智能材料与生物医药应用1
材料科学的新发现与应用
材料科学的新发现与应用材料科学是研究材料的性质、结构、制备与应用的一门交叉学科。
近年来，随着科技的迅猛发展，材料科学在众多领域取得了显著的新发现，并找到了广泛的应用。
本文将探讨一些当前材料科学的重要发现及其在各个行业中的应用，包括纳米材料、高性能复合材料、智能材料以及生物材料等。
纳米材料的崛起纳米材料是指至少有一个维度在1到100纳米范围内的材料。
在过去几十年间，纳米材料因其独特的物理、化学特性，被广泛关注并迅速发展。
1. 纳米粒子的制备与特性纳米粒子的制备方法有多种，包括物理法、化学法和生物法等。
其中，化学合成方法因其简单、高效，被广泛应用。
纳米粒子展示出许多优异的特性，如增强的强度、良好的电导性和独特的光学特性，使其在电子器件、催化剂和生物医药等领域具有广泛应用。
2. 在能源领域的应用纳米材料在能源领域展现出巨大的潜力。
例如，钙钛矿太阳能电池中的纳米结构能够显著提高光电转化效率，相比传统太阳能电池，其效率提升可达25%以上。
此外，使用纳米催化剂可以提高氢气生产的效率，促进清洁能源的发展。
高性能复合材料复合材料由两种或两种以上的不同材料组合而成，这种组合使得复合材料具有优于单一材料的性能。
近年来，高性能复合材料得到了深入研究和快速发展。
1. 结构与性能高性能复合材料通常由增强相和基体相组成，其中增强相提供强度或刚度，而基体相则提供韧性和其他功能属性。
例如，碳纤维增强塑料（CFRP）是一种轻量化且强度极高的复合材料，其在航空航天和汽车工业中的应用越来越普遍。
2. 在航空航天领域的应用因其优异的性能，高性能复合材料在航空航天领域发挥着重要作用。
现代飞机机身采用大量碳纤维复合材料，大幅降低了自重并提高了燃油效率。
此外，在航空航天器中使用这些复合材料还可以提高抗疲劳性和抗腐蚀性，延长使用寿命。
智能材料的发展智能材料是指那些能够对外界刺激（如温度、压力、电场等）做出适应性响应的材料。
这类材料拥有自我修复、自我调节和自我感知等功能，显示出深远的应用前景。
生物材料中的仿生材料与生物智能材料
生物材料中的仿生材料与生物智能材料生物材料是指能够在生命体内被操作或处理，可用作生物医药、生物诊断、生物工程、生物传感和生物成像等领域的原材料。
生物材料是生物科学、材料科学和医学领域的交叉学科，涉及到生物多样性、结构与性能的关系、材料的制备过程以及在生命体内的应用等方面。
其中，仿生材料和生物智能材料是生物材料中的两个重要领域。
一、仿生材料仿生材料是指能够模仿或仿照自然界中已有的生物材料或生物系统的一类材料。
仿生材料在结构、功能、材料特性等方面都与自然界中生物体内已有的材料非常相似，但是在高血压、血液循环、关节炎等疾病治疗上的应用，对于人体具有重要的现实意义。
1.1 智能仿生材料智能仿生材料是以仿生学为基础，借鉴自然界设计令人惊叹的材料，通过多态性、反应性、记忆性等特性，赋予材料在不同环境中做出智能响应的能力。
智能仿生材料有望应用于生物机械器械、导管、植入材料等领域，从而改进人们的医疗设备和治疗方法。
智能仿生材料的材料种类多样，有形状与形态可逆变的木材、自修复的材料、适应性材料等等。
1.2 生物仿生材料生物仿生材料是指仿造、改变或修复自然材料结构、形状、材质等方面的研究。
其目的在于构建与自然材料相似的材料，利用自然材料的优点，使新材料在实用性、可持续性、性能上得到提升，还可以延长其应用寿命。
生物仿生材料是医学和牙科学研究领域中广泛使用的方法，应用于人工器官、牙齿假体、修复材料等类别。
二、生物智能材料生物智能材料是指加上自动化控制的智能功能，以增加对环境信息的敏感性、自适应性和自行治愈能力。
生物智能材料是仿生材料、智能材料和纳米材料的集成，其特点是不仅仿生，还具备智能响应、自主作用、工作能力等功能。
