医用材料生物学基础蔡伟绪论.pptx

第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义1哈尔滨哈尔滨工业大学工业大学材料学院材料学院材料物理与化学材料物理与化学二二OO六六年十月年十月第一章 绪 论2第一章第一章绪绪论论一、课程设立的目的、意义一、课程设立的目的、意义二、课程特点二、课程特点三、课程主要内容三、课程主要内容四、成绩考核四、成绩考核五、相关概念的回顾与解释五、相关概念的回顾与解释第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义3一、课程设立的目的、意义一、课程设立的目的、意义n医用材料的研究基础医用材料的研究基础材料研究的基础材料研究的基础医用材料的定义、目标医用材料的定义、目标医用材料的分类与发展医用材料的分类与发展医用材料的应用举例医用材料的应用举例n社会效益、经济效益、市场前景社会效益、经济效益、市场前景n未来发展的趋势与挑战未来发展的趋势与挑战第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义4一、课程设立的目的、意义一、课程设立的目的、意义n医用材料的研究基础医用材料的研究基础材料研究的基础（材料研究的基础（生物体环境生物体环境）医用材料的定义、目标医用材料的定义、目标医用材料的分类与发展医用材料的分类与发展医用材料的应用举例医用材料的应用举例n社会效益、经济效益、市场前景社会效益、经济效益、市场前景n未来发展的趋势与挑战未来发展的趋势与挑战第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义5组成、结构组成、结构-工艺过程工艺过程-性质之间性质之间关系示意图关系示意图合成与制备工艺合成与制备工艺使用性能使用性能性质性质组成组成结构结构（化学）（化学）（工程）（工程）（物理学）（物理学）材料研究的基础材料研究的基础第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义6一、课程设立的目的、意义一、课程设立的目的、意义n医用材料的研究基础医用材料的研究基础材料研究的基础材料研究的基础医用材料的定义、目标医用材料的定义、目标（组织、器官的生理功能，组织、器官的生理功能，生物体对植入材料的反应生物体对植入材料的反应）医用材料的分类与发展医用材料的分类与发展医用材料的应用举例医用材料的应用举例n社会效益、经济效益、市场前景社会效益、经济效益、市场前景n未来发展的趋势与挑战未来发展的趋势与挑战第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义7生物医用材料生物医用材料 biomedical materialsbiomedical materials 生物材料生物材料 biomaterialsbiomaterials 对生物体进行诊断、治疗和置换对生物体进行诊断、治疗和置换损坏组织、器官或增进其功能的材料。损坏组织、器官或增进其功能的材料。医用材料的定义、目标医用材料的定义、目标第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义8生物材料的目标生物材料的目标是对人体组织的矫形、修是对人体组织的矫形、修复、再造以维持其原有的功能。生物材料复、再造以维持其原有的功能。生物材料除了应具有人体的除了应具有人体的组织或器官的功能组织或器官的功能外，外，还必须有与人体组织的还必须有与人体组织的相容性；相容性；对肌体对肌体无免疫排异无免疫排异反应，反应，血液相溶性血液相溶性好，无溶好，无溶血、凝血反应血、凝血反应，不会引起代谢作用异常现象，对人，不会引起代谢作用异常现象，对人体无毒、不致癌。目前已经发展起来的生物合金、生体无毒、不致癌。目前已经发展起来的生物合金、生物高分子和生物陶瓷基本上能满足这些要求，利用这物高分子和生物陶瓷基本上能满足这些要求，利用这些材料已经制造出了许多人工器官，如肾、肝、肺、些材料已经制造出了许多人工器官，如肾、肝、肺、骨关节等骨关节等.医用材料的定义、目标医用材料的定义、目标第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义9水晶体水晶体:丙烯酸丙烯酸,硅胶硅胶耳耳:HA,HA,氧化铝氧化铝,钛金属钛金属,硅胶硅胶齿齿科科 :丙丙烯烯酸酸,金金,316316L L SS,SS,钴钴铬铬钼钼合合金金,钛钛金金属属,钛钛铝铝钒钒合合金金,氧氧化化铝铝,HA,HA,生物玻璃生物玻璃心脏心脏:钴铬钼合金钴铬钼合金,钛铝钒合金钛铝钒合金,热解石墨热解石墨,ePTFE,PET,PUR,ePTFE,PET,PUR,心律调节心律调节:316:316L SS,L SS,白金白金t,PUR,t,PUR,硅胶硅胶,PETPET人人工工关关节节:316316L L