生物材料概述.ppt

第一章 生物材料;第一节 生物材料的发展概况 ;生物材料用于人体组织和器官的诊断、修复或增进其功能的一类高技术材料，即用于取代、修复活组织的天然或人造材料，其作用药物不可替代。生物材料能执行、增进或替换因疾病、损伤等失去的某种功能，而不能恢复缺陷部位; ; 生物材料（Biological materials）又称生物工艺学或生物技术。应用生物学和工程学的原理，对生物材料、生物所特有的功能，定向地组建成具有特定性状的生物新品种的综合性的科学技术。;;1.1.1 海洋生物材料;;1.1.2 医学用生物材料;1.1.3 生物材料生活用品;;; 生物工程学是70年代初，在分子生物学、细胞生物学等的基础上发展起来的，包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程等，他们互相联系，其中以基因工程为基础。 通过基因工程对生物进行改造，才有可能按人类的愿望生产出更多更好的生物产品。而基因工程的成果也只有通过发酵等工程才有可能转化为产品。;1.2 生物材料的发展 ;ISO定义，生物材料（Biomaterials）即生物医学材料（Biomedical Materials），它是指“以医疗为目的，用于与组织接触以形成功能的无生命的材料”。 另有定义是：具有天然器官组织的功能或天然器官部分功能的材料。 ;生物材料的开发和利用可追溯到3500年前，那时的古埃及人就开始利用棉纤维、马鬃作缝合线缝合伤口；印第安人则使用木片修补受伤的颅骨。 2500年前，中国和埃及的墓葬中就发现有假牙、假鼻和假耳。人类很早就用黄金来修复缺损的牙齿，并沿用至今。 ;1588年人们用黄金板修复颚骨。 1775年就有用金属固定体内骨折的记载。 1851年发明了天然橡胶的硫化方法后，有人采用硬胶木制作了人工牙托的颚骨。;;目前被详细研究过的生物材料已超过1000种，被广泛应用的有90多种，1800多种制品。西方国家每年耗用生物材料量以10~15%的速度增长，1980年全球医用生物材料及制品的销售额为200亿美元，1990年达500亿美元，1995年近1000亿美元。 ;我国生物材料的研究起步较晚（五十年代），但发展很快。;;1.2.2 典型的无机材料—石器;他们能区别、选用各种石头创造出刀、斧、针各种器具，用于生产、生活和战争。 石器时代的生产工具极其落后，人类社会的生产力也极端低下，社会发展极其缓慢，人类文化也是相当简单和粗俗的。 ;据考古学家分析，距今约一万年前就有陶器出现， 人们用粘土或以粘土、长石、石英为主的混合物，经成型、干燥、烧制（烧制温度低于1200℃），得到坚硬的陶器。 陶是人类创造的第一种“人造材料”，由于高温烧制产生物理化学变化，得到和粘土不一样的新物质。;;从著名的仰韶和龙山文化遗址出土的陶器中，人们发现当时祖先已经掌握了烧制黑色陶器和白色陶器的配方和技术。;闻名于世的秦始皇兵马俑是典型的陶制品； 著名的唐三彩创始于唐高宗时期，用白粘土作胎，以Cu、Fe、Co等矿物作釉的着色剂，两次烧制后成为绚丽多彩的陶器精品； 江苏宜兴紫砂壶 (紫砂泥由粘土、云母、赤铁矿等组成，其中Fe2O3含量约7％-10％，TiO2＞1％) 制造技术精湛，色泽淳朴，造型独特，别具一格。;商 陶酒尊;1.2.4 生物材料发展阶段; 随着医学 以及材料学的发展，尤其是新型材料的研究开发成功，如20世 纪40年代高分子材料的大力发展，为生物材料的研究与应用提 供了极大的发展机会。 目前可以说从人体天灵盖到脚趾骨、从 内脏到皮肤，从血液到五官，除了脑以及大多数内分泌器官外， 都可用人工器官来代替。生物材料发展三阶段 ;最早的生物材料的应用——镶牙;1、惰性生物材料（无害阶段）;;;;2、生物材料的生物化（有益阶段）;;;;表面接枝亲水性分子链，是蔬水高分子生物材料生物化的一大内容，主要在表面接枝PEO或甲基丙烯酸羟乙酯等亲水链，使材料在体液或血液环境中表面完全亲水。;设计表面微相分离结构也是材料生物化的内容，微相分离是血管壁内皮的结构特征，即亲水糖链和蔬水脂质体形成两相镶嵌结构，模仿这类结构可望改善材料的抗凝血性。目前主要通过共混或共聚方法在高分子聚合物如聚氨酯表面引入微相分离结构。值得注意的是微相分离结构对材料抗凝血性能提高的机制没有完全弄清楚，使该方法的研究受到制约； ; 生物高分子材料.;;表面液晶结构设计，使材料表面与细胞表面产生类似的物理结构或化学结构，该研究已经证明表面液晶结构的形成有利于材料抗凝血性能的提高。 ;3、组织工程支架材料（真正的生物材料阶段）; 因此在器官(或组织)供体来源非常有限的情况下，如何在体外培养出正常的组织供手术使用，是医学界和生物医学