生物材料复习笔记

第一章绪论一、基本概念生物材料生物材料是一类具有特殊性能、特种功能，能用于人工器官制造、组织修复、理疗康复、诊断检查、治疗疾患等医疗、保健领域，而对人体无不良影响的材料。

金属材料金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。

包括纯金属、合金、金属间化合物和特种金属材料等。

无机非金属材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。

是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。

生物玻璃能实现特定的生物、生理功能的玻璃。

分两类：一类是非活性的、近似惰性的，另一类是生物活性的玻璃材料。

活性生物玻璃指能与人体组织结合为一体，没有明显的分界面，具有很好的生物相容性碳素材料碳素是具有很强的共价键所形成的六角形晶体结构，由于它具有极好的抗血栓性，由碳素研制成用于生物体的材料有机生物材料天然生物材料:由生物过程形成的天然生物材料包括结构蛋白、结构多糖及生物软组织、生物复合纤维和生物矿物等，构成天然生物材料的基本化台物包括水、4种核苷酸、2o种氨基酸、糖及4种生物矿物，天然生物材料的多样性是由这些基本化台物的不同组装而形成的.药用生物材料是现代药物制剂中协助主药（原料药）产生特殊功能的一类材料，如控缓释、靶向、粘附等，以及包装药品或与药品直接接触的一类生物材料。

灭菌与消毒消毒是指破坏非芽孢型和增殖状态的微生物过程，使其达到无害，而灭菌是指杀灭产品中的一切微生物过程，使其达到无菌状态。

湿热灭菌法是指用饱和水蒸气、沸水或流通蒸汽进行灭菌的方法，由于蒸汽潜热大，穿透力强，容易使蛋白质变性或凝固，所以该法的灭菌效率比干热灭菌法高，是药物制剂生产过程中最常用的灭菌方法。

化学灭菌法该法是使化学物质渗入到微生物的细胞内与其产生化学反应，影响蛋白质酶系统的生理活性，从而破坏细胞的生理机能而导致细胞灭亡、达到灭菌的效果。

二、要点1）生物材料的分类按材料的来源分类（天然、合成、半合成等）按材料的使用要求分类（非植入材料、半植入材料、植入材料、体内降解材料）按材料的性质分类（有机、无机、金属等）按材料的应用部位分类（口腔材料、眼科材料、骨科材料、心血管材料等）分四类：A.按材料的来源分类：自体生物器官或组织、同种异体器官或组织、异种同类器官与组织、天然生物材料、人工合成材料B.按材料的性质分类：金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合、杂化材料C.按材料的替代对象分类：硬组织材料、软组织材料、血液代用材料、膜分离材料、粘合材料、药用材料D.按与人体接触程度分类：非植入性材料、半植入性材料、植入性材料、生物降解和吸收材料、体表接触材料和组织工程支架材料2）生物材料研究的内容1.生物体生理环境、组织结构、器官生理功能及其替方法的研究。

2.具有特种生理功能的生物材料的合成、改性、加工成型以及材料的特种生理功能与其结构关系的研究。

3.材料与生物体的细胞、组织、血液、体液、免疫、内分泌等生理系统的相互作用以及减少材料毒副作用的对策研究。

4.材料的灭菌、消毒、医用安全性评价方法与标准以及管理法规的研究。

3）生物材料的选择4）生物材料的评价三、重点1）生物材料的一般性要求1、必须符合“医用级”标准2、溶出物和可渗出物含量低3、良好的生物稳定性（生物相容性）4、优良的机械性能5、便于灭菌和消毒6、价格便宜2）生物材料的发展趋势1、血液相容性材料的研制2、生物降解材料的研制及临床应用3、人工器官的功能和性能改进4、组织工程化器官支架材料5、开发新型医疗器械6、缓释控释药物的开发及临床应用1骨组织置换材料的选择首先，材料必须具备适合的力学性能，尤其是抗压强度和冲击韧性十分关键。

