ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案課件

1、ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案生物醫(yī)學工程基礎生物醫(yī)學工程基礎主講教師主講教師 陳陳 俊俊 英英Email:ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案第三章第三章 生物材料生物材料3.1 生物醫(yī)學材料概述生物醫(yī)學材料概述3.2 生物醫(yī)學材料的分類生物醫(yī)學材料的分類3.3 生物醫(yī)學材料、生物體生物醫(yī)學材料、生物體/（人體）以及二者的（人體）以及二者的相互作用相互作用3.4 生物醫(yī)學材料的消毒、滅菌、安全性評價與生物醫(yī)學材料的消毒、滅菌、安全性評價與管理管理3.5 有機生物材料有機生物材料3.6 無機生物材料無機生物材料3.7 其它生物材料其它生物材料3.8 生物醫(yī)學材料前沿生物醫(yī)學材料前沿3.9 生

2、物醫(yī)學材料發(fā)展趨勢生物醫(yī)學材料發(fā)展趨勢ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案第三章第三章 生物材料生物材料3.1 生物醫(yī)學材料概述生物醫(yī)學材料概述一、生物醫(yī)用材料發(fā)展概況一、生物醫(yī)用材料發(fā)展概況 起步很早。起步很早。 公元前公元前5000年，用人工牙植入口腔頜骨來修復失牙；年，用人工牙植入口腔頜骨來修復失牙； 公元前公元前3500年，古埃及人用棉花纖維、馬鬃作縫合線縫合年，古埃及人用棉花纖維、馬鬃作縫合線縫合傷口；傷口； 公元前公元前2500年，中國、埃及的墓葬中發(fā)現(xiàn)有假牙、假鼻、年，中國、埃及的墓葬中發(fā)現(xiàn)有假牙、假鼻、假耳等；假耳等； 1588年（文獻記載），用黃金板修復顎骨；年（文獻記載），用

3、黃金板修復顎骨；ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案1755年，用金屬固定體內(nèi)骨折年，用金屬固定體內(nèi)骨折1809年，用黃金制種植牙齒年，用黃金制種植牙齒1851年，有人報道使用硫化天然橡膠制人工牙托和顎骨；年，有人報道使用硫化天然橡膠制人工牙托和顎骨；1940年，年，人工器官人工器官臨床使用開始臨床使用開始 人工胃人工胃 1940年年 人工尿道人工尿道 1950年年 人工關節(jié)人工關節(jié) 1954年年 人工肝人工肝 1958年年 人工血液人工血液 1970年年 人工心臟人工心臟 1982年年人工關節(jié)仿真手臂仿真手臂ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案 進入進入2020世紀，高分子材料的應用帶來了生物醫(yī)

4、學材料的世紀，高分子材料的應用帶來了生物醫(yī)學材料的巨大發(fā)展。巨大發(fā)展。 1937 1937年，年， PMMAPMMA用于牙科用于牙科 1940 1940s s，維尼龍用于血管修復維尼龍用于血管修復 1958 1958年，滌綸用于動脈修復年，滌綸用于動脈修復 1960 1960s s，PMMAPMMA、UHMPEUHMPE全髖關節(jié)全髖關節(jié) 自自2020世紀世紀5050年代，各種復雜人工器官的出現(xiàn)，標志著年代，各種復雜人工器官的出現(xiàn)，標志著生物醫(yī)學材料及人工關節(jié)的發(fā)展進入了新的階段生物生物醫(yī)學材料及人工關節(jié)的發(fā)展進入了新的階段生物醫(yī)學材料學科與其它相關技術(shù)的交叉與滲透更趨深入。醫(yī)學材料學科與其它相

5、關技術(shù)的交叉與滲透更趨深入。 ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案 近近2020年，生物醫(yī)學材料及其制品飛速發(fā)展并形成規(guī)模年，生物醫(yī)學材料及其制品飛速發(fā)展并形成規(guī)模性產(chǎn)業(yè)，將成為性產(chǎn)業(yè)，將成為2121世紀國際經(jīng)濟的主要支柱產(chǎn)業(yè)之一。世紀國際經(jīng)濟的主要支柱產(chǎn)業(yè)之一。 社會需求量大，產(chǎn)品技術(shù)含量和產(chǎn)品附加值高。社會需求量大，產(chǎn)品技術(shù)含量和產(chǎn)品附加值高。 美國目前已有1100萬人體內(nèi)植入有一個人工器官，200萬人體內(nèi)有2個或2個以上人工器官。 近近5 5年生物材料和制品產(chǎn)值占醫(yī)療器械產(chǎn)值的比值由年生物材料和制品產(chǎn)值占醫(yī)療器械產(chǎn)值的比值由45%45%增加到約增加到約70%70%。 美國在美國在“先進材料

6、加工計劃先進材料加工計劃”中，將生物醫(yī)學材料列中，將生物醫(yī)學材料列為第一位發(fā)展的材料為第一位發(fā)展的材料。 日本將生物醫(yī)學材料列入高技術(shù)新材料發(fā)展的前沿日本將生物醫(yī)學材料列入高技術(shù)新材料發(fā)展的前沿。ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案0500100015002000其它泌尿系統(tǒng)心血管系統(tǒng)肌腱/ 韌帶皮膚軟骨骨US$百萬20002002 美國幾種醫(yī)用植入體的市場估計美國幾種醫(yī)用植入體的市場估計* * * Frank.K.Ko, Engineering of Tendous and Ligaments, Frank.K.Ko, Engineering of Tendo

7、us and Ligaments, Croucher Advanced Study Institute, Hongkong, April Croucher Advanced Study Institute, Hongkong, April 14-18, 200014-18, 2000ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案 我國有我國有1313億人口，醫(yī)療保健基數(shù)大，生物醫(yī)學材料和人工億人口，醫(yī)療保健基數(shù)大，生物醫(yī)學材料和人工器官的需求量大。器官的需求量大。 肢體不自由患者約肢體不自由患者約15001500萬，其中殘疾約萬，其中殘疾約780780萬，已有約萬，已有約300300萬截肢；萬截肢； 每年

8、骨缺損和骨損傷約每年骨缺損和骨損傷約300300萬；萬； 中國北方大骨節(jié)病患者約數(shù)百萬；中國北方大骨節(jié)病患者約數(shù)百萬； 牙缺損、牙缺失患者占總?cè)丝诘难廊睋p、牙缺失患者占總?cè)丝诘?/51/51/31/3； 約占人口總數(shù)約占人口總數(shù)0.80.8的人患有心臟瓣膜疾病，其中一半的人患有心臟瓣膜疾病，其中一半需進行換瓣手術(shù)；需進行換瓣手術(shù)； 大量血液病患者需人工腎；大量血液病患者需人工腎； 大量糖尿病患者需人工胰；大量糖尿病患者需人工胰； ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案 我國生物醫(yī)學材料產(chǎn)業(yè)基礎薄弱，絕大部分依靠進口，我國生物醫(yī)學材料產(chǎn)業(yè)基礎薄弱，絕大部分依靠進口，目前巨大的社會需求與薄弱的研究開發(fā)

