海南大学
《生物医用材料学》课程期末论文
题目：生物医用高分子材料的生物相容性研究进展学号：20080W0126
姓名：田新斌
年级：2008级（本科三年级）
学院：材料与化工学院
系别：材料科学与工程
专业：材料科学与工程（理科实验班）
课程教师：尹学琼王江唐敏
完成日期：2011年 6 月22日
生物医用高分子材料的生物相容性研究进展
田新斌20080W0126
（海南大学材化学院08级理科实验班，海南海口570228）
摘要：随着人口老龄化、中青年创伤的增多、疑难疾病患者的增加和高新技术的发展，生物医用材料在最近十多年发展地异常迅速，而高分子材料由于原料来源广泛、可通过分子设计改变结构、生物活性高、材料的性能多样等优点，成为生物医用材料发展的强势代表。但是，生物医用材料要在人体内使用，为了安全性，高分子材料的生物相容性就成了研究的重点。本文主要阐述了生物医用高分子材料的生物相容性研究进展，包括血液相容性和组织相容性两个方面，并简要作了总结和展望。
关键词：生物医用材料高分子材料生物相容性血液相容性组织相容性
The Research Development of Polymeric bio-materials，
Biocompatibility
Abstract：With the increase in the number of aged people, injuries of the young and patients with diverse diseases, biomedical materials are extremely rapidly developed in decades, as an aspect of high and new technology. Polymer materials are rich in sources and can be modified by molecular design in structure, biocompatibility and properties, thus becoming the represent of biomedical materials' development. However, since the biomedical materials are to be used in human body, biocompatibility of polymer biomedical materials has been brought to a research heat. In this paper, relevent research progresses are introduced, including blood biocompatibility and tissue biocompatibility. Summary and outlook are also indicated.
Keywords：Biomedical materials，Polymeric bio-materials，Biocompatibility，Blood-compatibility，
Tissue-compatibility
前言
生物医用材料(Biomedical Materials)又称生物材料(Biomaterials)，是和生物系统接合以诊断、治疗或替换机体中的组织、器官或增进其功能的材料[1]。目前用于临床的生物医用材料主要有生物医用金属材料、生物医用有机材料（主要指有机高分子材料）、生物医用无机非金属材料（主要指生物陶瓷、生物玻璃和碳素材料）以及生物医用复合材料等。高分子材料由于原料来源广泛、可以通过分子设计改变结构、生物活性高、材料的性能多样等优点，是目前发展最为迅速的领域，已经成为现代医疗材料中的主要部分。同时，医疗实践也给高分子医用材料提出了各种各样的要求，大大推动了高分子材料自身的发展。
