药物载体，就是利用磷脂分子的自组装功能有磷脂分子自组装形成的药物载体，就是利用磷脂分子的自组装功能形成的微型球状类脂题。形成的微型球状类脂题。l理想的自组装材料应有一定的记忆功能，记忆芯片和微电子技术已经理想的自组装材料应有一定的记忆功能，记忆芯片和微电子技术已经可按指令进行动作。可按指令进行动作。l自组装材料的神奇性在于能彻底消除人的劳动可能导致的事物或损伤。自组装材料的神奇性在于能彻底消除人的劳动可能导致的事物或损

29、伤。2022-2-263六、液晶类生物材料 1、什么是液晶？液晶可理解为液态的晶体。、什么是液晶？液晶可理解为液态的晶体。有时也成为流动的晶体。与物质的晶体、液体和气有时也成为流动的晶体。与物质的晶体、液体和气体有明显的区别，有时称为物质的第四态。体有明显的区别，有时称为物质的第四态。 2、液晶的特殊性能：、液晶的特殊性能： 结构和性质的各向异性；结构和性质的各向异性； 外场变化对结构性外场变化对结构性能影响的敏感性；低黏度高流动性；液晶分子的自能影响的敏感性；低黏度高流动性；液晶分子的自组装性；生物组织的相容性等。组装性；生物组织的相容性等。 3、液晶的应用：光电显示、温度指示、光学、液晶的

30、应用：光电显示、温度指示、光学记录、光学储存、光导材料、分子增强材料、高模记录、光学储存、光导材料、分子增强材料、高模量高强度材料、生物医用等。量高强度材料、生物医用等。体内所有生人物膜均为液晶态人体内的生物膜分子形态与合成液晶的形态人体内的生物膜分子形态与合成液晶的形态液晶类生物材料 4、液晶的类型：、液晶的类型： 小分子液晶、高分子液晶、主链液晶、侧链液晶；小分子液晶、高分子液晶、主链液晶、侧链液晶； 近晶型、近晶型、 向列型、胆甾型；热致型、溶致型。向列型、胆甾型；热致型、溶致型。 5、自然界中的液晶：液晶最早的发现是在、自然界中的液晶：液晶最早的发现是在植物体内（植物体内（1888年）

31、。年）。 生物组织必须有足够的刚性，使其正常发挥生物组织必须有足够的刚性，使其正常发挥功能，并且有一定的流动性，使生物体内的所有功能，并且有一定的流动性，使生物体内的所有过程能够进行。这种刚性和流动性之间精巧的平过程能够进行。这种刚性和流动性之间精巧的平衡只有液晶才能完成。实际上人体内的所有生物衡只有液晶才能完成。实际上人体内的所有生物膜均处于液晶态。膜均处于液晶态。2022-2-267七 再生医学 利用机体细胞重新制作损伤的组织、器官，使其恢复自然状利用机体细胞重新制作损伤的组织、器官，使其恢复自然状态的研究再生医学（态的研究再生医学（regenerative medicine） 利用生物及

32、工程学的理论方法创造丢失或功能损伤的组织和利用生物及工程学的理论方法创造丢失或功能损伤的组织和器官，使其具备正常组织和器官的结构和功能。器官，使其具备正常组织和器官的结构和功能。2022-2-268再生医学是综合科学涉及生命科学涉及生命科学涉及材料科学涉及材料科学涉及组织工程学涉及组织工程学涉及社会伦理学涉及社会伦理学 细胞、细胞外基质、生物材料细胞、细胞外基质、生物材料2022-2-26970再生医学（再生医学（regenerative medicine，RM）原先原先指指体内体内组织再生的理论、技术和外科操作；现在，它组织再生的理论、技术和外科操作；现在，它的内涵已不断扩大，包括：的内涵已

33、不断扩大，包括：组织工程细胞和细胞因子治疗基因治疗2022-2-270.我们的研究成果多次循环法多次循环法制备的多种孔壁形态制备的多种孔壁形态 ( (蜂窝型蜂窝型, , 堡垒型堡垒型, , 纤维型纤维型, , 丝网型丝网型) )材料材料 SEMSEM电镜观电镜观察多孔结构察多孔结构（100100） 4500 1000 1250 800 2022-2-272骨基质体视显微照片骨基质体视显微照片骨基质倒置显微镜观察骨基质倒置显微镜观察 骨基质支架材料外观骨基质支架材料外观 2022-2-273 性能组成拉伸强度MPa弯曲强度MPa弯曲模量GPa纯PLLA65.178.62.6PLLA+20%nHA

