暨南大学研究生生物材料期末考试资料.doc

暨南大学研究生生物材料期末考试资料
一、 基本概念
1、生物材料：生物材料 Biomaterials（也称生物医用材料Biomedical Materials）是一类具有特殊性能、特种功能，能用于人工器官制造、人体组织修复或再生、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。
2、金属材料：以金属(包括合金及纯金属)为基础的材料
3、无机非金属材料：一般而言，无机非金属材料泛指整个硅酸盐材料，包括玻璃、水泥、
耐火材料、陶瓷等，因其化学组成均为硅酸盐类无机非金属材料又可称为硅酸盐材料。
4、生物玻璃：主要由Na2O-CaO-SiO2-P2O5体系为基础形成的、具有特殊表面活性，植入体内后可增强及周围组织相互作用的玻璃。
5、活性生物玻璃：生物活性玻璃主要由硅、磷、钙、钠的氧化物组成，并在某些材料中含有少量的硼、镁、铝、钛等的氧化物。
6、碳素材料：
7、有机生物材料：
8、天然生物材料：在自然条件下生成的生物材料。主要包括天然纤维、生物体组织、结构蛋白和生物矿物等材料。
9、药用生物材料：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，以及包装药品或及药品直接接触的一类生物材料。
10、灭菌及消毒 灭菌：用理化方法杀死一定物质中的微生物的微生物学基本技术。
消毒：是指杀死病原微生物、但不一定能杀死细菌芽孢的方法
11、湿热灭菌法 ：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，以高温高压水蒸气为介质，由于蒸汽潜热大，穿透力强，容易使蛋白质变性或凝固，最终导致微生物的死亡
12、化学灭菌法 ：化学灭菌法是指用化学药品直接作用于微生物而将其杀死的方法。
13、高分子材料:高分子材料就是以高分子化合物为主要成分的材料。所谓高分子就是分子量很大的一类化合物，通常每个分子含有几千至几十万个原子。高分子有时也称为聚合物、高聚物等
14、塑料：常温下有一定形状，强度较高，在一定力的作用下形变
15、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
16、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。
17、陶瓷：陶瓷是以粘土为主要原料以及各种天然矿物经过粉碎混炼、成型和煅烧制得的材料以及各种制品
18、玻璃：一种较为透明的固体物质，在熔融时形成连续网络结构，冷却过程中粘度逐渐增大并硬化而不结晶的硅酸盐类非金属材料
19、羟基磷灰石：磷酸钙的氢氧化合物，在水相溶剂中不溶，可用做蛋白质纯化的吸附剂，并能结合双链DNA从而及单链DNA分开。
20、复合材料：由异质、异性、异形的有机聚合物、无机非金属、金属等材料作为基体或增强体，通过复合工艺组合而成的材料。除具备原材料的性能外，同时能产生新的性能。
21、纤维素: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，常及木质素、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。纤维素由于是天然高分子材料，具有良好的生物相容性和生物可降解性。
22、醋酸纤维素：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，使聚合物极性降低，因而可以采用溶剂浇注法和熔融法进行加工。是人工脏器中最常用的天然高分子材料。
23、甲壳素：也叫几丁质（chitin）、壳多糖、聚乙酰氨基葡糖。是一种动物多糖，在天然聚合物中几丁质的储存量仅次于纤维素居第二位。大量存在于昆虫和甲壳类动物的甲壳中。虾、蟹壳中的几丁质是一种白色、无定形的半透明物质，及蛋白质共价结合，同时伴生着碳酸钙。近年来，几丁质已大量用于医药领域，如人造皮肤、骨缺损填充材料、药物环控释制剂的材料等。β—1，4糖苷键键合的N-乙酰氨基葡萄糖聚合物。
24、壳聚糖：脱乙酰甲壳素，聚-1,4-β-N-葡萄糖胺，也叫甲壳糖(chitosan)壳多糖、甲壳胺、几丁糖、几丁聚糖、蟹壳多糖等。壳聚糖是甲壳素脱去部分乙酰基后的产物。壳聚糖根据脱乙酰化的程度不同或含游离基的多寡而具有不同的性质。具有良好的生物相容性和可调节的生物降解性能。
25、胶原：胶原是人体和脊椎动物的主要结构蛋白，占人体内蛋白总量的25-30%，相当于体重6%，是支持组织和结缔组织（皮肤、肌腱和骨骼的有机部分）的主要组成成分。 特点是：耐湿热、生物相容性良好、生物可降解、经过处理可消除抗原性、能促进组织修复、无异物反应。哺乳动物的皮肤胶原种属差异较小，不同种类的动物分离出的胶原极其相似。胶原蛋白中含有大量的甘氨酸、脯氨酸、羟基脯氨酸，同时因为胶原中羟基脯氨酸含量比较均一，因此由测量羟基脯氨酸的量、很容易计算出胶原含量。一般含有C.H.N.O.S五种元素，有些含有P和卤族元素或金属元素Fe、Cu、Zn、Cd等。