SS,SS,钴钴铬铬钼钼合合金金,钛钛金金属属,钛钛铝铝钒钒合合金金,硅硅胶胶,UHMWPE,UHMWPE,丙烯酸丙烯酸颚面重建颚面重建:氧化铝氧化铝,HA,HA,三钙磷酸盐三钙磷酸盐,HA/PLA,HA/PLA,生物玻璃生物玻璃,钛金属钛金属,钛铝钒合金钛铝钒合金头盖骨头盖骨:316:316L SS,L SS,钛金属钛金属,丙烯酸丙烯酸,HA,TCPHA,TCP可降解缝线可降解缝线:PLA,PGA,PLA,PGA,聚己内酯聚己内酯,PTMC,PDO PTMC,PDO的共聚高分子的共聚高分子脊柱脊柱:钴铬钼合金钴铬钼合金,钛金属钛金属,HA,UHMWPEHA,UHMWPE承载重量的骨材承载重量的骨材:氧化铝氧化铝,氧化锆氧化锆,316,316L SS,L SS,钛金属钛金属,钛铝钒合金钛铝钒合金,钴铬钼合金钴铬钼合金,UHMWPEUHMWPE血管血管:ePTFE,PETePTFE,PET肌腱肌腱&韧带韧带:PLA/PLA/碳纤维碳纤维,ePTFE,PET,ePTFE,PET,UHMWPE UHMWPE骨折固定骨折固定:316:316L SS,L SS,钴铬钼合金钴铬钼合金,钛金属钛金属,钛铝钒合金钛铝钒合金,PLA/HA,PLA,PGA PLA/HA,PLA,PGAPLA:PLA:聚乳酸聚乳酸(polylactide)polylactide)PGA:PGA:聚甘醇酸聚甘醇酸(polyglycolide)polyglycolide)PTMC:PTMC:聚三甲基己内酯聚三甲基己内酯(polymethylenecarbonate)polymethylenecarbonate)PDO:poly(p-dioxanone)PDO:poly(p-dioxanone)PUR:PUR:聚氨酯聚氨酯(polyurethane)polyurethane)ePTFE:ePTFE:膨体聚四氟乙烯膨体聚四氟乙烯(expanded polytetrafluroethylene)expanded polytetrafluroethylene)UHMWPE:UHMWPE:超高分子量聚乙烯超高分子量聚乙烯(expanded polytetrafluoroethylene)expanded polytetrafluoroethylene)PET:PET:聚乙烯对苯二甲酸酯聚乙烯对苯二甲酸酯(polyethylene terephthalate)polyethylene terephthalate)HA:HA:氢氧基磷灰石氢氧基磷灰石(hydroxyapatite)hydroxyapatite)SS:SS:不锈钢不锈钢第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义10一、课程设立的目的、意义一、课程设立的目的、意义n医用材料的研究基础医用材料的研究基础材料研究的基础材料研究的基础医用材料的定义、目标医用材料的定义、目标医用材料的分类与发展医用材料的分类与发展（材料本身具有材料本身具有 生命性质而与机体产生生物性结合生命性质而与机体产生生物性结合）医用材料的应用举例医用材料的应用举例n社会效益、经济效益、市场前景社会效益、经济效益、市场前景n未来发展的趋势与挑战未来发展的趋势与挑战第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义11问题问题n人体组织器官的生命现象是极其复杂的，人体组织器官的生命现象是极其复杂的，特别是处于特别是处于生长与发育生长与发育、再生与修复再生与修复的立的立体动态变化之中体动态变化之中。n人工合成的材料人工合成的材料的本质与人类的的本质与人类的亲缘性尚亲缘性尚远远、缺乏人体的缺乏人体的生物活性生物活性，与机体组织的与机体组织的亲和性较差。亲和性较差。第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义12过去过去现在现在生物材料的设计原则生物材料的设计原则1.1.宏观性质宏观性质:与人体器官的性质相符与人体器官的性质相符 机械性质机械性质(如如,模数模数)化学性质化学性质(如如,降解降解)光学性质光学性质(如如,清澈度清澈度)2.2.制造加工制造加工的能力的能力3.3.联邦法规：联邦法规：19761976年的医疗器材修正案年的医疗器材修正案 (所有新的生医材料在上市前都须取得安全性所有新的生医材料在上市前都须取得安全性及有效性的及有效性的认证认证)合成与制备工艺合成与制备工艺使用性能使用性能性质性质组成组成结构结构（化学）（化学）（工程）（工程）（物理学）（物理学）第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义13现在现在未来未来生物材料的发展方向与设计原则生物材料的发展方向与设计原则n材料研究材料研究更重要的是更重要的是从生命科学的角度从生命科学的角度进行进行探讨和创造类似探讨和创造类似人体生命结构人体生命结构的新型材料的新型材料，在充分理解生命机体（天然材料）及生命机在充分理解生命机体（天然材料）及生命机体体/人造材料相互作用的基础上的合理设计。