生物材料的生物相容性
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。
生物材料的生物相容性评价
生物材料的生物相容性评价随着医学技术的不断进步，医疗设备和复合材料也不断涌现出来。
然而，如果使用的材料不具备生物相容性，它可能会对人体造成损害。
生物相容性是材料与生物体相互作用的能力，是促进材料安全应用的一种指标。
因此，生物相容性评价是材料选择和应用过程中非常重要的一步。
一、生物材料的分类根据生物材料与宿主体的相互作用方式和生物体对材料的反应等特性，生物材料可以分为可吸收型和不可吸收型两类。
其中，可吸收型生物材料是指能被生物体吸收和分解的材料，这类材料通常用于内部支撑装置、外科缝合、药物控释以及组织修复等方面。
不可吸收型生物材料是指不能被生物体吸收和分解的材料，如人工关节、支撑骨架、心脏起搏器等。
二、生物相容性的评价指标生物相容性评价是将生物材料作为一种外源物质，评价其对生物体的影响程度。
生物相容性的评价指标如下：1.细胞毒性测试细胞毒性测试是生物相容性评价的最基本测试，它可以检测材料对细胞生存和增殖的影响。
在细胞毒性测试过程中，将材料与细胞接触一段时间，观察细胞的生长和变形情况。
如果发现毒性反应，说明材料对细胞有害，这种材料不应用于医学治疗。
2.组织相容性测试组织相容性测试是将材料与实验动物的体内组织接触或植入，通过观察动物的组织病理变化来评价材料的组织相容性。
组织相容性测试可以检测材料中的成分、表面形态和膜质量等因素对材料组织相容性的影响。
3.溶血测试溶血测试是评价材料对血液的影响。
通过将材料接触血液，观察红细胞的变化，可以判断材料对血红蛋白的影响和材料的毒性程度。
溶血实验是评价材料生物相容性的重要指标，如果材料对血液有损害，就会影响机体的生理功能。
4.免疫反应测试免疫反应测试是评价材料与机体免疫系统之间相互作用作用的测试指标。
在材料接触免疫系统的过程中，可通过观察免疫细胞数量、体积、形态等变化，判断材料对机体免疫功能的影响程度。
三、生物相容性评价方法生物相容性评价方法通常分为直接评价和间接评价两种。
生物材料的生物相容性和生物安全性
生物材料的生物相容性和生物安全性生物材料是指能用于制造医疗器械、药物包装等的生物材质或其化合物。
生物材料已经成为医疗领域中不可或缺的一部分。
但是，由于生物材料在人体内长期存在或与人体组织接触，如果其生物相容性和生物安全性差，就会对人体造成不良影响。
因此，生物材料的生物相容性和生物安全性至关重要。
一、什么是生物相容性？生物相容性指生物材料在与生物体接触的过程中，对人体的反应以及其与生物体的互相作用的行为和性质。
如果生物材料具有良好的生物相容性，则可以被身体大量接受，而不会引起任何抗原和免疫反应。
另一方面，如果生物材料对人体产生不良反应，就会引起体内炎症反应和免疫反应，严重时还可能导致器官功能衰竭等问题。
二、生物相容性的评估指标1.组织接受性组织接受性是指一种生物材料被人体组织接受并能够与周围组织稳定共存的程度。
组织接受性与生物材料表面的特性密切相关，如表面能、水接触角、粗糙度、表面结晶度等。
2.局部组织反应生物材料在与组织接触时会引起一定的组织反应，如血管生成、炎症细胞浸润、纤维化等。
局部组织反应评估生物材料对组织的刺激作用，判断其在体内的生物相容性。
3.体内外可降解性如生速度和代谢产物的生物相容性等是对生物材料生物相容性进行评估的一个重要参数，这对于临床应用和人体物质代谢系统的影响都有重要的价值。
三、什么是生物安全性？生物安全性是指生物材料对人体没有毒性和致癌性，并能够稳定存在于体内，不会对人体造成危害。
一个有生物安全性的生物材料需要具备以下几点特性：1.无毒性生物材料在体内不能对人体造成毒性作用。
2.无致癌性生物材料不应该有致癌、致突变或致遗传影响的潜在危险。
3.生物降解性生物材料应具有生物降解性，以便降解产物可以被人体代谢并清除。
4.无刺激性生物材料在与人体组织接触时不能触发体内炎症反应或免疫反应。
5.生物兼容性生物材料应该与人体组织相容性良好，不会引起组织免疫反应。
四、生物材料的分类生物材料多种多样，可以根据其来源、性质、作用和应用范围进行分类。
生物材料的生物相容性
生物材料的生物相容性生物材料在医学和生物工程领域中发挥着重要作用。
它们被广泛应用于人工器官、组织工程、药物输送系统等领域，以改善人类的健康和生活质量。
在选择和设计生物材料时，生物相容性是一个至关重要的考虑因素。
本文将探讨生物材料的生物相容性以及对其进行评价的方法。
第一节生物相容性的定义和重要性生物相容性是指生物材料与生物体接触后所引发的生物学反应程度。
一个理想的生物材料应该具备良好的生物相容性，以最大限度地减少对人体的负面影响。
良好的生物相容性可以降低植入材料的排斥反应和炎症反应，减少感染和组织损伤的风险，提高材料的长期稳定性和效果。