简单地说，生物医用高分子材料(Polymeric bio-materials)是指在生理环境中使用的高分子材料[2]，它们中有的可以全部植入体内，有的可以部分植入体内而部分暴露在体外，或置于体外而通过某种方式作用于体内组织。
生物医用高分子材料同其他材料一样，也要求良好的理化性能和力学性能。在材料设计上要充分考虑强度、韧性、弹性、硬度、疲劳强度、蠕变、磨耗、吸水性、溶出性等综合性能[3]。但由于生物医用高分子材料是在人体内部使用，所以对生物医用高分子还有特殊的要求：即安全性[4]。安全性可以理解为材料与活体间的相互关系，即材料对活体要有生物相容性，活体对材料要有医疗功能和耐生物老化功能。生物相容性是指材料和活体组织之间相互容纳的程度[5]。它包含两层含义：血液相容性和组织相容性。生物相容性(Biocompatibility)是生物医用材料区别于其他材料的最重要的特征, 是评价一种材料能否在生物医学领域应用的根本依据。因此, 生物相容性是生物医用材料研究的中心课题之一。
1 血液相容性
血液相容性(Blood-compatibility)是指材料与血液接触后，不引起血浆蛋白的变性，不破坏血液的有效成分，不导致血液的凝固和血栓的形成。
1.1 材料表面的凝血机理
当血液在以内皮细胞为内壁的血管中正常流动时，一般不出现凝血现象。当高分子材料植入体内与血液相接触时，血液的流动状态和血管壁状态都发生了变化，材料被生物体作为异物而识别，二者界面在发生了一系列复杂的相互作用后，产生凝血现象。
这一过程基本上可用图1来简略描述[6]。
Fig.l Blood clot formation on the surface of biomaterials
首先，小分子(水和无机盐等)和血浆蛋白(包括部分凝血因子、抗凝血因子) 相继吸附在材料表面，形成一蛋白质吸附层。这一过程十分迅速，大约只需几秒。材料的表面性质极大地影响着吸附蛋白层的数量、组成、结构，这对血栓的形成起重要作用。其次，吸附在材料表面的蛋白质变性、活化，在Ca 2+
存在的条件下，通过激活凝血因子、血小板粘附、红血球粘附三条途径，最终导致血栓的形成。其中以凝血因子的激活和血小板粘附起主导作用，而这两者之间又相互影响，相互促进。同时，由于生物体系还存在着抗凝血系统负反馈机制，如抗凝血因子体系、抗血小板体系、纤维蛋白溶解体系等，也将受到材料表面性质的影响，与凝血系统协同作用，决定材料表面凝血反应的速度与程度。
1.2 抗凝血材料
材料与血液接触后，不形成不可逆的血栓过程，称为具有抗凝血性(Antithromboeicity)。依据材料表面的凝血机制，形成血栓的任何一个环节受到抑制或阻断，都可得到良好的抗凝血性。目前而言，抗凝血高分子生物材料(Antithromboeicity Biomedicine Materials)的设计[6-12]大致有以下几个方面。
1.2.1 改善表面的亲水性能
一般地,具有强疏水性和强亲水性表面的材料都具有较好的血液相容性。一方面,提高材料表面的亲水性,可以降低表面自由能。表面的亲水性及自由能对血液成分的吸附、变性等
有密切联系。提高材料表面亲水性,使表面自由能降低到接近血管内膜的表面自由能值,可取得抗血栓性能。这可以通过在材料表面接枝亲水性强的化合物如聚环氧乙烷(PEO)等[13,14]来实现。另一方面,当高分子材料的疏水性很强时,由于对血液成分的吸附能力下降而具有较好的血液相容性。例如聚四氟乙烯(PTFE),它的疏水性很强而血液相容性也很好。
1.2.2 使材料表面带负电荷
由于血液中多种组分( 如血红蛋白、部分血浆蛋白质等) 在血液环境中呈负电性，血管内壁也呈负电性[15,16]，因此静电排斥作用可以阻碍血浆蛋白及血小板等物质的吸附，从而有利于抗凝血。用阴离子修饰材料表面来提高抗凝血性能已被广泛研究。但事实上，由于材料表面吸附蛋白质层及血液中阳离子的存在[17]，以材料-血液的静电作用理论来设计抗凝血材料表面目前仍有很大欠缺。