9、及產(chǎn)業(yè)基礎形成尖銳目前巨大的社會需求與薄弱的研究開發(fā)及產(chǎn)業(yè)基礎形成尖銳的矛盾。的矛盾。 1995 1995年，我國進口年，我國進口BMEBME產(chǎn)品注冊僅產(chǎn)品注冊僅6262種，外商種，外商3535家；家； 1996 1996年增至產(chǎn)品年增至產(chǎn)品591591種，外商種，外商196196家；家； 1997 1997年已達產(chǎn)品年已達產(chǎn)品13221322種，外商種，外商558558家；家； 機遇與挑戰(zhàn)并存機遇與挑戰(zhàn)并存. 1999 1999年，國家制訂年，國家制訂“中國生物醫(yī)學工程產(chǎn)業(yè)發(fā)展綱要中國生物醫(yī)學工程產(chǎn)業(yè)發(fā)展綱要”。ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案國內(nèi)醫(yī)療器械產(chǎn)值變化圖108025013001

10、002003004005006007001980199019952000億人民幣國內(nèi)醫(yī)療器械產(chǎn)值國內(nèi)藥品產(chǎn)值ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案高檔介入與植入器械的中國市場高檔介入與植入器械的中國市場病例數(shù)（萬例）需求量 （年）實用量（年）國產(chǎn)率 進口價人工心臟瓣膜 250 25萬 2.5萬 10% 1.5-2萬起搏器 600 40萬 2萬 5% 2-3萬骨修復材料 300 200萬 20萬 30% 0.1-0.2萬人工關節(jié) 1500 300萬 3萬 30% 2.5萬人工晶體 2000 400萬 40萬 40% 0.08-0.15萬血管支架 2000 100萬 4萬 5% 2-3萬人工血管 15

11、0 100萬 30萬 10% 2萬腎透析器 100萬 100萬 10萬 10%ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案低檔介入與植入器械的中國市場低檔介入與植入器械的中國市場 產(chǎn)量產(chǎn)量 產(chǎn)值（元產(chǎn)值（元RMBRMB） 國產(chǎn)率國產(chǎn)率一次性產(chǎn)品一次性產(chǎn)品 60億億 80%敷料敷料 50億億 60%縫合線（針）縫合線（針） 8-10億億 60%避孕套避孕套 12億億 15億億 80%ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案二、生物醫(yī)用材料的定義二、生物醫(yī)用材料的定義生物材料生物材料 (Biomaterial)(Biomaterial)生物醫(yī)學材料生物醫(yī)學材料 (Biomedical Material) (Bio

12、medical Material) 其定義隨科學技術(shù)的發(fā)展而演變其定義隨科學技術(shù)的發(fā)展而演變ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案生物材料生物材料 ( (Biomaterials) -Biomaterials) -“植入活體內(nèi)或與活體植入活體內(nèi)或與活體結(jié)合而設計的與活體系統(tǒng)結(jié)合而設計的與活體系統(tǒng)不起藥物反應不起藥物反應的的惰性惰性物質(zhì)物質(zhì)” 19601960s s，Clemson Univ., Clemson Univ., USA USA 無藥物反應無藥物反應生物材料與藥物的區(qū)別生物材料與藥物的區(qū)別 惰惰 性性化學穩(wěn)定、生物穩(wěn)定化學穩(wěn)定、生物穩(wěn)定特征特征：人造、非生命、醫(yī)用、生物相容人造、非生命、

13、醫(yī)用、生物相容 隨著生物材料的發(fā)展，該定義已明顯不適應生物隨著生物材料的發(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。材料的功能與范疇的飛速發(fā)展。 比如：比如：載藥生物材料載藥生物材料、生物活性材料生物活性材料 ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案 除醫(yī)學中使用的生物材料外，還有大量應用于生物除醫(yī)學中使用的生物材料外，還有大量應用于生物學領域的材料，如細胞培養(yǎng)、蛋白質(zhì)處理等，目前也將學領域的材料，如細胞培養(yǎng)、蛋白質(zhì)處理等，目前也將其劃入生物材料的范疇。其劃入生物材料的范疇。 “生物醫(yī)學材料是用于取代、修復活體組織的人造或天生物醫(yī)學材料是用于取代、修復活

14、體組織的人造或天然的材料然的材料” 1980s 類別類別：人造：人造/天然，體內(nèi)天然，體內(nèi)/體外，活性體外，活性/惰性，長期惰性，長期/短期短期特征特征：醫(yī)用、生物相容：醫(yī)用、生物相容ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案BiomaterialsBiological MaterialsBiomedical Materialsch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案 生物醫(yī)學材料生物醫(yī)學材料：是一類具有特殊性能、特種功能，用：是一類具有特殊性能、特種功能，用于人工器官、外科修復、理療康復、診斷、檢查、治療疾于人工器官、外科修復、理療康復、診斷、檢查、治療疾病等醫(yī)療、保健領域，而對人體組織、血液不致產(chǎn)生不良

15、病等醫(yī)療、保健領域，而對人體組織、血液不致產(chǎn)生不良影響的材料。影響的材料。 生物材料學生物材料學：研究和人體機體相適應的、以診斷治療：研究和人體機體相適應的、以診斷治療或替換體內(nèi)組織、器官或增進其功能的材料的相關問題。或替換體內(nèi)組織、器官或增進其功能的材料的相關問題。它主要根據(jù)近代醫(yī)學以及材料化學、材料物理學的基本原它主要根據(jù)近代醫(yī)學以及材料化學、材料物理學的基本原理與理論，采用材料化學、材料物理學以及近代醫(yī)學的研理與理論，采用材料化學、材料物理學以及近代醫(yī)學的研究方法從事多方面的研究。究方法從事多方面的研究。ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案三、生物醫(yī)用材料的研究內(nèi)容三、生物醫(yī)用材料的研究內(nèi)

16、容 采用材料化學、材料物理學以及近代醫(yī)學的方法從事如采用材料化學、材料物理學以及近代醫(yī)學的方法從事如下方面的研究：下方面的研究： 1. 生物體生理環(huán)境、組織結(jié)構(gòu)、器官生理功能及其替代生物體生理環(huán)境、組織結(jié)構(gòu)、器官生理功能及其替代方法的研究方法的研究； 2. 具有特種生理功能的生物醫(yī)學材料的合成、改性、加具有特種生理功能的生物醫(yī)學材料的合成、改性、加工成型以及材料的特種生理功能與其結(jié)構(gòu)關系的研究工成型以及材料的特種生理功能與其結(jié)構(gòu)關系的研究； 3. 材料與生物體的細胞、組織、血液、體液、免疫、內(nèi)材料與生物體的細胞、組織、血液、體液、免疫、內(nèi)分泌等生理系統(tǒng)的相互作用以及減少材料毒副作用的對策分泌等