26、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。主要来源于血浆蛋白，因此具有明显的血液相容性和组织相容性，没有毒性和其他不良影响。作为止血剂、创伤愈合剂和可降解生物材料在临床上已经应用很久：纤维蛋白的生理功能主要为止血，大的创伤其凝血机制受血小板粘附，血管收缩和纤维蛋白形成的效率影响。除开止血功能以外，纤维蛋白可明显地促进创伤的愈合，在愈合过程中，纤维蛋白被认为有明显的营养价值。从另一角度看，纤维蛋白可作为一种骨架，以促进细胞的增长，纤维蛋白还具有一定的杀菌作用，其沉积和移除的相对速率对维持血管完整起着重要作用，这一般归因子其作为外体细胞而被机体识别。
纤维蛋白原是一种血浆蛋白，在凝血酶的作用下可发生凝固，其在血浆中的浓度约为200~500毫克/100毫升。人类和牛血浆的纤维蛋白原的分子量约为33~34万之间，氨基酸的组成相差也不大。除开氨基酸外，纤维蛋白原也含有少量糖，其产生于肌脏，半衰期约为4~6天。
27、细胞:是生物体的形态结构和功能的基本单位。而细胞所表现出来的各种复杂的生命现象，都有一定的物质基础。构成细胞的物质称为原生质（protoplasm）或生命物质。
28、人体组织:组织是由形态和功能相同或相似的细胞和细胞外基质组成的，其中细胞是组成人体结果和功能的基本单位，而细胞外基质构成细胞生存的微环境，起到支持、联系、保护和营养等作用。根据组织的结构和功能特点，将人体的组织分为四类：上皮组织、结蹄组织（包括骨、软骨、血液、淋巴组织等）、肌肉组织和神经组织。这四类组织总称为基本组织。
29、细胞分化:是指干细胞在形态结构、生理功能和生物化学特性方面稳定地转变成另一类型细胞的过程。干细胞是指任何来源于胚胎、胎儿或成年个体的具有自我更新和多向分化潜能的细胞，是机体的起源细胞，也是形成多种组织器官的祖细胞。
在多细胞生物中，细胞分化发生于整个生活史中，但胚胎期是最重要的细胞分化期。此期的细胞分化表现得最为充分、最为典型、而且异常迅速。
30、细胞间质:由有机质和无机质组成。有机质含有少量的基和大量的胶原纤维。无机质主要有大根据骨板的排列形式不同，可将骨组织分为密质和松质两类。密质由许多层骨板呈不同方式的紧密排列。松质由几层骨板排列成片状或针状的骨小梁，再由骨小梁互相连结成网。在骨板内或骨板之间有腔隙称骨陷窝，由骨陷窝向四周伸出的许多放射状小管称骨小管。量的钙盐。有机质和无机质紧密结合形成坚硬的板状结构称骨板。
31、成骨细胞:大多位于新生骨活跃的区域表面，细胞呈立方型，其长轴及骨表面垂直，细胞膜的表面有碱性磷酸酶的分布，并且具有甲状旁腺激素和降钙素受体，能够在这些激素的作用下，发挥相应的生理功能。成骨细胞能够形Ⅰ型胶原、骨钙素、骨桥蛋白等成骨组织的细胞外基质。
32、细胞的生长及分化:细胞的生长是指细胞通过分裂使细胞数目增加，使子细胞获得和母细胞相同遗传特性的过程，是生命得以不断地延续、繁衍最重要的基础。细胞分化就是由一种相同的细胞类型经过细胞分裂后逐渐在形态、结构和功能上形成稳定性差异，产生不同的细胞类群的过程。
33、结缔组织:结缔组织的一般特点是：细胞少，细胞间质多，细胞间质中有均质状态的基质和细丝状的纤维，以及丰富的血管和神经末梢。广义的结缔组织包括液态的血液、淋巴、固态的软骨及骨组织、纤维性固有结缔组织
34、生物相容性：材料在生理环境中，生物体会对材料产生一定的生物学反应，同时材料也会在生物体内产生一定的有效作用，用以表征生物体及生物材料之间相互作用的生物学行为就是生物相容性。
35、组织相容性：生物材料除具备一般材料的力学、机械、物理、化学等性能外，还应满足各种生物功能的理化性能。还要具备及生物体各组织之间良好的相容性，称为组织相容性。
36、血液相容性：生物材料除具备一般材料的力学、机械、物理、化学等性能外，还应满足各种生物功能的理化性能。还要具备抗凝血和不损伤血液成份的能力，称为血液相容性
37、免疫相容性：生物材料除具备一般材料的力学、机械、物理、化学等性能外，还应满足各种生物功能的理化性能。还要具备低免疫原性或低异物反应，称为免疫相容性。
38、生物学环境：指处于生物系统中的生物材料周围的情况和条件，包括及其接触的体液，有机大分子、酶、自由基、细胞等多种因素，当然生物环境也受到材料自身组成和性质的影响。如生物材料的降解产物可能改变及其邻近体液的pH值和组成等，植入的动物种系、植入位置、应用目标、手术设计和创伤程度有关。
严格讲，生物学环境是指植入材料在真正服役期间所能遇到的各种短期和长期条件的总和。
39、内源性钙化：材料表面形成钙化常使材料丧失功能，使植入失败。生物体内产生的病理钙化有两种：转移性钙化：由组织中钙含量增加而产生；营养不良钙化：由营养供应受阻而产生。植入材料一般不会发生转移性钙化，而是营养不良钙化。由材料本身的因素所引起的钙化称为内源性钙化。
40、外源性钙化：材料表面形成钙化常使材料丧失功能，使植入失败。生物体内产生的病理钙化有两种：转移性钙化：由组织中钙含量增加而产生；营养不良钙化：由营养供应受阻而产生。植入材料一般不会发生转移性钙化，而是营养不良钙化。 材料以外的因素所引起的钙化称为外源性钙化。
41、血液凝固：血液流出血管后，逐渐由流体状态转变为不能流动的胶冻状的血块，这一过程称为凝血。凝血过程需要许多称为凝血因子的物质参及，一般认为有12种，除一种是钙离子外，其余均为蛋白质。 凝血过程基本分为三个阶段：
凝血酶原激活物的形成
凝血酶原转变为凝血酶
纤维蛋白原转
化为纤维蛋白

