生物医用材料系列生物医学材料
生物医用材料系列天然高分子生物医学材料
生命，
• 人们对生物医学高分子材料的重视与关切是因
为
–构成人体肌体的基本物质，诸如蛋白质、核
糖核酸、多糖、一些脂质都是高分子化合物； –人类肌体的皮肤，肌肉，组织和器官都是由 高分子化合物组成的。
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• 天然高分子材料是人类最早使用的医学材料之一。
• 到了五十年代中期，由于合成高分子的大量涌现，曾 使这类材料退居次要地位。 • 天然材料具有不可替代的优点： – 多功能性质 – 与生物体的相容性、 – 生物可降解性，
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• 膜的滤过速度一般以中分子量的维生素B12 （分子量1355）作为对照。 • 铜珞玢经过长期连续使用也可引起诸如神经
障碍、色素沉积等弊端，未移除的中分子量
物质在体内蓄积亦可引起病理症状和出现暂 时性白细胞减少症。
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醋酸纤维素膜：
• 是纤维素上的羟基被乙酰基部分取代所得到的产 物， • 它降低了氢键的影响，增加链时分离，使聚合物 活性降低， • 因而可以采用溶剂浇注法和熔融法进行加工。
在已知的数百种多糖中，其化学结构差异
很大，因而表现出不同的性能特点，如
• 水溶性和水不溶性、
• 酸性、碱性、中性存在体；
• 凝胶态生理信息载体， • 抗凝血活性物质等形式。
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一、纤维素
• 纤维素是由 D- 吡喃葡萄糖经由 β-1 ， 4 糖苷键连接 的高分子化合物。 • 具有不同的构型和结晶形式，是构成植物细胞壁 的主要成分。
也可使其转变为Ⅱ型结构。
• 从热力学角度考虑，Ⅱ型结构更为稳定。
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• 纤维的结晶程度在不同天然纤维也存在差异，
– 随着结晶程度的提高，其抗张程度、硬度、密度 增加， – 但弹性、韧性、膨润性、吸水性、化学反应性下 降。
生物医用高分子材料
生物医用高分子材料生物医用高分子材料是一类应用于生物医学领域的高分子材料，具有优良的生物相容性、生物降解性和生物活性等特点。
这类材料旨在解决生物医学领域中的各种问题，如组织工程、药物缓释、生物传感等。
以下将介绍几种常见的生物医用高分子材料及其应用。
首先是生物可降解高分子材料，如聚乳酸（PLA）和聚乳酸-羟基磷灰石（PLGA）。
这类材料能够在体内逐渐降解，并最终被代谢排出体外，具有较好的生物相容性。
它们主要应用于组织修复与再生领域，如制作支架用于骨骼修复、软组织修复和脑部损伤修复等。
其次是生物活性高分子材料，如天然高分子材料胶原蛋白和壳聚糖。
这些材料本身具有一定的生物活性，能够促进细胞黏附、分化和增殖。
它们常用于组织工程中的细胞载体和生物传感器的制备，如用胶原蛋白包裹干细胞用于皮肤再生、用壳聚糖包裹药物用于药物缓释等。
另外一类是生物仿生高分子材料，如聚乙二醇（PEG）。
这类材料模拟生物体内的液体环境，具有良好的生物相容性和抗生物粘附能力。
它们主要应用于制备人工器官、药物控释系统和生物分离材料等，如用PEG涂层改善人工心脏瓣膜的生物相容性、用PEG修饰纳米材料用于靶向药物传递等。
此外，还有一种重要的生物医用高分子材料是羟基磷灰石（HA）。
羟基磷灰石具有良好的生物相容性和生物活性，能够与骨组织有很好的结合性。
它常用于骨修复和牙科领域，如制备骨替代材料、牙齿填充材料和人工牙齿的固定材料等。