34、+5%Fibre93.3152.85.1PLLA+20%nHA+10%Fibre110.6171.56.22022-2-274 功能化纳米羟基磷灰石的制备技术功能化纳米羟基磷灰石的制备技术2022-2-275 功能化聚乳酸大分子单体的合成功能化聚乳酸大分子单体的合成H OC H2CC H2HO HO H+OCOCOO3 m1 3 0 oCS to tcR OC H2CC H2HO ROCC HC H3OCC HC H3OHOOmRT E AA c r y lo y l c h lo r id eT OC H2CC H2HO TOCC HC H3OCC HC H3OCOOmC HC H2OT膜材

35、料植入膜材料植入3 3个月后的病理学观察（个月后的病理学观察（100100） 培养培养6 6天的细胞在材料上的生长情况（天的细胞在材料上的生长情况（200200） 2022-2-276功能化壳聚糖壳聚糖正常骨功能化壳聚糖 骨诱导功能化壳聚糖的合成骨诱导功能化壳聚糖的合成2022-2-277聚乳酸聚乳酸/羟基磷灰石复合支架材料羟基磷灰石复合支架材料2022-2-278 聚乳酸聚乳酸/ /纳米羟基磷灰石纳米羟基磷灰石/ /甲壳素纤维三元复合支架材料甲壳素纤维三元复合支架材料L6细胞在复合材料的生长情况（细胞在复合材料的生长情况（7d，100） 光学显微镜光学显微镜 六周复合材料与组织界面基本模糊六

36、周复合材料与组织界面基本模糊 2022-2-279材料固化后形貌材料固化后形貌良好的可注射性和塑性良好的可注射性和塑性新研制的材料新研制的材料 可注射型骨组织修复材料可注射型骨组织修复材料2022-2-280可注射壳聚糖可注射壳聚糖/ /透明质酸凝胶体系透明质酸凝胶体系可注射凝胶可注射凝胶2022-2-281含药人工角膜（治疗性隐形眼镜）含药人工角膜（治疗性隐形眼镜）生物降解粘合剂（关键技术已申请专利）生物降解粘合剂（关键技术已申请专利） 骨钉、骨板骨钉、骨板 绷带可用绷带可用 去除骨碎填去除骨碎填 充骨水泥充骨水泥 可降解型人体组织粘合剂可降解型人体组织粘合剂 口腔材料口腔材料可吸收性生物膜

37、（种植牙根隔离膜）可吸收性生物膜（种植牙根隔离膜） 经济效益预测：经济效益预测： 800元元/人（人（cm2 ） 100000 10%=800万元万元/年年牙槽骨缺损诱导再生材料牙槽骨缺损诱导再生材料 经济效益基本同上经济效益基本同上 耳鼻喉科材料耳鼻喉科材料吸水膨胀止血材料吸水膨胀止血材料（国外产品（国外产品80元元/个，每个病人至个，每个病人至 少两个，全国两万家医院均可使用）少两个，全国两万家医院均可使用） 眼科材料眼科材料人工泪管；人工泪管；角膜损伤、青光眼滤过术后瘢痕抑制材料角膜损伤、青光眼滤过术后瘢痕抑制材料 疼痛科材料疼痛科材料体内埋植缓释止疼药物体内埋植缓释止疼药物 心血管材料

38、心血管材料药物缓释性血管支架药物缓释性血管支架 可降解型血管支架可降解型血管支架正在研发的项目正在研发的项目思考题思考题l生物材料所包含的研究内容是什么？生物材料所包含的研究内容是什么？l生物材料的标准分类方法是什么？生物材料的标准分类方法是什么？l生物材料与人体自身材料相比有何缺点？生物材料与人体自身材料相比有何缺点？l为什么生物材料将会成为为什么生物材料将会成为21世纪的朝阳产业？世纪的朝阳产业？2022-2-285 生物材料生物材料 Biomaterials 暨南大学暨南大学 周周 长长 忍忍TelTel：8522666385226663（L) 85222680(h)L) 8522268