42、宿主反应：材料植入体内会引起活体系统对材料的反应，包括植入材料附近的局部组织反应及整个活体全身的反应。可能发生的宿主反应有多种类型，如局部反应、全身毒性反应、过敏反应、致畸反应、致癌反应等。
宿主反应是由植入材料的化学组成，分子及其部分结构在生物环境下被释放进入组织引起的。宿主反应有积极的一面，如新血管内膜在人工动脉表面生长，组织长入多孔材料的孔隙，结果有利于组织的再生和重建。也有消极的一面，如对组织机体的中毒作用、排斥作用等。
43、组织工程：应用生命科学及工程学的原理及方法，在正确认识哺乳动物的正常及病理两种状态下组织机构及功能关系的基础上，通过特定细胞的体外或体内培养形成具有特定功能的组织或器官替代物，可用于修复、维护、促进人体各种组织或器官损伤后的功能和形态的一门学科。
44 、支架材料：
45、种子细胞 ：
46、干细胞：干细胞(stem cell)是指具有无限或较长期的自我更新能力，并能产生至少一种高度分化子代细胞的细胞。
47、细胞生长因子：
48、细胞外基质：

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：
①非植入材料：只及体表或体腔接触。如医疗器械、注射器、导管、绷带、敷料、创可贴等
②半植入材料：植入体内一段时间，待功能完成后取出。如内固定材料、手术缝合线、隐形眼镜等。
③植入材料：作为修复或替换材料长期植入体内。如人工器官、血管支架、牙科材料。
④体内降解材料: 在体内按一定的速渡降解成为人体可吸收的小分子.如药用高分子材料、组织工程支架材料等。
• 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）

2） 生物材料研究的内容
1. 人体生理环境、组织结构、器官生理功能等及其临床替代方法和技术。
2. 特种生物功能材料的合成、改性、加工成型以及材料的特种功能及其结构之间的关系。
3. 材料及细胞、组织、血液、体液、蛋白、免疫、内分泌等系统的相互作用以及减少材料毒副作用的方法。
4. 材料的灭菌、消毒、医用安全性评价方法及标准以及管理法规的研究。