人造材料相互作用的基础上的合理设计。人体的生物活性，在人体内与机体组织人体的生物活性，在人体内与机体组织细胞、生物力学、生物电的反应关系细胞、生物力学、生物电的反应关系 第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义14一、课程设立的目的、意义一、课程设立的目的、意义n医用材料的研究基础医用材料的研究基础材料研究的基础材料研究的基础（生物体生物体环境环境）医用材料的定义、目标医用材料的定义、目标（组织、器官的组织、器官的生理功能，生理功能，生物体对植入材料的生物体对植入材料的反应反应）医用材料的分类与发展医用材料的分类与发展（材料本身具有材料本身具有生命性质生命性质而而 与机体产生与机体产生生物性结合生物性结合）医用材料的应用举例医用材料的应用举例n社会效益、经济效益、市场前景社会效益、经济效益、市场前景n未来发展的趋势与挑战未来发展的趋势与挑战第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义15生生物物医医用用材材料料诊断诊断现代诊断系统现代诊断系统治疗治疗先进控制释放系统先进控制释放系统修复、置修复、置换、增进换、增进组织器官组织器官功能功能通用生物医用材料通用生物医用材料组织工程组织工程生物医用材料生物医用材料医用材料的分类与发展（医用材料的分类与发展（生物材料的定义生物材料的定义）第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义16生物材料的分类生物材料的分类（材料的属性材料的属性 ）金属金属 Biomedical Metallic MaterialsBiomedical Metallic Materials S Surgical Metalsurgical Metals 陶瓷陶瓷 Biomedical CeramicBiomedical Ceramic 高分子高分子 Biomedical PolymerBiomedical Polymer 复合材料复合材料 Composite BiomaterialsComposite Biomaterials医用材料的分类与发展医用材料的分类与发展第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义17生物材料的分类生物材料的分类（材料的生物学性能材料的生物学性能 ）生物惰性材料生物惰性材料 Bioinert MaterialsBioinert Materials 生物活性材料生物活性材料 Bioactive MaterialsBioactive Materials 生物降解材料生物降解材料 Biodegradable MaterialsBiodegradable Materials 生物复合材料生物复合材料 Composite BiomaterialsComposite Biomaterials医用材料的分类与发展医用材料的分类与发展第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义18生物材料的分类生物材料的分类 第第一一代代生物材料生物材料 第二代第二代生物材料生物材料 第三代第三代生物材料生物材料 医用材料的分类与发展医用材料的分类与发展第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义19第第一一代代生物材料生物材料 生物材料首先应具有人体的组织或器官生物材料首先应具有人体的组织或器官的的功能功能，这些材料与普通的标准材料很相似，这些材料与普通的标准材料很相似，从后者衍生出来的，根据临床应用的特点，从后者衍生出来的，根据临床应用的特点，设计、改变其结构以适应临床应用。设计、改变其结构以适应临床应用。六七十年代，物理性能适宜、对宿主反六七十年代，物理性能适宜、对宿主反应最小的组织替代物，大多数属于应最小的组织替代物，大多数属于惰性生物惰性生物材料材料，使免疫排斥反应达到最低的材料。，使免疫排斥反应达到最低的材料。医用材料的分类与发展医用材料的分类与发展第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义20第第二二代代生物材料生物材料 植入材料在具有生物功能性的同时植入材料在具有生物功能性的同时，具有，具有与人体组织的与人体组织的相容性相容性，即材料与人体之间相互即材料与人体之间相互作用产生的各种复杂的生物、物理和化学反应，作用产生的各种复杂的生物、物理和化学反应，最终被人体组织所接受的性能。最终被人体组织所接受的性能。8080年代开发的年代开发的生物活性玻璃生物活性玻璃，生物活性材料和相应的生物活性材料和相应的复合材料复合材料 吸收性生物材料吸收性生物材料（聚乳酸（聚乳酸PLAPLA、聚乙醇酸聚乙醇酸PGAPGA缝合线等缝合线等 ）利用这些材料已经制造出了许多人工器官，如肾、利用这些材料已经制造出了许多人工器官，如肾、肝、肺、骨关节等。肝、肺、骨关节等。