第二节影响生物相容性的因素生物相容性的评价受到多个因素的影响，包括材料的化学特性、物理特性和形态结构。
以下是一些常见的影响因素：1. 化学特性：材料的化学成分、表面特性和释放物质可以对生物体产生影响。
例如，应选择化学稳定性高、无毒、无致敏物质释放的材料。
2. 物理特性：材料的力学性能、表面形态和纹理对生物体的反应至关重要。
例如，应选择与周围组织相似的弹性模量和硬度的材料，以避免引起应力集中和创伤。
3. 形态结构：材料的形态结构与其表面积、孔隙度和孔径分布等参数密切相关。
这些参数会影响细胞黏附、增殖和组织再生的能力。
例如，应选择具有适当孔隙度和孔径分布的材料，以促进细胞迁移和组织的内生再生。
第三节生物相容性评价方法为了评价生物材料的生物相容性，常用的方法包括体外实验和体内实验。
1. 体外实验：体外实验可以在受控条件下评估材料与细胞相互作用的程度。
常见的体外实验包括细胞黏附、增殖、迁移等指标的测定，以及细胞毒性和细胞透过性的评估。
2. 体内实验：体内实验可以更接近真实的生物环境，评估材料在生物体内的生物相容性。
常见的体内实验包括植入实验和动物模型实验。
植入实验可以评估材料在人体内的耐受性和生物学反应，动物模型实验则可以评估材料对整体生理和免疫系统的影响。
第四节改善生物相容性的策略为了改善生物材料的生物相容性，可以采取以下策略：1. 表面修饰：通过表面修饰，可以调控材料与生物体的相互作用。
生物材料的生物相容性与可持续性
生物材料的生物相容性与可持续性现代医疗和生物科学领域的发展促使了生物材料的广泛应用。
生物材料可以用于替代人体组织、支撑和修复生物组织、提供治疗和监测功能等。
然而，生物材料的生物相容性和可持续性是使用它们时必须要考虑的重要因素。
本文将探讨生物材料的生物相容性和可持续性的概念以及相关的研究进展。
一、生物材料的生物相容性生物相容性是指生物材料与生物体接触后不会引起明显的不良反应。
生物相容性是使用生物材料的基本要求之一，因为它直接关系到材料在体内的长期稳定性和生物组织的正常功能。
1. 表面特性的影响：生物材料的表面特性是影响生物相容性的重要因素之一。
表面粗糙度、化学组成和电荷等都会影响材料与生物体之间的相互作用。
例如，具有适当粗糙度的生物材料可以促进细胞黏附和生长，从而提高生物相容性。
2. 生物降解性：生物降解性是生物材料生物相容性的重要指标之一。
生物降解性好的材料可以被生物体逐渐吸收和代谢，避免留在体内引起慢性炎症和其他不适应反应。
因此，材料的降解速率和代谢产物的毒性是评估生物降解性的重要因素。
3. 免疫反应：生物材料的免疫反应也是影响生物相容性的因素之一。
免疫系统的活性会导致生物体对于异物的排斥和炎症反应。
合适的表面修饰、材料选择和免疫抑制剂的应用都可以减轻材料引起的免疫反应。
二、生物材料的可持续性生物材料的可持续性是指使用生物材料时对环境和资源的影响较小，能够实现资源的有效利用和循环利用。
1. 材料来源：可持续性较高的生物材料应该来自可再生和可持续的资源。
例如，生物降解聚合物可以从植物或动物来源的高产生物质中提取，而不会对环境造成过多的负担。
相比之下，使用来自石油或矿物的材料会增加环境污染和资源消耗。
2. 能源消耗：生物材料的制备过程中应尽量减少能源的消耗。
使用低能量消耗的制备方法、优化生产工艺和采用清洁能源等都可以提高材料的可持续性。
3. 循环利用：材料的可持续性还包括其回收和再利用的可能性。
通过开发可降解材料、提供回收系统和建立循环经济模式，可以减少生物材料的废弃物量和资源的浪费。
生物材料的性能和应用
生物材料的性能和应用生物材料是指作为生物医学领域中各种医疗器械、医用敷料、人工器官、医用材料等的基础材料，它们具有良好的生物相容性、机械强度和生物效应等优异特性，是现代医学领域中不可或缺的一个重要组成部分。
下面将从生物材料的性能和应用两个方面展开探讨。
一、生物材料的性能1.生物相容性生物相容性是生物材料最基本的要求之一，指的是材料与生物体接触后不会引起剧烈的免疫反应，不会影响其生理功能。
具有优异生物相容性的生物材料可以减小机体对材料的排异反应，降低感染率，提高治疗效果。
2.机械强度机械强度是衡量生物材料质量的重要因素之一。
由于生物材料的应用对象不同，其机械强度也有所区别。
例如，骨科生物材料需要具备足够的硬度和韧性，以支撑和促进骨组织的生长，而心血管生物材料则需要具备足够的弹性和韧性，以适应心脏的搏动和变形。
3.生物效应生物效应是指生物材料在机体内的化学反应或者生理反应。
好的生物材料不仅应该保证自身的化学稳定性，还需要具备一定的生物效应，促进生物组织的生长、修复和再生。
例如，医用填充材料的生物效应就需要具备良好的生物相容性和生物降解性，能够在机体内逐渐释放药物，以达到慢性治疗的效果。
二、生物材料的应用1.医疗器械生物材料广泛应用于各类医疗器械，如人造心脏、血管支架、人造骨等。