总之，生物医用高分子材料在生物医学领域中具有广泛的应用前景。
它们的出现为治疗和修复各种组织和器官提供了新的手段，将对人类健康产生深远影响。
然而，随着研究的深入，还需要克服一些挑战，如材料的稳定性、生物相容性和生物降解速度等问题，以进一步提高材料的应用性能和安全性。
生物医用材料有哪些
生物医用材料有哪些
生物医用材料是指用于医学治疗、修复和替代组织或器官的材料。
它们在医学领域发挥着重要作用，可以用于骨科、牙科、软组织修复、药物输送系统等方面。
下面我们就来了解一下生物医用材料的种类和应用。
首先，生物医用材料可以分为金属材料、聚合物材料和陶瓷材料三大类。
金属材料包括钛合金、不锈钢等，它们具有良好的力学性能和生物相容性，常被用于骨科植入物的制造。
聚合物材料包括聚乳酸、聚酰胺等，具有较好的可塑性和生物相容性，常被用于软组织修复和药物输送系统。
陶瓷材料具有优异的耐磨性和生物相容性，常被用于牙科修复和人工关节制造。
其次，生物医用材料在临床上有着广泛的应用。
比如，钛合金植入物可以用于骨折固定、人工关节等领域，聚乳酸材料可以用于可降解的缝合线和修复软组织，陶瓷材料可以用于牙科修复和人工关节制造。
此外，生物医用材料还可以用于药物输送系统，通过控制释药速率，提高药物的疗效和减少副作用。
另外，随着生物医用材料领域的不断发展，生物可降解材料、生物仿生材料等新型材料也逐渐应用于临床。
生物可降解材料可以在组织修复完成后逐渐降解，避免二次手术取出植入物的痛苦。
生物仿生材料则是通过模仿自然界的结构和功能设计材料，以达到更好的生物相容性和功能性。
总的来说，生物医用材料在医学领域有着重要的地位，不断涌现出新的材料和应用。
随着科学技术的不断进步，相信生物医用材料会在未来发展出更多种类和更广泛的应用，为人类健康事业做出更大的贡献。
生物医用材料介绍
生物医用材料介绍生物医学用材料是一类专门设计用于生物医学应用的材料，具有良好的生物相容性、生物活性及生物可降解性，并且能够与生物体内部相互作用。
这些材料被广泛应用于组织工程、药物传输系统、生物传感器、医学成像和诊断、生物医学器械、口腔医疗等领域。
组织工程组织工程是一种新型医学技术，它利用生物医用材料和细胞，以及各种辅助技术来研究和修复损伤的组织和器官。
生物医用材料在组织工程中的应用可以促进组织生长和修复，具有重要的意义。
生物医用材料与组织工程相结合可以用于修复各种类型的组织和器官。
例如，通过使用生物陶瓷和生物降解材料等，可以更好地修复骨骼、牙齿、关节和软组织。
此外，使用聚合物、内衬小活塞和血管支架等生物医用材料，可以帮助修复心脏、肝脏、肾脏等内脏器官。
由于生物医用材料与组织工程的结合，使得使用组织工程技术治疗各种组织损伤成为可能。
药物传输系统生物医用材料也可用于制造各种类型的药物传递系统，这些系统可以控制药物的释放速率和时间，并保持制药活性的稳定性。
目前广泛使用的药物传递系统主要由聚合物材料、生物可降解材料、金属材料和复合材料等构成。
聚合物材料药物传递系统在生物医学中的应用最为广泛。
例如，聚乳酸和聚丙烯酸等聚合物可以作为药物载体。
利用这些聚合物制备的药物传递系统能够通过控制聚合物的分子结构，提高药物的生物可用性和生物利用率。
生物可降解材料也是药物传递系统中的重要组成部分。
这些材料可以被人体代谢，因此不会产生不良反应或引发任何排异反应。
它们通常用于制备持续性或缓释性的药物传递系统。
金属材料，在药物传递系统中通常被用于制备微小电极、微电极。
这些微小电极可以直接嵌入神经或器官组织中用于监测神经电位或者测量器官的反应。
复合材料是生物医用材料中最重要的一种，具有多样化的应用。
通过复合材料制备出的药物传递系统不仅具有药物缓释的功能，同时也能够改善传统材料的某些性能。
生物传感器生物传感器是一种用于检测人体内生物化学和生理变化的电气或光学设备。
