《生物材料》課件 第01章 緒論

1、2課程說明1、教材與參考書生物材料與組織工程熊黨生主編，2010，科學(xué)出版社生物材料Temenoff,J.S.主編，2010，科學(xué)出版社生物醫(yī)用高分子材料趙長(zhǎng)生主編，2009，化學(xué)工業(yè)出版社2、授課時(shí)間 周一（7、8）（18周）（西樓506）； 周三（3、4）（后9周）（西樓401）3、成績(jī)?cè)u(píng)定 平時(shí)情況：10%（課后作業(yè)，課堂提問，思考聽課） 文獻(xiàn)閱讀：20% （學(xué)期間每人閱讀的文獻(xiàn)情況） 期終考試：70%（筆試，閉卷考試） 國(guó)際主要參考雜志: Science; Nature; Natural materials; Natural biotechnology; Cell; PNAS(Proc

2、eedings of the National Academy of Sciences); ACS Nano; Nano letters; Journal of the American Chemical Society; Angewandte Chemie International; Advanced materials; Advanced functional materials;Biomaterials; Journal of materials chemistry; Nanomedicine; Journal of controlled release. 生物材料的概念生物材料的分類

3、生物材料的特性生物材料的研究生物材料的應(yīng)用 人類正在進(jìn)入材料時(shí)代新時(shí)代，新生活新工藝，新產(chǎn)品生物材料的概念生物材料的分類生物材料的特性生物材料的研究生物材料的應(yīng)用是指生物體材料和各種醫(yī)用、特別是對(duì)機(jī)體的細(xì)胞、組織和器官進(jìn)行診斷、治療、替代、修復(fù)、誘導(dǎo)再生或增進(jìn)其功能的特殊功能材料。用于與生命系統(tǒng)接觸和發(fā)生相互作用的，并能對(duì)其細(xì)胞、組織和器官進(jìn)行診斷治療、替換修復(fù)或誘導(dǎo)再生的一類天然或人工合成的特殊功能材料，亦稱生物醫(yī)用材料。源自合成或天然資源，與組織、血液和體液接觸的，用于修復(fù)、診斷、治療和貯藏而對(duì)機(jī)體及其成分無不良影響的材料。一種植入生命系統(tǒng)內(nèi)或與生命系統(tǒng)相結(jié)合而設(shè)計(jì)的物質(zhì)，它與生命體不起藥

4、理反應(yīng)第六屆國(guó)際生物材料大會(huì)。生物醫(yī)用材料又稱生物材料。用以和生命系統(tǒng)相接觸，以診斷、治療或替換機(jī)體中的組織、器官或增進(jìn)其功能的材料。材料大辭典ISO（International Organization for Standardization）定義： 生物材料（Biomaterials）即生物醫(yī)用材料（Biomedical Materials），以醫(yī)學(xué)治療為目的，用于與生物體組織接觸以形成功能的材料。生物材料的概念生物材料的分類生物材料的特性生物材料的研究生物材料的應(yīng)用 按生物材料的屬性分類天然高分子生物材料合成高分子生物材料醫(yī)用金屬材料無機(jī)非金屬生物醫(yī)學(xué)材料雜化生物材料復(fù)合生物材料 按生物

5、材料的屬性分類天然高分子生物材料合成高分子生物材料醫(yī)用金屬材料無機(jī)非金屬生物醫(yī)學(xué)材料雜化生物材料復(fù)合生物材料天然多糖材料天然蛋白質(zhì)材料天然多糖材料天然蛋白質(zhì)材料天然多糖材料植物多糖，如纖維素、半纖維素、淀粉、果膠等。動(dòng)物多糖，如甲殼素、殼聚糖、肝素、硫酸軟骨 素等。瓊脂多糖，如瓊脂、海藻酸、角叉藻聚糖等。菌類多糖，如-葡聚糖、-半乳聚糖、甘露聚 糖等。微生物多糖，如黃原膠、凝乳糖、出芽短梗孢糖等。天然多糖材料天然蛋白質(zhì)材料天然蛋白質(zhì)材料纖維蛋白；膠原蛋白；氨基酸類聚合物。 按生物材料的屬性分類天然高分子生物材料合成高分子生物材料醫(yī)用金屬材料無機(jī)非金屬生物醫(yī)學(xué)材料雜化生物材料復(fù)合生物材料藥物載體

6、組織工程聚alfa-羥基酸酯及其衍生物聚酯醚及其相似聚合物其他生物吸收性合成高分子：聚酸酐、聚磷酸酯和脂肪族聚碳酸酯等硅材料藥物載體人工心臟人工腎臟人工膝關(guān)節(jié)PLA微米載體層層自組裝納米載體 按生物材料的屬性分類天然高分子生物材料合成高分子生物材料醫(yī)用金屬材料無機(jī)非金屬生物醫(yī)學(xué)材料雜化生物材料復(fù)合生物材料銀汞合金（主要成份：汞、銀、銅、錫、鋅）在生物醫(yī)學(xué)材料中，金屬材料應(yīng)用最早，已有數(shù)百年的歷史。醫(yī)用金屬材料是指一類用作生物材料的金屬或合金，又稱外科用金屬材料。它是一類生物惰性材料，除具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和抗疲勞性能，具有良好的生物力學(xué)性能及相關(guān)的物理性質(zhì)外，還必須具有優(yōu)良的抗生理腐蝕性、生物相

