生物材料答案华东理工

该版本经过华东理工大学高材卓越110班和复材112班部分同学整理，整合了老师上课的ppt上的内容以及一些文献上的知识。但非考试标准答案，仅供参考。特别感谢SKH,SJW,LTY,WHJ等各位同学。

（1）“生物材料导论”这门课涉及了什么基本内容？

生物材料学是一门新兴的边缘性和综合性学科，涉及到化学、物理、材料科学、生命科学和临床医学等各方问题。本门课程中，涉及到了生物材料的基本概念和特点，生物材料的功能及其特性，材料的生物相容性及生物活性，并介绍了医用金属材料，生物陶瓷，医用高分子材料，医用复合材料，生体内吸收分解材料，以及当前研究热点和对生物材料发展的展望。

（2）请列出“生物材料”的定义，试举出医用生物材料的一些应用例子。

一般认为，能对机体的细胞、组织和器官进行诊断、治疗、替代、修复、诱导再生或增进其功能的特殊的功能材料（及其终端产品）称为生物医用材料或生物材料。其中还包括狭义和广义的定义。

狭义定义：只包括长期与生物体相接触的、或植入生物体内起某种生物功能的天然或人工合成材料。

广义定义：还包括用于医学治疗方面的生物材料，如医学诊断试剂、药物释放材料、一次性临床使用材料以及制造生物医药的各种原材料等。

比如人工关节、人工心脏等替代人体组织和内脏的修复和置换材料是生物材料，与眼角膜接触的隐形眼镜、缝合组织用的手术线、保存血浆用的输血袋、治疗骨折用的固定材料等也都归属于生物材料。

（3）与生物材料相关联的学科有哪些？

生物材料学是一门新兴的边缘性和综合性学科。除了与材料科学的基础理论相关外，它还涉及到机械工学、化学、物理、生物科学、病理学、药物学、解剖学等多门学科，综合运用于材料基础研究、医用组件相关研究、动物实验和临床应用研究，所以生物材料学的发展是各学科进步的结晶。

（4）试说明生物材料的研究与发展过程的特点。

研究特点：高性能、多功能、超复合；众多学科间的交叉与融合；高新技术及产业化的基石；改变生活质量与生活方式。为保证生物材料在人体中使用的绝对安全性，考察周期的长年累月也是此类材料开发的一大特点。同时，比起普通材料，除了要考虑材料的物化性能，可加工性能和耐药品性能，医用生物材料还需要注重生物相容性和血液适应性。

发展过程特点：

第一代（1950s）生物材料特点：生物惰性。获得合适的生理性能的组合来与被替换组织相匹配，同时对宿主有很小的毒性反应。例如不锈钢及其合金，钛及其合金做人工关节，60年代初聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)作为骨水泥开始用于硬组织的修复，不降解；70年代起一些重要的医疗器械与器材，如人工心瓣膜、人工血管、人工肾用透析膜、心脏起搏器、植入型全人工心脏、人工肝、肾、胰、皮、骨、接触镜、角膜、人工晶体、手术缝合线等相继研制成功，在临床上得到了广泛应用。

第二代特点(1980s)：生物活性或生物可吸收性。生物活性指在生理环境下能引起一种可控行为和反应。如在人体硬组织修复和置换方面起了至关重要作用的生物陶瓷：生物活性玻璃(Hench)，生物活性微晶玻璃（小久保正）羟基磷灰石陶瓷等复合材料。90年代后期，在生物陶瓷构架（支架材料）中引入活体细胞或生长因子，使生物陶瓷具有生物学功能成为生物陶瓷的一个重要研究方向。可吸收性指：界面问题被解决了。例如生物可降解缝线，可吸收骨折固定板等。

第三代特点(1990s)：生物活性和生物可吸收性结合了。第三代生物医用材料在生物体内

能被降解，最终为基体所吸收，同时材料本身又具有生物活性，能参与集体的生理活动，在分子水平上激活基因，刺激相关细胞，产生响应，从而诱导组织和器官的形成，是细胞和基因的活化性材料（cell and gene-activating materials），例如骨形态发生蛋白（ＢＭＰ）生物活性复合材料。

