生物相容性及生物学评价
生物医用材料生物相容性及其评价方法
生物医用材料生物相容性及其评价方法生物医用材料的生物相容性是指材料与生物体相互作用后产生的生物学反应以及对生物体组织的影响。
评价生物医用材料的生物相容性是确保其在体内使用时安全有效的关键。
本文将介绍生物医用材料的生物相容性及其评价方法。
生物相容性可以从物理性能、化学性质和生物学反应三个方面来评价。
1.物理性能：生物医用材料应具有与生物体组织相似的力学性能，如弹性模量、抗张强度、硬度等。
此外，材料的表面形态、孔隙率、渗透性等也会影响生物体对材料的相容性。
2.化学性质：生物医用材料的化学成分和表面活性会直接影响其对生物体的相容性。
例如，金属材料的腐蚀性、骨水泥的溶解性以及聚合物材料的降解速率等都是需要考虑的因素。
3.生物学反应：生物医用材料的生物学反应主要包括炎症反应、细胞黏附、细胞增殖和骨组织生长等。
炎症反应是生物体对外来材料的主要生理反应，细胞黏附和增殖则是体内细胞在材料表面定植和生长的表现，最终导致材料与组织逐渐融合。
1.体外评价是通过在实验室环境下进行细胞和生物体外液体接触实验，模拟材料与体液、细胞等相互作用的过程。
常用的体外评价方法有表面接触角测定、材料溶解性测定、细胞生长实验、细胞黏附实验等。
通过这些方法可以初步评价材料对细胞的生物相容性。
2.体内评价是通过在动物体内进行材料植入实验，观察其对生物体组织的影响。
常用的体内评价方法有植入模型实验、切片观察和生物学指标测定等。
通过这些方法可以进一步评价材料的生物相容性和生物学效应。
生物医用材料的生物相容性评价方法需要综合考虑多个因素，且不同材料对不同组织的相容性也有差异。
因此，评价生物医用材料的生物相容性是一个复杂而繁琐的过程。
然而，只有通过科学准确的评价方法，才能确保生物医用材料在体内使用时能够安全有效，为患者带来更好的治疗效果。
《生物医用材料》第三章生物相容性及生物学评价
2.3 材料或器械影响血液相容性的可能 因素
影响血液凝固（血栓形成）有三大要素： 血液化学、血液接触的表面、血液流 动形式。
因此材料或器械影响血液相容性的可能 因素有：
1) 材料的性质: 材料的本体和 表面特性 2)材料或器械的外形与尺寸
1）材料性能的影响
➢ 本体性能的影响： Ni引起癌变，碳素材料抗血栓性能好，聚氨酯抗凝
吸附血浆蛋白，包括白蛋白、球蛋白、纤 维蛋白原等）； ➢溶血、白细胞减少等细胞水平的反映； ➢凝血系统、纤溶系统激活等血浆蛋白水平 反映； ➢免疫成分的改变、补体的激活以及血小板 受体的释放等分子水平的反映。
• 适宜的血液相容性材料应不损伤血液成分 和功能。
2）材料与血液的相互作用过程:
材料与血液接触后的相互作用可分为3个阶段:
B．材料反应
1. 物理机制的反应 a. 摩擦磨损 b．疲劳损伤 c．应力腐蚀引起断裂 d．腐蚀 e．降解及分解
2. 生理反应 a．吸收组织物质 b．酶的降解 c. 钙化
金属植入物表面分子水平的反应
第二节 材料的血液相容性 bloodcompatibility
2.1 材料与血液的相互作用： 1）生物材料可能引起的血液的变化： ➢生物材料的界面现象（在材料的表面首先
血性较好。
➢ 表面性能的影响： 表面形貌：表面粗糙度、表面织构、多孔性。
材料表面越粗糙，暴露在血液上的面积越大，凝血 的可能性也就越大，但如果在0,1~2 UM的范围内 存在不均匀结构，可提高材料的抗凝血性能
表面成分：例如表面涂覆碳素材料可抗血栓
血管支架表面改性薄膜
无机惰性薄膜提高支架的抗血栓性能 贵 金 属 涂 层 碳 化 物 涂 层 类金刚石薄膜
Uncoated