17、生理系統(tǒng)的相互作用以及減少材料毒副作用的對策研究研究； 4. 材料滅菌、消毒、醫(yī)用安全性評價方法與標準以及醫(yī)材料滅菌、消毒、醫(yī)用安全性評價方法與標準以及醫(yī)用材料與制品生產(chǎn)管理與國家管理法規(guī)的研究用材料與制品生產(chǎn)管理與國家管理法規(guī)的研究。ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案l材料制備和工藝優(yōu)化l材料的組成、理化性能和微觀結(jié)構(gòu)研究l材料和生物體的相互作用 血液反應 組織反應 免疫反應l材料生物體界面研究 化學結(jié)合界面 接觸界面 纖維包裹界面等l材料在生物體內(nèi)的代謝產(chǎn)物和途徑。 放射性元素失蹤法l材料的生物學評價亦即：ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案 上述研究內(nèi)容涉及：化學、物理學、高分子化學、上述

18、研究內(nèi)容涉及：化學、物理學、高分子化學、高分子物理學、無機材料學、金屬材料學、生物化學、高分子物理學、無機材料學、金屬材料學、生物化學、生物物理學、生理學、解剖學、病理學、基礎與臨床生物物理學、生理學、解剖學、病理學、基礎與臨床醫(yī)學、藥物學、制劑學等，此外，還涉及許多新的工醫(yī)學、藥物學、制劑學等，此外，還涉及許多新的工程學和管理學等。程學和管理學等。ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案3.2 生物醫(yī)學材料的分類生物醫(yī)學材料的分類 1. 按材料組成和性質(zhì)分：按材料組成和性質(zhì)分： （1）醫(yī)用金屬材料，如：）醫(yī)用金屬材料，如：Ti人工關節(jié)、血管支架人工關節(jié)、血管支架等；等； （2）醫(yī)用高分子材料，如：

19、硅橡膠）醫(yī)用高分子材料，如：硅橡膠導管導管等；等； （3）生物陶瓷材料，如）生物陶瓷材料，如HA人工牙人工牙等；等； （4）生物醫(yī)學復合材料；）生物醫(yī)學復合材料； （5）天然生物材料，如牛心胞）天然生物材料，如牛心胞人心瓣；人心瓣； （6）雜化材料，如：肝素）雜化材料，如：肝素+金屬，酶金屬，酶+高分子等。高分子等。ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案人工關節(jié)人工關節(jié)血管支架血管支架ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案髁固定鋼板髁固定鋼板Co-Cr-Mo人工關節(jié)ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案導管導管ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案人工牙人工牙ch3生物材料生

20、物醫(yī)學工程基礎教案人工牙人工牙ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案人工牙與種植體人工牙與種植體ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案2. 按用途分：按用途分： （1）骨、牙、關節(jié)、肌腱等骨骼）骨、牙、關節(jié)、肌腱等骨骼-肌肉系統(tǒng)修復材料和替肌肉系統(tǒng)修復材料和替換材料；換材料； （2）皮膚、乳房、食道、呼吸道、膀胱等軟組織材料；）皮膚、乳房、食道、呼吸道、膀胱等軟組織材料； （3）人工心臟瓣膜人工心臟瓣膜、血管、心血管內(nèi)插管等心血管系統(tǒng)、血管、心血管內(nèi)插管等心血管系統(tǒng)材料；材料； （4）血液凈化膜、分離

21、膜、氣體選擇性透過膜、角膜接）血液凈化膜、分離膜、氣體選擇性透過膜、角膜接觸鏡等醫(yī)用膜材料；觸鏡等醫(yī)用膜材料； （5）組織粘合劑、縫線材料；）組織粘合劑、縫線材料； （6）藥物釋放載體材料；）藥物釋放載體材料； （7）臨床診斷及生物傳感器材料；）臨床診斷及生物傳感器材料； （8）齒科材料等。）齒科材料等。ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案 3. 按材料在生理環(huán)境中的生物化學反應水平分：按材料在生理環(huán)境中的生物化學反應水平分： （1）近于惰性的生物醫(yī)學材料；）近于惰性的生物醫(yī)學材料； （2）生物

22、活性材料；）生物活性材料； （3）可生物降解和吸收的生物材料。）可生物降解和吸收的生物材料。ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案 4. 按醫(yī)用材料來源分類：按醫(yī)用材料來源分類： （1）人體自身組織：皮膚移植、靜脈搭橋等。）人體自身組織：皮膚移植、靜脈搭橋等。 （2）同種器官與組織：尸體角膜再移植）同種器官與組織：尸體角膜再移植 （3）異種同類器官與組織：豬腎）異種同類器官與組織：豬腎人、牛、豬心瓣人、牛、豬心瓣人等。人等。 （4）天然生物材料的提取與改性：動物皮、胃膠原提）天然生物材料的提取與改性：動物皮、胃膠原提取處理成縫合線；取處理成縫合線； （5）合成材料：硅橡膠）合成材料：硅橡膠人工心瓣

23、；聚氨酯人工心瓣；聚氨酯人工心人工心臟；四氟乙烯臟；四氟乙烯人工血管等；人工血管等；ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案 5. 按醫(yī)用材料的使用要求分類：按醫(yī)用材料的使用要求分類： （1）非植入性材料和制品：如一次性注射器、手術(shù)器具）非植入性材料和制品：如一次性注射器、手術(shù)器具等；等； （2）植入性材料和制品：如人工關節(jié)、人工腎、人工角）植入性材料和制品：如人工關節(jié)、人工腎、人工角膜等；膜等； （3）血液接觸性材料與制品：如人工心瓣、血管支架、）血液接觸性材料與制品：如人工心瓣、血管支架、人工血管等；人工血管等； （4）降解和吸收性材料與制品：如手術(shù)縫合線等；）降解和吸收性材料與制品：如手術(shù)縫合

24、線等； （5）其它：如診斷用固定化酶載體等。）其它：如診斷用固定化酶載體等。ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案醫(yī)用醫(yī)用SiO2粉體材料粉體材料ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案 -磷酸三鈣粉體材料磷酸三鈣粉體材料ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案43 羥基磷灰石顆粒生物材料羥基磷灰石顆粒生物材料ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案磷酸鈣生物陶瓷磷酸鈣生物陶瓷ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案 氧化鋯生物陶瓷氧化鋯生物陶瓷ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案涂層類金剛石膜人工心瓣涂層類金剛石膜人工心瓣ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案鈦合金基鈦合金基/ /類金剛石涂層人工心瓣類金剛石涂層人工心瓣ch

25、3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案 等離子體表面改性硅橡膠接觸鏡等離子體表面改性硅橡膠接觸鏡ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案 聚氨酯外科敷料聚氨酯外科敷料ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案 BMP/TCP復合人工骨修復材料復合人工骨修復材料 ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案 可生物降解、可誘導成骨修復材料可生物降解、可誘導成骨修復材料ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案3.3 生物醫(yī)學材料、生物體生物醫(yī)學材料、生物體/（人體）（人體）以及二者的相互作用以及二者的相互作用一、人體的生理環(huán)境、組織結(jié)構(gòu)與性能一、人體的生理環(huán)境、組織結(jié)構(gòu)與性能 （一）機體與環(huán)境一）機體與環(huán)境 人體機體生活在人體機體生活