（5）试述医用金属材料的种类及特点。为提高金属钛及其合金的生物活性可采取什么方法？主要存在什么优缺点？

目前所用的医用金属材料主要是：不锈钢、钴基合金、医用钛与钛合金、医用钽、铌、锆；医用贵金属及其合金（金、银和铂及其合金）；医用磁性材料；医用形状记忆合金（TiNi 合金）。不锈钢：不锈钢按其组织相的特点可分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、沉淀硬化型不锈钢和奥氏体不锈钢，后者因具有良好的耐蚀性能和综合的力学性能而得到广泛的临床应用。不锈钢器件植入体内，其合金元素会通过生理腐蚀和磨蚀而导致金属离子溶出，后者进入组织液会引起机体的一些不良反应。钴基合金：医用钴基合金包括钴铬钼合金、钴铬钨镍合金、钴镍铬钼钨铁合金和MP35N钴镍合金及其烤瓷合金。医用钴基合金的耐磨性是所有医用金属材料中最好的，故钴基合金植入体内不会产生明显的组织反应。合金植入体内后一般保持钝化状态。与不锈钢相比，钴基合金的钝化膜更稳定，耐蚀性更好。因此相对不锈钢而言，医用钴基合金更适于制造体内承载苛刻的长期植入件。钴铬钼合金的点蚀倾向非常小，对应力腐蚀断裂也不敏感。当钴基合金因摩擦造成磨损时会很快由强烈的局部腐蚀转化为全面的均匀腐蚀，并显示出光亮的斑疤。医用钛与钛合金：与其他医用金属材料相比，医用钛合金的主要性能特点是密度较低、弹性模量值小(约为其他医用金属材料的一半)，与人体硬组织的弹性模量比较匹配。纯钛与钛合金表面能形成一层稳定的氧化膜，具有很强的耐腐蚀性。在生理环境下，钛与钛合金的均匀腐蚀甚微，也不会发生点蚀、缝隙腐蚀与晶间腐蚀。当发生电偶腐蚀时，通常是与钛合金形成偶对的金属被腐蚀。但是，钛与钛合金的磨损与应力腐蚀较明显，腐蚀疲劳也较为复杂。钛对人体毒性小，有利于其临床应用。钽具有优异的化学稳定性与耐蚀性。钽植入骨内能与新生骨直接结合，但在软组织中引起的组织反应要比钛与钴基合金强些。钽的氧化物基本上不被吸收，不呈毒性反应。具有半导体性质，可用作刺激脑和肌肉组织的电极。铌具有很强的耐蚀性、良好的加工性能与生物相容性。锆具有很强的耐蚀性，良好的冷加工性能与生物相容性。医用贵金属及其合金：金及其合金具有美丽的色泽和良好的生物相容性。不耐磨。金合金具有良好的加工性能与铸造性能，强度、耐蚀性与色泽均满足临床要求。铂与铂合金具有优异的抗氧化性能与耐蚀性。具有极佳的加工性能。医用磁性材料：生物相容性良好，可用于靶向给药等。

总特点：优点：具有良好的化学和力学性质，低毒性，高强度，高韧性，高耐久性（抗疲劳、耐摩耗）。缺点：不具有生物活性，难于和生物组织形成牢固的结合；长期植入人体后由于化学稳定性下降，会有杂质离子析出，对周围组织造成危害；而且金属材料的弹性模量要比人骨大得多，这会造成局部应力屏蔽现象，使材料易断裂和人体不适。

可以进行表面改性。有电化学处理，高温氧化处理，等离子喷涂，化学沉积等方法。优点：提高耐侵蚀性；提高耐磨损性；赋予金属生物活性；降低生物毒性。缺点：需要确定膜厚度、膜与基材的结合力、对基材无进一步损害。将羟基磷灰石热喷涂或化学沉积在钛金属和钛合金表面，可制成生物活性人工牙根和人工骨修复置换材料；