医用材料的分类与发展医用材料的分类与发展第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义21第第三三代代生物材料生物材料 具具有有激激发发、促促进进人人体体组组织织自自身身修修复复和和再再生生作作用用，从从而而使使病病变变组组织织、器器官官最最终终完完全全或或主主要要是是由由再再生生的的自自身身天天然然健健康康组织或器官组织或器官所取代。所取代。生生物物材材料料不不仅仅要要具具有有生生物物安安全全性性和和生生物物相相容容性性，更更希希望望植植入入体体内内能能诱诱发发所所期期望望的的反反应应，使使目目标标细细胞胞黏黏附附、增增殖殖、分化，并且防止肿瘤化倾向。分化，并且防止肿瘤化倾向。医用材料的分类与发展医用材料的分类与发展第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义22第第三三代代生物材料生物材料 即与即与组织工程组织工程相关的生物材料。从相关的生物材料。从材料科学与生命科学交叉与融合角度材料科学与生命科学交叉与融合角度,对对生物材料的细胞水平和分子水平进行设生物材料的细胞水平和分子水平进行设计并制备出具有刺激特异细胞反应的、计并制备出具有刺激特异细胞反应的、具有具有生物活性的可吸收生物材料生物活性的可吸收生物材料，使目，使目标细胞迁移至损伤部位，刺激它们生长标细胞迁移至损伤部位，刺激它们生长和分化，促进组织的自愈合，且随着组和分化，促进组织的自愈合，且随着组织的修复能被细胞释放的相关酶完全降织的修复能被细胞释放的相关酶完全降解的生物材料。解的生物材料。医用材料的分类与发展医用材料的分类与发展第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义23生物材料的分类生物材料的分类 第第一一代代生生物物材材料料具具有有组组织织或或器器官官的的功功能能性性的的惰性生物材料惰性生物材料.第第二二代代生生物物材材料料具具有有生生物物功功能能性性的的同同时时，具具有有与与人人体体组组织织的的相相容容性性的的生生物物活活性性和和可可吸吸收收性生物材料及其复合材料。性生物材料及其复合材料。第第三三代代生生物物材材料料从从生生物物材材料料的的细细胞胞水水平平和和分分子子水水平平进进行行设设计计，不不仅仅要要具具有有生生物物功功能能性性和和生生物物相相容容性性，还还具具有有促促进进组组织织的的自自愈愈合合，且且随随着着组组织织的的修修复复能能被被细细胞胞释释放放的的相相关关酶酶完完全全降降解解的材料。的材料。第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义24一、课程设立的目的、意义一、课程设立的目的、意义n医用材料的研究基础医用材料的研究基础材料研究的基础材料研究的基础医用材料的定义、目标医用材料的定义、目标医用材料的分类与发展医用材料的分类与发展医用材料的应用举例医用材料的应用举例n社会效益、经济效益、市场前景社会效益、经济效益、市场前景n未来发展的趋势与挑战未来发展的趋势与挑战第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义25人工关节人工关节美国，每年仅人工髋关节置换的数量己经超过美国，每年仅人工髋关节置换的数量己经超过5050万人次。万人次。我国，每年施行一万多例人工关节置换手术我国，每年施行一万多例人工关节置换手术。限制型半限制型非限制型第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义26滚动式人工膝关节滚动式人工膝关节n属于半限制型。属于半限制型。n有左右侧之分。有左右侧之分。n135135 O O的伸屈运动。的伸屈运动。n2020 O O的内旋外旋。的内旋外旋。n1010 O O 的内翻外翻。的内翻外翻。n设计承载能力为设计承载能力为5 5KNKN。n可选配不同型号髓内干。可选配不同型号髓内干。第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义2719821982年美国年美国William Devries William Devries 移植移植 Jarvik 7Jarvik 7型人工心脏。型人工心脏。20012001年年7 7月，月，AbioCorAbioCor全植入式人工心脏移植。全植入式人工心脏移植。Jarvik 7AbioCor心脏移植心脏移植第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义282000万心血管病患者万心血管病患者-每年需要每年需要24万套万套人工心瓣膜人工心瓣膜第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义29人造心脏瓣膜人造心脏瓣膜生物瓣生物瓣同时采用人工合成的高级材料和经过复杂化学处理的同时采用人工合成的高级材料和经过复杂化学处理的生物组织膜而制成。