常用的生物医学材料
常用的生物医学材料生物医学材料是指应用于医学领域的各种材料，包括生物材料、医用材料以及药物材料等。
这些材料的选择和使用对于医学领域的发展和进步有着至关重要的作用。
本文将介绍一些常用的生物医学材料。
一、生物材料生物材料是指可以与生物体相互作用的天然或人工材料。
生物材料的使用已经广泛应用于医学领域，如心脏起搏器、人工关节、血管支架、牙齿修复和移植等，使得生命质量得到了显著提高。
1. 骨代用材料骨代用材料主要用于骨折治疗、骨缺损修复和骨肿瘤切除等影响骨组织完整性和功能的疾病。
目前常见的骨代用材料包括天然骨、合成高分子材料、生物玻璃和金属材料等。
其中，生物活性材料是一种可以与生命体相互作用的材料，例如在人体内能够促进骨组织再生的生物玻璃。
2. 高分子材料高分子材料是一种由碳、氢、氮、氧等元素构成的天然或人工材料，具有优良的生物相容性、生物降解性和可调控性。
在医学领域中，高分子材料被广泛应用于制备医用导管、人工心脏瓣膜、膜过滤器、人工血管和药物缓释材料等。
3. 物理治疗材料物理治疗材料指的是可以应用于物理治疗的各种材料，例如红外线、紫外线、高频电疗、低频电疗、超声波、磁导航等。
这些材料可以用于促进伤口愈合和组织修复、改善血液循环、缓解疼痛等。
二、医用材料医用材料是指用于直接治疗、医疗或诊断的各种材料。
医用材料不仅具有一定的生物相容性和生物安全性，还需要具有明确的性能指标和使用规范。
1. 医用耗材医用耗材是指医疗机构、医生和病人在医学实践中所需的一次性使用的材料和设备，包括注射器、输液器、静脉导管、手套、口罩等。
医用耗材的生产、销售和使用需遵守国家相关标准和法律法规。
2. 植入材料植入材料是指可以植入人体的各种生物材料和医用材料，如心脏起搏器、人工耳蜗、隐形眼镜、外科缝合线等。
植入材料的生产和使用需遵守严格的质量管理和规范化要求，确保材料质量和使用安全性。
3. 医用影像材料医用影像材料是指用于医疗影像检查、诊断和治疗的各种材料，如X线片、CT、MRI、超声波等。
《生物医用材料》课件
案例二
总结词
药物载体的新选择
详细描述
可降解高分子材料具有良好的生物相容性和可降解性，是 药物载体的理想选择。这种材料可以在体内降解，减少了 对身体的副作用和不良反应。
总结词
材料的合成与改性
详细描述
为了提高可降解高分子材料的载药量、稳定性和靶向性， 需要进行合成和改性研究。通过化学修饰和共聚等手段， 可以改善材料的性能，提高药物的包覆率和释放效果。
系统生物学与生物医用材料
结合系统生物学的研究方法，深入探究生物医用材料与人体组织之间 的相互作用机制，为新材料的研发和应用提供理论支持。
05
案例分析
案例一
总结词
骨修复领域的创新应用
详细描述
生物活性玻璃陶瓷材料是一种新型的骨修复材料，具有良 好的生物相容性和骨传导性。它在骨修复领域的应用已经 得到了广泛认可，能够有效地促进骨组织的再生和修复。
某些生物医用材料具有诱导骨形成的特性，可通 过体内外实验验证其诱导骨生成的潜力。
生长因子活性
某些生物医用材料能够吸附和释放生长因子，促 进组织再生，可通过实验验证其生长因子活性。
抗菌性能
某些生物医用材料具有抗菌性能，可抑制微生物 的生长，可通过实验验证其抗菌效果。
体内植入实验
短期植入
功能评价
将生物医用材料植入动物体内，观察 短期内的组织反应和材料性能变化。
总结词
应用范围与限制
详细描述
可降解高分子材料在药物载体领域的应用已经得到了广泛 的研究和探索。然而，其应用仍受到一些限制，如材料的 降解速度和药物的释放速度需要精确控制，同时也需要进 一步研究其长期稳定性和安全性。
案例三
总结词
癌症治疗的新突破
常用的生物医学材料
生 物 传 感 器
