生物醫(yī)學工程概論期末復習課件

生物醫(yī)學工程概論

——復習課天津工業(yè)大學張雯1精選編輯ppt一、生物醫(yī)學工程概述2精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity1.1生物醫(yī)學工程的定義1.2生物醫(yī)學工程的研究內(nèi)容與基本任務1.3生物醫(yī)學工程學科的特點3精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity1.1生物醫(yī)學工程的定義WhatisBiomedicalEngineering(BME)?邊緣交叉科學(Interdisciplinary)綜合：生物學、醫(yī)學、工程學的理論和方法；近幾十年內(nèi)建立與發(fā)展。4精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity應用物理學和工程學的技術(shù)來解決生命系統(tǒng)中的問題，突出強調(diào)人類疾病的診斷、治療和預防。一般定義5精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity生物醫(yī)學工程的目標幾乎所有工程學和物理學都可與生物醫(yī)學相互結(jié)合探索人類正常生理學表征組織與器官的病變機理給出研究和技術(shù)開發(fā)的最佳手段

提供治療與預防的有效方法6精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity1.2生物醫(yī)學工程研究內(nèi)容和基本任務基本任務

生物醫(yī)學工程學的基本任務是運用工程技術(shù)手段，研究和解決生物學和醫(yī)學中的有關(guān)問題。研究方法生物醫(yī)學工程學以應用基礎(chǔ)性研究為主，研究的對象是人體(一個多層次的龐大系統(tǒng))，所涉及的領(lǐng)域十分廣泛，并在不斷的擴展之中。7精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity目前涉及較多的學科醫(yī)學、生物學、物理學、化學、力學、材料學、制造學、電子學、計算機科學等……1.3生物醫(yī)學工程學科的特點生物醫(yī)學工程的特點新興、綜合、交叉與邊緣科學8精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity主要研究領(lǐng)域各研究領(lǐng)域既相互獨立，又相互交叉，相互支撐9精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity研究生物體和力學有關(guān)的問題的學科主要內(nèi)容:

利用力學的基本原理和方法，結(jié)合生理學、醫(yī)學和生物學來研究生物體特別是人體功能、生長、消亡及運動的規(guī)律。應用生物力學的研究成果，指導人工關(guān)節(jié)、人工心臟瓣膜等人工器官的設(shè)計。生物力學10精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity研究用以治療或替換機體內(nèi)的組織、器官或增強其功能的材料，以及這些材料與生物體之間的相互作用的學科。主要分為——醫(yī)用合成或天然高分子材料、醫(yī)用金屬材料、醫(yī)學陶瓷，醫(yī)用復合材料等類。生物材料11精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity生物系統(tǒng)建模對生物的細胞、器官和整體各個層次的行為、參數(shù)及其關(guān)系建立數(shù)學模型的工作，最終希望用數(shù)學的形式表達出來。建模的目的——是更好地了解生物系統(tǒng)的行為及規(guī)律，為生物控制奠定基礎(chǔ)。生物系統(tǒng)建模與仿真12精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity生物系統(tǒng)的仿真

用電子計算機求解生物系統(tǒng)的數(shù)學模型以分析和預測各種條件下生物系統(tǒng)運行機制和狀態(tài)的工作。13精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity生物醫(yī)學信號檢測：對生物體中包含的生命現(xiàn)象、狀態(tài)、性質(zhì)及變量和成分等信息的信號進行檢測和量化的技術(shù)。生物醫(yī)學傳感器：獲取各種生物信息并將其轉(zhuǎn)換成易于測量和處理的信號的器件，是生物醫(yī)學信號檢測的關(guān)鍵技術(shù)。生物醫(yī)學信號檢測與傳感器14精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity生物醫(yī)學信號——一般都是伴隨著噪聲和干擾的信號……信號中無用成份亦應視為檢測中的干擾。生物信息處理技術(shù)：研究從被檢測的湮沒在干擾和噪聲中的生物醫(yī)學信號中提取有用的生物醫(yī)學信息的方法。生物醫(yī)學信號處理15精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity對已獲得的醫(yī)學圖像進行分析、識別、分割、解釋、分類以及作三維重建與顯示，其目的——是把獲得的醫(yī)學圖像的某些部分增強，或提取某些特征，為醫(yī)生提供感興趣的信息。成像與圖像處理技術(shù)有時是結(jié)合成一體的。圖像處理:16精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity當人體器官病傷而不能用常規(guī)方法醫(yī)治時，有可能給病人使用一種人工制造的裝置來部分或全部替代病損的自然器官，以補償、替代或修復自然器官的功能，這樣的器件或裝置稱為人工器官。人工器官17精選編輯ppt二.生物醫(yī)用材料18精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity2.1定義及內(nèi)涵2.2基本性能要求2.3分類方法19精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity2.1生物醫(yī)學材料的定義