39、0(h) E-mail: E-mail:2022-2-287（一）生物材料的概念（一）生物材料的概念 生物材料生物材料 BiomaterialsBiomaterials（也称生物医（也称生物医用材料用材料Biomedical MaterialsBiomedical Materials）是一类）是一类具有特殊性能、特种功能，能用于人具有特殊性能、特种功能，能用于人工器官制造、人体组织修复或再生、工器官制造、人体组织修复或再生、理疗康复、诊断检查、治疗疾患等医理疗康复、诊断检查、治疗疾患等医疗、保健领域，而对人体无不良影响疗、保健领域，而对人体无不良影响的材料。的材料。 2022-2-288（二）

40、生物材料的基础（二）生物材料的基础 先进的临床医学离不开新型的生物材料2022-2-289（三）生物材料的分类（三）生物材料的分类l按材料的来源分类 （天然、合成、半合成等） l按材料的使用要求分类（后详述）按材料的性质分类（有机、无机、金属等） l按材料的应用部位分类（口腔材料、眼科材料、骨科材料、心血管材料等）按材料的使用要求分类按材料的使用要求分类 非植入材料：只与体表或体腔接触。非植入材料：只与体表或体腔接触。 如医疗器械、注射器、导管、如医疗器械、注射器、导管、 绷带、敷料、创可贴等绷带、敷料、创可贴等 半植入材料：植入体内一段时间，半植入材料：植入体内一段时间， 待功能完成后取出。

41、如内固定待功能完成后取出。如内固定 材料、手术缝合线、隐形眼镜等。材料、手术缝合线、隐形眼镜等。 植入材料：作为修复或替换材料长期植植入材料：作为修复或替换材料长期植 入体内。如人工器官、血管支架、入体内。如人工器官、血管支架、 牙科材料。牙科材料。 2022-2-291 （五）生物材料的学科内容（五）生物材料的学科内容1. 1. 人体生理环境、组织结构、器官生理功能等及其临床替人体生理环境、组织结构、器官生理功能等及其临床替代方法和技术。代方法和技术。2. 2. 特种生物功能材料的合成、改性、加工成型以及材料的特种生物功能材料的合成、改性、加工成型以及材料的特种功能与其结构之间的关系。特种功

42、能与其结构之间的关系。 3. 3. 材料与细胞、组织、血液、体液、蛋白、免疫、内分泌材料与细胞、组织、血液、体液、蛋白、免疫、内分泌等系统的相互作用以及减少材料毒副作用的方法。等系统的相互作用以及减少材料毒副作用的方法。 4. 4. 材料的灭菌、消毒、医用安全性评价方法与标准以及管材料的灭菌、消毒、医用安全性评价方法与标准以及管理法规的研究。理法规的研究。 2022-2-292l生物材料的用途只有一个就是改善人类的生活质量、延长人类的寿命。具体讲就是防病、诊病、治病和康复。 六、六、生物材料的用途生物材料的用途2022-2-293七、生物材料的一般要求七、生物材料的一般要求l1、必须符合必须符

43、合“医用级医用级”标准标准l2、溶出物溶出物和可和可渗出物渗出物含量低含量低l3、良好的生物稳定性（、良好的生物稳定性（生物相容性生物相容性）l4、优良的、优良的机械性能机械性能l5、便于、便于灭菌灭菌和和消毒消毒l6、价格便宜、价格便宜2022-2-294 生物材料的现状l国家中长期科学和技术发展规划纲要国家中长期科学和技术发展规划纲要(20062020年年)将将“先进医疗设备与先进医疗设备与生物医用材料生物医用材料”列为优先主题。列为优先主题。l我国的医学材料产业与国际差距很大，我国的医学材料产业与国际差距很大，仅占世界市场份额的仅占世界市场份额的3.43%；人均医疗；人均医疗器械消费仅器

44、械消费仅5.46元美元，远低于美国的元美元，远低于美国的309.77美元和欧洲的美元和欧洲的122.59美元；医疗美元；医疗器械与药品市场之比为器械与药品市场之比为1 3.47，远低于，远低于国际国际1.2 1；广东医疗器械产业完成产；广东医疗器械产业完成产值约亿，同比增长约，居值约亿，同比增长约，居全国第一位。全国第一位。 l 但是大宗出口品为技术低端的药棉、纱但是大宗出口品为技术低端的药棉、纱布、手套、按摩器具等，大宗进口的是布、手套、按摩器具等，大宗进口的是技术高端的产品。技术高端的产品。2022-2-295人体器官按需打印 3D生物打印机出炉 l器官移植拯救了很多人的生命，但存器官移植