生物传感器利用生物功能性物质的分子识别功能，有选 择的检测反应物质并把各种变化转换成可测信号。高分 子刺激响应材料多制成膜，膜孔的闭张状态可由环境因 素所控制，或是高分子链的构型、构象，理化特性会对 刺激因素发生变化
常用的生物医学材料
本节介绍几种常用的生物医学金属材料、 无机生物医学材料、高分子生物医学材料，以 及最近受到人们普遍关注的、有望制造出具有 高生理功能的人工器官的杂化生物医学材料。
本节介绍几种常用的生物医学金属材料、无机 生物医学材料、高分子生物医学材料，以及最近受到 人们普遍关注的、有望制造出具有高生理功能的人工 器官的杂化生物医学材料。
一、生物医学金属材料
金属材料是生物医学 材料中应用最早的。由金 属具有较高的强度和韧性， 适用于修复或换人体的硬 组织，早在一百多年前人 们就已用贵金属镶牙。随 着抗腐蚀性强的不锈钢、 弹性模量程骨组织接近铜 铁合金，以及记忆合金材 料、复合材料等新型生物 医学金属材料的不断出现， 其应用范围也在扩大。
3.与细胞的杂化
人工材料与细胞的杂化最早用于人工血管的伪内膜法。杂化 细胞材料还可用于生物传感器，还可制造生物人工器官。
人工血管
人工仿真耳
人工髋关节
END
常用的抗凝措施是：材料表面的肝素化、亲水化、负电荷化、 化学惰性化和生物活性化：也有采取假内膜或培育一层内皮细胞的 技术措施的。对高分子材料进行分子设计改性也望可取得较好的血 液相容性。
2.药用高分子材料
高分子化合物主要的三个方面 （1）作为控制释放药物的载体。 （2）作为药物使用。 （3）作为药物制剂的辅助材料。 特别是采用智能高分子材料，可使药物释放体系 （DDS）智能化。此体系的特点是药物是否需要可由药剂 本身判断，它可感知疾病引起的化学物质及物理量变化的 信号，药剂能对信号响应并自主地控制药物的释放。
常用的生物医学材料
常用的生物医学材料生物医学材料是指能够在生物体内发挥一定功能的材料，用于医学领域的诊断、治疗、修复等方面。
它们可以被分为生物组织工程材料、生物传感材料、生物医学传导材料和生物医学涂层材料等几类。
下面将介绍一些常用的生物医学材料。
1.生物组织工程材料生物组织工程材料是指能够用于修复和替代组织和器官的材料。
常用的生物组织工程材料包括生物陶瓷、生物金属、生物降解材料和生物高分子材料等。
生物陶瓷主要用于骨修复和牙齿修复，如氧化锆陶瓷和羟基磷灰石陶瓷等。
生物金属主要用于骨修复，如钛合金和不锈钢等。
生物降解材料能够在体内逐渐降解，如可降解植入物和可降解缝线等。
生物高分子材料如胶原蛋白和明胶等主要用于组织修复和再生。
2.生物传感材料生物传感材料用于检测、监测和测量生物体内的生理参数和生物活性分子。
常用的生物传感材料包括生物传感纳米材料、生物传感膜材料和生物传感纤维材料等。
生物传感纳米材料如量子点和金纳米颗粒等，具有高灵敏度和选择性，可用于生物分子的检测和成像。
生物传感膜材料如生物生物膜、聚合物膜和多层膜等，用于传感信号的转换和传递。
生物传感纤维材料如碳纳米纤维和纳米纤维素纤维等，可用于制备传感器和生物相容性的织物。
3.生物医学传导材料生物医学传导材料用于调控生物体内的电信号和磁信号，广泛应用于心脑血管疾病的诊断和治疗。
常用的生物医学传导材料包括生物活性玻尿酸、生物医用硅胶和生物医用磁性材料等。
生物活性玻尿酸作为一种生物多聚物，具有良好的生物相容性和生物活性，用于心脑血管介入治疗和修复。
生物医用硅胶和生物医用磁性材料则用于制备生物医学传感器和生物医学成像剂。
4.生物医学涂层材料生物医学涂层材料用于在医疗器械表面形成一层保护层，提高器械表面的性能和生物相容性。
常用的生物医学涂层材料包括微纳米结构涂层材料、生物活性涂层材料和防生物污垢涂层材料等。
微纳米结构涂层材料如纳米钛合金涂层和纳米金属涂层等，可以提高器械表面的生物相容性和抗菌性。
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表1-1
