生物材料答案華東理工

該版本經(jīng)過(guò)華東理工大學(xué)高材卓越110112pptSKH,SJW,LTY,WHJ等各位同學(xué)。“生物材料導(dǎo)論”這門課涉及了什么基本內(nèi)容？以及當(dāng)前研究熱點(diǎn)和對(duì)生物材料發(fā)展的展望。請(qǐng)列出“生物材料”的定義，試舉出醫(yī)用生物材料的一些應(yīng)用例子。（及其終端產(chǎn)品稱為生物醫(yī)用材料或生物材料。其中還包括狹義和廣義的定義。然或人工合成材料。廣義定義：還包括用于醫(yī)學(xué)治療方面的生物材料，如醫(yī)學(xué)診斷試劑、藥物釋放材料、一次性臨床使用材料以及制造生物醫(yī)藥的各種原材料等。比如人工關(guān)節(jié)、人工心臟等替代人體組織和內(nèi)臟的修復(fù)和置換材料是生物材料，與眼角膜接觸的隱形眼鏡、縫合組織用的手術(shù)線、保存血漿用的輸血袋、治療骨折用的固定材料等也都?xì)w屬于生物材料。與生物材料相關(guān)聯(lián)的學(xué)科有哪些？試說(shuō)明生物材料的研究與發(fā)展過(guò)程的特點(diǎn)。研究特點(diǎn)：高性能、多功能、超復(fù)合；眾多學(xué)科間的交叉與融合；高新技術(shù)及產(chǎn)發(fā)展過(guò)程特點(diǎn)：第一代（1950s）生物材料特點(diǎn)：生物惰性。獲得合適的生理性能的組合來(lái)與被合金做人工關(guān)節(jié)，60年代初聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作為骨水泥開(kāi)始用于硬組年代起一些重要的醫(yī)療器械與器材，如人工心瓣膜、人工骨、接觸鏡、角膜、人工晶體、手術(shù)縫合線等相繼研制成功，在臨床上得到了廣泛應(yīng)用。第二代特點(diǎn)(1980s)：生物活性或生物可吸收性。生物活性指在生理環(huán)境下能引(Hench)，生物活性微晶玻璃（小久保正）羥基磷灰石陶90年代后期，在生物陶瓷構(gòu)架（支架材料）第三代特點(diǎn)(1990s)：生物活性和生物可吸收性結(jié)合了。第三代生物醫(yī)用材料在組織和器官的形成，是細(xì)胞和基因的活化性材料（cellandgene-activatingmaterial，例如骨形態(tài)發(fā)生蛋白（ＢＭＰ）生物活性復(fù)合材料。取什么方法？主要存在什么優(yōu)缺點(diǎn)？鈮、鋯；醫(yī)用貴金屬及其合金（金、銀和鉑及其合金；醫(yī)用磁性材料；醫(yī)用形狀記憶合金（TiNi合金。不銹鋼：不銹鋼按其組織相的特點(diǎn)可分為馬氏體不銹MP35N鈷鎳合金及其烤瓷合金。醫(yī)用鈷基合金的耐磨性是所有醫(yī)具有極佳的加工性能。醫(yī)用磁性材料：生物相容性良好，可用于靶向給藥等。性（抗疲勞、耐摩耗。缺點(diǎn)：不具有生物活性，難于和生物組織形成牢固的結(jié)使材料易斷裂和人體不適?？梢赃M(jìn)行表面改性。有電化學(xué)處理，高溫氧化處理，等離子噴涂，化學(xué)沉積等方列出主要實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。分為血液相容性（抗補(bǔ)體形同亢進(jìn)性，抗血漿蛋白吸附性，抗細(xì)胞因子吸附性）和組織相容性（無(wú)抗原性，無(wú)誘變性，無(wú)致癌性，無(wú)致畸性。步驟：材料力學(xué)性能測(cè)試，表征，包括拉伸強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、壓強(qiáng)、沖擊強(qiáng)度、的。毒性實(shí)驗(yàn)。