生物材料导论-思考题

阐述生物材料学科和生物材料研究的特点。生物材料学是生命科学与材料科学相交叉的边缘学科，已成为国内外研究的热点。该学科的覆盖面很广，涉及医学（生理学、解剖学、药学）、化学（材料学）、生物学（生物化学）、工程学/力学、物理学/信号处理（信息图像）等多个方面。（该学科包括的内容从人体生理环境研究和组织器官结构研究，到生物医用材料设计、合成、改性、制备和材料结构与性能研究，再到材料与生物体相互作用关系研究，最后是生物医用材料的安全性评价和管理。）可不写而现代生物材料的研究属于一个新兴的领域，发展迅速，具有高的附加值。其研究不仅能够带来经济效益，，而且会带来社会效益，与生活息息相关，能提高生活质量，挽救生命。生物材料产业也是机遇和挑战共存，因为该领域需求大、投入大、风险大、竞争对手强。而且随着新材料、新技术、新应用的不断涌现，吸引了许多科学家投入这一领域的研究，成为当今材料学研究最活跃的领域之一。根据国内外生物材料市场需求和产业化发展的现状，谈谈你对生物材料发展前景的认识。近年来全球医疗器械发展较快，每年以5%-8%的速度递增，2005年的产值约2100亿美元。现代，生物医学材料已取得实质性进展，从1980年以前的第一代生物材料，到上世纪80年代中期的第二代生物材料，再到90年代后的第三代生物材料，现代生物材料应用领域不断扩大；对生命现象再认识，材料与生物体相互作用的理论研究，仿生材料与结构等等。市场需求高速增长，经济效益不断提高。我国生物材料学材料产业的市场增长率高达28%，（全球市场增长率10%），居全球之首。生物材料在组织工程中占据非常重要的位置，同时组织工程也为生物材料提出问题和指明发展方向。由于传统的人工器官（如人工肾、肝）不具备生物功能（代谢、合成），只能作为辅助治疗装置使用，研究具有生物功能的组织工程人工器官已引起广泛重视。构建组织工程人工器官需要三个要素，即“种子”细胞、支架材料、细胞生长因子。最近，由于干细胞具有分化能力强的特点，将其用作“种子”细胞进行构建人工器官成为热点。纳米技术在90年代获得了突破性进展，在生物医学领域的应用研究也不断得到扩展。目前的研究热点主要是药物控释材料及基因治疗载体材料。天然生物材料的特点和种类。特点：1、成分简单：低原子系数的几种元素，63％H，25％O，9.5%C,1.5%N,Ca,P,S等（自然界元素110）2、由几种基本化合物组成：水、氨基酸（人体20种，自然界300种）、核苷酸（4种）、糖、无机物、生物大分子:蛋白质（百万种），多糖，核酸3、结构复杂，功能多样性：（与金属、陶瓷、合成材料比较），人类认识肤浅4、由生命调控合成，生物体内自组装，分级结构：通过非共价键作用在不同尺度上分级自组装5、生物活性和智能响应：与细胞发生物质和能量交换和协调作用种类：1、结构蛋白质（胶原、弹性蛋白、肌肉蛋白、丝心蛋白、角蛋白、整联蛋白）2、结构多糖（纤维素、壳聚糖、透明质酸、肝素、蛋白多糖）3、生物矿物（硫酸钙、氧化钙、磷酸钙、硫化钙、硫酸物）4、生物复合材料4、举例说明各种结构蛋白，结构多糖的结构和性能特点。结构蛋白：1）胶原蛋白结构：氨基酸序列结构,1000以上氨基酸残基，a螺旋结构，性能：支架：维持组织构型；承力；参与机体运动等2）角蛋白结构：a肽链螺旋与轴向平行，a螺旋与含硫基质中的二硫键交联，可抵抗张力和恢复结构。超过屈服点，a螺旋圈间氢键被破坏，转为β构象，不可恢复性能：弹性高，拉伸率达2倍3）丝心蛋白：结构：β-折叠片层的二级结构性能：力学性能优异：沿纤维方向高强度（10GPa），大延伸率（35%），沿纤维方向共价键作用，层间疏水作用，链间氢键作用，层间可滑移，提高柔韧性结构多糖：1）纤维素结构：均一性多糖,存在于植物纤维，微生物,纤维素由细胞内合成-分泌出来的细胞外分子,纤维素中的葡萄糖残基是通过b（1fi4）糖苷键连接的，而不是a（1fi4）糖苷键。（线性形貌）性能：2）几丁质结构：几丁质类似于纤维素，也是一个线性的聚合物，由b（1fi4）连接的）连接的N-乙酰葡糖胺残基乙酰葡糖胺残基（GlcNAcGlcNAc）组成的。相邻链的GlcNAc残基相互形成氢键，高强度的线性结构性能：优异生物相容性和生物活性：具有抑菌、消炎、镇痛、促进伤口愈合；抗溃疡降血脂和胆固醇、抑制胃酸；可生物降解/良好的加工性和力学性能/易化学改性5、介绍胶原和明胶的制备方法和相关制品，并举例说明在生物医学方面的应用。胶原制备方法：1、合成-转基因生物合成法2、提取（原料选择及预处理，提取，盐析，分离及纯化）明胶是胶原经部分降解和热变性后的水解产物。相关制品：应用：•胶原膜：胶原纤维无纺布，人工皮肤（与人体皮肤透过性相似，与创面黏着好、吸收渗出液，促进生长）止血剂、伤口敷料、