26、在一定環(huán)境（后面多頁）一定環(huán)境（后面多頁）之中：之中： 一方面一方面，機體生存與發(fā)展取決于環(huán)境；，機體生存與發(fā)展取決于環(huán)境； 另一方面另一方面，機體會，機體會適應環(huán)境適應環(huán)境且環(huán)境同時受基體影響。且環(huán)境同時受基體影響。 機體的機體的適應性適應性/調(diào)節(jié)機制調(diào)節(jié)機制： （1）神經(jīng)調(diào)節(jié)神經(jīng)調(diào)節(jié)：條件反射與非條件反射，如見酸物品唾：條件反射與非條件反射，如見酸物品唾液分泌液分泌-“望梅止渴望梅止渴”； （2）體液調(diào)節(jié)體液調(diào)節(jié)：如激素水平改變，化學物質(zhì)變化等，汗：如激素水平改變，化學物質(zhì)變化等，汗液分泌等；液分泌等； （3）器官、組織細胞的自身調(diào)節(jié)器官、組織細胞的自身調(diào)節(jié)：受力：受力細胞收縮。細胞收縮。

27、ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案一、骨骼一、骨骼v v二、牙齒二、牙齒三、軟骨三、軟骨v v四、皮膚四、皮膚五、肌腱五、肌腱六、血管六、血管七、體液七、體液ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案l骨屬于硬組織，由細胞、纖維和基骨屬于硬組織，由細胞、纖維和基質(zhì)組成。質(zhì)組成。骨基質(zhì)：無機鹽骨基質(zhì)：無機鹽60%，有機物，有機物40%l人骨的無機成分（干燥骨的人骨的無機成分（干燥骨的%）總量總量 約約74Ca 25.6P 12.3CO2 4.0Na 0.13 - 0.6Mg 0.39K 0.05 - 0.4Cl 0.17 - 0.19Ca/P 2.03（摩爾比為摩爾比為1.6）ch3生物材料生物醫(yī)學工程

28、基礎教案l骨松質(zhì)骨松質(zhì) 分布于長骨的骨骺和骨干的內(nèi)側(cè)面。由平行排列的骨板和骨細胞構(gòu)成針狀或片狀骨小梁，并連接成多孔隙網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，網(wǎng)孔即骨髓腔，其中充滿紅骨髓。 l骨密質(zhì)骨密質(zhì) 分布于長骨的骨干和骨骺的外側(cè)面，其骨板排列很規(guī)則，按骨板的排列方式分為環(huán)骨板、骨單位和間骨板。 l骨膜骨膜 被覆于骨內(nèi)、外面由纖維結(jié)締組織構(gòu)成的膜。分布于除關節(jié)面以外整個骨外面。襯于骨髓腔內(nèi)面和骨松質(zhì)腔隙內(nèi)的稱骨內(nèi)膜。骨膜含有豐富的血管、神經(jīng)和淋巴管，對骨的營養(yǎng)、生長或再生具有重要作用。 l骨髓骨髓 充滿于長骨的髓腔和骨松質(zhì)的腔隙內(nèi)，分紅骨髓和黃骨髓。 l血管神經(jīng)血管神經(jīng)ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案l骨組織由大量鈣化

29、的骨組織由大量鈣化的細胞間質(zhì)細胞間質(zhì)和和細胞細胞構(gòu)成。構(gòu)成。鈣化的細胞間質(zhì)稱骨基質(zhì)。鈣化的細胞間質(zhì)稱骨基質(zhì)。l骨基質(zhì)由骨基質(zhì)由有機質(zhì)有機質(zhì)和和無機質(zhì)無機質(zhì)構(gòu)成。構(gòu)成。 有機質(zhì)包括大量有機質(zhì)包括大量骨膠纖維骨膠纖維，占有機質(zhì)的，占有機質(zhì)的90%90%，呈凝膠狀主要含有，呈凝膠狀主要含有中性和弱酸性糖胺多糖，還有多種糖蛋白。中性和弱酸性糖胺多糖，還有多種糖蛋白。 無機質(zhì)又稱骨鹽，主要為無機質(zhì)又稱骨鹽，主要為羥基磷灰石羥基磷灰石結(jié)晶結(jié)晶, ,細針狀細針狀, ,長長10102020nmnm，沿膠原原纖維長軸規(guī)則排列。沿膠原原纖維長軸規(guī)則排列。l有機質(zhì)和無機質(zhì)的緊密結(jié)合，使骨既堅硬又有韌性。骨基質(zhì)的結(jié)構(gòu)

30、呈有機質(zhì)和無機質(zhì)的緊密結(jié)合，使骨既堅硬又有韌性。骨基質(zhì)的結(jié)構(gòu)呈板層狀，稱骨板，是由骨膠纖維成層排列，且與骨鹽晶體和基質(zhì)緊密板層狀，稱骨板，是由骨膠纖維成層排列，且與骨鹽晶體和基質(zhì)緊密結(jié)合。同一層骨板內(nèi)的膠原纖維平行排列，相鄰兩層骨板的纖維相互結(jié)合。同一層骨板內(nèi)的膠原纖維平行排列，相鄰兩層骨板的纖維相互垂直，纖維束還可有分支，并伸至相鄰的一層，增加骨的支持力。垂直，纖維束還可有分支，并伸至相鄰的一層，增加骨的支持力。細胞包括細胞包括骨原細胞骨原細胞、成骨細胞成骨細胞、骨細胞骨細胞和和破骨細胞破骨細胞4 4種。種。l骨細胞最多，位于骨基質(zhì)內(nèi)，其它三種均位于骨組織的邊緣。骨細胞最多，位于骨基質(zhì)內(nèi)，其

31、它三種均位于骨組織的邊緣。ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案l成骨細胞成骨細胞 位于成骨活躍的骨組織表面，位于成骨活躍的骨組織表面，常成層排列，胞體呈立方形或矮柱狀。常成層排列，胞體呈立方形或矮柱狀。細胞表面有許多細小突起，與相鄰的細胞表面有許多細小突起，與相鄰的成骨細胞或骨細胞突起形成縫隙連接。成骨細胞或骨細胞突起形成縫隙連接。細胞核大而圓，核仁明顯。胞質(zhì)嗜堿細胞核大而圓，核仁明顯。胞質(zhì)嗜堿性。電鏡下見有大量粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和發(fā)性。電鏡下見有大量粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和發(fā)達的高爾基復合體。成骨細胞可分泌達的高爾基復合體。成骨細胞可分泌有機質(zhì)的骨膠纖維和基質(zhì)，稱類骨質(zhì)；有機質(zhì)的骨膠纖維和基質(zhì)，稱類骨質(zhì)；同時以細