2.1 吉林森林二龙山植物智能材料研究吉林森林二龙山自然保护区内发现了生长在深海水下的海葵。
在这个研究中，科学家们通过仿生仿制海葵的棘策动机构结构，制造出了可以实现自主工作的智能材料。
这种智能材料可以在受到刺激时自主收缩，并恢复原本的形态。
智能材料研究与应用
智能材料研究与应用在当今科技发展的浪潮中，智能材料无疑是最受关注的热门领域之一。
智能材料是一类具有智能响应和行为能力的材料，它们能够针对不同的环境变化产生自适应反应，包括实现力学、光学、热学和电子学等性质的自适应调节。
由于具有这种优异的性能，智能材料已经得到了广泛的研究和应用。
一、智能材料的分类目前，智能材料常常被分为四大类：形状记忆合金材料、电致变形材料、光致变色材料以及智能聚合物材料。
形状记忆合金材料是一类可以恢复原始形状的金属合金，也称之为一种“记忆性材料”。
这类材料在受到外界温度、应力、电、磁等刺激后，可以产生可逆形状变化。
铜锌铝形状记忆合金是应用最广泛的类型之一，广泛应用于微机械、航空航天和医疗等领域。
电致变形材料是另一种广泛运用的类型，也被称之为“智能陶瓷材料”。
这类材料受到电压、电子场、磁场等刺激后，可以产生可逆形状的变化。
这种材料的主要应用领域包括大型构件的精度调整、不同形态的机械臂、智能窗帘装置等。
光致变色材料是利用光线对物质的影响，使材料的化学组成产生可逆性改变的一类智能材料。
主要应用于光开关、可编程光控开关、光电场效应液晶器件等。
智能聚合物材料是指当材料在受到刺激后发生物理和化学性质变化而改变材料本质的一类材料。
通常包括电致变形聚合物、光致变形聚合物、功率聚合物等。
这种材料具有诸多储能性能，是在可调节材料科学、形状记忆应用优化、激活聚合物材料、纳米顺序构筑等方面运用的材料之一。
二、智能材料的应用智能材料具有广泛的应用前景，可以在众多领域中发挥重要作用。
1. 生物医药领域生物医药领域是智能材料的主要应用领域之一。
智能药材料的特点是可以对人体体内的环境变化产生自适应反应，从而控制药物的释放，使药物在人体内的作用时间和效果更加稳定和安全。
智能纳米材料也可以被用于治疗疾病，包括癌症、手术后等方面，使治疗效果更加明显和高效。
2. 航空航天领域智能材料在航空航天领域也得到了广泛的应用。
生物材料与组织工程技术发展趋势及其在医疗领域中的应用
生物材料与组织工程技术发展趋势及其在医疗领域中的应用生物材料与组织工程技术是一门涉及医药、工程技术和生物学的交叉学科。
它的主要目标是研制出能够替代、修复人体组织、器官功能的生物材料和组织修复技术，以改善人体健康状况。
这些技术的发展已经成为医疗领域中的一大热点。
未来，生物材料和组织工程技术的发展将会越来越受到人们的重视。
一、生物材料技术发展趋势生物材料的开发与应用一直是生命科学研究的重要领域之一。
近年来，新型生物材料的开发已达到了前所未有的速度，为医疗领域的发展带来了更多的机遇。
1.智能材料的发展智能材料也是生物材料科技领域的一个大热点。
智能材料可以通过微生物的自身反应实现生命动态的监测，例如人类细胞外基质的生长变化等。
智能材料的研究和开发，使得人们对人体中复杂生命体系的监测和掌握更加便捷和及时，这对于人体健康的维护和疾病诊断都有着非常重要的意义。
2.纳米生物材料的研发纳米生物材料和纳米技术是近年来发展迅速的领域。
研究发现，纳米生物材料具有良好的生物亲和性，可以为医学领域带来更多的应用价值。
例如，在医疗领域，利用各种纳米技术制备新型药物载体，使药物更加准确地到达病灶，提高治疗效果。
同时，纳米技术的发展也为恶性肿瘤的诊断和治疗提供了新的手段。
3.仿生生物材料的引入仿生生物材料是指纳米积木和生命理念相结合的自由形体。
仿生生物材料的研发可以促使材料更好地适应生物环境，提高生物材料在生物医学领域的应用价值。