人工器官临床应用简表
人工器官名称 人工骨 人工肾 人工气管 人工尿道 人工血管 人工食道 心脏起搏器 人工心瓣膜 人工心肺 人工关节 人工肝 人工心脏（短期） 人工胰 人工血液 人工心脏
首例临床应用时间与作者
1 9 4 0 年 H .R .B o h lm a n 等 1 9 4 3 年 W .J.K o lff 等 1 9 4 8 年 O .T.C la ge e t 等 1 9 5 0 年 R .R .D e n ic o la 等 1 9 5 1 年 Z .D .B a ro n o fsk y 等 1 9 5 1 年 J.H .G rin d la y 等 1 9 5 2 年 P.M .Z o ll 等 1 9 5 2 年 C .H .H u fn a g ge l 等 1 9 5 3 年 J.H .G ib b o n 等 1 9 5 4 年 B .W a lld iu s 等 1 9 5 8 年 D .C .S h e c h te r 等 1 9 6 9 年 C o o le r 等 1 9 7 4 年 A lb isse r 等 1970 年 光 野 考 雄 等 1 9 8 2 年 D e Va rie s 等
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人工器官的研究进展与 近代材料科学发展
20世纪初开发的高分子新材料促成了人工器官 的系统研究的开始;
1940年人工器官开始应用于临床 (表1-1);
人工器官目前的应用 (表1-2):
(除了脑和大多数内分泌器官以外)
– 从天灵盖到脚趾骨, – 从人体的内脏到皮肤,
– 从血液到五官…...
矫治白内障
提供光线传递到视网膜的 途径 矫治泪道慢性阴塞
主要使用的高分子材料
聚 酯 纤 维 、真 丝 、膨 体 聚 四 氟 乙 烯 、 聚氨酯 低温同性碳、聚氨酯、硅橡胶、聚 四氟乙烯、聚酯纤维 聚氨酯、聚氯乙烯、硅橡胶、天然 橡 胶 、 Avcothane-51 聚四氟乙烯、聚酯纤维 葡 聚 糖 （ 右 旋 糖 酐 ）、 羟 乙 基 淀 粉 、 聚 乙 烯 基 吡 咯 烷 酮 、 聚 N-羟 丙 基 丙烯酰胺 全氟三丁胺、全氟三丙胺、环氧乙 烷与环氧丙烷共聚物乳液 硅橡胶海绵、聚四氟乙烯海绵、骨 胶原 甲基丙烯酸甲脂、甲基丙烯酸羟乙 酯共聚物、聚丙烯、聚有机硅氧烷 凝胶 甲基丙烯酸酯类共聚物水凝胶、共 聚涤纶、硅橡胶 硅橡胶、聚甲基丙烯酸酯
医用聚甲基丙烯酸甲酯每年达200吨。
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山东医用高分子材料重点实验室成果
1、气管插管等20多种已用于临床的产品
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2、超滑导尿管
3、硅橡胶人工颅骨
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4、人体体腔内支架
5、支架输送器
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概论
第一节 生物医学材料发展简况
第二节 生物医学材料的定义，研 究内容和分类
第三节 有关生物医学材料的学术 组织，学术会议
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第一节 生物医学材料发展简况
生命科学的研究包括：
探索生命的奥秘，研究生命的起源与发展； 考察生命体组织的化学组成与物理结构； 分析化学组成与物理结构的变化与生命体各器 官功能间的关系； 钻研生命体新陈代谢的机理； 研究生命体的人工合成； 研究生命体器官的人工替代等