32、胞膜出芽方式向類骨質(zhì)中釋同時以細胞膜出芽方式向類骨質(zhì)中釋放基質(zhì)小泡，小泡內(nèi)含鈣、小的骨鹽放基質(zhì)小泡，小泡內(nèi)含鈣、小的骨鹽結(jié)晶和鈣結(jié)合蛋白?；|(zhì)小泡是使類結(jié)晶和鈣結(jié)合蛋白?；|(zhì)小泡是使類骨質(zhì)鈣化的重要結(jié)構(gòu)。當成骨細胞被骨質(zhì)鈣化的重要結(jié)構(gòu)。當成骨細胞被類骨質(zhì)包埋后，便成為骨細胞。類骨質(zhì)包埋后，便成為骨細胞。l骨原細胞骨原細胞 位于骨組織的表面，體積小，呈梭形，細胞核橢圓，胞質(zhì)弱嗜位于骨組織的表面，體積小，呈梭形，細胞核橢圓，胞質(zhì)弱嗜堿性。骨原細胞是一種干細胞，能分裂分化為成骨細胞。堿性。骨原細胞是一種干細胞，能分裂分化為成骨細胞。ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案l骨細胞骨細胞 單個分布于骨板內(nèi)或

33、骨板間，胞體較小，呈扁橢圓形，有許多細單個分布于骨板內(nèi)或骨板間，胞體較小，呈扁橢圓形，有許多細長突起，胞質(zhì)弱嗜堿性。骨細胞的胞體位于骨陷窩內(nèi)，突起位于骨小管長突起，胞質(zhì)弱嗜堿性。骨細胞的胞體位于骨陷窩內(nèi)，突起位于骨小管內(nèi)。相鄰骨細胞的突起以縫隙連接相連。骨陷窩和骨小管內(nèi)含組織液。內(nèi)。相鄰骨細胞的突起以縫隙連接相連。骨陷窩和骨小管內(nèi)含組織液。骨細胞對骨基質(zhì)的更新和維持有重要作用。骨細胞及其突起的總面積很骨細胞對骨基質(zhì)的更新和維持有重要作用。骨細胞及其突起的總面積很大，與骨基質(zhì)相接觸，對于骨陷窩組織液中鈣與血鈣的交換及維持血鈣大，與骨基質(zhì)相接觸，對于骨陷窩組織液中鈣與血鈣的交換及維持血鈣的恒定有一

34、定作用。的恒定有一定作用。ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案l破骨細胞破骨細胞 數(shù)量較少，常位于骨組織表面。數(shù)量較少，常位于骨組織表面。是一種多核的大細胞，直徑是一種多核的大細胞，直徑100100mm，含含有有2 25050個核?，F(xiàn)認為它是由多個單核細個核。現(xiàn)認為它是由多個單核細胞觸合而成。光鏡下，破骨細胞的胞質(zhì)胞觸合而成。光鏡下，破骨細胞的胞質(zhì)呈泡沫狀，多為嗜酸性，貼近骨基質(zhì)的呈泡沫狀，多為嗜酸性，貼近骨基質(zhì)的一側(cè)有紋狀緣。電鏡下，這一側(cè)有許多一側(cè)有紋狀緣。電鏡下，這一側(cè)有許多不規(guī)則并分支的指狀突起，稱皺褶緣，不規(guī)則并分支的指狀突起，稱皺褶緣，皺褶緣周圍的環(huán)形胞質(zhì)區(qū)含許多微絲，皺褶緣周圍的環(huán)

35、形胞質(zhì)區(qū)含許多微絲，而缺乏其它細胞器，稱為亮區(qū)。皺褶緣而缺乏其它細胞器，稱為亮區(qū)。皺褶緣基部胞質(zhì)內(nèi)含大量初級溶酶體，吞飲泡基部胞質(zhì)內(nèi)含大量初級溶酶體，吞飲泡和次級溶酶體。破骨細胞有溶解和吸收和次級溶酶體。破骨細胞有溶解和吸收骨基質(zhì)的作用。在溶骨時，亮區(qū)緊貼骨骨基質(zhì)的作用。在溶骨時，亮區(qū)緊貼骨基質(zhì)表面。形成一道環(huán)形圍堤，使所包基質(zhì)表面。形成一道環(huán)形圍堤，使所包圍的皺褶緣區(qū)成為封閉的溶骨微環(huán)境，圍的皺褶緣區(qū)成為封閉的溶骨微環(huán)境，破骨細胞向該區(qū)釋放多種蛋白酶，碳酸破骨細胞向該區(qū)釋放多種蛋白酶，碳酸酐酶、檸檬酸和乳酸等，使骨基質(zhì)溶解。酐酶、檸檬酸和乳酸等，使骨基質(zhì)溶解。ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教

36、案l骨組織再生主要依靠骨膜。骨組織再生主要依靠骨膜。骨受傷后，骨膜內(nèi)層細胞分裂增生填充到傷口內(nèi)，骨受傷后，骨膜內(nèi)層細胞分裂增生填充到傷口內(nèi)，相繼形成相繼形成l肉芽組織肉芽組織l致密結(jié)締組織致密結(jié)締組織l纖維軟骨纖維軟骨l松質(zhì)骨松質(zhì)骨l密質(zhì)骨密質(zhì)骨ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案l骨移植骨移植是將一部位之骨組織離體后移植于人體內(nèi)另一骨是將一部位之骨組織離體后移植于人體內(nèi)另一骨骼有缺損或需要加強或固定處的一種手段，是組織移植骼有缺損或需要加強或固定處的一種手段，是組織移植中最常用的方法之一，骨組織的保存也要比皮膚、筋膜、中最常用的方法之一，骨組織的保存也要比皮膚、筋膜、肌腱、血管以及其它移植組織

37、容易的多。這是因為被移肌腱、血管以及其它移植組織容易的多。這是因為被移植的骨組織不完全取決于它成活的細胞，而是需經(jīng)過受植的骨組織不完全取決于它成活的細胞，而是需經(jīng)過受區(qū)緩慢的爬行孕的有生命的骨組織，由于所產(chǎn)生的免疫區(qū)緩慢的爬行孕的有生命的骨組織，由于所產(chǎn)生的免疫排斥反應低，是最先移植成功的組織。排斥反應低，是最先移植成功的組織。ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案l牙的功能牙的功能：對食物進行機械加工嚼碎，輔助發(fā)育及語言等：對食物進行機械加工嚼碎，輔助發(fā)育及語言等 。l牙的外形牙的外形牙冠：暴露在口腔內(nèi)的部分，其內(nèi)腔稱牙冠腔。牙冠：暴露在口腔內(nèi)的部分，其內(nèi)腔稱牙

38、冠腔。 牙頸：介于牙冠和牙根之間縮細的部分牙頸：介于牙冠和牙根之間縮細的部分 。牙根：嵌入上、下牙槽內(nèi)的部分，其內(nèi)腔稱牙根管，與牙冠腔相通，管牙根：嵌入上、下牙槽內(nèi)的部分，其內(nèi)腔稱牙根管，與牙冠腔相通，管末端細有根尖孔。末端細有根尖孔。 l牙組織牙組織牙本質(zhì)：構(gòu)成牙的大部分。牙本質(zhì)：構(gòu)成牙的大部分。 牙釉質(zhì)：在牙冠部的牙本質(zhì)外面覆蓋的部分。牙釉質(zhì)：在牙冠部的牙本質(zhì)外面覆蓋的部分。 牙骨質(zhì)：在牙根部的牙本質(zhì)外面包繞的部分。牙骨質(zhì)：在牙根部的牙本質(zhì)外面包繞的部分。 牙牙 髓：位于牙腔內(nèi)髓：位于牙腔內(nèi), ,由結(jié)締組織、神經(jīng)和血管共同組成。由結(jié)締組織、神經(jīng)和血管共同組成。 l牙周組織牙周組織 牙周膜：