生物相容性及生物学评价
• 人体的生理环境：
➢ 体温为37℃，由水、电解质、血糖、蛋白质等构成相对稳定的内环境。 ➢ 细胞外液的4/5存在于血管外构成组织液，1/5在血管内，即血浆。 ➢ 正常人血的相对密度为1.050-1.060，粘度为4-5（通常以水的粘度为1
作为标准进行计算）。血浆的渗透压约为313mOsm/L，pH值为7.357.45。 ➢ 模拟人体生理环境的溶液：有机酸、蛋白质、酯、生物原分子、电解 质、溶解氧、氮化合物以及可溶性碳酸盐的NaCl水溶液，浓度约为 0.1mol/L，溶液的pH值约为5.5（±0.2）的溶液。
第2章 生物相容性及生物学评价
目录
人体生理环境 生物相容性 材料在生物体内的反应 宿主反应 病理学反应 生物材料的生物相容性评价
2.1 人体生理环境
• 生物学环境：处于生物系统中的生物医用材料周围的情况或条件，其 中包括体液、有机大分子、酶、自由基、细胞等多种因素。
• 成人60%为体液，2/3于细胞内，1/3为细胞外液，外液1/5在血管内， 4/5在血管外
✓ 过度浸析（例如金属晶间浸析）可以导致断裂强度的降低。 浸析造成的缺陷可以聚合成空洞。对刚性材料来说，如果 空洞所占的体积百分比大到一定值，就会造成弹性模量的 降低，其降低的数量与空洞体积百分比的二次方成正比。
2.4.2 腐蚀与溶解
• 生物医用金属材料在机体内重要反应之一是腐蚀和溶解。 对高分子和陶瓷材料来说，腐蚀一般不是很显著，但是也 存在着问题。
2.4.3 生物分子与材料表面的反应
• 生物材料一旦植入体内用来连接、修复损伤的组织、器官等，人体的 组织即将对植入体进行反应。这种反应通常只在材料与生物体接触的 界面上进行的。
• 生物分子与材料表面的反应的方式取决于植入的位置，反应的过程与 材料的结构与性质有关，包括生物结合、毒性反应、排异与吸收。
医疗器械生物学评价
医疗器械生物学评价医疗器械的生物学评价是医疗器械开发和使用的一个重要环节。
它主要是对医疗器械在生物体内的生物相容性、安全性和有效性进行评估，以确保它对人体没有不良的影响，达到设计预期的治疗效果。
医疗器械的生物学评价通常包括以下几个方面：生物相容性、毒理学评估、细胞毒性、致敏反应、细胞增殖和差异化等。
生物相容性是评价医疗器械在生物体内引起的生物学反应的能力，其中包括局部和全身反应。
局部反应可以是炎症、纤维组织形成和血管新生等，全身反应可以是免疫反应和全身毒性等。
这些反应的评价通常通过动物实验和体外实验来进行。
毒理学评估是评价医疗器械对生物体产生的毒性作用的能力。
这包括急性毒性、亚急性毒性、慢性毒性等。
通常通过动物实验和体外实验，如细胞毒性和基因毒性实验来评估医疗器械的毒性。
细胞毒性是评价医疗器械对细胞的直接杀伤作用和影响细胞功能的能力。
一般通过体外实验来评估医疗器械对细胞的毒性。
致敏反应是评价医疗器械引起的变态反应的潜在能力。
通过动物实验和体外实验，如小鼠皮肤致敏实验和人类淋巴细胞转化试验等来评估医疗器械的致敏性。
细胞增殖和差异化是评价医疗器械对细胞的增殖和分化的能力。
这可以通过细胞培养实验来评估。
医疗器械的生物学评价需要根据不同的器械特性和使用方式来确定具体的评价方法。
通常的评估流程包括：确定评估项目和方法、收集相关数据、分析数据、评价结果和风险分析、确定产品的生物安全性和有效性。
生物学评价结果对于医疗器械的研发和使用具有重要的指导意义。
它可以帮助设计人员选择合适的材料和生产工艺，以及优化设备的结构和功能，来提高医疗器械的生物相容性和安全性。
对于临床使用的医疗器械，生物学评价可以评估其治疗效果和副作用，为临床决策提供依据。