－－其定義隨科學技術(shù)的發(fā)展而演變（1）生物材料(Biomaterials)：

“植入活體內(nèi)或與活體結(jié)合而設(shè)計的與活體系統(tǒng)不起藥物反應的惰性物質(zhì)”

－－1960‘s，ClemsonUniv.,USA

隨著生物材料的發(fā)展，該定義已明顯不適應生物材料的功能與范疇的飛速發(fā)展。－－－載藥生物材料、生物活性材料20精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity生物醫(yī)用材料一般定義：對生物體進行診斷、治療和置換損壞組織、器官或增進其功能的材料。21精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity2.2生物醫(yī)學材料的基本性能要求A、生物功能性(Biofunctionability)

B、生物相容性(Biocompatibility)

C、生物安全性(BiologicalSafety)22精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversityA、生物醫(yī)學材料的生物功能性

生物醫(yī)學材料的生物功能性——生物醫(yī)學材料在植入后行使功能的能力，或為執(zhí)行功能，其自身和植入位置應當滿足的適當?shù)奈锢砘瘜W要求。

生物醫(yī)學材料能否有效行使功能，除與其自身物理化學性質(zhì)相關(guān)外，還和其所處的生物環(huán)境相關(guān)。23精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversityB、生物醫(yī)學材料的生物相容性24精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversityB、生物醫(yī)學材料的生物相容性材料與活體間相互作用宿主反應材料反應生物材料的生物相容性評價應該分為兩個方面25精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversityB、生物醫(yī)學材料的生物相容性（1）宿主反應——生物體對生物材料的響應26精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversityB、生物醫(yī)學材料的生物相容性27精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversityB、生物醫(yī)學材料的生物相容性主要來自生物環(huán)境對材料的腐蝕和降解，可能使材料性質(zhì)腐蝕變化，甚至破壞。金屬腐蝕聚合物降解磨損28精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversityC、生物醫(yī)學材料的生物安全性29精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversityC、生物醫(yī)學材料的生物安全性目前已有的標準有：1、ISO10993.1－1992至ISO10993.12－1992；2、美國ASTM（F748－82）標準；3、我國在美國和日本的基礎(chǔ)上，1997年由衛(wèi)生部頒布了我們自己的標準。30精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity2.3生物醫(yī)學材料的分類31精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversityA、按材料化學組份劃分32精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversityA、按材料化學組份劃分33精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity1、自體材料2、同種異體器官及組織；3、異體器官及組織；4、人工合成材料；5、天然材料B、按材料來源分類：34精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversityC、按照使用要求分為：35精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversityD、按材料應用部位及功能劃分36精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity

生物醫(yī)用材料的研究和發(fā)展方向主要為：

(1)改進和發(fā)展生物醫(yī)用材料的生物相容性評價

（2）研究新的降解材料

（3）研究具有全面生理功能的人工器官和組織材料

（4）研究新的藥物載體材料

（5）材料表面改性的研究37精選編輯ppt三.生物降解高分子材料38精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity3.1簡述生物降解高分子材料3.2生物降解高分子材料的制備及應用39精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity3.1簡述生物降解高分子材料15世紀美洲瑪雅人用天然橡膠做容器，雨具等生活用品。1870年，美國人Hyatt用硝化纖維素和樟腦制得的“賽璐珞”塑料，是有劃時代意義的一種人造高分子材料。1907年出現(xiàn)合成高分子酚醛樹脂，標志著人類應用合成高分子材料的開始40精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity3.1簡述生物降解高分子材料1932年，HermannStaudinger總結(jié)了自己的大分子理論，出版了劃時代的巨著《高分子有機化合物》成為高分子化學作為一門新興學科建立的標志，高分子學科出現(xiàn)。1956年，Szwarc提出“活性聚合”概念，高分子進入分子設(shè)計時代。1970年以后，高分子合成新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，高分子新材料層出不窮。41精選編輯ppt產(chǎn)生有害氣體造成二次污染占用大量土地；造成土壤惡化。難度大；成本高。焚燒？填埋？★高分子材料使用廢棄后，如何處理？回收再利用？CO、CO2、SO2、NH3、CH4、HCN、HCl、等。42精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity高分子材料的降解性.概念——聚合物的降解反應是指聚合物分子鏈在機械力、熱、高能輻射、超聲波或化學反應等的作用下，分裂成較小聚合度產(chǎn)物的反應過程。43精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity氧化降解熱降解機械降解光降解化學降解生物降解降解類型高分子材料的降解類型44精選編輯ppt生物降解塑料生物可降解塑料可以在細菌、酶和微生物的侵入、吸收及破壞下產(chǎn)生分子鏈的斷裂，從而達到降解、崩潰的結(jié)果。45精選編輯ppt生物降解塑料有兩種不同的降解方式:一種稱為生物降解，主要是由微生物的作用使塑料分子鏈斷裂；另一種稱為生物崩潰，雖然也是微生物或細菌的作用，但塑料的降解過程表現(xiàn)為整體的崩潰，是一種突變過程。生物降解塑料46精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversityA.在環(huán)境領(lǐng)域中的應用（1）淀粉基生物降解材料目前淀粉填充塑料多用淀粉與PE、PVC、PP和PS等高聚物共混，通過擠塑、模壓、注塑、發(fā)泡等方法制得。但是，填充型材料不能完全降解！原因：

淀粉分子含有大量羥基，分子間及分子內(nèi)氫鍵作用很強，從而導致其分解溫度低于熔融溫度，熱塑性差，較難通過傳統(tǒng)塑料機械來進行熱塑性成型加工。3.2生物降解高分子材料的制備及應用47精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity（2）淀粉基完全降解生物材料現(xiàn)行常用的對淀粉進行增塑的方法主要有以下幾種：A.增塑劑改性法——是通過添加增塑劑使淀粉分子間原有的氫鍵破壞,從而降低淀粉的結(jié)晶性,使淀粉具有熱塑性；B.淀粉的接枝改性法——淀粉分子上的自由基被其他基團取代,從而改變了淀粉的性能,使淀粉具有熱塑性（酯化淀粉、醚化淀粉等）；A.在環(huán)境領(lǐng)域中的應用48精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity（2）淀粉基完全降解生物材料C.淀粉包覆改性法——將淀粉用一種或幾種高分子包覆,從而使淀粉具有熱塑性的方法。包覆劑常用的有聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、乙烯#醋酸乙烯共聚物(EVA)、聚醚類、聚酯類和偶聯(lián)劑等。A.在環(huán)境領(lǐng)域中的應用49精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversityB、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域目前使用的農(nóng)用生物降解材料包括農(nóng)用覆蓋膜和藥物控釋。