因此，仿生生物材料是未来生物材料研究的热点之一。
二、组织工程技术的发展趋势组织工程技术是利用细胞、生物材料和生物化学成分，通过一系列工程手段创造新的、替代人体原有组织和器官的方法。
它的发展是为了解决传统医学中存储的极少数损伤、病变组织可以通过移植替换的现实问题。
1.3D打印技术3D打印技术是新型的组织工程手段之一。
研究发现，利用3D打印技术搭建骨架和导管，可促进细胞的增殖、捻合、分化和再生，可以重建人体各种组织和器官的形态和功能。
智能材料的应用综述
Ｖ０ ． ２ Ｎｏ ３ １３ ．
Ｊｎ ２０ ｕ ． ０２
文 章 编号 ：０ ０５ ２ （０ ２ Ｏ —２ ４０ １ ０ —３ ３ ２升 一 龚 红宇 刘 英 才 一 谭 训彦 李 ，， ， ．， ， 嘉 ， 尹衍 升
（ ． 东大 学材料 液 态结构 及其 遗 传 性教 育部 重点 实验 室 工程 陶瓷 山 东省 重点 实验 室 山 东 济 南 ２０ ６ ； １ 山 ５０ １ ２ 济 南 建筑 材料 设 计研 究院 山 东 济 南 ２０ ０ ； ． ５０ ２ ３ 河北科 技 大学 河北 石 家庄 ０ ０ ５ ； ． 南 大 学 山 东 济 南 ２ ０２ ） ． ５０ ４ ４ 济 ５ ０ ２ 摘 要 ： 来社会 发 展 的趋 势是 智 能化 ， 能化 的 首要 问题 是 大 力发 展 智 能材 料 ， 能 材 料 的研 究 是 材 料 科 未 智 智
应 用前 景和 发展 趋 势 ． 关 键 词 ： 能材料 ； 生 ； 息 ； 制 ； 用 ； 展 ； 势 智 仿 信 控 应 发 趋 中图 分类 号 ： ８ １ ２ １ Ｑ １ ．１ 文 献标 识 码 ： Ａ
Ｇｅ ｅ ａ ｕ ｖ ｙ ｔ ｐ ｉａ ｉ ｎ ｏ ｎｔ ｌｉ ｅ ａ ｅ ｉ ｌ ｎ ｒ ｌｓ ｒ ｅ ｏ ａ ｐｌｃ ｔｏ ｆｉ ｅ ｌｇ ｎｔｍ ｔ ｒａ ｓ
Ｔｈ ｉ ｃ ａａｔｒ ｔ ｆｎｅｌ ｅ ｔ ｔｒ ｌ ｉ ｂｏ ｉ ｎ ｔ ｎ ． ａ ， ｔ ａ ｄ ｅ ｃｎ ｒｌ ｎ ｄｕｔ ｔ ｅｍａ ｈ ｒｃｅｉ ｉｏ ｔｌｇ ｎ ｅｉ ｓ ｓ ｉｎｃ ｆ ｃｉ ｓ Ｔｈ ｔｓ ｉｃ ｎｊ ｇ ， ｏ ｔ ，ａ ｄａｊｓ ｉ ｎ ｓｃ ｉ ｉ ｍａ ａ ｓ ｕ ｏ ｉ ｕ ｏ —
ｓ ｌ ａ ｔ ｍ ｔｃ ｌ ｄ ｐ ｈ ｈ ｇ ｆｔ ｅｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｉ ｎ ｅ ｔ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｃ ｅ ｔｎ ｆ ｒ ａ ｉｎ．Ｔｈ ｐ ｉ ｅｆ ｕｏ ａ ｉａ ｌ ｔ ａ ａ ｔ ｅ ｃ ａ ｅｏ ｈ ｘ ｅ ｎ ｌ ｖ ｒ ｍ ｎ ｃ ｄ ｎ ａ ｃ ｐ ｉ ｇ ｉ ｏ ｍ ｔ ｙ ｏ ｔ ｎ ｅ ｏ ａｏ ｏ ｎ ｏ ｅｃ ｔ ａ —
智能材料的研究现状与未来发展趋势
智能材料的研究现状与未来发展趋势智能材料是指具有自感知、自诊断、自修复、自适应和自响应等功能的新型材料。
随着科技的不断发展，对智能材料的研究也越来越深入，其应用范围也越来越广泛。
智能材料的研究现状和未来发展趋势备受关注，本文将对此进行详细分析。
一、智能材料的研究现状1.基础理论研究智能材料研究的基础理论主要包括功能材料、材料设计、制备方法、作用机理等方面。
在功能材料方面，目前主要研究的智能材料包括形状记忆材料、光敏材料、温敏材料、磁敏材料等。
材料设计方面，研究人员通过设计新的结构和组分，以实现材料的智能功能。
制备方法方面，研究者通过化学合成、物理合成和生物合成等方法，制备智能材料。
作用机理方面，研究者通过理论模拟和实验验证，揭示智能材料的作用机理。
2.应用领域智能材料已经广泛应用于医药、电子、航空航天、汽车、工程等领域。