（6）简述生物相容性的分类。如何对一种新型骨修复材料进行综述性评价？请列出主要实验项目。

分为血液相容性（抗血小板血栓形成，抗凝血性，抗溶血性，抗白细胞减少性，抗补体形同亢进性，抗血浆蛋白吸附性，抗细胞因子吸附性）和组织相容性（细胞粘附性，无抑制细胞生长性，细胞激活性，抗细胞原生质转化性，抗炎症性，无抗原性，无诱变性，无致癌性，无致畸性）。

广义上讲应该从物理性能、化学性能、生物学性能及临床研究等四方面进行评价。

步骤：材料力学性能测试，表征，包括拉伸强度、剪切强度、压强、冲击强度、弹性模量、摩擦系数、断裂韧性、抗疲劳和磨损性等材料的力学参数都是很重要的。毒性实验。体外模拟试验（于SBF，人体模拟液中模拟），体内模拟实验，动物实验，一期临床实验，二期临床实验

（7）生物活性陶瓷可作为硬组织修复材料。请说明A-W生物微晶玻璃、羟基磷灰石陶瓷、 磷酸三钙的组成、合成工艺、性能特点及这三种材料的主要应用。

1982年由日本京都大学小久保正教授发明。生物微晶玻璃成分的系统为CaO-MgO-P2O5-SiO2-F

合成工艺：粉末原料（以Ca与P原子比为1.67）→高温熔融→冷却成型→热处理→微晶玻璃

具有很高的抗折强度，断裂韧性和优异的生物活性。

是迄今为至最好的生物微晶玻璃材料，在临床中已用作为脊椎骨和肠骨等的修复和置换材料。

羟基磷灰石 Ca10(PO4)6(OH)2，

制备方法：烧结如以Ca与P原子比为1.67的磷灰石粉末为原料，可得到HAP陶瓷；沉淀反应法：此法用Ca(NO3)2与(NH4)2HPO4进行反应，得到白色的羟基磷灰石沉淀。固相反应法根据配方将原料磨细混合，在高温下进行合成; 水热法：将CaHPO4与CaCO3按6：4的摩尔比进行配料，然后进行24h湿法球磨。将球磨好的浆料倒入容器中，加入足够的蒸馏水，在80?100℃恒温情况下进行搅拌，反应完毕后，放置沉淀得到白色的羟基磷灰石沉淀物。Sol-gel 法。

是构成骨、齿的主要无机质，不仅具有良好的生物相容性，而且生物活性好，可以诱导骨生长并和生物组织形成牢固的键合；机械强度较差。

可作为骨填充和骨的置换材料，人工齿根等，也可与陶瓷、金属、聚合物复合制成复合材料。

β-磷酸三钙β-Ca3(PO4)2

制备方法：可采用化学共沉淀法；烧结以Ca与P原子比为1.5的粉末为原料，则可得到β-TCP 陶瓷。在800℃左右要经历一个由磷灰石向β-TCP的相变过程。

比起羟基磷灰石更易于在体内被吸收降解，这类材料的组成中含有能够通过人体正常的新成代谢途径进行置换的钙（Ca）、磷（P）等元素，或含有能与人体组织发生键合的羟基（OH?）等基团，使材料在人体内能与组织表面发生化学键合，表现出极好的生物相容性。