A.農(nóng)用覆蓋膜采用生物降解材料制成的塑料薄膜，可以保持水分、提高土溫，去除雜草，有利于作物生長，廢棄物生物降解，不會造成土壤板結(jié)，養(yǎng)分流失，避免作物根部破壞，防止作物矮化和死亡。同時農(nóng)肥和水的需量也相應減少。50精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversityB、農(nóng)用藥物的控釋（CR）農(nóng)用藥物的控釋是在其化學成份的有效期內(nèi)控制藥物的釋放速度，提高使用效率，并能降低對非目標的損害，同時防止?jié)B透揮發(fā)和降解。利用來源豐富的天然高分子如淀粉、纖維素、甲殼素等制成的高分子材料多可以用于藥物控釋具有良好的作用。目前，CR工藝多應用于化肥領(lǐng)域如尿素，利用尿素與甲醛反應制成顆粒聚合物，聚合物遇水溶解釋放尿素。51精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversityC.包裝領(lǐng)域食品包裝如餐飲業(yè)、超市、蔬菜基地等，工業(yè)品包裝業(yè)如家電、儀器儀表、醫(yī)療衛(wèi)生等日常生活中的包裝塑料廢棄物也是我國城市廢棄物的主要來源，若把非生物降解材料換為可生物降解材料，這將是一個巨大的市場!!52精選編輯pptD、醫(yī)藥領(lǐng)域醫(yī)用生物降解高分子材料，被植入人體后，不依靠手術(shù)將其取出。外科手術(shù)縫合線。骨固定材料（骨釘、固定板）。人造皮膚。53精選編輯ppt理想醫(yī)用降解材料①具有生物相容性和生物安全性，聚合物及降解產(chǎn)物均無毒；②具有需要的生物功能，如降解速度符合治療要求；③力學性能、物理化學性能和生物性能可調(diào)控，能通過調(diào)控分子結(jié)構(gòu)達到指定的性能，不需要添加劑和輔料；④具有可加工性，可通過常規(guī)的加工方法制成需要的裝置而不會引起材料性能改變；⑤原料來源和價格具有商品化的可行性。TianjinPolytechnicUniversity54精選編輯ppt四.生物醫(yī)用紡織品概述55精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity生物醫(yī)用紡織品及分類紡織品在醫(yī)學方面的應用56精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity4.1生物醫(yī)用紡織品及分類醫(yī)用紡織品——是以纖維和織物為基礎(chǔ)，以醫(yī)學應用為特色的紡織品。從字面上講，“醫(yī)用紡織品”是指用于醫(yī)學目的的紡織品。盡管該術(shù)語在20世紀末期才被創(chuàng)造出來，不過，在很久之前，紡織品就被用于醫(yī)學領(lǐng)域，且已經(jīng)與人類生活無法分開。57精選編輯ppt醫(yī)用紡織品原料包括：TianjinPolytechnicUniversity58精選編輯ppt醫(yī)用紡織品分類TianjinPolytechnicUniversityA.根據(jù)用途與性能可將醫(yī)用紡織品分為

普通醫(yī)用紡織品和高性能醫(yī)用紡織品。

普通醫(yī)用紡織品包括：外科手術(shù)縫合線；消毒濕巾；傷口敷料；止血貼；紗布球、紗布片；吸液墊；手術(shù)巾等紗布、手套等口罩、手術(shù)服等59精選編輯ppt醫(yī)用紡織品分類TianjinPolytechnicUniversity高性能醫(yī)用紡織品——指采用高技術(shù)纖維材料制成的，具有不同功能，大體可分為如下4類：A.保健類—可溶性止血紗布、醫(yī)療服裝、床單及相關(guān)寢具等產(chǎn)品；B.治療類—舒適功能紡織品、消癢、止血紡織品、除螨用紡織品等；C.仿器類—人工肺、人工氣管、人工血管等；D.防護類—防毒服裝及各種防輻射服裝（防X線、防靜電、防磁輻射等）。60精選編輯ppt醫(yī)用紡織品分類TianjinPolytechnicUniversity61精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity類別內(nèi)容一般醫(yī)院用品被褥、尿墊、枕頭套、床單、毛巾、襪子、鞋類…外用醫(yī)療紡織品紗布、繃帶、脫脂線、包扎布、棉球、牙線、腹布墊、創(chuàng)膏布、粘膠布…防射性紡織品防塵衣、面罩、覆布、手術(shù)衣、手術(shù)袍、頭罩、鞋套、手套、檢驗人員用衣…醫(yī)機能性紡織品人工腎臟(肝/脾/紉帶/血管/皮膚/骨/關(guān)節(jié)/齒/腱/毛發(fā))、縫合線…保健用紡織品束腹帶、壓力服、約束帶、彈性襪、矯正帶、護具…衛(wèi)生用紡織品衛(wèi)生棉、尿片、紙尿褲、紙巾、棉條…62精選編輯ppt醫(yī)用防護紡織品TianjinPolytechnicUniversity4.2紡織品在醫(yī)學方面的應用醫(yī)療防護的必要性污染的加劇、資源的開采人類生存的環(huán)境惡化傳染病毒潛在侵入機會增加威脅著人類?？梢?，醫(yī)護人員在進行診療、手術(shù)或護理過程中，很容易接觸到病人的血液而被感染。因此，配備不同防護需要的防護品對保護醫(yī)護人員的身體健康乃至生命安全是非常重要的。63精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity醫(yī)用防護紡織品