3）生物材料的选择
生物材料除具备一般材料的力学、机械、物理、化学等性能外，还应满足各种生物功能的理化性能。即生物相容性。具备及生物体各组织之间良好的相容性—组织相容性，又要具备抗凝血和不损伤血液成份的能力--血液相容性，同时还应具备低免疫原性或低异物反应—免疫相容性。
如果材料直接接触血液用于心血管系统，主要应考察材料及血液的相互作用，称为血液相容性；如果主要考察用于心血管系统之外及肌肉、骨骼、皮肤等
组织直接接触的材料的相容性，称为组织相容性，两者相互关联，又有所区别。而长期植入人体的材料必须关注材料的抗原性或免疫学性能。
由于人体组织器官的结构，功能及所处的环境有较大差别，故不同的组织所需要的替代材料有不同的要求。下面举例说明。
1， 骨组织材料的选择，具备合适的力学性能，尤其是抗压强度和冲击韧性十分关键。
2， 心血管材料的选择，符合相应器官生物流体力学性能的要求，，血液相容性好等。
3， 药物释放材料的选择，材料要有及其相适应的物理、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。

4）生物材料的评价
生物相容性评价实验包括体外试验和动物体内试验。

5）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

6）无机材料作为为生物材料的优缺点

7）高分子材料的溶胀、溶解及降解过程
高分子的溶解过程分两个阶段，先是溶剂分子渗入高分子内部，使高分子体积膨胀，然后才是高分子均匀分散在溶剂中，形成均相体系。
大分子链在各种外界因素作用下，发生链的断裂使相对分子质量下降的反应叫降解反应。降解一般发生在最弱的键上或在特定条件下比较活泼的键上。当降解的产物是高分子单体时，这是主链断裂的极端情况，称为解聚，如聚甲基丙烯酸甲酯在高温下解聚为甲基丙烯酸甲酯。聚乳酸在体内降解成乳酸等
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及聚合物链段混合使得高分子体积膨胀的过程

8）复合材料的性能特点
复合材料的最大优点就是获取各组分的优越性，形成一种新型材料，
1）高比强度和比模量：碳纤维-环氧树脂复合材料其比强度比钢高3倍以上，比模量比钢高3～5倍等。
2）抗疲劳性能好：金属材料的疲劳极限为抗拉强度的40％～50％，而碳纤维复合材料可达70％～80％
3）抗断能力强：纤维复合材料中有大量独立的纤维，当纤维断裂时，载荷就会重新分配到其他未破断的纤维上。
4）优良的高温性能：铝合金在300℃时强度由500MPa降到30～50MPa，当用碳纤维或硼纤维增强后，在此温度下的强度基本上及室温下的相同。
5）减振性好：复合材料抗振性好的原因一是的比模量高，可以较大程度地避免产生共振；二是增强体及基体界面有吸收振动能量的作用，故产生振动也会很快地衰减下来。
6） 其它性能：复合材料也具有较好的耐腐蚀性、耐磨性、自润滑性能

9）甲壳素及其衍生物的性能和应用
A甲壳素及其衍生物的性能
a、 物理性能
1溶解性能：甲壳素溶于六氟异丙醇和六氟丙酮的水合物中，酸及氯醇的结合也能溶解甲壳素。甲壳糖溶于酸性水溶液。
2亲水性和溶胀性：甲壳素的吸湿性接近于碱化化的纤维素，壳聚糖的吸水性及脱乙酰度有关。
3成膜性能；壳聚糖的成膜性能比甲壳素好
4相对分子量：
5热性能：200ºC热分解速率最大，60ºC发生失水6电学性能：取决于聚集态结构
6电学性能：取决于聚集态结构
B、化学性能
1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。
2碱性甲壳素：甲壳素在43%的氢氧化钠溶液中浸泡3小时，得到碱性甲克素，其质量是原质量的3倍。
3盐的形成：壳聚糖及有机酸或无机酸反应可以形成各种溶于水的盐。
4氧化反应：氧化取代制备衍生物。
5低分子化和热分解：寡糖的药物性能利用。
C、甲壳素及其衍生物的生物活性
1免疫活性：具有免疫调节作用，主要是促进巨噬细胞吞噬功能；促进脾脏NK细胞的杀伤活性；对脾脏抗体形成细胞功能的增强作用。
2抑制微生物生长作用；大量的研究已经证明甲壳糖在体内、体外对多种细菌有抑制作用，有效的预防骨伤的感染。
3对肌体细胞生长作用：主要表现在对红细胞、肿瘤细胞的黏附作用，对巨噬细胞、腹腔渗出细胞、肌细胞等的激活作用以及对淋巴细胞、成纤细胞和内皮细胞功能的抑制作用。
4对凝血功能的调节作用：止血作用主要是甲壳糖及红细胞之间的相互作用，而使红细胞聚集实现止血。抗凝血作用是通过甲壳素的磺化实现的。
5促进创面愈合的作用，对胆固醇代谢的调节作用。
D 甲壳素及其衍生物在医学中的应用
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。