作为骨的修复材料

（8）要实现生物材料的特定功能，生物材料应满足怎样的基本特性？人工关节制品由哪些材料?组合而成对材料有何要求？如何改善人工关节制品的使用寿命？

(1) 无毒性、无致癌作用、无变态反应，对周围生物组织无刺激和对人体无其他有害的副作用。

(2) 与生物组织亲和性好。物理和化学性能与所替代的组织相近。

(3) 在生物体内材料的物理、化学性能稳定，经过长期使用不会发生变质和力学性能降低的现象。

(4) 在杀菌、消毒过程中性质不发生变化。容易进行加工，材料的性质具有很好的重复再现性。

人工关节制品由钛合金、氧化铝陶瓷、超高分子量聚乙烯组成但使用由于长期摩擦，会掉下损耗的材料细粉，造成周围组织的发炎和肿痛，故需要材料抗磨损

如何改善：使用力学性能更好的氧化锆陶瓷代替氧化铝陶瓷以及合成更耐磨高分子材料。（9）试述医用金属材料、生物陶瓷、医用高分子材料、医用复合材料的各自优缺点及应用，可举例说明。

医用金属材料

优点：低毒性、高强度、高韧性（不锈钢）、高耐久性（抗疲劳、耐磨耗）（钴基合金）、优异的加工性（如医用不锈钢加工性能好）

缺点：无生物活性，难于和生物组织形成牢固的结合；

由于生理腐蚀和磨蚀而造成的金属离子向周围组织扩散以及植入材料自身性质的退变，前者可能导致毒副作用，后者可能导致植入失效（不锈钢中离子的溶出，但量大时会引起水肿、感染、组织坏死或过敏反应。）；

金属材料的弹性模量要比人骨大得多，这会造成局部应力屏蔽现象，使材料易断裂和人体不适。（除钛合金之外的医用金属材料。钛合金较为匹配）

应用：通常用于整形外科、牙科等领域，治疗、修复固定和置换人体硬组织系统（骨骼、关节、骨钉等）。

生物陶瓷

优点：在生理环境中具有高的强度、高的压缩强度和耐磨耐腐蚀性，化学稳定性好（如生物惰性陶瓷中的氧化铝陶瓷），生物相容性好（羟基磷灰石陶瓷）；热稳定性好，易于高温消毒；组织亲和性好、部分生物活性好（生物活性玻璃）；

陶瓷的组成范围比较宽，可根据实际应用的要求设计组成，控制性能的变化。缺点：脆性大、抗冲击性能差、加工成型困难、弯曲强度较低、弹性模量大、耐疲劳性能差，在生理环境中易受破坏，只适用于不承力结构环境中。（磷酸钙陶瓷强度不高，植入人体后需经较长时期的代谢方能与自体骨长合在一起，因此不能直接用作承受载荷大的种植体。）

应用：人工齿、人工骨、人工关节、人工心瓣膜、人工眼等修复和替换材料。

医用高分子材料

优点：良好的生物相容性（天然医用高分子材料）、可以通过组成和结构的控制而使材料具有不同的物理和化学性质，以满足不同的需求，耐生物老化。对于非永久植入体内的材料,在一定时间内能被生物降解,降解产物对身体无毒害,容易排出;对于永久性植入体内的材料,能耐长时间的生物老化,如能经受血液、体液和各种酶的作用,还无毒、无致癌、无致炎、无排异反应、无凝血现象,还要有相应的生物力学性能、良好的加工成型性和一定的耐热性,便于消毒等。?

缺点：生物医用高分子材料的主要缺点是抗腐蚀、抗老化性能较差，并且由于高纯度聚合物的制备十分困难，植入人体的材料常有单体释放和其他降解产物生成，很可能会导致毒性和致癌反应。?大多不具有生物活性。天然医用高分子材料具有加工性差、重复性差、生物降解速度可调性差等缺点。

应用：主要有人造脏器、医疗器械和药物剂型三种类型。人工脏器包括内脏和体外装置，医疗器械有一般医疗及看护用具、麻醉及手术室用具、检查及检查室用具，药物剂型包括药物助剂和聚合物药物等。例子：缝线、采血管等

医用复合材料

优点：可以将几种材料复合，兼具他们共同的优点，弥补缺点，性能更加出众。（如用羟基磷灰石表面改性过的钛合金医用复合材料，兼具HAP生物活性和钛合金优良力学性能）比强度、比模量高，抗疲劳性能好，抗生理腐蚀性能好，力学相容性能好