醫(yī)用防護紡織品的要求：醫(yī)用防護品的基本要求是阻隔病毒、病菌；因此對醫(yī)用紡織品的總體要求是：1、能有效隔離微生物、顆粒物質(zhì)和流體；2、一定的舒適性；經(jīng)受消毒處理，能保持足夠的完整性及耐用性；3、一定的抗撕裂和抗磨損性；不起絨、掉絨；4、一定的抗化學試劑的性能；5、有良好的性能價格比。64精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity醫(yī)用防護紡織品

醫(yī)用紡織品應具備的性能：1、對病毒顆粒的過濾效率足夠高2、抗血液、體液滲透功能3、良好的透濕性4、一定的抗菌、阻燃、防靜電功能5、具有耐酒精功能6、具有良好的耐洗滌性、耐消毒性能65精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity醫(yī)用防護紡織品

醫(yī)用防護紡織品的材料：目前，新型醫(yī)用防護紡織品材料主要有：A.新型纖維的非織造布；B.層壓復合材料；C.涂層復合材料。66精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity國內(nèi)市場上銷售的醫(yī)用防護服主要有三類:非織造類、涂層類、閃蒸法一次成型類普通非織造防護服防護效率只有40％紡粘法：切片烘干→切片喂入→熔融擠壓→紡絲→冷卻拉伸→分絲鋪網(wǎng)→纖網(wǎng)加固→后整理→產(chǎn)品熔噴法：切片→螺桿擠壓→熱空氣牽伸→冷卻→成網(wǎng)→后整理→產(chǎn)品水刺法：原料→混合開松→梳理成網(wǎng)→纖網(wǎng)正反面水刺加固→烘燥→卷取→成品濕法成網(wǎng)：纖維打漿→布漿器布漿→濕法成網(wǎng)→脫水→烘燥→固結(jié)→成卷非織造工藝：67精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity防水性、阻隔細菌粒子性能好，可重復使用但透濕性能差干法直接涂層：基布前整理→涂層→烘干→焙烘→整理→打卷轉(zhuǎn)移涂層：在離型紙上涂敷樹脂膠→烘干→涂敷黏合劑基布前整理→復合→烘干→剝離→打卷涂層防護服涂層機涂層工藝：68精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity防水性、阻隔細菌粒子性能好，可重復使用但透濕性能差干法直接涂層：基布前整理→涂層→烘干→焙烘→整理→打卷轉(zhuǎn)移涂層：在離型紙上涂敷樹脂膠→烘干→涂敷黏合劑基布前整理→復合→烘干→剝離→打卷涂層防護服涂層機涂層工藝：69精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity

閃蒸法加工技術(shù)目前仍屬美國杜邦公司專利高聚物溶解→制成紡絲液→噴絲→絲條固化→牽伸→凝聚成網(wǎng)→熱軋加固→閃蒸法非織造布質(zhì)輕、拒水透濕，能有效阻抗干性顆粒物質(zhì)，但布面屏蔽性能不勻，對血液、體液的阻隔性差閃蒸法一次成型濾材防護服70精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity創(chuàng)口貼

吸收墊浸過苯扎氯銨等藥物殺菌彈性膠帶加壓止血71精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity優(yōu)點：壓迫止血、防水、保護創(chuàng)面、預防感染、促進愈合，使用簡單、攜帶方便缺點：只能暫時止血，透氣性差，長期使用易導致繼發(fā)感染72精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity繃帶織品

氨綸皺紋彈力繃帶由純棉紗和氨綸包芯紗制織；

膚感舒適，透氣性良好，無致敏性，可消毒，可重洗滌。

普通紗布繃帶柔軟、透氣，固定效果差

粘膠石膏繃帶粉狀煅石膏、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯乳液制成勻漿，涂布于紗布上，烘干，切割而成硬度高，適應性強，耐高溫，高寒，無毒，無過敏73精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity手術(shù)縫合線20世紀50年代，尼龍、滌綸線等20世紀60、70年代，膠原纖維和甲殼素纖維80年代以來，新開發(fā)了海藻酸鹽纖維、聚乳酸纖維、聚乙醇酸纖維等。74精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity手術(shù)縫合線長期以來，外科用可吸收手術(shù)縫合線主要是羊腸線和聚乙醇酸縫合線。