10）透明质酸的制备
透明质酸（Hyaluronic），通常写为HA，有称玻璃酸，广泛存在于动物的皮肤，脐带，关节滑液，软骨，眼玻璃体，鸡冠，鸡胚，卵细胞和血管壁中。不同组织和细菌来源的HA无种属差异，由不同精制方法获得的HA ，相对分子量不同，但无种属差异。

(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37℃振荡培养12～18h,接入已灭菌的种子罐中,接种比例为1∶200,培养12～18h,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∶10。发酵过程中,需要检测的参数主要有pH值、溶氧量、葡萄糖含量、发酵液粘度、HA含量和菌体密度等。

11）胶原的性能及应用
A、胶原的性质
􀂙1胶原的两性电解质：
2胶原的相对分子量和分子量分布：取决于制备方法。
3胶原的胶体性质：胶原有许多极性侧基，亲水能力较强，吸收的水有结合水和自由状态的水两种。
4胶原蛋白的变性：引发变性的因素很多（加热，机械作用，辐射，化学试剂等），变性的结果是生物活性丢失。
5胶原的化学反应：及亚硝酸、醛、茚、酸、碱以及盐的反应。
B、应用
a、胶原蛋白一般的应用
􀂙1氨基酸：由蛋白质水解得到氨基酸，可用来制备氨基酸营养液。
􀂙2保健食品：补钙剂、排铝散、减肥降血脂、指甲头发护理剂。
􀂙3表面活性剂：润肤乳剂、洗发香波及其它化妆品。
􀂙4絮凝剂：两性电解质，絮凝范围大。
􀂙5黏合剂：墨水、墨汁、造纸的施胶剂，航空黏合剂。
􀂙6生物农药：
b、胶原蛋白一般的医用
􀂙1人造血浆：胶原蛋白纯化，祛除热源，分子量在5万-10万及血液的渗透压相当，可用做血浆的代用品。
􀂙2胶原蛋白海绵：止血剂，可用于几乎所有的外科手术。
􀂙3胶原蛋白纤维：用做制备手术缝合线、内衣内裤及其抗菌贴身服装
􀂙4固定化酶：对酶的亲合性好，能吸附多种酶和细胞。
􀂙5及甲壳素的并用：6人造活性皮肤7药物缓释材料
􀂙8其他医用材料。

12）人体组织的几种基本组织
根据组织的结构和功能特点，将人体的组织分为四类：上皮组织、结蹄组织（包括骨、软骨、血液、淋巴组织等）、肌肉组织和神经组织。这四类组织总称为基本组织。
A、 上皮组织：根据上皮组织的分布、功能不同将它分为被覆上皮（（i）单层扁平上皮，（ii）单层立方上皮（iii）单层柱状上皮。（iv）假复层纤毛柱状上皮（v）复层扁平上皮。（vi）变移上皮vii复层柱状上皮）、腺上皮和感觉上皮。
B、 结缔组织

C、肌肉组织：骨骼肌、心肌、平滑肌
D、神经组织

13）软骨及骨组织的主要特点
软骨由软骨组织及周围的软骨膜构成。软骨膜位于软骨表面，由致密结缔组织所组成，软骨膜对软骨的生长和营养起着很大的作用。软骨组织由软骨细胞、纤维和基质构成。基质呈凝胶状半固体。在软骨基质内有许多腔隙，叫软骨陷窝。软骨细胞位于软骨陷窝内，每个陷窝有两至数个软骨细胞；基质包埋软骨细胞，并包埋纤维。根据软骨基质内所含的纤维不同，软骨可分为透明软骨、弹性软骨和纤维软骨三种。
骨的主要组织是骨组织。骨组织由细胞间质和骨细胞构成。（1）细胞间质。由有机质和无机质组成。有机质含有少量的基和大量的胶原纤维。无机质主要有大量的钙盐。有机质和无机质紧密结合形成坚硬的板状结构称骨板。根据骨板的排列形式不同，可将骨组织分为密质和松质两类。密质由许多层骨板呈不同方式的紧密排列。松质由几层骨板排列成片状或针状的骨小梁，再由骨小梁互相连结成网。在骨板内或骨板之间有腔隙称骨陷窝，由骨陷窝向四周伸出的许多放射状小管称骨小管。（2）骨组织的细胞成分。骨组织细胞成分按照形态学一般分为骨原细胞、成骨细胞、骨细胞和破骨细胞。细胞外基质包括有机成分和无机成分。骨组织内的各种细胞协同完成旧骨的吸收和新骨的形成，在骨再生的过程中这些细胞可同时存在，但位于不同的部位。