39、介于牙根和牙槽骨之間的致密結(jié)締組織。牙周膜：介于牙根和牙槽骨之間的致密結(jié)締組織。牙槽骨：屬于上、下頜骨的牙槽突。牙槽骨：屬于上、下頜骨的牙槽突。 牙牙 齦：是覆蓋在牙頸和牙槽突表面的口腔粘膜。齦：是覆蓋在牙頸和牙槽突表面的口腔粘膜。 ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案l骨骼（股骨）：抗拉強度124MPa;抗壓強度170MPa; 拉剪強度54MPa;拉伸彈性模量17GPa.牙齒（牙本質(zhì)）：彈性模量12GPa;泊松比0.3;剪切模量4.8.ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案l軟骨是由軟骨是由軟骨組織軟骨組織及及周圍的軟骨膜周圍的軟骨膜構(gòu)成。構(gòu)成。軟骨組織則由軟骨基質(zhì)和軟骨細胞構(gòu)成。軟骨組織則由軟骨

40、基質(zhì)和軟骨細胞構(gòu)成。l軟骨基質(zhì)：即為細胞間質(zhì)，由無定形基質(zhì)和其中的纖維構(gòu)成。軟骨基質(zhì)：即為細胞間質(zhì)，由無定形基質(zhì)和其中的纖維構(gòu)成?；|(zhì)內(nèi)小腔為軟骨陷窩，軟骨細胞即位于此陷窩內(nèi)。基質(zhì)內(nèi)小腔為軟骨陷窩，軟骨細胞即位于此陷窩內(nèi)。l軟骨細胞：軟骨細胞核圓或卵圓形，染色淺。細胞質(zhì)弱嗜堿性。軟骨細胞：軟骨細胞核圓或卵圓形，染色淺。細胞質(zhì)弱嗜堿性。軟骨細胞可合成和分泌基質(zhì)和纖維。軟骨細胞可合成和分泌基質(zhì)和纖維。軟骨膜：軟骨組織周圍的致密結(jié)締組織。軟骨膜可分為兩層，外軟骨膜：軟骨組織周圍的致密結(jié)締組織。軟骨膜可分為兩層，外層為較致密的膠原纖維，內(nèi)層纖維較疏松而細胞較多，其中有些層為較致密的膠原纖維，內(nèi)層纖維較

41、疏松而細胞較多，其中有些梭形的小細胞，稱骨原細胞，可增殖分化為軟骨細胞。梭形的小細胞，稱骨原細胞，可增殖分化為軟骨細胞。 l根據(jù)軟骨基質(zhì)所含纖維的不同，可將軟骨分為透明軟骨、根據(jù)軟骨基質(zhì)所含纖維的不同，可將軟骨分為透明軟骨、纖維軟骨和彈性軟骨三種。纖維軟骨和彈性軟骨三種。ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案l分布：如肋軟骨、關節(jié)軟骨、氣管與支氣管軟骨等。分布：如肋軟骨、關節(jié)軟骨、氣管與支氣管軟骨等。l透明軟骨中的纖維：透明軟骨中的纖維：膠原纖維膠原纖維，其折光率與基質(zhì)相似。，其折光率與基質(zhì)相似。l性質(zhì)：有彈性，半透明。性質(zhì)：有彈性，半透明。ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案l分布：椎間盤、關節(jié)盤

42、、恥骨聯(lián)合、股分布：椎間盤、關節(jié)盤、恥骨聯(lián)合、股骨頭韌帶、肌腱等部位骨頭韌帶、肌腱等部位 。l透明軟骨中的纖維：大量平行或交織排透明軟骨中的纖維：大量平行或交織排列的膠原纖維束。列的膠原纖維束。 l性質(zhì)：不透明，有伸展性。性質(zhì)：不透明，有伸展性。l分布：耳廓、外耳道、咽鼓管、會厭以及喉等處，分布：耳廓、外耳道、咽鼓管、會厭以及喉等處，l結(jié)構(gòu)特點：軟骨基質(zhì)中含大量交織的彈性纖維。結(jié)構(gòu)特點：軟骨基質(zhì)中含大量交織的彈性纖維。 l性質(zhì)：不透明，有明顯的可屈性和彈性。性質(zhì)：不透明，有明顯的可屈性和彈性。ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案l結(jié)構(gòu)：表皮真皮皮下組織ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案l結(jié)構(gòu)：平

43、行排列的膠原纖維束。結(jié)構(gòu)：平行排列的膠原纖維束。l功能：使肌肉附著在骨骼上，并骨骼和肌肉間的力功能：使肌肉附著在骨骼上，并骨骼和肌肉間的力ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案l結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：內(nèi)層內(nèi)層內(nèi)皮細胞內(nèi)皮細胞基質(zhì)膜基質(zhì)膜內(nèi)皮下層內(nèi)皮下層中層中層平滑肌平滑肌膠原纖維膠原纖維+彈性纖維彈性纖維外層外層松散的結(jié)締組織松散的結(jié)締組織ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案 （二）蛋白質(zhì)二）蛋白質(zhì) 由由20余種余種氨基酸氨基酸組成：組成：氨基酸的三個特點：氨基酸的三個特點： （1）H2NCCOOH 氨基酸側(cè)鍵氨基酸側(cè)鍵R基團不同，氨基酸就不同?；鶊F不同，氨基酸就不同。 （2） 分為分為L-型和型和D-型；（

44、型；（2種立體異構(gòu)體）種立體異構(gòu)體） （3）旋光性（都含不對稱）旋光性（都含不對稱C原子）原子）RHch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案氨基酸的分類：氨基酸的分類：中性氨基酸、堿性氨基酸、酸性氨基酸等。中性氨基酸、堿性氨基酸、酸性氨基酸等。氨基酸與蛋白質(zhì)：氨基酸與蛋白質(zhì)：氨基酸氨基酸 氨基酸：氨基酸：構(gòu)成蛋白質(zhì)構(gòu)成蛋白質(zhì) 肽鍵肽鍵是一種氨基酸分子中的是一種氨基酸分子中的 -氨基與另一氨基酸分子中的氨基與另一氨基酸分子中的 -羧基失水縮合而成酰胺鍵。羧基失水縮合而成酰胺鍵。聯(lián)結(jié)肽鍵NCCHROOHHHNCCHROOHHH+NCCHR OOHHHNCCHROH聯(lián)結(jié)ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案N