这些医疗器械可以有效替代受损的组织器官，减少疾病对患者的影响，提高生命质量。
2.医用敷料医用敷料是应用比较广泛的生物材料之一。
医用敷料能够促进伤口的愈合和修复，降低感染风险。
现代医学研究表明，使用某些生物材料制成的敷料，如海藻酸盐、纤维蛋白、胶原蛋白等，能够产生类似体外皮肤的保护层，增强湿润环境，提高创面的治愈速度。
同时，医用敷料也有助于控制创面出血和液体渗出的量，保持局部的干燥和卫生。
3.人工器官人工器官是应用比较广泛的生物材料之一。
人工器官可以有效替代受损的生物器官，如动脉、心脏、肝脏等。
人工器官的研发和应用，使得生物医学领域向着更加先进、更加高效的方向发展。
生物质材料的生物相容性与应用
生物质材料的生物相容性与应用在当今科技飞速发展的时代，生物质材料凭借其独特的性能和优势，在众多领域展现出了广阔的应用前景。
生物质材料，顾名思义，是来源于生物体的材料，包括天然的生物质以及通过生物合成或生物加工得到的材料。
而生物相容性，是衡量这些材料能否在生物体内安全、有效地发挥作用的关键指标。
要理解生物质材料的生物相容性，首先需要了解什么是生物相容性。
简单来说，生物相容性是指材料与生物体相互作用时，不引起有害的生物学反应，如免疫排斥、炎症、毒性反应等，同时能够支持和促进正常的生理功能。
对于生物质材料而言，其生物相容性主要取决于材料的化学组成、物理结构、表面性质以及降解性能等因素。
以天然的生物质材料为例，如胶原蛋白、纤维素和壳聚糖等，它们本身就是生物体的组成部分，因此具有良好的生物相容性。
胶原蛋白是人体内含量最丰富的蛋白质之一，广泛存在于皮肤、骨骼、肌腱等组织中。
以胶原蛋白为基础制备的生物质材料，如胶原蛋白海绵、胶原蛋白膜等，在组织工程中被用于促进细胞生长和组织修复，因为它们能够模拟体内的细胞外基质环境，为细胞提供附着和生长的支架。
纤维素是植物细胞壁的主要成分，具有良好的机械性能和生物可降解性。
通过对纤维素进行改性和加工，可以制备出纤维素纳米纤维、纤维素水凝胶等生物质材料，这些材料在药物输送、伤口敷料等领域有着潜在的应用价值。
壳聚糖是一种从甲壳类动物外壳中提取的多糖，具有抗菌、止血、促进伤口愈合等生物活性，在生物医药领域得到了广泛的研究和应用。
除了天然的生物质材料，通过生物合成或生物加工得到的生物质材料也展现出了优异的生物相容性。
例如，通过微生物发酵合成的聚羟基脂肪酸酯（PHA）是一种可生物降解的聚酯类材料，具有良好的生物相容性和机械性能，在组织工程、药物载体等方面具有潜在的应用前景。
此外，通过基因工程技术改造的生物材料，如重组蛋白、基因修饰的细胞等，也为生物医学领域提供了新的工具和策略。
生物质材料的生物相容性不仅取决于其自身的性质，还与材料的使用环境和应用方式密切相关。
生物材料的生物相容性研究
生物材料的生物相容性研究生物材料作为一种重要的研究领域，经过了多年的发展和成熟，成为了医学领域中不可或缺的一部分。
然而，关于生物材料的生物相容性问题一直是这个领域中的一个挑战。
生物相容性是指生物材料与人体组织的相容性，主要涉及到细胞、组织、器官等方面的反应。
在生物材料的开发和应用过程中，生物相容性问题是一个需要重视的方面。
目前，由于生物材料在人体内所接触到的细胞和组织种类繁多，导致生物相容性的研究较为复杂。
因此，研究生物材料生物相容性的方法也逐渐得到了不断的改进和完善。
在此基础上，本文将对生物材料的生物相容性研究进行探讨。
1. 传统的生物相容性研究方法1.1 组织切片法组织切片法是传统的生物相容性研究方法之一。
它通过将特定的生物材料插入到动物组织中，然后取出组织进行处理，以了解生物材料和组织间的反应。
组织切片法具有直接性和真实性等特点，是评估生物材料生物相容性的重要手段。
但同时也面临着样本少、时间长等问题。
1.2 兔皮下植入试验在动物体内进行植入试验也是一种常用的生物相容性研究方法。
现有研究表明，兔皮下植入试验是一种比较可靠的评估生物材料生物相容性的方法。
该试验主要通过将所研究的生物材料植入兔皮下，几周后取出生物材料，然后检查并评估生物材料与组织之间的相容性。
但同时也面临着不适用于所有材料、较为简单等问题。
2. 现代的生物相容性研究方法2.1 体外生物相容性研究随着现代医学技术的不断更新，体外生物相容性研究也逐渐成为了研究生物材料生物相容性的重要方法之一。
它可以应用于各种生物材料的评估，例如聚合物、金属、陶瓷等等。
该方法主要通过选取合适的细胞或组织培养液，将生物材料与该培养液相接触，然后进行一定时间的培养，最终评估生物材料与细胞、组织等之间的反应情况。
体外生物相容性研究方法具有可重复性、时间短等优点，但也存在着与实际情况存在差异等问题。
2.2 动物实验动物实验是目前研究生物材料生物相容性的最为常用的方法之一。