羊腸線

易產(chǎn)生抗體反應，強度下降過快，吸收時間、張力強度、人體組織反應等因素難以控制。

聚乙醇酸縫合線對細菌抵抗能力差，在空氣中易分解。75精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity手術(shù)縫合線聚乙交酯第一個用于可吸收縫合線的聚合物，臨床中應用廣泛。優(yōu)點：強度高、生物相容性和可降解性好，可被機體自行吸收和排泄，對人體無不良反應。缺點：熔點高導致紡絲困難，纖維柔性差，手術(shù)過程中可能損傷人體組織。采用共聚的方法，在高分子鏈中引入丙交酯鏈段，改善其柔順性。76精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity人造血管人造血管的性能要求：良好的生物相容性較高的縫接強度一定的彈性和柔順性一定的表面粗糙度性能和尺寸的穩(wěn)定性切割邊緣不脫散或抽絲可多次消毒具有止血性多種形狀和尺寸77精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity目前，人造血管使用最多的原料是聚酯、聚四氟乙烯纖維。

針織人造血管多孔結(jié)構(gòu)，易與人體組織相容，易滲血

拉絨或預凝結(jié)

機織人造血管孔隙較小，較硬挺常用于心臟周圍高壓區(qū)域的血管置換內(nèi)徑小于10mm的血管，一般采用非織造的方法生產(chǎn)。78精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity人造血管人造血管的表征：1滲透率和孔隙率

可通過致密化處理和預凝得到改善。2人造血管強度包括徑向和縱向拉伸強度、頂破強度、手術(shù)線固位強度、重復針刺強度等。3人造血管幾何特征通常為圓柱形，由管道的壁厚和松弛內(nèi)徑來描述。4對管道內(nèi)部應力的形變響應性模擬體內(nèi)血管承壓，測試人造血管在一定壓力下的承壓內(nèi)徑、縱向和徑向順應性以及彎折直徑、半徑。79精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity人造骨骼陶瓷人造骨X射線確定骨骼形狀及大小，計算機系統(tǒng)專門定做精細度達0.1mm，術(shù)前2~3小時即可制作完成細胞組織能繼續(xù)生長能否長期保持堅固性還需檢驗？

海草人造骨形成的鈣化骨骼，表面布滿直徑5~10微米的小孔，與天然骨骼相似，尤其適于假牙80精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity人造骨骼

磷酸鈣和骨膠原人造骨強度與彈性接近真正的骨骼，可被吸收。動物身上實驗，三個月可再生出新的骨骼生物玻璃納米纖維

生物玻璃人造骨含磷和鈣，接觸體液形成磷酸鈣層，與原骨牢固結(jié)合。機械強度高，無疲勞現(xiàn)象，無毒無排異反應，具生物活性，加工成型容易。

81精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity人造骨骼依靠人體體液某些離子形成新骨，在骨骼接合界面發(fā)生分解、吸收、析出等反應，實現(xiàn)骨骼牢固結(jié)合。最好的人造骨材料—鈦無毒，強度和韌性好，良好的生物相容性，但耐磨性差，缺乏生物活性。鈦骨釘82精選編輯ppt五.組織工程學及相關(guān)材料83精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity鈦骨釘組織工程學概述支架設(shè)計及制備技術(shù)生物材料的表面工程84精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity鈦骨釘5.1組織工程學概述定義——應用工程學和生命科學的原理和方法來了解正常的和病理的哺乳類組織的結(jié)構(gòu)-功能的關(guān)系，并研制活的生物組織代用品，用于修復、改善損傷組織結(jié)構(gòu)與功能的一門科學。它是繼細胞生物學和分子生物學之后，生命科學發(fā)展史上又一個新的里程碑。標志著醫(yī)學將走出器官移植的范疇，進入制造組織和器官的新時代。85精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity組織工程應用的領(lǐng)域★骨組織工程★軟骨組織工程★肌腱組織工程★韌帶組織工程★皮膚組織工程★血管組織工程★周圍神經(jīng)組織工程★肝臟組織工程★泌尿系統(tǒng)組織工程★小腸組織工程