此外，骨和关节替换成了不能太脆，尤其是大范围缺损部位的修复材料更是如此。

同时要求处理的模量应尽量与周围组织的模量相近或一致，避免植入材料影响原有骨组织的“支撑”特性。

其次，植入材料表面与周围和骨组织形成良好的界面，良好的接触界面是保证材料性能得到充分发挥的关键。

2心血管材料的选择1、符合相应器官生物流体力学性能的要求，良好的耐挠曲、疲劳、老化性能和一定的机械强度，材料和结构的理化性能和机械性能稳定，是材料的功能尽量长久保持。

2、良好的生物相容性，尤其是血液相容性，能有效地防止血栓的形成，并不引起溶血，不致癌，不致畸，不引发肌体不良反应等。

3、材料制品的设计便于临床应用，消毒保存方便，手术操作简单易行。

当然材料应价格合理，容易推广。

3药物释放材料的选择不仅要考虑药物对宿主的作用，同时也要考虑材料对宿主的影响，应具有好的生物相容性，无毒性及免疫原性等。

同时对于不同的药物释放系统，材料要有与其相适应的物理、化学性能，能调节药物的释放速率，控制药物释放的时间，确定药物的释放器官等。

3）生物材料的灭菌与消毒消毒是指破坏非芽孢型和增殖状态的微生物过程，使其达到无害，而灭菌是指杀灭产品中的一切微生物过程，使其达到无菌状态。

用消毒的方法不能杀灭芽孢肝炎病毒等。

因此灭菌能达到消毒的目的，而消毒测达不到灭菌的要求。

第二章生物材料学基础一、基本概念高分子材料是以高分子化合物为主要组分的材料，所谓高分子化合物都是由一种或几种简单的小分子化合物（如乙烯、乳酸、氯乙烯等）通过共价键重复连接而成。

包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料。

塑料常温下有一定形状，强度较高，在一定力的作用下形变橡胶常温下呈弹性，即受到很小的外力形变很大，可达原长的十余倍，去除外力以后又恢复原状的高分子材料纤维室温下分子的轴向强度很大，受力后形变很小，在一定的温度范围内力学性能变化不大的高分子材料。

陶瓷是陶器和瓷器的总称一般将那些以粘土为主要原料加上其他天然矿物原料经过粉碎、混炼、成型、煅烧等工序制作的各类产品。

玻璃凡熔融体通过一定方式冷却，因黏度逐渐增加而具有固体性质与一定结构特征的非晶态物质，都称为玻璃。

羟基磷灰石是一种微溶于水的弱碱性磷酸的钙盐,其化学式为Ca10 ( PO4 ) 6 (OH) 2 ,简称HAP，是构成人体硬组织的主要无机成分，可以与骨形成牢固的化学结合，已经广泛用于生物硬组织的修复和替换材料。

复合材料: 由两种或两种以上在物理和化学上不同的材料所组成多相固体材料，至少包括基体相和增强相两大类。

二、要点1）高分子材料作为生物材料的优缺点高分子材料具有重量轻、比强度高、比模量大、耐腐蚀性能好、绝缘性好等优点2）无机材料作为为生物材料的优缺点3）高分子材料的溶胀、溶解与降解过程高分子的溶解：高分子被溶剂分散而得到混合的过程高分子的溶胀：溶剂分子渗入到聚合物内部与聚合物链段混合使得高分子体积膨胀的过程降解是高分子的分子量变小的化学反应三、重点1）生物材料的特殊要求治病、诊病和防病，更要对人体健康无害；某些特殊应用的生物材料还必须具备生物降解和体内可吸收性能以及合适的力学性能；材料与活体之间具有良好的生物相容性；（其中包括对血液的反应（血液相容性），对生物组织的反应（组织相容性）和免疫反应性能等。

