生物材料思考题.doc

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1、（第一至第三讲）思考题1. 简述生物材料的分类按用途分类：1、体内植入材料：外科植入与组织修复材料（骨骼、软骨、肌腱、韧带、皮肤、血管、气管、整形）组织工程与诱导再生（皮肤/软骨/神经/血管）介入材料（心血管、导管、栓塞/血液透析）医疗辅助材料粘合剂，固定材料2、药物材料：大分子药物、药物辅料、缓释控释载体3、医学诊断与检测：医学检验、诊断/免疫分析、DNA检测/生物传感器按材料属性：1、天然生物材料：自体，异体，2、医用金属材料：不锈钢，钴基合金，钛合金，3、医用无机材料：生物陶瓷，生物玻璃、氧化物、硅酸盐、磷酸钙基陶瓷，4、医用高分子材料5、生物医用复合材料(纳米生物医用材料）按反应类型：

2、1、惰性材料（第一代）2、生物活性材料，可降解材料（第二代）3、组织诱导材料（第三代）2. 简述我国生物材料研究及产业存在的问题及机遇我国生物材料研发情况：仿制阶段：从建国初期到上世纪80年代初期合资引进技术阶段：从上世纪80年代到90年代中期创新阶段：从上世纪90年代中期开始到现在，从自主设计到自主创新（在目前注册产品中占约15%）我国生物材料研究在国际上的影响力增强生物材料产业机遇与挑战共存：我国生物材料在国际上颇有影响，已取得举世瞩目的成就，但是，需求大，投入大，风险大，竞争对手强。存在的问题：我国生物医用材料与制品70-80%要依靠进口；所占世界市场份额低低于5，产品技术水平处于初级阶

3、段，且产品单一，同类产品与国外产品比，基本上属于仿制，自主知识产权较少,多数产品质量较国外差（带药冠脉支架成功开发），产业正处于起步阶段，不够成熟，知名企业少。3、简述生物材料研究的特点和涉及的主要内容医疗器械与生物材料行业特点：新兴的领域，发展迅速，高附加值，交叉学科，研究覆盖面广，涉及学科多样性、复杂性，产品安全性、有效性要求严（临床试验），接受政府全程监督管理，开发产品周期较长（3-6年），受医疗体制改革影响大，企业规模小；竞争激烈；研发准入投入大，不断重组。主要包括：人体生理环境研究，组织器官结构功能研究，生物医用材料设计、合成、改性、制备，材料结构与性能研究，材料与生物体相互作用关系

4、研究，生物医用材料的安全性评价和管理4、举例说明结构蛋白，结构多糖的种类结构和性能特点结构蛋白可分为：胶原，丝心蛋白，肌动蛋白，角蛋白，整联蛋白等有支持与运动的作用，如胶原蛋白、角蛋白， 肌动蛋白和肌球蛋白结构蛋白的组成：蛋白质的基本结构单位氨基酸，存在于自然界的氨基酸：300种，含不对称的-碳原子， 差别在于有不同的侧链基团RNH2R C COOHH 根据R侧链基团结构及理化性质不同例如：整联蛋白（整合素）种类：存在于细胞膜，结构复杂整联蛋白作用：细胞与外界响应细胞爬行，分化增值， 免疫反应，炎症，与材料反应结构多糖分为均一多糖（淀粉、糖原）：由一种单糖缩合而成的聚合物（淀粉、糖原、纤维素等

5、由葡萄糖缩合)具有机械性能的多糖：由六碳糖（己糖）缩合不均一多糖：由不同类型的单糖缩合而成,如结缔组织中的透明质酸（葡萄糖与乙酰葡糖胺缩合）例如：透明质酸是糖胺聚糖中结构最简单的一种，它的结构中含有重复的二糖结构单位。分布：哺乳动物体液尤其是滑液、关节液玻璃样体液中，疏松结缔组织、脐带、皮肤、动脉管壁心脏瓣膜、角膜功能：在组织中吸水，保水，具有润滑剂的作用，与水络和发挥功能5、介绍胶原的提取方法和相关制品并举例说明在生物医学方面的应用胶原在动物组织中提取和纯化，水解法和酶解法提取方法提取的流程是清洗酶解（水解）过滤灌装浓缩喷雾干燥 胶原制品及运用：胶原膜：胶原纤维无纺布，人工皮肤（与人体皮肤透