14）肌组织的主要功能
骨骼肌（skeletal muscle）一般借肌腱附着于骨骼上。结缔组织对骨骼肌具有支持、连接、营养和功能调整作用。
心肌（cardiac muscle）分布于心壁及邻近心脏的大血管壁上，其收缩有自动节律性。心肌内没有如骨骼肌中的肌卫星细胞，而成人的心肌细胞一般不再分裂，所以当局部心肌受到损伤时，由周围的结缔组织增殖修复。
平滑肌（smooth muscle）广泛分布于消化管、呼吸道、血管等中空性器官的管壁内，平滑肌无横纹，相邻的平滑肌纤维之间通过缝隙连接，其收缩机制及骨骼肌类似，均是通过肌丝间的滑动来完成的。

15）角膜的主要结构特点
角膜（Cornea）形如圆盘状，稍向前凸，无色透明而有弹性，边缘及巩膜相连。角膜的组织结构从前向后分为五层。
即：角膜上皮（复层扁平上皮）、前界层（均质膜，无细胞）、角膜基质（角膜厚度的90％，胶原板层，有角膜细胞）、后界层（均质膜）、角膜内皮（单层扁平上皮）。

16）皮肤的主要结构及功能
1. 皮肤的结构：皮肤分为表皮和真皮两层，并借皮下组织及深层组织相连。
2. 皮肤的功能：皮肤有保护、感受外环境刺激、吸收、分泌、调节体温及排泄代谢废物等功能。

17）组织损伤的原因及修复
1、 组织损伤的原因造成细胞和组织损伤的原因很多，大致有：缺氧、化学物质和药物因素、物理因素、生物因素、免疫反应、遗传性缺陷、营养失衡及一些其它因素。
2、组织损伤的修复
损伤造成机体部分细胞和组织丧失后，机体对所形成缺损进行修补恢复的过程，称为修复（repair），修复后可完全或部分恢复组织的结构及功能。修复过程起始于损伤，损伤处坏死的细胞、组织碎片被清楚后，由其周围健康细胞分裂增生来完成修复过程。
修复过程可概括为两种不同的形式：
（1）由损伤周围的同种细胞来修复，称为再生（regeneration），如果完全恢复了原组织的结构和功能，则称为完全再生；
（2）由纤维结缔组织来修复，称为纤维性修复，以后形成瘢痕，故也称为瘢痕修复，属不完全再生。在大多数情况下，由于有多种组织发生损伤，故上述两种修复过程常同时存在。

18）材料及生物体之间相互作用及其后果。
当材料植入体内，若器官组织直接接触，就会对人体组织产生多种反应，人体也会对材料产生种种影响，这种影响又会产生新的生物反应，这就是材料及生物体之间的相互作用。
材料及生物体之间的相互作用分为生物体反应即宿主反应和材料反应。生物体反应主要有血液反应、免疫反应和组织反应，材料反应为物理性质变化和化学性质变化。
材料及生物体之间的相互作用主要有三个方面：机械相互作用，主要形式有摩擦、冲击、曲挠，会造成材料的物理性质发生改变，对于生物体则会引起急性全身反应如急性中毒或神经麻醉等；物理化学相互作用，主要是溶入、吸附、浸透等，会造成材料化学性质的变化如PH和吸附性，生物体则会引起慢性全身反应如慢毒性或致畸；最后是化学相互作用如分解修饰，改变材料的透过性化学反应性，是生物体引起急性局部反应如血栓和炎症。

19）材料在生物体内的反应
植入材料及生物环境之间相互作用的最简单形式是材料及组织之间的物质转移。
1膨胀浸析
如果物质（主要是体液）从组织进入材料的内部，材料就会因体积的增加而发生膨胀。如果液体进入材料内部或生物材料的某种组分溶解在组织的液相中，由于液体的浸入和吸收而使材料产生孔隙的过程叫做浸析。浸析有害的一面也有利的一面，前者发现植入材料前一定时间内发现有体积增大，表面增生，粘度下降等现象，但药物释放高分子恰恰利用了这种浸析作用使药物分子有计划的释放到组织中去。
2腐蚀和溶解
金属材料在体内的重要反应之一就是腐蚀和溶解，虽然有机材料和陶瓷也有腐蚀的问题，一般不显著，金属材料在体内的腐蚀主要是电化学腐蚀。
3吸收和降解
吸收：材料在生理环境中，可以借助体内溶解，降解或被细胞吞噬而被人体吸收。通过吸收过程使植入体的功能发生改变，也可能导致植入体所用材料的机械强度降低。
降解：在生理环境作用下，材料发生化学键的断裂，力学性能的下降等现象而使材料发生降解，导致材料的性能发生较大的变化。
吸收及降解即有关系，又有区别。分子量较大的物质人体无法吸收，而毒性降解产物人体也难以吸收。
4生物分子及材料表面的反应
（1）分子水平——化学方面的影响有变性和由基金属化合物的形成
（2）界面力学状况——表面张力决定着表面的吸附性能，因而影响材料及组织之间的界面张力，进而影响组织的功能。