表1-3.1 人工器官和医疗器具中使用的高分子材料
用途
人工血管 人工瓣膜 人工心脏几心 脏辅助装置 心脏补片 人工血浆
人工血红蛋白 人工玻璃体
人工晶状体
人工角膜 人工泪管
功能
置换病变血管或进行搭桥 手术 置换病变的瓣膜
置换心脏或加强病变心脏 功能 心脏修复手术
代替血浆、血液增容
代替红血球输运氧气
填充眼球玻璃体腔
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我国医用高分子材料研究:
50年代中期就开展人工血管，聚氯乙烯输血袋的研究； 几种主要的医用高分子材料在国内都有一定规模的研究 与生产 :
如聚烯烃，聚丙烯酸酯，有机硅，00余种； 医用硅橡胶：10个品种，制品近百种之多；
医用聚乙烯醇年产量80吨；
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用途
隐形眼镜
人工中耳骨 耳鼓膜 人工食道 人工喉
人工肾
人工肝 人工肺 人工胰
功能
矫正视力，治疗角膜疾患
替代病变中耳骨，康复听力
康复听力 食道根除术后重建食道 喉头切除后发音功能恢复
肾功能衰竭患者肾功能的替代
急性肝功能衰竭治疗，血液解 毒净化 替代肺进行血液气体交换 替代胰脏功能，释放胰岛素， 控制血糖水平
主要使用的高分子材料
聚甲基丙烯酸羟乙酯及其乙烯基吡咯烷酮的共 聚物、硅橡胶、聚氨基酸、甲壳素衍生物 聚 四 氟 乙 烯 与 碳 纤 维 复 合 物 Froplest、 聚 甲 基 丙 烯 酸 羟 乙 酯 与 羟 基 磷 灰 石 共 混 物 Ceravial、 甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯共聚多孔骨水泥、聚 乙烯 硅橡胶 硅橡胶涤纶复合物、聚乙烯、聚四氟乙烯、天 然橡胶 硅 橡 胶 涤 纶 复 合 物 、膨 体 聚 四 氟 乙 烯 、聚 氨 酯 、 聚乙烯、尼龙、聚甲基丙烯酸甲酯 醋酸纤维素、铜氨纤维素、聚丙烯腈、聚甲基 丙 烯 酸 甲 酯 、 聚 乙 烯 醇 、 乙 烯 -乙 烯 醇 共 聚 物 、 聚砜、聚碳酸酯、丙烯腈苯乙烯共聚物、聚氨 酯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、硅橡胶、炭化树 脂、吸附树脂、火棉胶 活性炭、炭化树脂、吸附树脂、聚丙烯酰胺、 环氧氯丙烷交联琼脂糖、火棉胶、白蛋白、硅 橡胶、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚丙烯 聚氯乙烯、硅橡胶、聚丙烯空心纤维、聚砜空 心纤维 海藻酸、聚丙烯腈、聚氨基酸
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4
人工器官临床应用的意义
拯救生命
减轻痛苦和
折磨。
型号为JARVIK-7的装置是世界
上第一个试图永久性植入人
体的人工心脏
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人工器官发展归功于 新型材料， 特别是高分 子材料在医学上的应用。
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高分子新材料在医学上的应用:
世界范围有90多个品种,1800余种制品;
西方国家消耗医用高分子材料每年以10%-15%的速度 增长;
全世界医用高分子材料及制品销售额: 1980年为200亿美圆, 1990年达500亿美圆;
美国医用塑料消耗量: 1976年为53.3万吨, 1981年为82万吨, 1986年达102.5万吨。
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