总之，医疗器械的生物学评价是保障医疗器械安全有效的重要环节。
只有通过全面、系统的生物学评价，才能确保医疗器械对人体没有不良的影响，保证其在临床应用中能够发挥预期的治疗效果。
生物相容性生物学评价(一)2024
生物相容性生物学评价（一）引言概述：生物相容性是指生物体在生理、免疫和生物化学等方面与其环境之间的相容性和互动性。
生物相容性评价是通过一系列测试和研究，以确定人体是否能够耐受和适应与其接触的生物材料。
本文将重点讨论生物相容性生物学评价的相关内容。
正文：1. 细胞相容性评价a. 无细胞毒性测试：通过培养细胞系进行细胞存活率、增殖能力等指标的测试，评估材料是否对细胞产生毒性影响。
b. 炎症反应评价：观察材料引起的炎症反应和炎性因子的产生情况，判断材料的炎症反应程度。
c. 细胞黏附性评价：检测细胞与材料之间的黏附情况，评估材料对细胞的诱导和支持能力。
2. 免疫相容性评价a. 细胞免疫剧毒性测试：通过检测材料对免疫细胞的毒性和影响，评估材料对免疫系统的兴奋作用或抑制作用。
b. 补体活化评价：观察材料是否会激活补体系统并引发炎症反应。
c. 细胞因子释放评价：检测材料是否会刺激细胞产生炎症因子和免疫调节因子，评估材料对免疫系统的影响。
3. 血液相容性评价a. 凝血功能评价：测试材料与血液接触后是否会引起异常的血凝反应，如凝块形成、血小板聚集等。
b. 红细胞溶血评价：观察材料对红细胞的溶解作用，评估材料对血液的相容性。
c. 血管内皮细胞附着评价：研究材料与血管内皮细胞之间的相互作用，评估材料对血管内皮功能的影响。
4. 生物降解性评价a. 体内降解性评价：观察材料在体内的降解速度和方式，评估材料的生物降解性能。
b. 温度和湿度稳定性评价：研究材料在不同温度和湿度条件下的稳定性，评估材料在使用环境中的可靠性。
c. 释放动力学评价：检测材料释放的药物或生物活性物质的速率和程度，评估材料的控释能力。
5. 组织相容性评价a. 组织损伤评价：观察材料对组织的刺激性和损伤程度，评估材料对组织的相容性和可耐受性。
b. 纤维化程度评价：研究材料引起的瘢痕组织形成情况，评估材料对组织的纤维化产生的影响。
c. 细胞增殖和分化评价：检测材料对组织细胞增殖和分化的影响，评估材料对组织再生的促进或抑制作用。
生物材料的生物学评价技术及其应用于医学领域
生物材料的生物学评价技术及其应用于医学领域生物材料是指在生命体内或外使用的某种材料，其应用领域广泛，包括医学领域。
随着生物材料的使用不断增加，其生物学评价技术也不断得到提高和完善，为生物材料的应用提供了更为可靠和准确的保障。
一、生物材料的生物学评价1.生物相容性评价生物相容性评价是指测定材料与生物体的相容性，以及对生命体的影响和损伤。
这种评价方法主要借助于体内和体外实验，包括动物实验、体外实验、组织学检查等方法，以评估生物材料的生物相容性。
2.生物降解性评价生物降解性评价是指测量生物材料在生物体内的降解速率和降解产物，并评估对生命体的影响。
这种评价方法可以用于判断生物材料的预期寿命和安全性。
3.生物毒性评价生物毒性评价是指测定生物材料对生命体的毒性。
这种评价方法主要利用化学和生物学检测技术，可以确定毒性程度并评定生物材料的安全性。
二、生物材料在医学领域中的应用1.人造骨人造骨是一种用于骨科手术的生物材料。
它具有良好的骨组织相容性、生物降解性和生物可吸收性，可以在骨髓内注入，创造必要的生长环境，促进骨髓血管和肉芽形成等功能，具有重要的临床应用价值。
2.人造血管人造血管是一种可以替代自然血管的生物材料，在心血管外科手术中有广泛应用。