优点是术后不必终生抗凝，血栓栓塞率生物组织膜而制成。优点是术后不必终生抗凝，血栓栓塞率较低。缺点是耐久性不如机械瓣，瓣膜的寿命约在十年左右，较低。缺点是耐久性不如机械瓣，瓣膜的寿命约在十年左右，如损坏则需第二次换瓣。如损坏则需第二次换瓣。第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义30人造心脏瓣膜人造心脏瓣膜机械瓣机械瓣采用高级合成材料制成。优点是耐久性好，其缺采用高级合成材料制成。优点是耐久性好，其缺点是需终生抗凝。血栓栓塞率较生物瓣高。点是需终生抗凝。血栓栓塞率较生物瓣高。第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义31脊脊柱柱修修复复支支架架InterporeCrossInternationalInc.SynergyTMIQLowBackSystem第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义32人造牙齿人造牙齿第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义33人工水晶人工水晶体体PMMA制制成，直徑約成，直徑約6mm第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义34人造血管人造血管第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义35人造皮人造皮肤肤第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义36一、课程设立的目的、意义一、课程设立的目的、意义n医用材料的研究基础医用材料的研究基础材料研究的基础材料研究的基础医用材料的定义、目标医用材料的定义、目标医用材料的分类与发展医用材料的分类与发展医用材料的应用举例医用材料的应用举例n社会效益、经济效益、市场前景社会效益、经济效益、市场前景n未来发展的趋势与挑战未来发展的趋势与挑战37医疗器材实例医疗器材实例 年产值年产值(U.S.)*U.S.)*缝线缝线 (短期使用或可吸收性短期使用或可吸收性)250 250 M*M*导管导管 (液体输送管液体输送管)200 200 M M 血液袋血液袋 40 40 M M 隐形眼镜隐形眼镜 30 30 M M 人工水晶体人工水晶体 2.5 2.5 M M 人工膝关节及髋关节人工膝关节及髋关节 0.5 0.5 M M 义乳义乳(癌症或美容癌症或美容)0.25 0.25 M M 齿科植入物齿科植入物 0.9 0.9 M M 肾脏透析器肾脏透析器 0.3 0.3 M M 富氧机富氧机/CPBCPBs s(心肺绕道系统心肺绕道系统有利进行心脏手术有利进行心脏手术)0.3 0.3 M M 人工血管人工血管 0.3 0.3 M M 心律调节器心律调节器 (脉冲产生器脉冲产生器)0.4 0.4 M M*fromRatner,B.D.etal.,eds.Biomaterials Science:An introduction to materials in medicine.2nded.SanDiegoCA:Elsevier,2004.*fromRatner,B.D.etal.,eds.Biomaterials Science:An introduction to materials in medicine.1sted.SanDiegoCA:AcademicPress,1996.第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义38全球生物医用材料市场全球生物医用材料市场第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义39全球生物医用材料细分市场发展全球生物医用材料细分市场发展增长率增长率26%高速增长高速增长市场将达市场将达800亿美元亿美元增长率增长率45%高速增长高速增长第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义40中国生物医用材料市场中国生物医用材料市场n我国生物医学材料的生物医学工程产业我国生物医学材料的生物医学工程产业的市场增长率高达的市场增长率高达28(全球市场增长率全球市场增长率20%),居全球之首。居全球之首。n我国人工关节我国人工关节替换年增长率高达替换年增长率高达30，远高于美国的远高于美国的4。