45、HHRCHCOOH+HNHRCHCOOHNHHRCHCONHRCHCOOH脫水脫水肽鍵肽鍵此式為此式為二肽二肽，多次聯(lián)結(jié)后為，多次聯(lián)結(jié)后為多肽多肽。ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)圖蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)圖 ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案NHHRCHCOOH+HNHRCHCOOHNHHRCHCONHRCHCOOHch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案 （三）聚糖三）聚糖 許多同種或異種單糖通過失水縮合而成的生物高分子。許多同種或異種單糖通過失水縮合而成

46、的生物高分子。 人體組織中起重要作用的一類聚糖人體組織中起重要作用的一類聚糖糖胺聚糖。糖胺聚糖。 （四）細胞與細胞膜（四）細胞與細胞膜 細胞細胞：細胞膜細胞質(zhì)細胞核，是構(gòu)成組織和器官的：細胞膜細胞質(zhì)細胞核，是構(gòu)成組織和器官的基本結(jié)構(gòu)單位。基本結(jié)構(gòu)單位。 細胞膜細胞膜：磷酯雙分子層蛋白：磷酯雙分子層蛋白ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案免免疫疫熒熒光光 ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案細胞器免疫熒光細胞器免疫熒光 ch3生物材

47、料生物醫(yī)學工程基礎教案免疫熒光免疫熒光 ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案細胞三維結(jié)構(gòu)細胞三維結(jié)構(gòu)ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案細胞三維模式圖細胞三維模式圖ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案細胞三維模式圖細胞三維模式圖ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案細細胞胞三三維維模模式式圖圖ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案細胞與細胞粘附信號細胞與細胞粘附信號 ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案細胞膜細胞膜ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案神經(jīng)細胞神經(jīng)細胞ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案 （五）血液五）血液體液體液細胞內(nèi)液細胞內(nèi)液細胞外液細胞外液心血管系統(tǒng)內(nèi)體液心血管系統(tǒng)內(nèi)體液血漿血漿循環(huán)不停循環(huán)不

48、停組織間隙內(nèi)液組織間隙內(nèi)液組織液組織液淋巴管內(nèi)液淋巴管內(nèi)液淋巴液淋巴液 腦室內(nèi)液腦室內(nèi)液腦脊液腦脊液血液組成血液組成：血漿：容積的血漿：容積的55% 血細胞：血細胞：45% 血小板 紅細胞 白細胞ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案血液功能血液功能： （1）運輸功能（營養(yǎng)物質(zhì)、）運輸功能（營養(yǎng)物質(zhì)、CO2、O2等）等） （2）調(diào)節(jié)功能）調(diào)節(jié)功能 （3）保護防御）保護防御 （4）維持內(nèi)環(huán)境的相對恒定（酸堿度、滲透壓等）維持內(nèi)環(huán)境的相對恒定（酸堿度、滲透壓等）（六）骨骼和牙齒（六）骨骼和牙齒（七）肌腱、軟骨與皮膚（七）肌腱、軟骨與皮膚（八）彈性組織（血管、韌帶、肺組織）（八）彈性組織（血管、韌帶、肺

49、組織） （前已述）（前已述）ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案二、生物醫(yī)學材料及與人體間的相互作用二、生物醫(yī)學材料及與人體間的相互作用 （一）生物醫(yī)學材料（前已述）（一）生物醫(yī)學材料（前已述） （二）生物材料與人體的相互作用（二）生物材料與人體的相互作用ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案血小板血栓血小板血栓凝血系統(tǒng)激活凝血系統(tǒng)激活纖溶系統(tǒng)激活纖溶系統(tǒng)激活溶血反應溶血反應Leukopenia(一次性白血球減少一次性白血球減少)補體系統(tǒng)激活補體系統(tǒng)激活抗原抗原抗體反應抗體反應(體液性免疫體液性免疫)免疫細胞的激活（細胞性免疫）免疫細胞的激活（細胞性免疫）炎癥反應炎癥反應細胞粘附細胞粘附細胞增殖細胞

50、增殖形成偽內(nèi)膜形成偽內(nèi)膜細胞質(zhì)轉(zhuǎn)變細胞質(zhì)轉(zhuǎn)變組織反應組織反應免疫反應免疫反應材料反應材料反應血液反應血液反應生物反應生物反應物理性質(zhì)的變化物理性質(zhì)的變化化學性質(zhì)的變化化學性質(zhì)的變化材料與生物材料與生物體相互作用體相互作用ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案（一）（一） 宿主（生物機體）反應宿主（生物機體）反應（二）（二） 材料反應材料反應（三）（三） 材料與生物體的的界面材料與生物體的的界面ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案l血液反應 組織反應 免疫反應l局部組織反應局部組織反應：組織對手術(shù)創(chuàng)傷的急性或炎性反應；：組織對手術(shù)創(chuàng)傷的急性或炎性反應；l全身毒性反應全身毒性反應：由于材料在合成加工及消

51、毒過程中，：由于材料在合成加工及消毒過程中，吸收或形成的低分子產(chǎn)物造成的，有急性和慢性反應；吸收或形成的低分子產(chǎn)物造成的，有急性和慢性反應；l過敏反應過敏反應：由于材料溶出或降解產(chǎn)生的毒物造成的；：由于材料溶出或降解產(chǎn)生的毒物造成的；l致癌、致畸、致突變反應致癌、致畸、致突變反應：由于材料中或降解產(chǎn)物中：由于材料中或降解產(chǎn)物中的有害物質(zhì)造成的；的有害物質(zhì)造成的；l適應性反應適應性反應：慢性的、長期的、包括機械力的材料與：慢性的、長期的、包括機械力的材料與組織相互作用產(chǎn)生的影響。組織相互作用產(chǎn)生的影響。ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案 材料反應的結(jié)果可導致材料結(jié)構(gòu)破壞和性質(zhì)改變，材料反應的結(jié)果

52、可導致材料結(jié)構(gòu)破壞和性質(zhì)改變，取決于材料的化學穩(wěn)定性。取決于材料的化學穩(wěn)定性。l生理腐蝕生理腐蝕：生理環(huán)境對材料的化學侵蝕作用，致使材料：生理環(huán)境對材料的化學侵蝕作用，致使材料產(chǎn)生離解、氧化等，導致過敏等反應。產(chǎn)生離解、氧化等，導致過敏等反應。l吸收吸收：材料在生理環(huán)境里，可通過吸收過程使其功能改：材料在生理環(huán)境里，可通過吸收過程使其功能改變，也可導致材料的物理、機械性能改變。變，也可導致材料的物理、機械性能改變。l降解降解：在生理環(huán)境作用下材料可能被解體降解，導致材：在生理環(huán)境作用下材料可能被解體降解，導致材料失效。料失效。l其它失效反應其它失效反應：機械力也可引起失效，如磨損可使修復：機械