1.2.3 设计微相分离结构
如果材料的微观界面上存在化学及物理性能的不同，表面具有适当比例如亲水性/ 疏水性、正负电荷、结晶态/ 非结晶态等结构,则可获得良好的血液相容性。例如，材料大分子链上含有聚集态的亲水链和疏水链时，可以降低血浆纤维蛋白的吸附，提高材料表面的抗血栓性能。目前国内外研究得最活跃的是嵌段聚醚氨酯(SPEU)[18,19]，由于具有优良的生物相容性,已经引起了人们广泛的重视。
1.2.4 材料表面内皮化
材料表面内皮化是抗凝血的研究新动向。内皮化的表面主要是指伪内膜化表面或内皮细胞和高分子的杂化表面[20-22]。
伪内膜化表面是指当材料与血液接触时, 在两者界面上会先形成一层稳定的红色血栓膜，成分为血浆蛋白质、血小板、纤维蛋白、白细胞等,进而有内皮细胞在此膜上生长，形成了一种结构与血管壁类同的内膜，即所谓伪内膜(pseudointima)。目前，表皮伪内膜的聚四氟乙烯人工血管在临床已得到应用[23,24]。
值得注意的是，人工血管的伪内膜如果过厚，营养将供养不上，细胞会坏死脱落，使得裸露的部分发生凝血。为此科学工作者进行了大量研究来控制伪内膜的厚度。如多孔性的聚四氯乙烯侵入水溶性的聚乙烯醇中，在表面形成多孔性亲水膜，减少对血浆蛋白的吸附。人工血管壁形成的伪内膜并非真正意义上的血管内膜，由于形成的蛋白质层的成分和厚度并不能得到很好地控制，目前尽管采取了一些改进措施，但人工血管壁上这层伪内膜还是没有达到和移植部位有效的相容性。
由于人体内皮细胞组成的血管内壁是目前知道的唯一的血液相容性物质，因此，人们仿
照人体血管，使内皮细胞和高分子材料杂化，即在材料表面培养内皮细胞，使其最终生长出一层内皮。这对于材料的血液相容性的改善，尤其是小口径的人工血管的血液相容性改善，将是一个极理想的途径。
1.2.5 表面接枝改性
表面接枝改性是提高高分子生物医用材料抗凝血性的一个重要途径，这种方法是将材料的力学性能和抗凝血性能有机地结合起来。材料表面具有一端悬挂的长链结构是其具有良好血液相容性的一个条件。因为这种结构可以维持血液中血浆蛋白的正常构象，使材料表面类似于人体生物膜。用于高分子生物材料表面接枝的方法主要有化学试剂法、偶联剂法、等离子体法、紫外光照法及近年兴起的臭氧接枝法，有关这方面的报道很多[25 ,26]。
1.2.6 表面肝素化
近来常将以肝素为主的抗凝剂固定于高分子材料表面,可显著改善材料的血液相容性[27～29]。肝素是一种天然的凝血抑制剂，具有很强的抗凝血作用。将强阴离子特性的肝素与具有阳离子表面的高分子材料进行结合，制成肝素化的亲水性高分子材料。如果材料在与血液接触时，持续释放肝素可提高血液相容性，防止局部血栓形成，达到抗凝血效果。
把肝素固定在生物材料表面的途径有物理吸附和化学结合两大类，而在化学结合中，又有离子键结合和共价键结合之分。化学键固定的肝素较物理吸附的稳定，而在化学固定中，通过共价健的又远比通过离子键的稳定；但另一方面，通过共价键结合的表面固定化肝素却有生物活性较低及抗凝血性改善幅度不很突出的问题。
1.2.7 表面固定尿激酶
大量研究表明,将尿激酶固定在高分子材料表面可以显著地改善材料的血液相容性。关于固定尿激酶的抗凝血机理，至今仍然有许多说不清楚的问题。用尿激酶修饰材料表面的缺点是它只能溶解己形成的血栓，而不能防止血栓的生成，且只能供短期装置用。用尿激酶固定的材料在临床上已用来制备淋巴导出线、血管缝合线以及排液用排泄管等。
2 组织相容性
组织相容性(Tissue-compatibility)是指材料与生物活体组织及体液接触后，不引起细胞、组织的功能下降，组织不发生炎症、癌变以及排异反应等[30]。应用的条件不同，对材料组织相容性的要求不同。
2.1 材料与生物体的相互作用
高分子材料在与生物体组织接触时，同样发生各种各样的相互作用。概括起来如图2所示[31]。
Fig.2 Interaction of polymer materials and organism.