缺点:制备工艺较复杂、价格比较昂贵

应用：除了简单替代单一材料，改善其性能，生物医用复合材料可通过相应的工艺可制作出与生物组织的结构和性质都类似的替代材料，且其工艺设计多样

化，是研究人工器官和医疗设备的基础，己成为复合材料专业的重要分支。

例子：将羟基磷灰石热喷涂或化学沉积在钛金属和钛合金表面，可制成生物活性人工牙根和人工骨修复置换材料

（10）何谓SBF溶液？为何又称为生理盐水？常用SBF溶液的pH值为多少？如何用SBF 溶液考察骨修复材料的性能？

模拟体液。生理盐水，是指生理学实验或临床上常用的渗透压与动物或人体血浆的渗透压相等的氯化钠溶液。人体用生理盐水就是0.9%的氯化钠水溶液，因为它的渗透压值和正常人的血浆、组织液都是大致一样的，所以可以用作补液（不会降低和增加正常人体内钠离子浓度）以及其他医疗用途。SBF溶液模仿的就是细胞外的离子环境，用途和生理盐水类似，所以它又称为生理盐水，但比一般的生理盐水模拟更接近真实体液。

常用PH值为7.4

通过观察骨修复材料，其表面在SBF溶液中形成磷灰石能力的大小，预测其性能。

（11）Al

2O

3

陶瓷是常用的硬组织修复材料。若要改善其生物惰性和高的弹性模量，有何途

径？

以溶胶-凝胶法涂层改善惰性陶瓷的生物活性，在三氧化二铝表面制备一种含钙的氧化锆凝胶涂层。能促进羟基磷灰石在表面的形成。

其主要缺点是弹性模量远高于自然骨，力学相容性欠佳。氧化锆有较低弹性模量，较高韧性，加入氧化锆增韧，氧化锆微裂纹增韧，该微裂纹虽然不利于提高材料的强度，

但却能有效地降低材料的弹性模量。

（12）材料与生物体的反应主要包括哪些？试说明对研究和开发生物材料的指导意义？一是材料反应，即生物体对材料的作用，包括生物环境对材料的腐蚀、降解、磨损和性质退化，甚至破坏。材料反应通常包括生理腐蚀、吸收、降解与失效等反应。生理腐蚀是材料在生理环境作用下的一种腐蚀。吸收是指材料在体液或血液中因吸收某些成分而改变其性能的过程。这种吸收过程是慢性和远期反应。如人工心瓣膜支架在血液中因选择性吸收血液中的类脂化合物而变色、鼓胀和开裂。生物降解是材料在生理环境作用下发生结构破坏与性质蜕变的一个过程。（在生理环境中能发生降解的材料中有可降解生物陶瓷。）生物材料的失效是人们非常关心的。在矫形手术、牙科手术和心血管手术中，机械–环境共同作用导致的应力腐裂、腐蚀疲劳、微裂、陶瓷的老化和复合物的降解等现象

二是宿主反应，即材料对生物体系统的作用。包括局部和全身反应，如炎症、细胞毒性、凝血、过敏、致癌、畸形和免疫反应等。其结果可能导致对机体的中毒和机体对材料的排斥。主要包括五类：局部组织反应（局部组织反应是指机体组织对植入手术创伤的一种急性或炎性反应，是最早的宿主反应）、全身毒性反应（全身毒性反应通常是由于植入材料或器件在加工和消毒过程中吸收或形成的低分子量产物在机体内渗出或因生理降解所产生的毒性物质所引发的一种反应。）、过敏反应（过敏反应比较少见，但其产生的机理与全身毒性反应相同。）、致癌、致畸、致突变反应（致癌、致畸、致突变反应一般属于慢性反应，其中致癌反应是因材料中含有致癌物质或材料在体内降解中产生的致癌物质所致。）和适应性反应（适应性反应属于慢性和长期性反应，其中包括机械力对组织与材料相互作用的影响）。