★胰腺組織工程★牙及牙周組織工程

★肌組織工程（骨胳肌、心肌、平滑?。?6精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity鈦骨釘體外培養(yǎng)高濃度組織細胞細胞增殖細胞黏附生長在三維多孔支架材料上細胞在支架上進行新陳代謝支架材料要求：生物相容性好；可被人體逐步降解；屬于細胞外基質(zhì)。按預制形態(tài)的三維支架生長、增殖和組織分化組織工程化細胞和生物材料的結(jié)構(gòu)物植入機體缺損部位組織工程基本過程87精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity鈦骨釘三要素：支架材料

（細胞的載體材料）

種子細胞（細胞的分離和培養(yǎng)）

信號因子(細胞因子或生長因子)組織工程學的原理體外培養(yǎng)擴增的正常組織細胞－種子細胞；生物相容性良好、可被機體吸收的生物支架材料；細胞與支架材料復合體在生物反應器中的培養(yǎng)；植入機體組織、器官的缺損部位。88精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity鈦骨釘細胞載體材料的特殊要求（1）1.多孔且需要高的孔隙率

-----具備大的比表面積粘附大量的細胞-----所種植的細胞在生長及ECM的形成中需要充分合適的空間2.內(nèi)部均勻分布和相互聯(lián)通的孔結(jié)構(gòu)

-----有利于細胞在整個支架體內(nèi)部均勻分布，也有利于細胞養(yǎng)分的傳輸89精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity鈦骨釘細胞載體材料的特殊要求（2）3.支架材料易于加工成不同的厚度和形狀

-----對于不同的組織修復，組織的形態(tài)對其功能至關(guān)重要4.良好的相容性和一定的機械強度

-----支架材料和細胞的復合體最終還必須植入到體內(nèi)，有時候是骨及軟骨的損傷處5.可以通過生物降解最終消失

90精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity鈦骨釘組織工程支架的要求符合生物安全性要求合適的可生物降解吸收性合適的孔尺寸、高孔隙率和相連的孔形態(tài)特定的三維外形高表面積和合適的表面理化性質(zhì)與植入部位組織力學性能相匹配的結(jié)構(gòu)強度支架設(shè)計及制備技術(shù)材料表面工程91精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity鈦骨釘5.2支架設(shè)計及制備技術(shù)支架材料：天然高分子材料合成降解聚合物生物陶瓷生物復合材料92精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity鈦骨釘制備技術(shù)加工材料要求孔徑/m孔隙率/%結(jié)構(gòu)溶劑流涎鹽瀝濾流涎溶解30~300~90球狀孔徑、鹽粒會殘留擠出瀝濾模具熱塑性50~500<80球狀孔徑、鹽粒會殘留纖維粘合編織織物20~100<85孔隙結(jié)構(gòu)不規(guī)整乳液冷凍干燥流涎溶解20~200>90熱誘導相分離流涎溶解<100<97孔隙高度貫穿，微孔結(jié)構(gòu)超臨界流體技術(shù)流涎非晶相<5010~30非貫穿孔，微孔結(jié)構(gòu)三維打印固體自由成型溶解45~150<60100%貫穿孔（三角、五角、蜂窩狀）表：三維支架制備技術(shù)93精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity鈦骨釘生物材料表面對細胞的影響表面自由能表面蛋白質(zhì)吸附能力表面親水—疏水平衡表面荷電性能表面拓撲結(jié)構(gòu)表面生物活性

94精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity鈦骨釘5.3生物材料表面工程

仿生表面工程

工程化生物材料表面引發(fā)特定的細胞生理響應，給細胞創(chuàng)造一個良好的人工ECM環(huán)境。

要求：

良好的生物相容性；適宜的表面親水－疏水平衡；具有較強的細胞識別功能；適宜的表面拓撲結(jié)構(gòu)；可消除非特異性識別；易于加工和成型等。95精選編輯pptTianjinPolytechnicUniversity鈦骨釘5.3生物材料表面工程（1）生物大分子的表面固定化 將具有生物活性的大分子通過物理吸附、包埋或化學鍵合的方法固定在材料的