7、容性、無毒性和簡(jiǎn)易可行及確切的手術(shù)操作技術(shù) .醫(yī)用金屬材料是臨床應(yīng)用最廣泛的承力植入材料，由于有較高的強(qiáng)度和韌性，已成為骨和牙齒等硬組織修復(fù)和替換、心血管和軟組織修復(fù)以及人工器官制造的主要材料?；瘜W(xué)周期表中的大部分金屬不符合生物材料的要求，僅有小部分或經(jīng)處理過的可用于臨床。目前在臨床使用的醫(yī)用金屬材料主要有不銹鋼、鈷基合金和鈦基合金三大類，另外還有記憶合金、貴金屬以及純金屬鉭（tan）、鈮（ni）、鉻（ge）和鋯(gao)等。 按生物材料的屬性分類天然高分子生物材料合成高分子生物材料醫(yī)用金屬材料無機(jī)非金屬生物醫(yī)學(xué)材料雜化生物材料復(fù)合生物材料 按成分性質(zhì)分： 生物陶瓷材料，如單晶/多晶氧化鋁、羥

8、基磷灰石； 生物玻璃，如45S5玻璃； 生物玻璃陶瓷 醫(yī)用骨水泥，TCP（Tricalcium phosphate ）； 復(fù)合無機(jī)材料，HA+TCP，碳纖維增強(qiáng)無機(jī)骨水泥； 按來源分： 天然鈣化物，鈣化的貝殼、珍珠； 合成無機(jī)材料,如TCP人工骨（復(fù)合無機(jī)材料）； 衍生材料,凍干骨片。 按生物材料的屬性分類天然高分子生物材料合成高分子生物材料醫(yī)用金屬材料無機(jī)非金屬生物醫(yī)學(xué)材料雜化生物材料復(fù)合生物材料生物材料的概念生物材料的分類生物材料的特性生物材料的研究生物材料的應(yīng)用 生物醫(yī)用材料與人們的健康密切相關(guān)，因此對(duì)進(jìn)入臨床使用階段的醫(yī)用高分子材料具有嚴(yán)格的要求，要求有十分優(yōu)良的特性。 （1）化學(xué)隋性

9、，不會(huì)因與生物體接觸而發(fā)生反應(yīng) 1)體液引起材料的降解、交聯(lián)和相轉(zhuǎn)變； 2)體內(nèi)的自由基引起材料的氧化反應(yīng)； 3)生物酶引起的聚合物分解反應(yīng)； 4)血液、體液中的類脂質(zhì)、類固醇及脂肪等物質(zhì)滲入材料，使材料增塑，強(qiáng)度下降。 （2）對(duì)人體組織不會(huì)引起炎癥或異物反應(yīng) 有些材料本身對(duì)人體組織無不良影響，但在合成、加工過程中不可避免地會(huì)殘留一些單體，或使用一些添加劑。當(dāng)材料植入人體以后，這些單體和添加劑會(huì)慢慢進(jìn)入生物體，從而對(duì)周圍組織發(fā)生作用，引起炎癥或組織畸變，嚴(yán)重的可引起全身性反應(yīng)。 （3）不會(huì)致癌材料的可濾出性化學(xué)物質(zhì)材料的降解產(chǎn)物材料的物理特征 (表面光結(jié)度, 埋植物大小等) （4）具有良好的血

10、液相容性 當(dāng)材料植入人體后，必然要與體內(nèi)的血液接觸。生物材料對(duì)血液的相容性是所有性能中最重要的。 血液相容性已成為一個(gè)十分活躍的研究課題，但至今尚未制得一種能完全抗血栓的生物材料。 （5）長(zhǎng)期植入體內(nèi)不會(huì)減小機(jī)械強(qiáng)度 許多生物材料一旦植入體內(nèi)，將長(zhǎng)期存留，有些甚至伴隨人們的一生。因此，要求植入體內(nèi)的材料在極其復(fù)雜的人體環(huán)境中，不會(huì)很快失去原有的機(jī)械強(qiáng)度。 我們僅希望變化盡可能少一些，或者說壽命盡可能長(zhǎng)一些。 （6）能經(jīng)受必要的清潔消毒措施而不產(chǎn)生變性 材料在植入體內(nèi)之前，都要經(jīng)過嚴(yán)格的滅菌消毒。目前滅菌處理一般有三種方法：蒸汽滅菌、化學(xué)滅菌、射線滅菌。國(guó)內(nèi)大多采用前兩種方法。 因此在選擇材料時(shí)

11、，要考慮能否耐受得了。 （7）易于加工成需要的復(fù)雜形狀 人工臟器往往具有很復(fù)雜的形狀，因此，用于人工臟器的高分子材料應(yīng)具有優(yōu)良的成型性能。否則，即使各項(xiàng)性能都滿足醫(yī)用高分子的要求，卻無法加工成所需的形狀，則仍然是無法應(yīng)用的。 在材料進(jìn)入臨床應(yīng)用之前，都必須對(duì)材料本身的化學(xué)性能、機(jī)械性能以及材料與生物體及人體的相互適應(yīng)性進(jìn)行全面評(píng)價(jià)，然后經(jīng)國(guó)家管理部門批準(zhǔn)才能進(jìn)入臨床使用。 生物材料的概念生物材料的分類生物材料的特性生物材料的研究生物材料的應(yīng)用 Tissue engineering is the use of a combination of cells, engineering and materials methods, and suitable biochemical and physio-chemical factors to improve or replace biological functions. Tissue engineering is an emerging multidisciplinary field involving biology, medicine, and engineering that is likely to