除了应满足各种生物功能等物理化学性质要求外，还要求生物材料不对生物体产生明显有

害效应，有良好的生物相容性，并且不会因与生物体直接结合而降低其效能与使用寿命。（13）生物医用高分子材料按材料与活性组织的相互作用关系分类可以分为哪几类，各有什么特点？

按照材料与机体组织作用方式分类：生物惰性材料、生物活性材料

高分子材料生物惰性是指材料在体内能保持稳定，几乎不发生化学反应。该类高分子材料植入生物体内后，基本上不发生化学反应和降解反应，不变性，它所引起的组织反应是围绕植入体的表面形成一层纤维包膜，与组织间的结合主要是靠组织长入其粗糙表面或孔中，从而形成一种物理嵌合。（如有机硅高分子）

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够与周围组织发生相互作用，在材料-组织界面上诱导出特殊的生物或化学反应，这种反应导致材料和组织之间形成化学键合。目前一种广义的解释为生物活性是增进细胞活性或促进新组织再生的性质。（肝素化的胶原有抗凝血性能）

（14）对生物医用高分子材料的性能有哪些要求？

材料本身性能的要求：(1) 无毒性、无变态反应，对周围生物组织无刺激和对人体无其他有害的副作用。 (2) 生物稳定性与生物组织亲和性好。物理和化学性能与所替代的组织相近。(3) 在生物体内材料的物理、化学性能稳定。经过长期使用不会发生变质和力学性能降低的现象。(4) 便于灭菌消毒，在杀菌、消毒过程中性质不发生变化。容易进行加工，材料的性质具有很好的重复再现性。（5）易于加工成型；材料价廉易得；

人体效应要求：无毒-化学惰性；无热原反应（引起热原反应的主要原因是注射液或输液器中污染的热原所引起的。热原的致热量因菌种而异）；不致癌、不致畸；不引起过敏反应或干扰肌体的免疫机理；不破坏邻近组织，也不发生材料表面钙化沉积；良好的血液相容性。

（15）什么是高温硫化硅橡胶？医用硅橡胶有哪些用途？

通过直接聚合得到的有机硅高聚物称为有机硅生胶，其弹性低、机械强度高，不能

直接应用，必须经过高温硫化处理。其方法如下：在有机硅生胶中加入二氧化硅（SiO2，俗称白碳黑）、二氧化钛等作补强剂，用有机过氧化物如过氧化二苯甲酰（BPO）作硫化剂，并加入其它辅料和助剂进行混炼、成型、热处理熟化得到高温硫化硅橡胶。