它具有生物相容性和稳定性等特点，可以有效解决血管病变等疾病所引起的血管缺损问题。
3.生物质子治疗生物质子治疗是一种使用生物材料的肿瘤治疗方法，它使得肿瘤细胞受到极高能量的质子束直接杀死。
生物质子治疗具有精准性和高效性等特点，在肿瘤治疗中有着广泛的应用前景。
三、生物材料在医学领域的发展趋势未来生物材料在医学领域内的发展趋势是研究新型人工器官、替代大量血管、刺激骨组织、促进神经组织再生、维持骨密度和改善骨质疏松症、缓解疼痛等。
同时，生物材料不仅要具有生物相容性和生物学安全性，还要致力于提高使用材料的可再生性和可降解性，降低对环境的影响。
总之，生物材料的生物学评价技术是保障其在医学领域中安全运用的重要手段之一。
生物医学材料的生物学评价和安全性评估
生物医学材料的生物学评价和安全性评估随着生物医学材料的应用越来越广泛，对其生物学评价和安全性评估也越来越重视。
生物医学材料的生物学评价和安全性评估是保证其安全性和可靠性的必要步骤。
本文将就生物医学材料的生物学评价和安全性评估进行讨论，以期对生物医学材料的发展与应用产生一定的促进作用。
一、生物医学材料的生物学评价生物医学材料与人体组织或生物环境相接触，因此，其生物学评价很重要。
生物学评价包括生物相容性、生物机能、生物适应性、生物转化性等。
生物相容性是指生物医学材料与宿主组织或生物环境相容性的能力。
生物相容性的研究要考虑其材料特性、植入部位、患者情况等因素。
评价因素有组织炎症反应、血栓形成、细胞毒性、免疫学反应等。
生物机能是指生物医学材料对宿主组织生物机能的影响。
评价因素有材料的抗菌性、生物降解性、生长因子诱导、骨成分缺陷修复等。
生物适应性是指生物医学材料与宿主组织或生物环境相适应性的能力。
评价因素有细胞外基质组织修复、细胞定植能力、骨形态、细胞增殖、宿主组织再生等。
生物转化性是指生物医学材料与生物环境相互作用的能力。
评价因素有分泌细胞介导的炎症反应、生物菌群、代谢作用、降解代谢产物等。
以上四个方面对生物医学材料的生物学评价是全方位的。
临床使用的生物医学材料需要经过严格的生物学评价，并应用于特定植入部位，以确保其与宿主组织的相容性和安全性。
二、生物医学材料的安全性评估生物医学材料应用于人体内，必须进行严格的安全性评估。
评估分为预临床评价和临床评价两个阶段。
预临床评价主要是对生物医学材料进行无菌检测、毒理学评估、生物学评价和成份分析。
为了评估生物医学材料的安全性，需要建立一套科学合理的安全性评估模型，包括评估策略的制定、相关指标的选择、评估方法和技术路线的建立等。
评估结果应反映生物医学材料对人类健康的危害程度，以及可能引起的不良反应和后果等。
临床评价是指在人体内对生物医学材料进行实际临床应用和评估。
它是一项相对复杂的工作，需要建立可靠的安全性评估标准和诊疗方案，以确保生物医学材料应用的安全性和有效性。
生物医学材料的性能测试与评价
生物医学材料的性能测试与评价生物医学材料是应用于医学领域的一类特殊材料，其性能的测试与评价对于材料的安全性和可靠性至关重要。
本文将从生物相容性、生物降解性、机械性能等方面介绍生物医学材料的性能测试与评价方法。
首先，生物相容性是生物医学材料最基本的性能之一。
生物相容性评价要求测试材料与生物体的相互作用情况，确保该材料对机体不会引发明显的毒性、刺激或免疫反应。
常用的生物相容性测试方法包括细胞毒性测试、皮肤刺激性测试、皮下接触试验等。
细胞毒性测试通过将材料暴露于不同类型的细胞中，观察细胞的形态、增殖与存活情况，评估材料对细胞的毒性作用。
皮肤刺激性测试通过将材料接触于动物的皮肤表面，观察局部皮肤的反应情况。