45、拯救了很多人的生命，但存在着器官来源不足、排异反应等弊端。在着器官来源不足、排异反应等弊端。那么，能否像打印纸张一样打印器官那么，能否像打印纸张一样打印器官呢？这看似不可能的事情在科学家手呢？这看似不可能的事情在科学家手中却已经初步变成了现实。中却已经初步变成了现实。l澳大利亚澳大利亚Invetech公司和美国公司和美国Organovo公司携手研制出了全球首公司携手研制出了全球首台商业化台商业化3D生物打印机。既然生物打印机。既然3D生生物打印机可以按需打印人体器官，研物打印机可以按需打印人体器官，研究人员、外科医生和病人也可能不再究人员、外科医生和病人也可能不再需要对捐赠器官翘首以盼。我们可

46、以需要对捐赠器官翘首以盼。我们可以大胆畅想，或许某一天，我们只需要大胆畅想，或许某一天，我们只需要轻轻按下按钮，就能让轻轻按下按钮，就能让3D生物打印生物打印机制造出我们所需要的器官。机制造出我们所需要的器官。2022-2-296 第二章第二章 生物材料学基础生物材料学基础2022-2-297 第二章第二章 生物材料学基础生物材料学基础 前言前言1、材料科学、环境与能源、信息科学、生物技术形、材料科学、环境与能源、信息科学、生物技术形成了当今世界科学发展的四大支柱学科成了当今世界科学发展的四大支柱学科2、材料的性能不仅与组成有关，而且与材料的结构、材料的性能不仅与组成有关，而且与材料的结构关系

47、十分密切。组分相同的材料也可通过改变关系十分密切。组分相同的材料也可通过改变其内部结构形态改变材料的综合性能其内部结构形态改变材料的综合性能3、原子的结构决定了原子的结合方式，按原子的结、原子的结构决定了原子的结合方式，按原子的结合方式可将固体材料分为金属、陶瓷和高分子合方式可将固体材料分为金属、陶瓷和高分子材料。根据原子或分子的排列有序性，又可将材料。根据原子或分子的排列有序性，又可将材料分为晶体和非晶体两大材料。材料分为晶体和非晶体两大材料。2022-2-298 第一节第一节 制备生物材料的必备条件制备生物材料的必备条件 1、 生物材料的特殊要求生物材料的特殊要求 治病、诊病和防病，更要对

48、人体健康无害；治病、诊病和防病，更要对人体健康无害；某些特殊应用的生物材料还必须具备生物降解和某些特殊应用的生物材料还必须具备生物降解和体内可吸收性能以及合适的力学性能；体内可吸收性能以及合适的力学性能；材料与活材料与活体之间具有良好的体之间具有良好的生物相容性生物相容性；【其中包括对血液的其中包括对血液的反应（血液相容性），对生物组织的反应（组织相容性）和免疫反应（血液相容性），对生物组织的反应（组织相容性）和免疫反应性能等。反应性能等。】 生物材料的生物材料的生物老化性能生物老化性能、降解产品的物理、化降解产品的物理、化学性能学性能均是生物材料十分重要性能指标。均是生物材料十分重要性能指标

49、。2022-2-299 第一节第一节 制备生物材料的必备条件制备生物材料的必备条件l2 2、生物材料的功能要求、生物材料的功能要求l应用目的不同，对其功能要求也千差万别，如有些生物应用目的不同，对其功能要求也千差万别，如有些生物材料及其制品可以全部植入体内，有些则可以穿透上皮材料及其制品可以全部植入体内，有些则可以穿透上皮表面（如皮肤）部分植入体内，有些可以放在体内的空表面（如皮肤）部分植入体内，有些可以放在体内的空腔中但不进入皮下（如假牙、子宫内置物、接触镜等），腔中但不进入皮下（如假牙、子宫内置物、接触镜等），还有些可以放在体外而通过某种方式作用于体内组织还有些可以放在体外而通过某种方式作