-国家科技部资料国家科技部资料第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义41n775万肢残患者和每年新增的万肢残患者和每年新增的300万骨万骨损伤患者损伤患者-需要大量骨修复材料需要大量骨修复材料n2000万心血管病患者万心血管病患者-每年需要每年需要24万套人工心瓣膜万套人工心瓣膜n肾衰患者肾衰患者-每年需要每年需要12万个肾透析器万个肾透析器第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义42我国生物医用材料的产业化我国生物医用材料的产业化n我国生物材料和制品所占世界市场份额不足我国生物材料和制品所占世界市场份额不足1.5；n产品技术水平处于初级阶段，且产品单一；产品技术水平处于初级阶段，且产品单一；n同类产品与国外产品比，基本上属于仿制，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；自主知识产权较少；n生物医用材料与制品生物医用材料与制品70-80%要依靠进口；要依靠进口；n产业正处于起步阶段产业正处于起步阶段。第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义43一、课程设立的目的、意义一、课程设立的目的、意义n医用材料的研究基础医用材料的研究基础材料研究的基础材料研究的基础医用材料的定义、目标医用材料的定义、目标医用材料的分类与发展医用材料的分类与发展医用材料的应用举例医用材料的应用举例n社会效益、经济效益、市场前景社会效益、经济效益、市场前景n未来发展的趋势与挑战未来发展的趋势与挑战第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义44未来发展的趋势与挑战未来发展的趋势与挑战n复杂的生理环境复杂的生理环境,材料的各种变化材料的各种变化,同时对人体组同时对人体组织产生的多种影响织产生的多种影响n新材料的生物学行为，人工材料与相接触的人体新材料的生物学行为，人工材料与相接触的人体软硬组织软硬组织的的界面结构界面结构n新的合成设计思想和寻找新的合成方法新的合成设计思想和寻找新的合成方法n从仿生的角度创造出具有高生理功能的人工组织从仿生的角度创造出具有高生理功能的人工组织器官器官n利用生物有机体内某些重要的分子和组成利用生物有机体内某些重要的分子和组成,例如酶、例如酶、多肽、抗体、受体细胞解决材料的生物化问题来多肽、抗体、受体细胞解决材料的生物化问题来行使特定生物功能行使特定生物功能n材料种植与细胞作用的界面研究材料种植与细胞作用的界面研究n材料用生理活性物质进行表面修饰材料用生理活性物质进行表面修饰,是功能化、智是功能化、智能化能化第一章 绪 论二、课程特点45第一章第一章绪绪论论一、一、课程设立的目的、意义课程设立的目的、意义二、二、课程特点课程特点三、三、课程主要内容课程主要内容四、成绩考核四、成绩考核五、相关概念的回顾与解释五、相关概念的回顾与解释第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义46参考文献参考文献n生物医学材料学生物医学材料学 顾汉卿顾汉卿 徐国风徐国风 主编主编 天津科技翻译出版公司天津科技翻译出版公司 1993 1993n生物材料学阮建明生物材料学阮建明 编著编著 科学出版杜科学出版杜 2004 2004n生物医用材料生物医用材料 俞耀庭俞耀庭 主编，主编，（二十一世纪新材料丛书）天津大学出版社（二十一世纪新材料丛书）天津大学出版社20002000n人体解剖生理学北京师范大学等编人体解剖生理学北京师范大学等编 北京科技发行北京科技发行 1990 1990n分子细胞生物学韩贻仁分子细胞生物学韩贻仁 主编主编 科学出版杜科学出版杜 2001 2001n生理学张镜如生理学张镜如 主编主编 人民卫生出版社人民卫生出版社 1996 1996第一章 绪 论三、课程主要内容47第一章第一章绪绪论论一、一、课程设立的目的、意义课程设立的目的、意义二、课程特点二、课程特点三、三、课程主要内容课程主要内容四四、成绩考核成绩考核五、相关概念的回顾与解释五、相关概念的回顾与解释第一章 绪 论三、课程主要内容48三、课程主要内容三、课程主要内容1.1.绪论绪论2 2医用植入材料生物环境医用植入材料生物环境生生命命体体系系结结构构、人人体体组组织织与与器器官官、细细胞胞结结构构与与功功能能、人人体体血血液液与与组组织织液液系系统统、人人体体骨骨骼骼系系统统与与骨骨组组织织生物力学、人体免疫系统与免疫细胞生物力学、人体免疫系统与免疫细胞3 3医用植入材料与人体间的相互作用医用植入材料与人体间的相互作用 生生物物相相容容性性反反应应、医医用用植植入入材材料料引引起起的的炎炎症症与与伤伤口口愈愈合合、医医用用植植入入材材料料引引起起的的感感染染、钙钙化化和和肿肿瘤瘤、医医用植入材料的病理学反应用植入材料的病理学反应 第一章 绪 论三、课程主要内容49三、课程主要内容三、课程主要内容4 4植入材料与细胞作用界面植入材料与细胞作用界面 材材料料与与细细胞胞界界面面基基本本理理论论、材材料料与与细细胞胞界界面面结结合合形形式式、材材料料与与细细胞胞界界面面关关系系、材材料料与与细细胞胞界界面面检检测测与与评价评价5.5.