皮下接触试验通过将材料或其提取物注射到动物的皮下组织中，观察组织的炎症反应、免疫细胞浸润等情况。
其次，生物降解性是对生物医学材料进行评价的重要指标之一。
生物降解性测试旨在评估材料在生物体内的降解速度与降解产物是否对生物体造成不良影响。
常用的生物降解性测试方法包括体外模拟生物液体测试、体外模拟酶解测试、体外紫外辐射诱导降解测试等。
体外模拟生物液体测试将材料置于模拟生物体内的液体环境中，以模拟生物体内的降解过程。
体外模拟酶解测试通过将材料暴露在含有特定酶的溶液中，模拟生物体内酶解的降解过程。
体外紫外辐射诱导降解测试则通过暴露材料于紫外辐射下，观察材料的降解情况。
此外，机械性能是评价生物医学材料是否适用于医学应用的关键指标之一。
机械性能包括材料的力学强度、刚度、韧性等方面的性能评价。
常用的机械性能测试方法包括拉伸测试、压缩测试、弯曲测试等。
拉伸测试通过施加拉力来评估材料的张力承载能力，评估其在外力作用下的变形能力。
压缩测试通过施加压缩力来评估材料的抗压性能，以了解其在压力下的挤压能力。
弯曲测试通过施加扭曲力来评估材料的韧性与弯曲能力，以模拟其在应用中的挠曲情况。
除了上述提及的测试方法和指标外，生物医学材料的性能测试与评价还包括其他方面的内容，如表面性能评价、生物活性评价等。
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短期接触时间：<24h， 短中期接触: 24h至30日， 长期接触 : >30日；
按用途： 一般功能 生殖与胚胎发育 生物降解等。
标准要求在选择生物学评价实验项目之前，应先按材料接 触途径和时间对材料进行分类。
➢ 生物医用材料的安全性评价内容： 从广义上讲应该包括四个方面： ✓ 物理性能、 ✓ 化学性能、 ✓ 生物学性能 ✓ 临床研究。 从狭义上讲是指生物学性能（生物相容性）评价。
评价生物相容性应从微观至宏观、从局部至整体、从静 态至动态等反应过程的规律和结果进行综合性评价。
➢生物材料产品正式投产的全过程
两个项目。
我国的生物学评价标准：
• （1）溶血试验评价 • （2）细胞毒性试验评价 • （3）急性全身毒性评价 • （4）过敏试验评价 • （5）刺激试验评价 • （6）植入试验评价 • （7）热原试验评价 • （8）血液相容性试验评价 • （9）皮内反应试验 • （10）生物降解试验 • （11）遗传毒性试验评价 • （12）致癌性试验评价 • （13）生殖和发育毒性试验 • （14）亚急性毒性试验 • （15）慢性毒性试验 • （16）药物动力学试验评价
1）评价材料的物理性能、化学性能、灭菌性 能、加工性能、外形等
2）体外生物学评价 3）体内生物学评价 4）动物模拟试验 5）临床试验
2 生物材料生物学评价标准
• 1982年美国国家标准学会和牙科协会公布 了评价生物相容性试验标准草案。
• 国际标准化组织（ISO）于1997年以10993编 号发布了17各相关标准。
ISO生物学评价标准特点
• 明确了医疗装置的分类，将接触部位分为表面接触、体外 与体内接触、体内植入三大类；
• 在接触时间上分为短期接触、中期接触、长期接触； • 将生物学试验评价分为基本评价试验和补充评价试验两大
类； • 将亚慢性、亚恶性毒性试验列入基本评价试验项目中，取
消了热原实验项目； • 在补充评价试验中增加了生殖与发育毒性和生物降解试验
• 进行体外细胞培养，观察样品的细胞毒性，测 定浸提液或材料对细胞溶解（细胞死亡）、抑 制生长的毒性作用；
• 致癌实验是用不同形状、大小、表面状态的材 料植入动物体内某部位，观察动物整个寿命期 材料和医疗器械对体内潜在的致癌作用；