體外模擬試驗(yàn)（于SBF，人體模擬液中模擬動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，一期臨床實(shí)驗(yàn)，二期臨床實(shí)驗(yàn)生物活性陶瓷可作為硬組織修復(fù)材料請(qǐng)說(shuō)明A-W生物微晶玻璃羥基磷灰石陶瓷、 磷酸三鈣的組成、合成工藝、性能特點(diǎn)及這三種材料的主要應(yīng)用1982年由日本京都大學(xué)小久保正教授發(fā)明。生物微晶玻璃成分的系統(tǒng)為CaO-MgO-P2O5-SiO2-F合成工藝：粉末原料（以Ca與P原子比為1.67）→高溫熔融→冷卻成型→熱處理→微晶玻璃具有很高的抗折強(qiáng)度，斷裂韌性和優(yōu)異的生物活性。和置換材料。羥基磷灰石Ca10(PO4)6(OH)2，制備方法：燒結(jié)如Ca與P原子比為1.67的磷灰石粉末為原料，可得HAP陶瓷沉淀反應(yīng)法：此法Ca(NO3)2與(NH4)2HPO4進(jìn)行反應(yīng)，得到白色的羥基磷灰石沉淀。固相反應(yīng)法根據(jù)配方將原料磨細(xì)混合，在高溫下進(jìn)行合成 ;水熱法：將CaHPO4與CaCO3按的摩爾比進(jìn)行配料，然后進(jìn)24h濕法球磨。將球磨好的漿料倒入容器中，加入足夠的蒸餾水，在 ℃恒溫情況下進(jìn)行攪拌，反應(yīng)完畢后，放置沉淀得到白色的羥基磷灰石沉淀物。Sol-gel法。是構(gòu)成骨、齒的主要無(wú)機(jī)質(zhì)，不僅具有良好的生物相容性，而且生物活性好，可以誘導(dǎo)骨生長(zhǎng)并和生物組織形成牢固的鍵合；機(jī)械強(qiáng)度較差。可作為骨填充和骨的置換材料，人工齒根等，也可與陶瓷、金屬、聚合物復(fù)合制成復(fù)合材料。β-磷酸三鈣 β-Ca3(PO4)2制備方法：可采用化學(xué)共沉淀法；燒結(jié)以Ca與P原子比為1.5的粉末為原料，則可得到β-TCP陶瓷。在800℃左右要經(jīng)歷一個(gè)由磷灰石向β-TCP的相變過(guò)程。Ca、磷）等元素，或含有能與人體組織（表現(xiàn)出極好的生物相容性。作為骨的修復(fù)材料制品由哪些材料?組合而成對(duì)材料有何要求？如何改善人工關(guān)節(jié)制品的使用壽命？有害的副作用。與生物組織親和性好。物理和化學(xué)性能與所替代的組織相近。性能降低的現(xiàn)象。在殺菌、消毒過(guò)程中性質(zhì)不發(fā)生變化。容易進(jìn)行加工，材料的性質(zhì)具有很好的重復(fù)再現(xiàn)性。人工關(guān)節(jié)制品由鈦合金、氧化鋁陶瓷、超高分子量聚乙烯組成但使用由于長(zhǎng)期子材料。缺點(diǎn)及應(yīng)用，可舉例說(shuō)明。醫(yī)用金屬材料低毒性、高強(qiáng)度、高韌性（不銹鋼、高耐久性（抗疲勞、耐磨耗（鈷基合金異的加工性（如醫(yī)用不銹鋼加工性能好）無(wú)生物活性，難于和生物組織形成牢固的結(jié)合；由于生理腐蝕和磨蝕而造成的金屬離子向周圍組織擴(kuò)散以及植入材料自身性質(zhì)的退變，前者可能導(dǎo)致毒副作用，后者可能導(dǎo)致植入失效（時(shí)會(huì)引起水腫、感染、組織壞死或過(guò)敏反應(yīng)；（除鈦合金之外的醫(yī)用金屬材料。鈦合金較為匹配）通常用于整形外科、牙科等領(lǐng)域，治療、修復(fù)固定和置換人體硬組織系統(tǒng)（節(jié)、骨釘?shù)取Ｉ锾沾桑ㄈ缟锒栊蕴沾芍械难趸X陶瓷（羥基磷灰石陶瓷（生物活性玻璃可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的要求設(shè)計(jì)組成，控制性能的變化。