用途：人工器官和组织代用品短期植入材料药物控制释放载体体外循环用品整容外科修补材料

（16）试述梯度功能复合材料的定义、分类、用途及各自特点。

梯度功能复合材料是指材料的组份、结构、性能随空间或时间连续变化或阶梯变化而变化的高性能材料

有很多种分类方式，根据不同的应用领域可以分类：耐热功能梯度材料生物功能梯度材料化学工程功能梯度材料电子工程功能梯度材料

耐热：这种材料由于能够缓和热应力,是未来航天飞机器用的理想耐热、隔热材料。（Ti-TiN）

生物：高比强度，高生物相容性，耐腐蚀，耐疲劳，耐磨损用于人造骨骼，人造牙齿等，如HA-钛（Ti）体系的梯度人工骨和人工牙根。

化学：耐腐蚀，耐热，绝缘，高强度，用于催化剂，功能性高分子膜

电子：导电及绝缘梯度，压电，电磁性能好用于超导材料，滤波器。

（17）制备梯度功能复合材料有哪几种方法，各自有什么优缺点？

主要分为高温和低温制备法。

方法名称优点缺点

气相沉积法气体的压力、组成及反应温度可以

控制；

可制备大尺寸的功能梯度材料。沉积速率慢；成份分布不能连续控制；不能制备出大厚度的梯度膜,涂层与基体结合强度

低、设备比较复杂。

自蔓延烧结法合成时间短、操作简单；产品纯度

高、效率高、能耗少、工艺相对简

单；能够制备大体积的梯度材料。

成分不均匀,造成反应热相差

较大；需要专用设备。

等离子喷涂法可以调整粉末的组成、沉积率高、

无需烧结、不受基体面积大小的限

制；涂层的界面结合强度、抗热冲

击性和热疲劳性均明显改善。

梯度涂层与基体间的结合强

度不高,并存在涂层组织不均

匀、空洞疏松、表面粗糙等缺

陷。

粉末冶金法易于操作，控制灵活，适于工业生

产，可以制备大尺寸材料，可靠性

高、适合于制造形状比较简单的功

能梯度材料部件。工艺比较复杂、制备的梯度材料有一定的孔隙率；不能做到材料成分的连续过渡。

离心铸造法能制备高致密度、大尺寸的梯度材

料。

限于管状或环形零件。

电沉积法对所镀材料的物理、力学性能破坏

较小，不需要高温、高压、高真空，

因而生产设备简单、投资较少，易

操作。制备成本低；用电流作还原

剂工艺条件易控制，易按梯度化要

求进行调整。镀层的组成和结构能

有效地控制。槽电压高，电流效率低，电积过程能耗高

激光融覆法熔覆速度非常快。需要特殊的设备。（18）在设计、制造植入生物体的复合材料时，应注意哪些问题？

同14题答案。复合材料要求：选用的聚合物与增强物之间能形成良好的结合，具有一定的稳定性

（19）可降解生物医用材料按来源分可以分为哪几类？试举出至少三种人工合成的可降解高分子材料，并分析其性能特点。

可降解生物医用材料可分为天然可降解生物医用材料和合成可降解生物医用材料。聚乙醇酸 Poly(glycolic acid),PGA 坚硬不易磨损不易溶解结晶性强熔点高降解速度快

聚乳酸 Poly(lactic acid), PLA 降解产物无毒易得原料成本低生物相容性好降解动力学可以预期

聚酸酐易加工性生物相容性表面溶蚀降解性降解速度可调性药物释放速度接近零级

（20）设计生物医用可降解高分子材料的基本原理是什么？

可降解高分子材料即在一定条件下、一定时间内能被细菌、霉菌、藻类等微生物或其它生物体所降解和吸收的高分子材料。

除了满足医用高分子本身性能要求（生物稳定性；物理和力学稳定性；易于加工成型；材料价廉易得；便于灭菌消毒）以及对人体的效应的要求（无毒--即化学惰性；无热原反应；不致癌、不致畸；不引起过敏反应或干扰肌体的免疫机理；不破坏邻近组织，也不发生材料表面钙化沉积；良好的血液相容性），材料需满足高分子及其降解产物无毒性，无免疫原性；高分子材料的降解和吸收速度必须与生物组织或器官的愈合速度同步；具有良好的加工性能以及与替代组织类似的机械性能。

设计前需确定：易消毒和保存原料来源广泛、丰富商品化前景

（21）可降解生物材料的制品化中需注意解决什么问题？

1.加工稳定性。可降解生物材料制品通常易被水解或者被环境中微生物分解，导致材料的讲解失效。在加工中需要严格控制加工环境和条件，保证材料在加工过程中能保持其材料特性及稳定性。

2.保存稳定性。分析同上或自己发挥。防止氧化吸潮等不良反应。

3.灭菌消毒。制品化过程中病原菌污染或增殖，需要杀死。通常三种方法：热灭菌，化学灭菌和辐射灭菌。会在一些高温高压条件下灭菌对材料机械性能，生物相容性产生影响，应该选择合适的灭菌条件。一些灭菌方法不适合工业化生产，且对材料保存不利。