20）影响组织反应的因素
①材料中的杂质：杂质的存在不仅会加速材料本身在体内的老化，而且还会加剧组织的生物学反应。
②物理力学性能：材料的硬度、模量、弹性等应及其周围组织尽可能匹配。
③形状：薄膜由于其阻隔作用而容易改变周围组织的正常生理环境，削弱其营养供应，而锐利的边角则会使其周围组织造成损伤而加剧其组织反应。
④表面的形态结构：粗糙不均匀的表面会加剧其周围组织的反应。
⑤高分子材料本体的化学结构：主要影响其体内的老化稳定性，而对其组织生物学反应的影响不十分明显。
⑥材料表面的分子结构和性质。

21） 血栓的形成过程
答：材料及血液接触后，首先吸附血浆蛋白，引起白蛋白、球蛋白及其他各种蛋白在材料表面的吸附，然后引起红血球黏附，红细胞破裂产生溶血现象，血小板变性、破裂、释放凝血因子，逐步激活凝血因子Ⅲ，引起内源性凝血，或者是材料吸附血浆蛋白后，γ-球蛋白吸附，血小板吸附在材料表面受刺激，激活变得粘形，变形，进一步释放大量的血小板因子Ⅲ，引起内源性凝血，又或者是材料及血液接触后，首先吸附血浆蛋白，周围组织受到破坏，释放凝血因子Ⅻ和Ⅳ，激活血液内凝血因子Ⅲ，引发外源性凝血。可以看到，材料及血液接触，会同时引发内外源性凝血，均能引起凝血酶原复合物的形成，其催化凝血酶原转变为活性凝血酶，在钙离子和凝血酶的作用下，血浆中呈溶解状态的纤维蛋白原转变为不溶性的丝状纤维蛋白，这种丝状纤维蛋白交织成网将细胞网络在内形成凝血块，故而引起血液凝固形成血栓。

22）组织相容性的评价方法
①急性全身毒性：用材料和/或材料浸提液，通过单一或多种途径，由动物模型做试验，评价其有害作用，只是对小动物作初步的整体安全性观察。
②刺激试验：利用上述浸提液作家兔皮内刺激试验，按注射部位红斑、疤痛及水肿的形成程度把被检品刺激性分为五个等级。
③细胞毒性：由细胞培养技术、测定细胞溶解（死亡），抑制细胞生长和其它毒性，在细胞株选用，细胞培养操作方法以及结果判断均有不少改进，但迄今仍无一个统一完善的方法。
4局部毒性试验：将材料植入到适当部位或组织，观察7～90天，最后用光学显微境和电子显微镜评价材料对活体组织的局部毒性作用，但要有“标准样”作参比。
5致突试验：用哺乳动物或非哺乳动物细胞培养技术，测定由材料或/和材料浸提液引起的基因突变，染色体结构和数量变化或遣传毒性。
⑥亚慢性、慢性毒性：方法同急性全身毒性试验只是实验的时间，前者是比动物寿命的10%少一天的时间，后者是不少于动物寿命的10%（如大鼠2年，小鼠18个月，狗7年的生存期）。
⑦致癌基因的生物评价：致癌基因包括芳香胺，多环结构，多核芳香族碳水化合物，碱性物质，黄曲霉素，卤化碳水化合物，金属（Ni，Co，Ca）。
由单一途径或多种途径，在实验动物整个生存期间，测之材料或/和材料浸提液对基因突变的作用。
⑧生殖和发育毒性：主要是对计划生育材料的毒性刺激性试验，如避孕药物、缓释药物等。

23）器官移植的种类及其各自的优缺点

24）人工肾的基本原理

25）人工心脏及血管对材料的特殊要求

26）人工器官及组织工程器官的最主要区别

27）人工器官对材料的基本要求

28）组织工程及人工器官的区别

29）组织工程支架材料的基本功能
为体外构建工程组织或器官提供三维的细胞生长支架，使细胞间形成适宜的空间分布和必要的细胞联系
提供特殊的生长和分化信号，诱导细胞的定向分化和维持细胞分化。

30）组织工程支架材料基本要求
•材料的生物相容性
•材料的力学性能(理学衰减）
•生物降解速度及体内吸收速度
•三维空间结构的要求及形成
•营养物质的提供
•价格问题