图中白色箭头表示的是生物体方面发生的反应，即材料对活系统的作用，包括局部和全身反应（如炎症、细胞毒性，凝血、过敏、致癌、畸变等排异反应）以及促进组织形成。黑色箭头表示的是与生物体接触的材料的表面变化。
2.2 组织相容性材料
材料与生物体的相互作用情况决定了材料组织相容性的程度。材料对组织相容性的影响包含着两种特征尺度水平上的因素。一是微观分子水平，这类影响主要表现为材料表面的化学组成、形态结构、电荷性质及分布等。另一个是宏观尺度水平，这类影响包括材料的物理力学性质、材料的宏观形态尺寸等。而且，这类大尺度上的效应比分子尺度上发生的化学效应更为重要。
生物系统对生物相容性的影响包括生物体种类、植入部位、受体的健康状况、埋植留存时间、使用的生理环境等。一般说来，材料与生物体相互作用的反应主要集中于固体生物材
料与体液接触形成的固-液界面上。设计生物组织相容性材料时要同时兼顾以上几个方面的因素，尤其在材料的宏观形态、尺寸、表面形貌方面要重视。在许多地方，这些因素直接决定了材料的生物相容性。
近来研究发现，无论材料的本征结构如何，大体积薄片植入诱发肿瘤的几率总是最高，而成海绵体、纤维壮和粉术状植入物几乎不诱发肿瘤[32，33]。
目前，应用较成功的是培养皮肤代用材料[34,35]。这种人造皮肤是复合聚合膜，上层为橡胶弹性体，或是聚氨酯，下层为交联的胶原蛋白和氨基葡聚糖（可同时植入皮肤细胞）。上层的硅橡胶可以阻止体液的流失和细胞的侵入，下层多孔状的有机质可以诱导皮肤细胞和血管的长入。研究结果表明，这种人造皮肤对深度创伤的皮肤再生十分有效。
3 医用高分子材料的临床医用现状
3.1 人工心脏
包括内脏和体外装置：①内脏：有代用血管、人工心脏、人工心脏瓣膜、心脏修复、人工食道、人工胆管、人工尿道、人工腹膜、人工骨和人工关节、人工血浆、人工腱、人工皮肤、整容材料与心脏起搏器等。②体外器官和装置：人工心肺机、人工肺、人工肾、人工肝、人工脾、麻痹肢刺激器、电子假肢、假牙、假眼、假手、假足等。
3.2 医疗器械
主要有：①一般医疗及看护用具，如眼带、洗肠器注射针、听诊器、直肠镜、点眼器、腹带和连结管等。②麻醉及手术室用具，如吸引器、缝线、咽头镜、血管注射用具等。③检查及检查室用具，如采血管、采血瓶、心电图用的电极、试验管、培养皿等。
3.3 药物剂型
主要有：①药物的助剂：高分子材料本身是惰性的，不参与药的作用，只起增稠、表面活性、崩解、粘合、赋形、润滑和包装等作用，或在人体内起“药库”作用，使药物缓慢放出而延长药物作用时间。②聚合物药物：将低分子药物，以惰性水溶性聚合物作分子载体，把具有药性的低分子化合物，通过共价键或离子键与载体的侧基连接，制成聚合物药物。
目前全球大量用于医疗器械的生物医学材料主要有20种，其中医用高分子12种，金属4种，陶瓷2种，其他2种。近年来，西方国家在医学上消耗的高分子材料每年以10%～20%的速度增长，而中国也以20%左右的速度迅速增长。随着现代科学技术的发展，尤其是生物技术的重大突破，医用高分子材料的应用将更加广泛，需求量也随之越来越大。医用高分子材料产业发展如此迅猛，主要动力来自于人口老龄化、中青年创伤的增多、疑难疾病患者的增加和高新技术的发展。目前医用高分子材料的研究与开发被许多国家列入高技术关键新材料发
展计划，并迅速成为国际高技术制高点之一。
4 结论与展望