在生理環(huán)境中易受破壞，只適用于不承力結(jié)構(gòu)環(huán)境中（磷酸鈣陶瓷強(qiáng)度不高，植入人體后需經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)期的代謝方能與自體骨長(zhǎng)合在一起）應(yīng)用：人工齒、人工骨、人工關(guān)節(jié)、人工心瓣膜、人工眼等修復(fù)和替換材料。醫(yī)用高分子材料優(yōu)點(diǎn)：良好的生物相容性（天然醫(yī)用高分子材料、可以通過(guò)組成和結(jié)構(gòu)的控制而使材料具有不同的物理和化學(xué)性質(zhì)，以滿足不同的需求，耐生物老化。對(duì)于非永久植入體內(nèi)的材料,在一定時(shí)間內(nèi)能被生物降解,降解產(chǎn)物對(duì)身體無(wú)毒害,容易排出;對(duì)于永久性植無(wú)致癌、無(wú)致炎、無(wú)排異反應(yīng)、無(wú)凝血現(xiàn)象,還要有相應(yīng)的生物力學(xué)性能、良好的加毒性和致癌反應(yīng)。大多不具有生物活性。天然醫(yī)用高分子材料具有加工性差、重復(fù)性差、生物降解速度可調(diào)性差等缺點(diǎn)。醫(yī)用復(fù)合材料優(yōu)點(diǎn)：可以將幾種材料復(fù)合，兼具他們共同的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)缺點(diǎn)，性能更加出眾（如用羥基磷灰石表面改性過(guò)的鈦合金醫(yī)用復(fù)合材料，兼具HAP能）比強(qiáng)度、比模量高，抗疲勞性能好，抗生理腐蝕性能好，力學(xué)相容性能好缺點(diǎn):制備工藝較復(fù)雜、價(jià)格比較昂貴牙根和人工骨修復(fù)置換材料SBFSBFpHSBF溶液考察骨修復(fù)材料的性能？的滲透壓相等的氯化鈉溶液。人體用生理鹽水就是0.9%的氯化鈉水溶液，因?yàn)椋〞?huì)降低和增加正常人體內(nèi)鈉離子濃度SBF生理鹽水模擬更接近真實(shí)體液。常用PH值為7.4通過(guò)觀察骨修復(fù)材料，其表面在SBF溶液中形成磷灰石能力的大小，預(yù)測(cè)其性能。AlO陶瓷是常用的硬組織修復(fù)材料。若要改善其生物惰性和高的彈性模2 3量，有何途徑？以溶膠-凝膠法涂層改善惰性陶瓷的生物活性，在三氧化二鋁表面制備一種含鈣的氧化鋯凝膠涂層。能促進(jìn)羥基磷灰石在表面的形成。其主要缺點(diǎn)是彈性模量遠(yuǎn)高于自然骨，力學(xué)相容性欠佳。氧化鋯有較低彈性模量，較高韌性，加入氧化鋯增韌，氧化鋯微裂紋增韌，該微裂紋雖然不利于提高材料的強(qiáng)度，但卻能有效地降低材料的彈性模量。導(dǎo)意義？（在生）生物材料的失效是人們非常力腐裂、腐蝕疲勞、微裂、陶瓷的老化和復(fù)合物的降解等現(xiàn)象（局部組織反應(yīng)是指機(jī)體組織對(duì)植入手術(shù)創(chuàng)傷的一種急性或炎性反應(yīng)，是最早的宿主反應(yīng)、全身毒性反應(yīng)（全身毒性反應(yīng)通常是由于植入材料或器件在加工和消毒過(guò)程中吸收或形成的低分子量產(chǎn)物在機(jī)體內(nèi)滲出或因生理降解所產(chǎn)生的毒性物質(zhì)所引發(fā)的一種反、過(guò)敏反應(yīng)（致癌、致畸、致突變反應(yīng)（）和（。除了應(yīng)滿足各種生物功能等物理化學(xué)性質(zhì)要求外，還要求生物材料不對(duì)生物體產(chǎn)效能與使用壽命。