• 血液相容性试验是通过材料和医疗器械直接接 触血液，首先观察对血小板激活、血栓形成的 凝血作用，其次观察血浆蛋白、血液有形成分 和补体系统、细胞因子的作用；
2）应考虑到灭菌可能对材料的作用。 3）为减少动物使用量和节约时间，一般先进行体外实验，
后进行动物实验。体外实验先进行溶血试验和细胞毒性试 验。 4）生物学实验必须在专业实验室，并由专业人员进行。
5、 生物学评价项目分类
不同用途的生物医用材料和医疗器械的生物学评价项目的 内容和水平都不相同。具体如下： 按接触部位：
第三章生物相容性及生物学评价
第一节：生物相容性的基本概念 第二节：材料的血液相容性 第三节：材料的组织相容性 第四节：生物学评价
第三节 生物学评价
1.序言 2. 生物材料生物学评价标准 3. 生物学评价流程 4. 生物学评价原则 5. 生物学评价项目分类 6. 生物评价试验特点
1. 序言 材料的生物相容性评价就是生物安全性评价。
介入循环血液：接触循环血液的材料，如氧合器、透 析器及其管路、血液吸附剂等
• 4）植入材料：经穿刺或手术完全植入人体内的材料。 植入组织/骨的材料：
与骨接触的材料：矫形板、人工关节、骨水泥等。
与组织液接触的材料：起搏器、体内给药泵、神经 系统传感器或刺激器、人工肌腱、乳房植入物、人工 喉等
植入血液的材料：
主要与血液接触：起搏电极、心脏瓣膜、血管移植 体、血管支架。
6、生物评价试验特点
• 大部分体内、外生物学试验检测样品用材料浸 提液，用121˚C生理盐水60min浸提进行试验；
• 直接用材料和医疗器械植入体内，与组织、血 液或体表组织、血液接触进行试验；
• 大部分的体内试验是通过外科无菌手术操作方 式进行的；
按与人体接触性质分类：
1）非接触材料：生物学评价不涉及
2）表面接触材料（不经穿刺或手术进入人体内的材料）： 皮肤、粘入血路材料：间接与血路上某一点接触，作为管路 向血管系统输入材料，如输液器、输血器。
介入组织/骨/牙质：如腹腔镜、关节内窥镜、引流系 统、齿科填充材料等
➢生物学评价流程
➢与已上市产品比较。 查阅同类已上市产品的生物学评价文献，与
其比较，如果与其产品的材料、加工工艺、 与人体接触部位和灭菌方法都相同的话， 只要写出生物学评价报告即可，不必进行 生物学实验；如果不同，就要进行生物学 评价试验。 ➢生物学评价试验
4、生物学评价原则
1）在考虑一种材料与组织之间相互作用时，不能脱离材料 的总体设计。一个好的生物材料必须具备有效性和安全性。 一般是在材料满足有效性后，再去评价安全性。
我国生物学评价标准与国际标准的 不同
• 将热原试验列为基本评价的生物学评价试 验；
• 将溶血试验列为一项生物学评价试验；
• 将亚急性（亚慢性）毒性试验列入补充评 价部分。
3、生物学评价流程
1）与已上市产品对比、 2）确定材料分类、 3）生物学实验项目选择：根据分类，按要求
选择要进行的实验项目。
4）生物学实验 5）上市后重新评价
• 我国全国医疗器械生物学评价标准化技术 委员会成功将ISO10993系列标准化转化为国 家标准——《医疗器械生物学评价》。
ISO生物学评价标准
ISO10993的总题目是医疗装置生物学评价，有下列部分组成： 第一部分试验选择指南； 第二部分动物福利要求； 第三部分遗传毒性、致癌性和生殖毒性试验； 第四部分与血液相互作用实验选择； 第五部分细胞毒性试验选择； 第六部分植入后局部反应试验； 第七部分环氧乙烷灭菌残留； 第八部分临床调查； 第九部分与生物学实验有关的材料降解（技术报告）； 第十部分刺激与致敏试验； 第十一部分全身毒性试验； 第十二部分样品制备与标准样品。