生物相容性问题是生物材料临床应用中的一个十分重要的问题。在材料的表面种植、培养细胞、制备适合细胞生长的高分子材料是实现材料良好的生物相容性的根本途径。因此适合细胞生长的生物材料的研究，不仅对细胞－材料相互作用机制的深入理解有着积极的科学意义，而且对于为加速组织相容性和血液相容性材料临床应用的突破也有着巨大的价值。
解决材料的生物相容性问题是生物材料在生物医学领域应用的关键。目前，各国的研究者们对生物材料血液相容性的机理及提高材料血液相容性的方法已做了大量研究，虽然尚未清晰地揭示血液相容性的整体内涵，研制和测试新的血液相容性材料仍面临许多问题。我想在不久的将来,必须突破传统的研究方法,用分子生物学的技术研究材料对基因结构转录和翻译机制的影响,从基因分子生物水平上研究材料与血液的相互作用,建立评价生物材料血液相容性的标准,并在分子和原子水平上设计出新型生物材料,使血液相容性的研究和生物材料的开发应用取得突破性的进展。
生物医用高分子材料自1958年成功地在人体内植入心脏起搏器起，就迅速激起研究高分子生物材料的热潮。时至今日，比较成功地用于人体内的生物材料已实现商品化。目前，人工心脏起搏器和人工心脏瓣膜正在挽救和维持着全世界数百万心脏病患者的生命；人工肾等血液净化技术维持着数十万肾功能衰竭病人的正常生活；人工晶体、人工关节和功能性假体被广泛用于伤残病人的康复和功能辅助；隐形眼镜给千百万近视患者带来了极大的方面。不仅如此，高分子材料还被广泛应用于诊断、药物控释等方面。随着高分子科学、分子生物学、结构化学、生命科学等学科的进一步发展，现有材料功能的不断完善和新材料的不断涌现，集力学性能、生物相容性生物功能性、生物智能性等特点于一体的新一代生物医用高分子材料将使人类的生活进入一个全新的时代。
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医用高分子常用材料 学校名称：华南农业大学 院系名称：材料与能源学院 时间：2017年2月27日
3.结构与性能 3.3 常用材料 1.硅橡胶 硅橡胶是一种以Si-O-Si为主链的直链状高分子量的聚有机硅氧烷为基础，添加某些特定组分，按照一定的工艺要求加工后，制成具有一定强度和伸长率的橡胶态弹性体。 硅橡胶具有良好的生物相容性、血液相容性及组织相容性，植入体内无毒副反应，易于成型加工、适于做成各种形状的管、片、制品，是目前医用高分子材料中应用最广、能基本满足不同使用要求的一类主要材料。 具体应用有：静脉插管、透析管、导尿管、胸腔引流管、输血、输液管以及主要的医疗整容整形材料。 2.聚乳酸 聚乳酸是以乳酸或丙交酯为单体化学合成的一类聚合物，属于生物降解的热塑性聚酯，具有无毒、无刺激、良好的生物相容性、可生物分解吸收、强度高、可塑性加工成型的合成类生物降解高分子材料。 其降解产物是乳酸、CO2和H2O。经FDA批准可用作手术缝合线、注射用微胶囊、微球及埋置剂等制药的材料。u=3351883538,102612699&fm=21&gp=0 3.聚氨酯 聚氨酯是指高分子主链上含有氨基甲酸酯基团的聚合物，简称PU，是由异氰酸酯和羟基或氨基化合物通过逐步聚合反应制成的，其分子链由软段和硬段组成。聚氨酯具有一个主要的物理结构特征是微相分离结构，其微相分离表面结构与生物膜相似。 由于存在着不同表面自由能分布状态，改进了材料对血清蛋白的吸附力，抑
制血小板黏附，具有良好的生物相容性和血液相容性。目前医用聚氨酯被用于人工心脏、心血导管、血管涂层、人工瓣膜等领域。 参考文献 [1] 李小静，张东慧，张瑾，等.医用高分子材料应用五大新趋势[J].CPRJ中国塑料橡胶，2016 [2]杂志社学术部，医用高分子材料的临床应用:现状和发展趋势.中国组织工程研究与临床康复，2010，14（8）