（22）影响可降解生物材料降解的因素有哪些？试对其进行分析。

写的时候要稍微分析一下。

微生物引起的生物降解；pH值，氧气，湿度，臭氧含量引起的化学臭氧、水解、氧化降解；温度，光强度，辐射引起的物理化学降解。生物学环境降解：体液环境（体液溶解）有机大分子（吸附于材料，发生反应）、酶、自由基、细胞等因素。

聚合物分子结构：聚合物结构分子量共聚退火结晶条件分子链取向共混官能团支

化和交联材料聚集态材料表面特征

结构影响比如说：脂肪族酯键〉肽键〉氨基甲酸酯〉脂肪族醚键〉亚甲基

同种材料时聚集态对其降解强弱的影响：橡胶态>玻璃态>结晶态

（23）以聚酯型高分子材料为例，分析可降解高分子材料降解的机理，以及动力学模型和体外试验可得出什么结论？

可降解聚酯型高分子尤其是脂肪族聚酯类高分子都是通过酯键的水解来降低分子量达到降解目的。相比较而言，体内降解速度要快于体外降解，原因是体内的PH、温度、酶、人体代谢产物等各种因素促进了酯键的水解。高分子材料在体内发生不均匀的水解，之后或有少数酶参与进来，加速水解速度，得以降解。

酯类水解的一级动力学：lnMn＝lnMn0－k1t

结论：分子量变化的对数值与时间成直线关系。通过体外水解动力学研究可以预期含酯键材料在体内的降解时间。

（24）试比较尼龙纤维、羊肠线、聚乳酸纤维（PLA）作为外科手术缝合线的优缺点。

尼龙纤维：优点：强度大、弹性恰当、组织反应小；

缺点：结扣困难，容易松脱、二次手术（但由于它们在体内不能被降解和吸

收，在神经修复后会成为异物，对神经产生刺激作用，使神经产生异物反应，

因此必须再行二次手术将其取出。）

羊肠线：优点：生物可降解吸收、初期弹性小、平滑性优良、结节部位稳定性好缺点：分解过快、强度损失快、处理不方便、易引起组织发炎

聚乳酸纤维：优点：生物可降解吸收降解速度可调生物相容性好强度适中

缺点：成本高，伤口愈合后很可能没有降解完全，并且在制备过程中不可避

免添加了其它化学成分，形成安全隐患。

（25）你如何理解组织工程相关材料。

组织工程是应用细胞生物学和工程学的原理，在正确认识哺乳动物正常及病理两种状态下的组织结构与功能关系的基础上，研究和开发关于修复、维护和促进人体各种组织器官功能和形态的一门新学科。

组织工程材料是组织再生的支架与模板，具有诱导组织再生、调节细胞生长和功能分化的材料，相当于人工细胞外基质。可以通俗的理解为细胞的支架材料。

组织工程就是利用特殊的生物高分子材料建构出三度空间的立体框架，让植入的细胞可以在其中生长并增生。支架材料不仅仅要当作细胞生长的框架结构，更要进一步地控制引导细胞朝特定的方向生长、分化。

因此组织工程材料必须满足的要求有以下几点：良好的生物安全性、优异的生物相容性、适宜可控的吸收降解性、合适的孔径及孔隙率以及与植入部位相匹配的结构强度。

现在组织工程材料的研究热点是如何进一步调节材料表面的化学特性和表面微结构使其有利于细胞的生长和粘附以及如何同步调控材料的降解速率和细胞组织再生速率。

组织工程材料按应用领域可分为：骨组织工程支架材料、神经组织工程支架材料血管组织工程支架材料、肌腱组织工程支架材料、皮肤组织工程支架材料、角膜组织工程支架材料、泌尿系统组织工程支架材料等。

组织工程的一个关键的问题是如何制造出理想的细胞外基质

其基本出发点是在生物材料的结构及功能设计中融合进活性细胞因子，使新一代材料具有促进细胞分化与增殖、诱导组织再生和参与生命活动等功能。在组织工程研究中，核心是创制人体组织与器官再生与重建的新型生物材料。