在医药领域，智能材料被应用于药物控释、仿生组织工程、医疗器械等方面。
在电子领域，智能材料被应用于传感器、储能器件、光电器件等方面。
在航空航天领域，智能材料被应用于航天器件、机翼、控制系统等方面。
在汽车领域，智能材料被应用于车身材料、发动机零部件、安全气囊等方面。
在工程领域，智能材料被应用于结构材料、建筑材料、声学材料等方面。
3.国际合作与交流智能材料的研究和应用是一个国际化的过程，各国之间的合作与交流十分重要。
目前，许多国际组织和机构致力于智能材料的研究和应用，如美国材料研究学会（MRS）、国际材料研究学会（IMRS）等。
这些组织和机构通过举办国际学术会议、合作研究项目、人才培养等方式，促进了智能材料领域的国际合作与交流。
二、智能材料的未来发展趋势1.材料多功能化未来的智能材料将不仅仅具有单一的智能功能，而是具有多种功能的多功能智能材料。
具有形状记忆功能的材料同时还具有磁敏、光敏等功能，从而可以在不同的环境和条件下实现多种功能。
2.智能材料的可持续性未来的智能材料将更加注重可持续性和环保性，绿色合成、易降解、生物兼容等特性将成为智能材料设计的重要考量因素。
新材料技术的创新和应用
新材料技术的创新和应用随着科技进步和社会发展的加速，新材料技术已经成为国家经济发展和社会进步中不可缺少的元素。
新材料的问世，不仅带来了颠覆性的影响，同时也在各行业得到广泛的应用。
比如，在电子通信领域，新材料技术促进了智能手机、电脑、平板等电子产品的实现；在汽车工业领域，新材料技术为轻量化汽车的生产提供了有力的支撑；在医疗行业，新材料技术的创新也开创了更可靠和高效的医疗器械。
一、有机电子材料有机电子材料是指含有碳原子的材料，如聚合物、光电材料等。
由于其具有低成本、可印刷、柔性、无毒、低功耗与多色发光等优点，使得该材料在光电显示领域大放异彩。
有机发光二极管（OLED）是新型显示技术的代表。
它比液晶显示屏更加节能、色彩更加浓郁、亮度更加均匀、视角更加广阔，可在未来取代液晶显示屏的地位。
有机太阳能电池则是另一个被广泛研究的领域，该技术能够将抗氧化的有机材料与纳米金属材料相结合，从而达到在太阳光下将光能转换成电能的目的。
二、纳米技术纳米技术是指将物质制备到纳米级别的技术，这种技术开启了一个全新的材料研究和开发的领域。
纳米技术最大的创新之处在于它赋予材料基础不同的物理、化学和生物性质，使得材料在原有性质的基础上增加了新的特性，从而拥有了更为广泛的应用领域。
由于纳米技术所制备的材料具有特殊的物理特性和化学结构，所以在能源、生物医药、计算机、环境保护等领域都有着广泛的应用。
比如，纳米银可用于抗菌、净化水质等领域，纳米二氧化硅可以作为气体分离膜和防紫外线涂料的制备材料。
三、高强度、高温合金材料高强度、高温合金材料是一种能够持续运行在高温、高压环境下的材料。
它是现代工业最为重要的材料之一，应用于航天、航空、能源、交通、石油等领域。
高强度、高温合金材料由于优异的高温性能和较高的强度，可在高温、高压和恶劣环境下使用。
因此，它被广泛应用于航空工业领域，用于制造发动机、涡轮增压器、导弹和卫星等。
它还被用于火力发电、核能、石油开采和化工等领域，这些领域对高强度、高温性能的要求非常高。
智能材料的研究现状与未来发展趋势
智能材料的研究现状与未来发展趋势智能材料是指具有感知、响应、控制、自适应等智能特性的材料，能根据特定环境和外部刺激自主地发生可逆变化和调节，具有广泛的应用前景。
本文将从智能材料的原理、研究现状和未来发展方向三方面探讨智能材料的发展趋势。
1. 原理智能材料的原理主要有三种：形状记忆、感应和光、磁性控制。
形状记忆材料包括笑形记忆合金、聚氨酯、聚乙烯醇等，其特点是在特定温度下可以快速恢复到原始形状。
感应材料主要包括热、光、电和磁等形式，通过对不同形式的外部刺激进行传感并响应变化，比如光敏材料可以根据光照强度调节材料的透光性。