医用羟基磷灰石的研究进展 摘要： 羟基磷灰石(HA)是人体骨、牙无机组成的主要成分，组成生物体骨、牙组织的磷灰石晶体为纳米级、低结晶度、非化学当量和被多种离子的置换的针状纳米微晶．纳米羟基磷灰石由于与生物硬组织结构成分相似，以及在结构上的可模拟性，在生物医用材料研究中占据着重要的地位，并以各种应用形式出现在各类医学研究中。 羟基磷灰石[Calo(P04)6(0H)2】(hydroxyapatite，HAp)是一种生物活性材料，具有独特的生物相容性，是人体和动物骨骼、牙齿的主要无机成分【I】，基于HAp良好的生物活性以及生物相容性，使其成为理想的硬组织替代材料，广泛应用于硬组织修复、药物载体和抗肿瘤活性的研究。 关键词：羟基磷灰石；特性；医用功能 前言： 生物材料是生命科学和材料科学的交叉边缘学科，成为现代医学和材料科学的匿要领域之一．预计生物材料的发展将成为21世纪国际经济的主要支柱产业之一。 生物医学材料的历史与人类的历电一样漫长，最初人们用木、金属、动物牙齿作为牙齿种植修复的材料．到19世纪，金、镀、锦等开始用T-口腔修复中，而陶瓷作为骨种植材料具有意义的研究是smitll在20世纪印年代开始的。70年代玻璃陶瓷、羟基磷灰石等进入n舱临床以后，把口腔种植修复推向丁新阶段，特别是80年代以来各种复合材料的H}现，使几腔种植的临床应用更加广泛。 纳米羟基磷灰石是人体骨、牙无机组成的主要成分，具有骨引导作用，在较短的时间内能与骨坚固结合，结合了生物材料和纳米材料的优点，临床已广泛应用，在生物医用材料中也占据着重要的地位． 羟基磷灰石(HA)具有骨引导作用，在较短的时间内能与骨坚固结合，临床已广泛应用．生物体内天然羟基磷灰石以纳米晶体的形式存在，为65～80 nm的针状结晶体．根据“纳米效应”理论，单位质量的纳米级粒子的表面积明显大于微米级粒子，使得处于粒子表面的原子数目明显增加，提高了粒子的活性，十分有利于组织的结合．目前人工合成的纳米羟基磷灰石直径在1—100 nm之间，钙磷比值约为1．67，因而与人骨的结构和成分很相似，是一种理想的组织植入材料．然而以羟基磷灰石作为骨植入材料因强度偏低，尤其是脆性太大尚难直接应用于人体承载部位。 正文： 羟基磷灰石概念： 羟基磷灰石制备方法：1.高温分解法2．煅烧磷酸钙法3．干法合成4．湿法合成：
生物工程设备复习题 一、选择题 1、目前啤酒厂的糖化锅中利用__B__进行搅拌。 A.圆盘平直叶涡轮搅拌器 B.螺旋浆式搅拌器 C.醪液内二氧化碳的密度梯度 D. 二折叶旋桨式搅拌器 2、空气过滤系统中旋风分离器的作用是____A_____。 A.分离油雾和水滴 B.分离全部杂菌 C.分离二氧化碳 D.分离部分杂菌 3、好气性发酵工厂，在无菌空气进入发酵罐之前___C___，以确保安全。 A.应该安装截止阀 B.应该安装安全阀 C.应该安装止回阀 D.不应该安任何阀门 4、机械轴封的动环的硬度比静环___B____。动环的材料可用___________，静环最常用的材料是___________。 A.大，碳化钨钢，铸铁 B.大，碳化钨钢，聚四氟乙烯 C.小，聚四氟乙烯，不锈钢； D.小，聚四氟乙烯，碳化钨钢。 5、目前啤酒厂的圆筒锥底发酵罐内采用_____C_______。 A.