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生物材料的生物相容性
生物相容性
生物材料 材料科学与工程学院
生物相容性是在生理环境中，生物体对植入生物 材料的反应和产生有效作用的能力，用以表征材 料在特定应用中与生物机体相互作用的生物学行 为。
生物材料的生物相容性取决于材料和生物系统两 个方面。
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一、人体生理环境
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• 人体是一个由多种组织和器官构成的非常 复杂的生命系统。
• 细胞与体液
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人体生理环境
生物材料 材料科学与工程学院
• 组织是一种具有生物活性的复合材料。
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人体生理环境
生物材料 材料科学与工程学院
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人体生理环境
生物材料 材料科学与工程学院
• 人体是由物质组成的 • 新陈代谢：同化作用、异化作用。
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人体生理环境
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• 植入一种生物材料制成的人工器官，周围 组织和与其联系的其它器官乃至全身的各 分泌系统都会产生相应的调节，以适应或 排斥人工器官的植入。
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人体生理环境
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• 人体的调节机制有三种形式
1．神经调节 2．体液调节 3．器官、组织细胞的自身调节
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生物分子与材料表面的反应
A、材料表面分子发生变性 B、有机金属化合物的形成 C、界面发生分子粘附 D、带电界面上的化学键合
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2、宿主反应
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宿主反应是由于植入材料的化学组分释放进入组织以 及材料对生物组织的机械、电化学等刺激引起的。它 可能是消极的如机体中毒或排异，也可能是积极的如 有利于组织再生与重建。
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人体生理环境
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• 生物材料的特征是与生物系统直接接触， 植入体内的材料，不仅与生物组织相接触， 而且总会与体液接触。
• 生物材料植入人体后，对人体产生一定的 刺激作用，人体机能活动也要进行相应的 调节，以适应环境的变化。
• 人体对抗外在环境异物入侵自然产生反应
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人体生理环境
• 人与自然的关系
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人体生理组织的差异性
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人体生理环境的平衡
• 正常情况下，人体生理环境处于平衡状态
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炎症、毒性、溶血、刺激性、致敏、致癌、致诱变、 致畸、免疫反应等
包括局部和全身反应，其结果导致对机体的毒副作 用和机体对材料的排斥。
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主要的人体反应
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1、局部组织反应，是组织对手术创伤的急性感染 或炎性反应。
2、全身毒性反应，材料本身或在合成加工、消毒 处理等过程中，材料表面的化学基团，或溶出物对 宿主体的作用。
均匀腐蚀 电蚀 缝隙腐蚀 点蚀
晶间腐蚀
腐
蚀
浸析腐蚀
的
类
冲蚀
型
应力和疲劳腐蚀