31）常用的几种支架材料的制备及改性
•组织工程网络构架的生物活性组装及表面修饰。
天然材料及合成材料的有机结合（复合、共混、接枝、嵌段等）技术
组织工程中转基因技术
及组织器官结构相匹配的三维结构精密加工技术

32）支架材料的理想模型
生物体内是由细胞和细胞间质构成，细胞是构成生物体功能的基本单位，细胞间质不仅有直接支持细胞组织的作用，而且可以影响细胞的形态，调控细胞的正常代谢、迁移、增殖、分化以及信息传递，因此生物体内的细胞间质是最理想的支架材料。

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
生物材料发展的四个阶段：直接天然材料→生物惰性材料→生物活性材料→生物降解材料→改性天然材料
血液相容性材料的研制（抗凝血材料）
生物降解材料的研制及临床应用
人工器官的功能和结构改进
生物活性材料
组织工程化器官（再生医学）
开发新型医疗器械
缓释控释药物的开发及临床应用
材料及人体组织或器官之间的相互作用

3） 骨组织置换材料的选择 心血管材料的选择 药物释放材料的选择

4） 生物材料的灭菌及消毒目的
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，而灭菌时指杀灭产品中的一切微生物过程，使其达到无菌状态。

5）生物材料的特殊要求
①治病、诊病和防病，更要对人体健康无害；
②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；
③材料及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。）
④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。

6）生物材料的功能要求
（1） 力学性能（材料在外力的作用下所表现出的综合性能）
（2） 耐磨擦和磨损性能
（3） 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

7） 几种常见高分子材料的制备

8）羟基磷灰石的制备方法
(1) 干法(固相反应法) :如用固相的CaCO3和CaHPO4制取多孔性羟基磷灰石。由于是固相反应,该法反应速度慢,需长时间的反应,生成产物粒径大,原料粉需长时间混磨,过程易粘污,产物的活性差。
(2) 水热法: 将CaHPO4·2H2O(0.15162g) 和Ca(OH)2(0.11482g)作为反应物溶于40mL去离子水中,分别用冰醋酸溶液或KOH溶液调pH。将具有一定pH值的溶液放入50mL的高压釜中,在60～140℃水热处理24h,产物经过滤并用去离子水洗涤至滤液pH值为7,在60～100℃下烘干。该法能获得大而完整的HA单晶,弥补晶格缺陷,但设备要求强度高,成本高。
(3) 湿法(溶液反应法):此法装置简单,易得组成均匀、粒度细的陶瓷粉末,本法主要有两种典型方法：
A.可溶性钙盐及磷酸盐溶液的复分解反应,生成HA沉淀的反应式为:
10Ca(NO3)2+6NH4H2PO4+14NH4OH→Ca10(PO4)6(OH)2+20NH4NO3+2H2O
副产物为NH4NO3，产品需要洗涤,且生成的HA为胶体状,固液分离困难,过滤,洗涤时间长。
B.酸碱中和反应,反应式为:
10Ca(OH)2+6H3PO4→Ca10(PO4)6(OH)2+18H2O
反应唯一产物为水,不需洗涤,但反应属于液—固多项反应,需反应时间长,常温下易形成溶胶产物,固液分离困难。
Ca/P比值为5∶3配制含钙液(0.25L×0.5molPL)和含磷液(0.25L×0.3molPL),为维持pH值于碱性范围(pH=9～14),实际控制在8～12,将含磷液向含钙液(或Ca(OH)2悬浮液)中滴加;复分解反应需加NH4OH调节pH值,于1000mL烧杯中伴以搅拌,用可调电炉维持在一定的反应温度(25～100℃),一定时间间隔用广泛pH试纸测取反应液pH值,控制加料速度以维持一定pH值,并不时滴加蒸馏水以补充蒸发掉的水分,停止反应，陈化1d。产物烘干后在高温下煅烧。

9） 复合材料的制备及应用
甲壳素及其衍生物的制备
（1）甲壳素的制备：关键是出去原料中的蛋白质、碳酸钙和有毒重金属等。制备的方法很多，目前工业上常采用酸碱法，但作为生物材料的制备方法还有：酶法、水合肼法、相转移法、微波法以及综合生产法等。
（2）壳聚糖 的制备：制备方法主要是碱处理，影响粘度的因素的主次次序是：浸酸时间、碱溶液的浓度、除蛋白质的碱煮时间、脱乙酰的反应温度、脱乙酰的时间、盐酸浓度。
脱乙酰化程度的测定可以采用核磁共振、红外光谱、电位滴定、质谱、化学滴定等方法。