光、磁性控制材料则是利用光或磁场来调节材料的性质和功能，如晶体可通过可见光或紫外线光线使其发生可逆材料结构的调整。
2. 研究现状智能材料的发展已经取得了一定的研究进展，主要应用于光学、生物医药、航空航天、机械制造等领域。
光学方面主要应用于光纤通信、激光开关、光学传感等方面；在生物医药方面，智能材料被常用于医疗设备、病房控制和治疗设备的制造；在航空航天领域应用较为广泛，比如可用于自适应空气动力学表面、载荷传递等方面；在机械制造领域应用较为广泛，可以用于微透镜、声波过滤器、运动控制等方面。
3. 未来发展方向在未来，智能材料将继续得到广泛的应用。
其中，纳米智能材料将成为发展的重点。
纳米智能材料具有超强表面积和纳米特性，能在小尺寸下发挥更强的物理、化学特性，具有广泛的应用前景。
另外，新型的智能材料将会出现，如液晶材料、电子材料等。
具有更优异的响应能力和更广泛的应用范围。
继续加强材料加工和制备工艺的开发，研究制造更高效、更环保、更安全的智能材料。
同时，智能材料也将进一步实现从可实验性到实用性，从实验室到工业化生产的转化，为实现智慧物联网、人工智能等领域的发展提供更好的服务。
十新技术新产品新工艺新材料应用
十新技术新产品新工艺新材料应用随着科技的不断发展和进步，新技术、新产品、新工艺、新材料在各个领域的应用越来越广泛，给人们的生活带来了许多便利和创新。
本文将从新技术、新产品、新工艺、新材料的应用角度，分别介绍它们在不同领域的具体应用。
新技术的应用：1.人工智能技术在智能家居领域的应用：随着人工智能技术的不断发展，智能家居产品越来越普及。
通过智能家居系统，用户可以远程控制家中的电器设备，实现智能化管理和控制，提高生活品质。
2.区块链技术在金融领域的应用：区块链技术可以实现去中心化的交易信息记录和存储，提高金融交易的安全性和透明度。
越来越多的金融机构开始应用区块链技术进行交易结算和信息管理。
3.虚拟现实技术在教育领域的应用：虚拟现实技术可以帮助学生在虚拟环境中进行实践操作和学习，提高学习效率和趣味性。
很多学校和培训机构开始引入虚拟现实技术进行教学。
新产品的应用：1.5G智能手机的应用：5G技术的普及为智能手机带来了更快的数据传输速度和更稳定的网络连接，让用户可以更便捷地进行视频通话、在线游戏等多媒体应用。
2.无人机的应用：无人机可以实现空中航拍、巡逻监控、物流配送等多种功能，为农业、航空、安防等领域带来了革命性变革。
3.智能家居产品的应用：智能家居产品如智能门锁、智能家电等可以实现远程控制、智能联动、节能环保等功能，提高家居的舒适性和智能化程度。
新工艺的应用：1.3D打印技术在制造业的应用：3D打印技术可以实现快速、定制化的产品制造，为制造业带来了生产效率的提升和成本的降低。
2.智能制造技术的应用：智能制造技术可以通过人工智能、大数据分析等手段实现生产自动化和智能化，为制造业的数字化转型提供支持。
3.生物科技在医药领域的应用：生物科技可以实现个性化医疗、新药研发等多种应用，为医疗行业带来了创新和突破。
新材料的应用：1.高强度纤维材料在航空航天领域的应用：高强度纤维材料如碳纤维、玻璃纤维等可以减轻飞机结构质量、提高飞行性能，广泛应用于航空航天领域。
新型生物医药材料的研究及其应用
新型生物医药材料的研究及其应用在当今社会，医学科技的发展越来越成为人们关注的焦点之一。
生物医药材料的引入和应用，受到了广泛的关注和研究。
新型生物医药材料的研究不仅可以帮助疾病患者治疗疾病，同时也可以节约医疗资源，提高医疗质量，降低医疗成本。
一、新型生物医药材料的研究在医学领域，新型生物医药材料的研究是当前的热门话题之一。
研究人员将材料的生物学性质考虑在内，发掘其在医学领域的应用潜力，大大提高了治疗效果。