医用材料生物化医用材料生物化 医医用用材材料料生生物物化化原原理理、医医用用材材料料表表面面净净化化与与微微孔孔化、医用材料表面亲水化、医用材料活性物质化化、医用材料表面亲水化、医用材料活性物质化6 6生物医用材料智能仿生化生物医用材料智能仿生化 生生物物医医用用材材料料仿仿生生构构思思、刺刺激激响响应应性性高高分分子子凝凝胶胶、刺激响应性药物释放体系、仿生膜材料刺激响应性药物释放体系、仿生膜材料 第一章 绪 论50第一章第一章绪绪论论一、一、课程设立的目的、意义课程设立的目的、意义二、课程特点二、课程特点三、课程主要内容三、课程主要内容四、成绩考核四、成绩考核五、相关概念的回顾与解释五、相关概念的回顾与解释第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义51第一章第一章绪绪论论一、课程设立的目的、意义一、课程设立的目的、意义二、课程特点二、课程特点三、课程主要内容三、课程主要内容四、成绩考核四、成绩考核五、相关概念的回顾与解释五、相关概念的回顾与解释第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义52 对对生生物物体体进进行行诊诊断断、治治疗疗和和置置换换损损坏坏组组织织、器器官官或或增增进进其其功功能能的材料。的材料。要要求求生生物物材材料料具具有有功功能能性性和和相容性相容性。1、生物医用材料生物医用材料 biomedical materialsbiomedical materials 生物材料生物材料 biomaterialsbiomaterials 生物材料生物材料第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义53生生物物医医用用材材料料诊断诊断现代诊断系统现代诊断系统治疗治疗先进控制释放系统先进控制释放系统修复、置修复、置换、增进换、增进组织器官组织器官功能功能通用生物医用材料通用生物医用材料组织工程组织工程生物医用材料生物医用材料生物材料生物材料第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义542、生物功能性、生物功能性Biofunctionality植入体内的材料或器植入体内的材料或器械，对组织进行结构上的械，对组织进行结构上的替代或补偿，完成近似的替代或补偿，完成近似的和特殊的功能。和特殊的功能。生物功能性生物功能性第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义55生物功能性生物功能性Biofunctionalityn负载传递和应力分布负载传递和应力分布n关节替换：关节替换：人工关节人工关节n控制血液流动：控制血液流动：人造血管、人工心脏人造血管、人工心脏n控制其它体液流动控制其它体液流动n简单填充简单填充n产生和传导电刺激产生和传导电刺激n光传导：光传导：人工晶体人工晶体n声音传导声音传导n缓释药物和其它物质缓释药物和其它物质n引导组织再生引导组织再生（4）生物功能性生物功能性第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义563、生物相容性、生物相容性biocompatibility 生生物物材材料料和和人人体体组组织织接接触触后后，在在材材料料机机体体组组织织界界面面发发生生一一系系列列相相互互作作用用后后，产产生生各各种种复复杂杂的的生生物物、物物理理、化化学学反反应应,最最终终被被人人体体组组织织所接受的性能。所接受的性能。生物相容性生物相容性第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义57生物相容性生物相容性理想材料的生物学反应理想材料的生物学反应各种各种生物医用材料生物医用材料人工器官人工器官医用辅助装置医用辅助装置对人体对人体无毒性无毒性无致敏性无致敏性无刺激性无刺激性无致畸性无致畸性无遗传毒性无遗传毒性无致癌性无致癌性对人体对人体免疫免疫系统无任何不良反应，系统无任何不良反应，无凝血、无溶血反应无凝血、无溶血反应无炎症、肿瘤反应无炎症、肿瘤反应无免疫排斥反应无免疫排斥反应组织组织血液血液第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义58材料材料机体组织机体组织的的相互作用相互作用生物相容性生物相容性第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义59生物相容性分类生物相容性分类n血液相容性：血液相容性：材料用于心血管系统与血液直接材料用于心血管系统与血液直接接触，要考察与血液的相接触，要考察与血液的相互作用。互作用。循环系统：人工心脏、心脏瓣膜、人工血管循环系统：人工心脏、心脏瓣膜、人工血管 血管内：血管支架、导管血管内：血管支架、导管n组织相容性、组织相容性、一般生物相容性：一般生物相容性：材料与心血管系统外的组织和器官接材料与心血管系统外的组织和器官接触，主要考察组织的相互作用。触，主要考察组织的相互作用。一切植入物都需要考察组织相容性。