圆盘平直叶涡轮搅拌器 B.螺旋浆式搅拌器 C.无搅拌器 D.锚式搅拌器 6、机械搅拌发酵罐中最下面一档搅拌器离罐底距离一般____A______搅拌器直径的高度，最上面一个搅拌器要在液层以下0.5米(大罐)。 A.小于一个 B.大于一个小于两个 C.等于一个 D.等于两个 7、自吸式发酵罐的搅拌轴是从罐下方进罐的,因此____C____轴封。 A.应该用填料函 B.应该用单端面机械 C.应该用双端面机械 D.无需 8、培养基连续灭菌流程中选用管道维持器，应该使培养基在管道的流速达到___C___，才能保证先进先出。 A.过渡流 B.层流 C.活塞流 D.湍流 9、把干玉米原料从多处集中送到一处，原则上应选择：( D ) A ．带式输送机 B ．压送式气力输送装置C．斗式提升机 D ．吸送式气力输送装置 10、压送式气力输送装置的闭风器应装在：( A ) A ．加料口处 B ．卸料口处 C ．中间部位 D ．无论哪里 11、直接向空气中喷100 ℃蒸汽，此过程对湿空气来说将近似是：( B ) A ．等湿升温 B ．等温加湿 C ．加湿升温 D ．等温等湿 12、垂直管中颗粒物料气流输送的流体力学条件是:( A ) Ａ . 气流速度大于悬浮速度 B. 气流速度小于悬浮速度 C. 气流速度等于悬浮速度 D. 不能确定
生物医用高分子材料研究进展及趋势
J I A N G S U U N I V E R S I T Y 医用材料学课程学习总结及结课论文生物医用高分子材料的研究及发展趋势
学院名称：材料科学与工程 专业班级：金属1302 学生姓名：钱振 指导教师姓名：王宝志 2016年 10 月 生物医用高分子材料的研究及发展趋势 钱振 学号：63 班级：金属1302 材料科学与工程学院 摘要：随着我国经济发展水平的不断提高，分子材料在各领域得到了显著应用，在医用领域应用更多，本文综述了生物医用高分子材料的分类、特点及基本条件，概述了医用高分子材料的研究现状及其用途，并浅谈了医用高分子材料的发展及展望。通过介绍医用高分子材料在人工脏器、药剂及医疗器械方面的应用，以及我国近年来的研究情况和存在的问题,形成对生物医用功能高分子的认识和其重要性的认识。 关键词：生物材料，生物医用高分子材料，现状，应用，展望 1.引言 生物医用材料是生物医学科学中的最新分支学科，它是生物学、医学、化学、 物理学和材料学交叉形成的边缘学科，是用于人工组织或器官制备、高性能医疗
器械的研制、药物新剂型的开发和和仿生效应研究的基础[1] 。 生物医用材料，简称生物材料(BiomaterialS)，是一类具有特殊性能或功能，用于与生物组织接触以形成功能的无生命的材料]2[。主要包括生物医用高分子材料、生物医用陶瓷材料、生物医用金属材料和生物医用复合材料等。研究领域涉及材料学、化学、医学、生命科学]3[，生物医用高分子材料是一门介于现代医学和高分子科学之间的新兴学科。目前医用高分子材料的应用已遍及整个医学领域(如:人工器官、外科修复、理疗康复、诊断治疗、心血管、骨修复、神经传递、皮肤、器官、药物控释等）。 2.研究现状 生物医用高分子材料是一类可对有机体组织进行修复、替代与再生，具有特殊功能作用的高分子材料。在功能高分子材料领域，生物医用高分子材料取得了长足的进展，目前已成为发展最快的一个重要分支。随着医用高分子产业的发展，出现了大量的医用新材料和人工装置，如人工心脏瓣膜、人工血管、人工肾用透析膜、心脏起博器及骨生长诱导剂等。