新型生物医药材料包括但不限于：生物纳米材料、生物高分子及其复合材料、智能材料等。
1. 生物纳米材料生物纳米材料是指尺寸不超过100纳米的材料。
由于其分子结构与生物分子相似，具有很好的生物相容性，很多生物纳米材料已经被广泛应用。
生物纳米材料的应用领域包括药物输送、药物分析及检测、影像诊断等。
药物输送是生物纳米材料应用的重点领域之一。
生物纳米材料可以有效将药物运输到作用部位，提高药物作用效果和下降毒副作用。
2. 生物高分子及其复合材料生物高分子是由大分子组成的材料，具有天然的生物学特性，包括高生物相容性，降解能力等。
生物高分子及其复合材料的应用领域包括仿生医学材料、组织工程、药物释放和靶向等。
3. 智能材料智能材料也是一种新型的生物医药材料。
这些材料可以在外界刺激下发生形态、性质以及功能上的可逆变化，从而发挥其智能属性。
智能材料的应用领域包括基因治疗、组织修复等。
二、新型生物医药材料的应用新型生物医药材料的应用不仅可以治疗各种疾病，还可以在医学领域起到其他的作用。
1. 治疗疾病新型生物医药材料的应用主要是为了治疗各种疾病。
比如说，人工关节就是一种生物医药材料，用于治疗骨骼关节炎等关节病。
生物纳米药物可以有效降低药物的毒副作用，并提高药物作用效果。
生物高分子及其复合材料可以用来制造组织工程材料，从而进行组织修复和再生。
智能材料可以被应用于基于药物的微型蛋白质芯片检测和诊断。
2. 促进医疗资源和医疗质量的提高新型生物医药材料的应用不仅可以治疗疾病，还可以促进医疗资源和医疗质量的提高。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 热稳定好，高温消毒不变质等性能。
聚合物的定义
可降解高分 子材料
天然可降解 高分子材料
淀粉、壳聚糖、海藻酸钠、 纤维素衍生物等多糖
脂肪族聚酯、聚乙烯醇、聚 乳酸、聚羟基丁酸酯及其共 聚物、聚酸酐和聚磷腈等
合成可降解 高分子材料
可降解高分子材料应用于生物医药 领域的优点 具有良好的生物可降解性和生物相 容性，可在生物环境作用下发生结构破
提到“材料”，或许大家 只会联想到金属，陶瓷， 塑料等。
其实, 隐型眼镜就是由凝 胶制作而成的
智能高分子凝胶的刺激响应性与分类
刺激响应性
物理刺激
温度 光 压力 电场
化学刺激
pH 生化
分类
刺 激
盐响应性凝胶 生化响应性凝胶
pH响应性凝胶 温度响应性凝胶 光响应性凝胶
盐
化学、相分离、形状、 表面、渗透性、机械强度 光、电
坏和性能蜕变，其降解产物能通过正常
的新陈代谢或被人体吸收利用或被排出
体外，不需经过二次手术取出。
智能材料概述
所谓智能 (intelligent) 或灵巧 (smart) 材料为能感知外部刺激（传感功能），能判 断并适当处理（处理功能）且本身可执行（ 执行功能）的材料。
智能金属材料
智能材料
智能无机非金属材料
塑料（聚丙烯）
橡胶
聚酯纤维
涂料
用于生物医药领域的高分子材料 必需满足一些特殊要求：
生物相容性好，无毒；可生 物降解，降解产物对人体无毒。
3.智能性药物释放系统
释放机理、控制释放的目的、释 放体系的制备方法、国际研究前沿 等。
4. 智能性仿生组织工程材料
骨组织的仿生生长、组织工程用 超憎水材料。
工程化组织和器官 人造皮肤、组织粘 合剂及术后防粘连 制品 其他医疗器械制品 药物缓释材料 其他生物材料和制 品
全球药释系统市场（单位：亿美元）
全球医药 市场 4000 7200 全球释药 市场销售额 402 1043 全球释药 市场份额 10% 14%
2002年 2005年
中国药释市场
中国13亿人口,
智能高分子复合 材料
智能高分子膜
选择性渗透、选择性吸 附和分离等 膜的组成、结构和形态 的变化--智能化
形状记忆: 指具有初始形状的制 品,经形变固定后,通过加热等外部条 件刺激手段的处理,又可使其恢复初始 形状的现象.