一切植入物都需要考察组织相容性。生物相容性生物相容性第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义60生物相容性的评价标准生物相容性的评价标准n美国评价标准美国评价标准ASTM(F48-82)n美国、英国、加拿大三国评价标准美国、英国、加拿大三国评价标准1986n国际标准化组织评价标准国际标准化组织评价标准ISO10993.1-1992ISO10993.12-1992n中国的评价标准中国的评价标准GB/T16886.1-1997生物相容性生物相容性第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义614、生物惰性材料生物惰性材料Bioinert Materials在在生生物物环环境境中中能能保保持持稳稳定定，不不发发生生或或仅仅发发生生微微弱弱化化学学反反应应的的生生物物医医学学材材料料，主主要要是是生生物物陶陶瓷瓷类类和和医医用用合合金金类材料类材料.由由于于在在实实际际中中不不存存在在完完全全惰惰性性的的材材料料,因因此此生生物物惰惰性性材材料料在在机机体体内内也也只只是是基基本本上上不不发发生生化化学学反反应应。它它与与组组织织间间的的结结合合主主要要是是组组织织长长入入其其粗粗糙糙不不平平的的表表面面形形成成一一种种机机械嵌联，即形态结合。械嵌联，即形态结合。生物惰性材料生物惰性材料第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义62n氧化物陶瓷氧化物陶瓷氧化铝氧化铝:纯刚玉双杯式人工髋关节纯刚玉双杯式人工髋关节;纯刚玉纯刚玉金属复合型人工股骨头金属复合型人工股骨头;纯刚玉纯刚玉聚甲基丙烯酸酯聚甲基丙烯酸酯钴铬钼钴铬钼合金铰链式膝关节合金铰链式膝关节;其他人工骨、人工牙根等其他人工骨、人工牙根等.氧化锆氧化锆:人工髋关节人工髋关节生物惰性材料生物惰性材料Bioinert Materials生物惰性材料生物惰性材料第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义63n玻璃陶瓷玻璃陶瓷:部分人工关节部分人工关节.nSi3N4陶瓷陶瓷:较小的人工骨，目前还不能用作较小的人工骨，目前还不能用作承重材料承重材料.n医用碳素材料医用碳素材料:人工心脏瓣膜等人工脏器人工心脏瓣膜等人工脏器,人工关节人工关节.n医用金属材料医用金属材料:人体承重材料中应用最广泛人体承重材料中应用最广泛的材料，表面涂上活性生物的材料，表面涂上活性生物材料后可增加它与人材料后可增加它与人体环境体环境的相容性，同时还能制作各的相容性，同时还能制作各类其他人体骨的替代物。类其他人体骨的替代物。生物惰性材料生物惰性材料Bioinert Materials生物惰性材料生物惰性材料第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义645、生物活性材料、生物活性材料Bioactive Materials能能诱诱出出或或调调节节生生物物活活性性的的生生物医学材料物医学材料.生生物物活活性性是是增增进进细细胞胞活活性性或或新组织再生新组织再生的性质的性质.生生物物医医用用高高分分子子材材料料以以及及典典型的生物活性材料羟基磷灰石。型的生物活性材料羟基磷灰石。生物活性材料生物活性材料第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义65n羟基磷灰石羟基磷灰石 Hydroxyapatite,HAP Ca10(PO4)6(OH)2生物硬组织的修复和替换材料生物硬组织的修复和替换材料口腔种植、牙槽脊增高、颌面骨、鼻梁、口腔种植、牙槽脊增高、颌面骨、鼻梁、假眼球、耳小骨替换、中耳通气引流管假眼球、耳小骨替换、中耳通气引流管脊椎骨替换脊椎骨替换填充用颗粒填充用颗粒抑制癌细胞用微晶粉抑制癌细胞用微晶粉制备多孔陶瓷和复合材料制备多孔陶瓷和复合材料/涂层材料涂层材料生物活性材料生物活性材料Bioactive Materials生物活性材料生物活性材料第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义66n磷酸钙生物活性材料磷酸钙生物活性材料磷酸钙骨水泥磷酸钙骨水泥:骨修补和固定关节骨修补和固定关节磷酸钙陶瓷纤维磷酸钙陶瓷纤维:无机骨水泥的补强及制无机骨水泥的补强及制备有机与无机复合型植入材料备有机与无机复合型植入材料.n生物磁性陶瓷材料生物磁性陶瓷材料:治疗癌症用治疗癌症用n生物玻璃生物玻璃:生物活性微晶玻璃生物活性微晶玻璃/可加工生物可加工生物活性微晶玻璃活性微晶玻璃生物活性材料生物活性材料Bioactive Materials生物活性材料生物活性材料第一章 绪 论一、课程设立的目的、意义676、生物降解材料、生物降解材料Biodegradable MaterialsBiodegradable Materials在被植入人体以后在被植入人体以后,能够不断的