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材料反应的类型
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影响腐蚀的因素
►植入物的组成成分 ►制造因素 ►运送和植入过程中的操作 ►解剖学位置 ►植入区的化学变化 ►磨损条件的改变
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材料反应的类型
二、材料与生物体的相互作用
材料与生物体间的相互作用
宿主反应
材料反应
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1、材料反应
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主要来自生物环境对材料的腐蚀和降解，可 能使材料性质腐蚀变化，甚至破坏。
➢ 材料反应通常都是有害的。它会改变应力分布、 使材料变形、降低材料强度及弹性模量，最终导 致材料开裂。
• 人不断的新陈代谢和这些调节作用，使材料植入 后处于一个变化的环境中。
• 在人体这样一个相当复杂的环境中，植入体内的 材料长期处于物理、化学、生物、电等因素的复 杂影响之下，材料不仅受到各种器官的组织不停 运动的动态作用，也处于代谢、呼吸、酶催化反 应的作用之中。
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➢ 但有时材料反应是有利的，甚至可以被利用，如 利用浸析进行有计划的药物释放，利用腐蚀产物 的局部反应加快愈合过程等。
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材料反应的类型
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1.膨胀浸析 2.腐蚀和溶解 3.生物分子与材料表面的反应
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材料反应的类型
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总之，这三种调节方式，神经调节的特点是作用迅速而精确； 体液调节则作用较慢，但持续较长久，它的作用部位较广 泛；器官自身调节的范围和程度是有限的。这三种调节方 式互相补充，互相影响，并以神经调节为主导。
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人体生理环境
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• 材料植入后，人体的新陈代谢不会停止，人体自 身的调节作用要发生相应的变化。
3、过敏反应，材料的降解产物、磨损的杂质以及 渗出物与细胞的相互作用。过敏是人体受外界刺激 后表现出的过度免疫学反应，是人体免疫学系统为 抵抗异物对宿主体的伤害而产生的响应。
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主要的人体反应
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4、致癌、致畸、致突变反应，是由于材料中或材 料的降解产物中产生的有害物质造成的。有关材料 在人体内是否致癌的结论还不充分，但该方面一直 是生物材料研究的重要课题。
人体生理环境的平衡
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人体生理环境的平衡
• 平衡医学理论
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人体生理环境
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• 当外界环境发生变化时，人体机能亦会随 之适应。
• 二个特点： ➢ 一是人体机能活动的变化总是与环境 变化相适应；
➢ 二是人体机能活动的调节总是以人体 作为一个整体来加以调节。
膨胀浸析
►膨胀：物质从生物组织进入材料，使完全 致密的材料体积增大的过程。
►浸析：液体进入材料内部或材料的某些成 分溶解在生物组织液相中，使材料产生孔 隙的过程。
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材料反应的类型
腐蚀和溶解
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这是生物金属材料在机体内的最重要的材料反应，尤其 对多元件植入物，腐蚀引起的破坏较为普遍。腐蚀实质 上是一种电子迁移、电化学反应。