形状记忆血管支架
形状记忆合金
热致形状记忆高分子的应用
医疗器材-固定创伤部位的器材
智能材料与生物医药应用
Smart Materials and Biomedical Applications
郑州大学材料工程学院 石军
智能材料
生物医用材料
智能性生物医用材料
1. 绪论
2. 生物医用材料概述 3.智能性药物释放系统 4. 智能性仿生组织工程材料 5. 智能性生物医用材料的最新研究进展
H3C
CH3
LCST = 31 oC
智能高分子凝胶的应用--智能药物释放系统
外界环境因子的变化 溶胀相 收缩相
Slow release
Papid release
Slow release
Rapid release
释放机理
全球生物医用材料细 分市场发展
矫形外科修复材料 和制品 心血管系统修复材 料、血液净化材料
2002年药品市场达140亿美元，按10%比 例估算，其中释药市场为14亿美元。 场每年将以5000万美元幅度增加。
随着人民购买力提高，保健意识增强，今后国内药品市
药物的控制释放体系(drug delivery system,DDS)
简称DDS，就是能够在固定的时间内，按照预定的方向向 体内或体内某部位释放药物，并且在一段时间内使药物的浓 度维持在一定的水平； 药物释放的方式常见的有储存器型DDS、基材型DDS；
小有效浓度和最大安全浓度之间非常困难；而智能控制释
放能较长时间控制药物浓度在有效范围内，药物利用率可 达80-90 %，而常规投放药物的利用率仅为40-60 %。
智能性控制释放系统 药物控制释放目的 使药物在需要时间和时间间隔内 对需要剂量释放至所需部位，防止药 物失活。
CH2
CH
n C O NH CH
化学稳定性
• 耐体液侵蚀，不产生有害降解产物； • 不产生吸水膨润、软化变质； • 自身不变化。 ? 化学稳定性与生物可降解性的关系
力学条件
足够的静态强度，如抗弯、抗压、拉伸、剪切等； 具有适当的弹性模量和硬度； 耐疲劳、摩擦、磨损、有润滑性能。
其它要求
Scaffold
• 良好的空隙度，体液及软硬组织易于长入； • 易加工成形，使用操作方便；
压力敏感性凝胶
响 应
电场响应性凝胶
1.减少服药次数 对半衰期短的或需要频繁给 药物控制释放的目的 药的药物减少服药次数； 2. 保持血药浓度平稳，避免峰 谷现象 使药物在需要时间和时间间隔内 对需要剂量释放至所需部位，防 有利于降低药物的毒副作用； 止药物失活。 3. 减少用药的总剂量
burst
常规投药后，药物浓度迅速上升至最大值，然后在代谢、 排泄及降解作用下，又迅速降低，因而控制药物浓度在最
脂质体（liposome）是一 种人工膜。在水中磷脂分 子亲水头部插入水中，脂 质体疏水尾部伸向空气， 搅动后形成双层脂分子的 球形脂质体，直径 25~1000nm不等。脂质体 可用于转基因，或制备药 物，利用脂质体可以和细 胞膜融合的特点，将药物 送入细胞内部。
控制释放的生物活性物质
半衰期短、毒副作用大的药物 蛋白质和多肽药物 基因和疫苗 …… “药物的半衰期”是指药物从体内消除
66.6 2.3 o 115.8 ± 4.7
(A)
50 m
(A)
50μm
131.8 ± 1.5
152.6 ± 2.5 o
(C)
50μm
(A)
5μm
(C)
1μm
(D)
5μm
纳米生物支架修复材料(Scaffold)
电纺丝技术制备的 生物支架修复材料
普通方法制备的生 物支架修复材料
5. 智能性生物医用材料的发展前 景展望
1.绪论 生物医用材料（biomedical materials) 智能材料(intelligent materials or smart materials)
两者结合起来在生物医药领域应用的优越性
2. 生物医用材料概述