）生物材料的生物老化性能、降解产品的物理、化学性能均是生物材料十分重要性能指标。

2）生物材料的功能要求（1）力学性能：生物材料及制品的力学性能必须与所替代的组织或器官的力学性能相匹配。

（2 ）耐磨擦和磨损性能：必须具有低磨擦和低磨损性（3 ）血液流动性:具有适应的血液流动性。

（4）体液流动性（5）光、电、音传导性能（6）药物的缓释控释性能（7）生物降解和人体吸收性能（8）组织再生的诱导作用3）几种常见高分子材料的制备4）羟基磷灰石的制备方法第三章天然材料一、基本概念纤维素纤维素是由D—吡喃葡萄糖经由β—1，4糖苷键连结的高分子化合物，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，常与木质素、半纤维素、树脂等伴生在一起，是存在于自然界中数量最多的碳水化合物。

醋酸纤维素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甲壳素壳聚糖甲壳素脱乙酰基后的衍生物胶原纤维蛋白可简单的定义为纤维蛋白原在生理条件下凝固所形成的一种材料。

二、要点及重点1）甲壳素及其衍生物的性能和应用甲壳素及其衍生物的物理化学性质（1）物理性质溶解性能：甲壳素溶于六氟异丙醇和六氟丙酮的水合物中，酸与氯醇的结合也能溶解甲壳素。

甲壳糖溶于酸性水溶液。

亲水性和溶胀性：甲壳素的吸湿性接近于碱化化的纤维素，壳聚糖的吸水性与脱乙酰度有关。

成膜性能；壳聚糖的成膜性能比甲壳素好热性能：200ºC热分解速率最大，60ºC发生失水电学性能：取决于聚集态结构甲壳素及其衍生物的物理化学性质（1）化学性质脱乙酰基反应：甲壳素在40-50%的氢氧化钠溶液中，在80-120ºC，搅拌4-5小时，可以产生壳聚糖。

碱性甲壳素：甲壳素在43%的氢氧化钠溶液中浸泡3小时，得到碱性甲壳素，其质量是原质量的3倍。

盐的形成：壳聚糖与有机酸或无机酸反应可以形成各种溶于水的盐。

氧化反应：氧化取代制备衍生物。

低分子化和热分解：寡糖的药物性能利用。

甲壳素的应用一、在医药卫生方面的应用1、医用纤维和膜材料：手术缝合线、外科防粘连膜、创伤辅料、人工皮肤。

2、药物载体：中药稳定剂、药物吸收促进剂、缓释控释药物、靶向药物。

3、凝血作用：止血纱布、止血海绵4、抗肿瘤作用：5、增强免疫力6、降低脂肪和胆固醇7、人工器官：人工肝脏、肾、骨、血管等。

二、在食品中的应用1、絮凝剂和增稠剂：用于酒、醋、酱油及各种浆状制品。

2、防腐、保鲜剂：对细菌、霉菌、酵母菌又将强的抑制作用。

3、食品包装膜:4、固定化酶载体：5、保健食品：三、在农业中的应用：防虫、防病、促进生长、环保杀虫剂；可降解地膜、饲料添加剂等四、在化妆品中的应用：保湿、润湿、成膜、抗静电、柔软毛发、护发、养发、固发、抗绉、消炎等。

2）透明质酸的制备公鸡冠或牛眼玻璃体绞碎，用丙酮或乙醇脱脂脱水风干风干品蒸馏水浸泡12~24h 过滤滤液加入φ（NaCl ）=10%在加入等体积的氯仿处理3~5次水相调PH=7.5加胰蛋白酶37℃保温24h 含HA 的混合液氯仿洗涤2~3次HA 粗提液 （1）动物组织提取法此方法是目前比较常用的方法。

2）发酵法菌种的筛选是HA生产的基础，要找高产HA的菌种，又不产生透明质酸酶的菌种。

发酵法生产HA的工艺流程如下：试管菌种接入三角瓶中 3 7℃振荡培养1 2～1 8h,接入已灭菌的种子罐中,接种比例为1∶20 0 ,培养1 2～1 8h,经检菌体生长良好,无杂菌后接入已灭菌的发酵罐中,接种比例为1∶ 1 0。

发酵过程中,需要检测的参数主要有p H值、溶氧量、葡萄糖含量、发酵液粘度、HA含量和菌体密度等。

3）胶原的性能及应用1 生物降解胶原蛋白分子间及分子内的广泛交联使胶原具有很强的稳定性。