50、用于体内组织（如与血管系统相连的体外装置）。对于上述几种不同（如与血管系统相连的体外装置）。对于上述几种不同的用途的生物材料其性能和功能要求也不一样。显而易的用途的生物材料其性能和功能要求也不一样。显而易见，这些功能不可能集于一种材料，但见，这些功能不可能集于一种材料，但必须要求所有材必须要求所有材料均满足生物相容性的要求。料均满足生物相容性的要求。 2022-2-2100第一节第一节 制备生物材料的必备条件制备生物材料的必备条件l2 2、生物材料的功能要求、生物材料的功能要求l（1 1） 力学性能（材料在外力的力学性能（材料在外力的作用下所表现出的综合性能）作用下所表现出的综合性能）l “生

51、命在于运动生命在于运动”，运动就离不，运动就离不开力的作用，力的作用形式很多如：开力的作用，力的作用形式很多如：剪切、压缩、弯曲、拉伸、扭曲、剪切、压缩、弯曲、拉伸、扭曲、摩擦等。对于生命现象所涉及的以摩擦等。对于生命现象所涉及的以位移为特征的机械运动而言，即使位移为特征的机械运动而言，即使细胞和亚细胞组织，其尺度尚未超细胞和亚细胞组织，其尺度尚未超出牛顿力学有效的范围。总之，生出牛顿力学有效的范围。总之，生物材料及制品的力学性能必须与所物材料及制品的力学性能必须与所替代的组织或器官的力学性能相匹替代的组织或器官的力学性能相匹配。配。2022-2-2101第一节第一节 制备生物材料的必备条件制

52、备生物材料的必备条件l2 2、生物材料的功能要求、生物材料的功能要求l（2 2） 耐磨擦和磨损性能耐磨擦和磨损性能l 生物体内的组织和器官是在生物体内的组织和器官是在不停的运动、摩擦。因此，所不停的运动、摩擦。因此，所使用的材料均必须具有低磨擦使用的材料均必须具有低磨擦和低磨损性，并要有适合运动和低磨损性，并要有适合运动的润滑表面。例如，自然关节的润滑表面。例如，自然关节不仅由滑液润滑，而且有良好不仅由滑液润滑，而且有良好的软骨的软骨滑液的协同作用使滑液的协同作用使磨擦系数极低，一般的人工合磨擦系数极低，一般的人工合成材料很难达到此要求。成材料很难达到此要求。2022-2-2102第一节第一节

53、 制备生物材料的必备条件制备生物材料的必备条件l2 2、生物材料的功能要求、生物材料的功能要求l（3 3） 血液流动性血液流动性l血液的流动是在动脉、静脉和毛细血液的流动是在动脉、静脉和毛细血管中进行，血管是有生命的，血血管中进行，血管是有生命的，血液是一种神奇的流体，它供给生命液是一种神奇的流体，它供给生命活动所必须的营养，在肺和组织细活动所必须的营养，在肺和组织细胞之间输运氧气和二氧化碳，而且胞之间输运氧气和二氧化碳，而且知道合适该流动，何时该凝固。因知道合适该流动，何时该凝固。因此心血管材料不仅要有良好的力学此心血管材料不仅要有良好的力学强度，还应具备特殊的表面性能。强度，还应具备特殊的

54、表面性能。2022-2-2103l2 2、生物材料的功能要求、生物材料的功能要求l（4 4） 体液流动性体液流动性l人体内的液体称为体液，在成人体内约人体内的液体称为体液，在成人体内约占体重的占体重的60%60%，其中，其中2/32/3存在于细胞内存在于细胞内（细胞内液），（细胞内液），1/31/3的体液在细胞外（细的体液在细胞外（细胞外液）。细胞外液主要分为组织液胞外液）。细胞外液主要分为组织液（淋巴液和脑脊液等）和血浆两大部分（淋巴液和脑脊液等）和血浆两大部分 。l体液从身体的一个部分引导到另一个部体液从身体的一个部分引导到另一个部分是通过组织蠕动收缩机制完成的。例分是通过组织蠕动收缩机制

55、完成的。例如尿液从膀胱中排泄可能是泌尿系统最如尿液从膀胱中排泄可能是泌尿系统最重要的特点。这就要求生物材料不仅具重要的特点。这就要求生物材料不仅具有良好的表面性能，而且要求材料具有有良好的表面性能，而且要求材料具有一定的弹性，但与血液流动性控制一样，一定的弹性，但与血液流动性控制一样，体液的流动性控制同样是一个复杂的问体液的流动性控制同样是一个复杂的问题。题。第一节第一节 制备生物材料的必备条件制备生物材料的必备条件2022-2-2104第一节第一节 制备生物材料的必备条件制备生物材料的必备条件l2 2、生物材料的功能要求、生物材料的功能要求l（5 5） 光、电、音传导性能光、电、音传导性能l