生物醫(yī)用高分子材料按材料與活性組織的相互作用關(guān)系分類可以分為哪按照材料與機(jī)體組織作用方式分類：生物惰性材料、生物活性材料（如有機(jī)硅高分子）生物活性（Bioactive）高分子材料生物活性概念原意是指植入材料能夠與周圍組織發(fā)生相互作用，在材料-組織界面上誘導(dǎo)出特殊的生物或化學(xué)反應(yīng)，這種反應(yīng)導(dǎo)致材料和組織之間形成化學(xué)鍵合。目前一種廣義的解釋為生物活性是增進(jìn)細(xì)胞活性或促進(jìn)新組織再生的性質(zhì)。（肝素化的膠原有抗凝血性能）對(duì)生物醫(yī)用高分子材料的性能有哪些要求？材料本身性能的要求：(1)無(wú)毒性、無(wú)變態(tài)反應(yīng)，對(duì)周圍生物組織無(wú)刺激和對(duì)人體無(wú)其他有害的副作用。(2)生物穩(wěn)定性與生物組織親和性好。物理和化學(xué)性能與所替代的組織相近。(3)(4)質(zhì)具有很好的重復(fù)再現(xiàn)性（5）易于加工成型；材料價(jià)廉易得；人體效應(yīng)要求：無(wú)毒-化學(xué)惰性；無(wú)熱原反應(yīng)（引起熱原反應(yīng)的主要原因是注射液或輸液器中污染的熱原所引起的。熱原的致熱量因菌種而異；不致癌、不致畸；不引起過(guò)敏反應(yīng)或干什么是高溫硫化硅橡膠？醫(yī)用硅橡膠有哪些用途？必須經(jīng)過(guò)高溫硫化處理。其方法如下：在有機(jī)硅生膠中加入二氧化硅SiO，俗稱白碳黑、二氧化鈦等作補(bǔ)強(qiáng)劑，用有機(jī)過(guò)氧化物如過(guò)氧化二苯甲酰作硫化劑，并加入其它輔料和助劑進(jìn)行混煉、成型、熱處理熟化得到高溫硫化硅橡膠。補(bǔ)材料試述梯度功能復(fù)合材料的定義、分類、用途及各自特點(diǎn)。高性能材料化學(xué)工程功能梯度材料電子工程功能梯度材料生物：高比強(qiáng)度，高生物相容性，耐腐蝕，耐疲勞，耐磨損用于人造骨骼，人造牙齒等，如HA-鈦（Ti）體系的梯度人工骨和人工牙根。化學(xué)：耐腐蝕，耐熱，絕緣，高強(qiáng)度，用于催化劑，功能性高分子膜電子：導(dǎo)電及絕緣梯度，壓電，電磁性能好用于超導(dǎo)材料，濾波器。制備梯度功能復(fù)合材料有哪幾種方法，各自有什么優(yōu)缺點(diǎn)？主要分為高溫和低溫制備法。方法名稱 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)氣相沉積法粉末冶金法離心鑄造法電沉積法激光融覆法

氣體的壓力、組成及反應(yīng)溫度可以控制；可制備大尺寸的功能梯度材料。合成時(shí)間短、操作簡(jiǎn)單；產(chǎn)品純度高、效率高、能耗少、工藝相對(duì)簡(jiǎn)單；能夠制備大體積的梯度材料。不受基體面積大小的限制；涂層的界面結(jié)合強(qiáng)度、抗熱沖擊性和熱疲勞性均明顯改善。易于操作，控制靈活，適于工業(yè)生產(chǎn)，可以制備大尺寸材料，可靠性高、適合于制造形狀比較簡(jiǎn)單的功能梯度材料部件。能制備高致密度、大尺寸的梯度材料。對(duì)所鍍材料的物理、力學(xué)性能破壞較小，不需要高溫、高壓、高真空，因而生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單、投資較少，易操作。制備成本低；用電流作還原劑工藝條件易控制，易按梯度化要求進(jìn)行調(diào)整。鍍層的組成和結(jié)構(gòu)能有效地控制。熔覆速度非?？?。