6、过性相似，与创面黏着好、吸收渗出液，促进生长）止血剂、伤口敷料、诱导组织再生修复材料 胶原海绵：外科手术，控制渗血组织工程支架（降解快） 手术缝线：体内神经、血管等组织的缝合 胶原溶液、凝胶、粉末、中空纤维：药物缓释、角膜、止血剂、人工肾透析膜、人工血管，美容、修补皮肤凹洞以及皱纹 请比较生物材料与普通工程材料在成分，结构，性能，使用环境，应用等方面的特点和不同之处。6、 举例说明生物矿物的结构特点和仿生合成在材料制备上的意义。特点：受控于细胞调制的生命过程-性能优于一般陶瓷（近乎完美）高强度，高断裂韧性，耐磨性，表面光滑与人工材料的最大区别：生物大分子参与生物矿物的合成，作为结构支持的框架；

7、控制无机物的成核与生长，形成纳米级各种尺度的复合精细结构（多级尺寸自组装）主要无机成分：碳酸钙，磷酸钙，氧化硅，铁氧化合物例如：贝壳珍珠层：层状排列的碳酸钙（百万个纳米级碳酸钙盘），蛋白质与控制碳酸钙晶体生长形成多级自组装结构断裂韧性比单相碳酸钙高3000倍，硬度高500倍7、阐述纤维素和壳聚糖的结构性能特点，以及在生物医学上的应用。纤维素由细胞内合成-分泌出来的细胞外分子，纤维素大约占生物圈中的有机物质的50以上（储存量最大），纤维素中的葡萄糖残基是通过b（14）糖苷键连接的，而不是a（14）糖苷键。（线性形貌） 壳聚糖的主要作用：构成细胞外基质在基质中蛋白聚糖和弹性蛋白、胶原蛋白以特殊方式

8、连接，构成基质的特殊结构。支持保护细胞和组织，参与细胞的粘附、迁移、增殖和分化等有关。其它功能减少摩擦，提供润滑作用，抵抗冲击（软骨素）参与细胞粘附，识别与分化（细胞表面的硫酸素）促进伤口愈合：参与组织纤维化8、 简述材料与组织相互作用的几个过程，并举例说明生物材料在人体内可能产生的组织反应。9. 举例说明生物医用金属表面改性的意义和方法。第四讲思考题10、比较不锈钢、钛合金、形状记忆合金、镁合金的结构性能特点，以及在生物医学领域的应用和局限。不锈钢：成本低,有腐蚀和组织反应，可用于人工关节和骨折内固定器、截骨连接器l钛合金：模量低，接近于天然骨,耐疲劳性好，耐腐蚀性好，生物相容性好，可用于人

9、工关节、接骨板、骨螺钉,骨折固定针,牙根种植体形状记忆合金, 镁合金：可用于脊椎侧弯症矫形器械、牙科器件、血栓过滤器、血管扩张支架、血管栓塞器等。11、举例说明生物活性无机材料的主要种类，结构和性能和应用特点种类：羟基磷灰石生物活性玻璃a b -磷酸三钙以羟基磷灰石为例：它是构成人体骨矿化基质的主要成分应用广泛、成熟、安全。结构：Ca10(PO4)6(OH)2，简称HA或HAP，属六方晶系。合成HA物理形状：纳米粒子，微球，块状，多孔性能特点：良好的生物相容性：对人体组织无任何毒副作用，使用安全；良好的生物活性和骨传导作用：骨细胞及组织沿HA植入体表面或沿HA内部的连通孔攀附生长，诱导成骨新骨

10、和HA植入体在界面上直接接触，其间无纤维组织存在，二者结合强。应用：颌面骨修复体，骨固定与植入体，牙科修复，生物活性涂层，骨组织工程支架。12、请从宿主反应和材料反应两个方面解释生物相溶性。13、举例说明 改进生物材料血液相容性和组织相容性的方法（两种以上） 结构改性：细胞膜的结构蛋白质镶嵌的磷脂双分子层（宏观光滑，微观相分离）血管内壁：微相分离和互穿网络结构，光滑改变表面粗糙度： 粗糙易吸附蛋白易凝血 仿生内皮细胞膜高度光滑 高分子表面微相分离结构：选择性吸附白蛋白，与血小板作用小，（嵌段PU）化学改性：表面性质与表面电荷：血管内壁带负电（肝素，糖胺聚糖的存在）， 高分子的官能团决定表面电荷材料表面活化：阻止血小板粘附聚集肝素、前列腺素、尿激酶调节表面亲水疏性：凝胶、含结合水:亲水性凝胶（聚甲基丙烯酸羟乙酯）：对血浆蛋白质吸附小，易解吸、交换