生物医用金属、陶瓷材料
生物医用高分子材料（重点）
塑料
以聚合物为基础，加入（或不加）各种助剂 和填料，经加工形成的塑性材料或刚性材料。
料，亦称生物材料。
修复、 置换、 增进 组织器 官功能
通用生物医用材料
组织工程生物医用材料
对生物医学材料的基本要求
生物相容性 化学稳定性 力学条件
其它要求
生物相容性
对人体无毒、无刺激、无致畸、致敏、致突变或致癌 作用； 在体内不被排斥，无炎症，无慢性感染，种植体不致 引起周围组织产生局部或全身性反应，最好能与骨形 成化学结合，具有生物活性； 无溶血、凝血反应等。
储存器型DDS是将药物微粒包裹在高分子膜材里，药物微 粒的大小可根据使用的目的调整，粒径可从微米到纳米；
基材型DDS则是将药物包埋于高分子基材中，此时药物的 释放速率和释放分布可通过基材的形状、药物在基材中的分 布以及高分子材料的化学、物理和生物学特性控制。
用于药物释放的高分子材料
常用的有水凝胶、生物降解聚合物、脂质体等
医疗器材-手术缝合线
智能高分子材料--智能高分子凝胶
定义 体积相转变 制备 刺激响应性与分类 应用
智能高分子凝胶
三维高分子网络与溶剂组成的体系
含有亲溶剂性基团，可被溶剂溶胀
最大的特点:体积相转变
海参有一个特性：如 果有谁用手去碰一下 它柔软的身体，它就 会一下变得象木头一 样坚硬，但如果将它 在手中紧捏一会，它 就会慢慢地溶变成滑 溜溜的液体从你手中 逃走。
纤细而柔软的丝状物，长度至少为直径的100 倍。 具有可逆形变的高弹性材料。 涂布于物体表面能成坚韧的薄膜、起装饰和 保护作用的聚合物材料 能通过粘合的方法将两种以上的物体连接在 一起的聚合物材料
纤 维 高分子 材料 橡 胶
涂 料 胶粘剂
功能高分子 聚合物基复 合材料
具有特殊功能与用途但用量不大的精细 高分子材料
常见的水凝胶有聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)、 聚乙烯醇或聚乙二醇等合成材料及一些天然水凝 胶
高分子水凝胶是由三维网络结构（交联结构）的大分子和 溶剂组成，其网络由大分子主链及侧链上有亲水（极性） 基团和疏水性基团，或（和）有解离基团组成，网络可以 吸收溶剂而溶胀。
•水凝胶的生物相容性好，孔隙分布可控，能实现 智能控制释放机理
介绍相关领域最新的国际前沿
Bioinspired Degradable Substrates with Extreme Wettability Properties
By Wenlong Song, Diana D. Veiga, Catarina A. Custo´dio, and Joa˜o F. Mano
Joã o Mano and co-workers have developed new superhydrophobic poly(L-lactic acid) substrates for biomedical applications. The wettability of the substrates can be controlled within the superhydrophobicsuperhydrophilic range by using argon plasma treatment. The inside cover image shows the texture of such a substrate exhibiting micro-and nanoscale roughness, which gives rise its extreme wettability behavior (the structure in the image can be viewed more clearly using 3D glasses).