53、力也可引起失效，如磨損可使修復體的結(jié)合部受損造成失效。體的結(jié)合部受損造成失效。ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案l體外試驗：用于分析、研究材料的性能以便篩選。體外試驗：用于分析、研究材料的性能以便篩選。# # 材料溶出物測定：材料溶出物測定：# # 溶血溶血# # 細胞毒性試驗：細胞毒性試驗：l體內(nèi)試驗：急性全身毒性、刺激、致突變、肌肉埋置體內(nèi)試驗：急性全身毒性、刺激、致突變、肌肉埋置等試驗。等試驗。為減少與控制宿主反應與材料反應的發(fā)生，需要進行為減少與控制宿主反應與材料反應的發(fā)生，需要進行- -ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案l界面基本理論界面基本理論l界面結(jié)合形式界面結(jié)合形式l界面細胞關

54、系界面細胞關系l界面酶化學關系界面酶化學關系l界面材料力學界面材料力學l材料的表面處理材料的表面處理ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案l1 界面潤濕理論 材料（種植體）體液機體組織 （良好的潤濕性） （良好的界面結(jié)合性能）l2 界面吸附理論 材料表面對各種離子、細胞、氨基酸、蛋白質(zhì)等的吸附。l3 界面化學結(jié)合理論 材料與機體組織的各種鍵合。l4 界面分子結(jié)合理論 依靠材料表面的極性、活性基團等導致的氫鍵作用。l5 界面酸堿結(jié)合理論 酸性環(huán)境促進骨性結(jié)合。l6 機械結(jié)合理論 是材料與機體主要結(jié)合方式，可通過材料表面的粗糙化和微孔化實現(xiàn)。l7 界面應力傳導理論ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案l1

55、 骨結(jié)合界面 材料與骨直接結(jié)合。是理想的結(jié)合形式。l2 骨接觸界面 材料骨界面上有薄層纖維。是有效的界面結(jié)合方式。l3 纖維結(jié)合界面 材料骨界面上有厚纖維,常伴有炎癥。是不良結(jié)合方式。l4 附著性界面 機體組織在材料表面短暫性附著。是失敗的結(jié)合方式。ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案l1 1 一般細胞關系一般細胞關系 材料植入后發(fā)生各種細胞的吸附。材料植入后發(fā)生各種細胞的吸附。 親水性高、化學穩(wěn)定性好的材料細胞結(jié)合性能好。親水性高、化學穩(wěn)定性好的材料細胞結(jié)合性能好。 （磷灰石類、玻璃與玻璃陶瓷等材料的細胞結(jié)合緊密。）（磷灰石類、玻璃與玻璃陶瓷等材料的細胞結(jié)合緊密。）l2 2 血液細胞關系血液細

56、胞關系 材料血液界面上發(fā)生材料與血漿蛋白、免疫因子、細胞材料血液界面上發(fā)生材料與血漿蛋白、免疫因子、細胞成分、凝血因子、血小板等相互作用。是全身反應。成分、凝血因子、血小板等相互作用。是全身反應。l3 3 骨細胞關系骨細胞關系材料骨細胞界面骨引導作用骨結(jié)合骨誘導作用骨接觸ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案l酶在新陳代謝中起重要催化作用l酶的活性與界面骨形成具有密切關系 酸性磷酸酶活性高預示骨吸收趨勢； 堿性磷酸酶活性高預示骨形成趨勢。l材料的力學性質(zhì)應與機體組織，特別是骨的相匹配。（彈性模量和剛性）ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案l1 表面凈化、粗化、微孔化 凈化：堿洗法、浸泡法、蒸氣法、超

57、聲波法等。 粗化：噴砂、機械打磨、化學腐蝕等。 微孔化：涂層法、機械鉆孔、化學腐蝕等。l2 表面親水化l3 表面電極化l4 表面生物化ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案 （三）生物醫(yī)學材料的物性要求三）生物醫(yī)學材料的物性要求 1. 溶出物及可滲出物含量低，如溶出物及可滲出物含量低，如SS不滲出金屬元素等不滲出金屬元素等致致使炎癥；使炎癥； 2. 生物穩(wěn)定性，如高分子導管不老化；生物穩(wěn)定性，如高分子導管不老化； 3. 機械物理性能；機械物理性能； 如人工心瓣、工作如人工心瓣、工作1010年，年，7272次次/ /分鐘計，分鐘計，1010年共年共4 4億次搏動。億次搏動。 4. 成型加工性能；成型

58、加工性能； 5. 滅菌性能。滅菌性能。 金屬金屬可用于多種滅菌方法；可用于多種滅菌方法； 高分子高分子滅菌方法要選擇適當。滅菌方法要選擇適當。ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案l概念：在生理環(huán)境中，生物體及其組織對植入材料的反概念：在生理環(huán)境中，生物體及其組織對植入材料的反應和產(chǎn)生有效作用的能力。用于表征材料在特定應用狀應和產(chǎn)生有效作用的能力。用于表征材料在特定應用狀態(tài)與生物體相互作用的生物學行為。態(tài)與生物體相互作用的生物學行為。l內(nèi)容：血液相容性內(nèi)容：血液相容性 組織相容性組織相容性 力學相容性力學相容性l表現(xiàn)：表現(xiàn)：宿主（生物機體反應：生物機體對植入材料的反應宿主（生物機體反應：生物機體對

59、植入材料的反應（組織反應、血液反應、免疫反應）（組織反應、血液反應、免疫反應） 。l評價：評價：體外試驗：材料溶出物測定、溶血、細胞毒性等試驗。體外試驗：材料溶出物測定、溶血、細胞毒性等試驗。體內(nèi)試驗：急性全身毒性、刺激、致突變、肌肉埋置體內(nèi)試驗：急性全身毒性、刺激、致突變、肌肉埋置等試驗。等試驗。 ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案l材料反應：是材料對生物機體的作用產(chǎn)生的反材料反應：是材料對生物機體的作用產(chǎn)生的反應（生理腐蝕、吸收、降解、失效等。應（生理腐蝕、吸收、降解、失效等。高分子材料：易產(chǎn)生單體、溶解、老化，會導致疼高分子材料：易產(chǎn)生單體、溶解、老化，會導致疼痛、刺激、感染等反應。可改

60、進和防止。痛、刺激、感染等反應?？筛倪M和防止。陶瓷材料：可在機體中穩(wěn)定存在、發(fā)生化學結(jié)合或陶瓷材料：可在機體中穩(wěn)定存在、發(fā)生化學結(jié)合或 降解吸收。降解吸收。金屬材料：可發(fā)生腐蝕和溶解，通過表面改性提高金屬材料：可發(fā)生腐蝕和溶解，通過表面改性提高 穩(wěn)定性。穩(wěn)定性。ch3生物材料生物醫(yī)學工程基礎教案 （四）生物醫(yī)學材料引起的感染、鈣化和腫瘤四）生物醫(yī)學材料引起的感染、鈣化和腫瘤 1. 感染：感染： 心血管系統(tǒng)材料心血管系統(tǒng)材料 感染感染 死亡死亡 其它其它炎癥等炎癥等 2. 鈣化：鈣化： 牛心胞牛心胞 人工心瓣人工心瓣 鈣化鈣化 失效失效 “生物瓣生物瓣”鈣化問題鈣化問題 3. 腫瘤：腫瘤： 材料