沉積速率慢；成份分布不能連續(xù)控,涂層梯度涂層與基體間的結(jié)合強(qiáng)度不高,并存在涂層組織不均勻、空洞疏松、表面粗糙等缺陷。工藝比較復(fù)雜、制備的梯度材料有一定的孔隙率；不能做到材料成分的連續(xù)過(guò)渡。限于管狀或環(huán)形零件。槽電壓高，電流效率低，電積過(guò)程能耗高需要特殊的設(shè)備。在設(shè)計(jì)、制造植入生物體的復(fù)合材料時(shí)，應(yīng)注意哪些問(wèn)題？同14定性成的可降解高分子材料，并分析其性能特點(diǎn)?？山到馍镝t(yī)用材料可分為天然可降解生物醫(yī)用材料和合成可降解生物醫(yī)用材料。聚乙醇酸Poly(glycolicacid),PGA堅(jiān)硬不易磨損不易溶解結(jié)晶性強(qiáng)熔點(diǎn)高降解速度快聚乳酸Poly(lacticacid),PLA 降解產(chǎn)物無(wú)毒易得原料成本低生物相容性好降解動(dòng)力學(xué)以預(yù)期聚酸酐易加工性生物相容性表面溶蝕降解性降解速度可調(diào)性藥物釋放速度接近零級(jí)設(shè)計(jì)生物醫(yī)用可降解高分子材料的基本原理是什么？或其它生物體所降解和吸收的高分子材料。（不破壞鄰近組織，也不發(fā)生材料表面鈣化沉積；良好的血液相容性，材料需滿設(shè)計(jì)前需確定：易消毒和保存原料來(lái)源廣泛、豐富商品化前景可降解生物材料的制品化中需注意解決什么問(wèn)題？保存穩(wěn)定性。分析同上或自己發(fā)揮。防止氧化吸潮等不良反應(yīng)。相容性產(chǎn)生影響，應(yīng)該選擇合適的滅菌條件。一些滅菌方法不適合工業(yè)化生產(chǎn)，且對(duì)材料保存不利。寫的時(shí)候要稍微分析一下。氧化降解；溫度，光強(qiáng)度，輻射引起的物理化學(xué)降解。生物學(xué)環(huán)境降解：體液環(huán)境（體液溶解）有機(jī)大分子（吸附于材料，發(fā)生反應(yīng)、酶、自由基、細(xì)胞等因素。聚合物分子結(jié)構(gòu)：聚合物結(jié)構(gòu) 分子量 共聚退火結(jié)晶條件 分子鏈取向 共官能團(tuán)支化和交聯(lián)材料聚集態(tài)材料表面特征結(jié)構(gòu)影響比如說(shuō)：脂肪族酯鍵〉肽鍵〉氨基甲酸酯〉脂肪族醚鍵〉亞甲基同種材料時(shí)聚集態(tài)對(duì)其降解強(qiáng)弱的影響：橡膠態(tài)>玻璃態(tài)>結(jié)晶態(tài)學(xué)模型和體外試驗(yàn)可得出什么結(jié)論？可降解聚酯型高分子尤其是脂肪族聚酯類高分子都是通過(guò)酯鍵的水解來(lái)降低分PH、溫度、酶、人體代謝產(chǎn)物等各種因素促進(jìn)了酯鍵的水解。高分子材料在體內(nèi)發(fā)生不均勻的水解，之后或有少數(shù)酶參與進(jìn)來(lái)，加速水解速度，得以降解。酯類水解的一級(jí)動(dòng)力學(xué)：lnMn＝lnMn0－k1t結(jié)論：分子量變化的對(duì)數(shù)值與時(shí)間成直線關(guān)系。通過(guò)體外水解動(dòng)力學(xué)研究可以預(yù)期含酯鍵材料在體內(nèi)的降解時(shí)間。試比較尼龍纖維、羊腸線、聚乳酸纖維）缺點(diǎn)。尼龍纖維：優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度大、彈性恰當(dāng)、組織反應(yīng)小；缺點(diǎn)：結(jié)扣困難，容易松脫、二次手術(shù)（）羊腸線：優(yōu)點(diǎn)：生物可降解吸收、初期彈性小、平滑性優(yōu)良、結(jié)節(jié)部位穩(wěn)定性好缺點(diǎn)：分解過(guò)快、強(qiáng)度損失快、處理不方便、易引起組織發(fā)炎聚乳酸纖維：優(yōu)點(diǎn)：生物可降解吸收降解速度可調(diào)生物相容性好