56、生物体的视觉主要是光学现象，也有部分是生理现象。在视网膜中光生物体的视觉主要是光学现象，也有部分是生理现象。在视网膜中光转变为电信号并通过神经传入大脑。因此对眼科用材料的主要功能要转变为电信号并通过神经传入大脑。因此对眼科用材料的主要功能要求就是光传递性能。求就是光传递性能。l身体的许多器官功能的调控都是通过神经系统内的电活动来实现的，身体的许多器官功能的调控都是通过神经系统内的电活动来实现的，身体的感觉系统也是赖于电脉冲从感官到大脑的传递。这种功能可能身体的感觉系统也是赖于电脉冲从感官到大脑的传递。这种功能可能借助器械的植入把感觉输入转变成可传入神经系统相关部分的电信号。借助器械的植入把感觉

57、输入转变成可传入神经系统相关部分的电信号。l修复声音传导通道所用材料必须具备声音的传导性能，该性能主要靠修复声音传导通道所用材料必须具备声音的传导性能，该性能主要靠材料的声波传递性能完成，例如人工中耳骨已经被广泛使用。材料的声波传递性能完成，例如人工中耳骨已经被广泛使用。2022-2-2105第一节第一节 制备生物材料的必备条件制备生物材料的必备条件l2 2、生物材料的功能要求、生物材料的功能要求l（6 6）药物的缓释控释性能）药物的缓释控释性能l药物释放体系一般可分为时间控制和部位控制两种类型。时间控制型释药物释放体系一般可分为时间控制和部位控制两种类型。时间控制型释放体系有两种形式，一种是

58、零级释放体系，即单位时间的恒量释放，另放体系有两种形式，一种是零级释放体系，即单位时间的恒量释放，另一种是脉冲释放，即按需要非恒量释放的体系和对环境改变而释放的体一种是脉冲释放，即按需要非恒量释放的体系和对环境改变而释放的体系，无论哪一种都需要材料具有一定的溶胀性、溶解性或生物可降解性系，无论哪一种都需要材料具有一定的溶胀性、溶解性或生物可降解性能。部位控制型一般由药物、载体、特定部位识别分子所构成。这种药能。部位控制型一般由药物、载体、特定部位识别分子所构成。这种药物的特点是药物活性部分在发挥药理活性前不分解，能够高效地在目标物的特点是药物活性部分在发挥药理活性前不分解，能够高效地在目标部位

59、浓缩，最好能被细胞所吞噬，然后通过溶菌体被分解释放，这种药部位浓缩，最好能被细胞所吞噬，然后通过溶菌体被分解释放，这种药物要求使用的载体材料具有一定的智能性。物要求使用的载体材料具有一定的智能性。2022-2-2106第一节 制备生物材料的必备条件l2 2、生物材料的功能要求、生物材料的功能要求l（7 7）生物降解和人体吸收性能）生物降解和人体吸收性能l 对于药物缓释、控释材料和新发展起来的组织工对于药物缓释、控释材料和新发展起来的组织工程材料，生物降解和人体可吸收性是所用生物材料程材料，生物降解和人体可吸收性是所用生物材料的重要性能，甚至是不可缺少的性能，材料在体内的重要性能，甚至是不可缺少

60、的性能，材料在体内的降解过程一般可分为酶催化、自由基作用和水解的降解过程一般可分为酶催化、自由基作用和水解过程。过程。2022-2-2107第一节 制备生物材料的必备条件l2 2、生物材料的功能要求、生物材料的功能要求l（8 8） 组织再生的诱导作用组织再生的诱导作用l组织再生的诱导作用是对生物材料的更高要组织再生的诱导作用是对生物材料的更高要求，它不仅要求材料具有良好的生物相容性，求，它不仅要求材料具有良好的生物相容性，而且具有能诱导组织再生的作用。这种诱导而且具有能诱导组织再生的作用。这种诱导作用可以借助生物工程的方法，对材料的改作用可以借助生物工程的方法，对材料的改性，尤其是引入细胞生长