近10年来，由于生物医学工程、材料科学和生物技术的发展，医用高分子材料及其制品正以其特有的生物相容性、无毒性等优异性能而获得越来越多的医学临床应用。 生物医用高分子材料是生物材料的重要组成部分，它发展最早、应用最广泛、用量最大、品种繁多，主要包括：塑料、橡胶、纤维、粘合剂等。随着医学的发展，这些材料在医学领域得到广泛的应用。如:膨体聚四氟乙烯人造血管、聚矾中空纤维人工肾、硅橡胶医用导管、介入栓塞材料、介入诊疗导管以及护理方面使用的一次性医疗用品等，都是由高分子材料制成的。这些产品在临床诊断、治疗、护理等方面起着越来越重要的作用。正是由于高分子材料在医学上的独特作用，因而在高分子化学上出现了一个新的分支—医用高分子(Medical highpolymers)。它是把高分子化学的理论、研究方法、临床医学的需要结合起来，用于研究生物体的结构、生物体器官的功能及医用材料的应用等的一门年轻而边缘性的学科]4[。
生物医用高分子材料 一、生物医用材料 生物医用材料简介： 生物医用材料指的是一类具有特殊性能、特种功能，用于人工器官、外科修复、理疗康复、诊断、治疗疾患，而对人体组织不会产生不良影响的材料。现在各种合成材料和天然高分子材料、金属和合金材料、陶瓷和碳素材料以及各种复合材料，其制成产品已经被广泛地应用于临床和科研。 生物医用材料分类： 生物材料应用广泛，品种很多，有不同的分类方法。通常是按材料属性分为：合成高分子材料（聚氨酯、聚酯、聚乳酸、聚乙醇酸、乳酸乙醇酸共聚物及其他医用合成塑料和橡胶等）、天然高分子材料（如胶原、丝蛋白、纤维素、壳聚糖等）、金属与合金材料（如钦金属及其合金等）、无机材料（生物活性陶瓷，羟基磷灰石等）、复合材料（碳纤维/聚合物、玻璃纤维/聚合物等）。根据材料的用途，这些材料又可以分为生物惰性（bioinert）、生物活性（bioactive）或生物降解（biodegradable）材料。 二、生物医用高分子材料 1、定义：生物医用高分子材料是指对生物体进行诊断、治疗和置换损坏组织、器官或增进其功能的材料。生物医学材料中发展最早、应用最广泛、用量最大的材料，也是一个正在迅速发展的材料。它既可以来源于天然产物，又可以人工合成。此类材料除应满足一般的物理、化学性能要求外，还必须具有足够好的生物相容性。 2、分类： 按材料来源分： （1）医用金属和合金。主要用于承力的骨、关节和牙等硬组织的修复和替换。 （2）医用高分子生物材料。高分子化合物是构成人体绝大部分组织和器官的物质，医用高分子生物材料包括合成（如：聚酯、硅橡胶）和天然高分子（如：胶原、甲壳素）。（3）医用生物陶瓷。有惰性生物陶瓷和活性生物陶瓷（羟基磷灰石陶瓷、可吸收磷酸三钙陶瓷等） （4）医用生物复合材料。如羟基磷灰石涂复钛合金，炭纤维或生物活性玻璃纤维增强聚乳酸等高分子材料。 （5）生物衍生材料。这类材料是将活性的生物体组织，包括自体和异体组织，经处理改性而获得的无活性的生物材料。 按用途分： （1）手术治疗用高分子材料，如： 缝合线，黏胶剂，止血剂，各种导管，引流管，一次性输血输液器材 （2）药用及药物传递用高分子材料，如： 靶向性高分子载体（肝靶向性，肿瘤靶向性），高分子药物（干扰素，降胆敏），高分子控制释放载体（胶囊，水凝胶，脂质体） （3）人造器官或组织，如： 人造皮肤，血管，骨，关节，肠道，心脏，肾等。 按降解性能分 （1）可生物降解材料-指聚合物在生物体内酶、酸碱性环境下或微生物存在的情况下可以发生分子量下降、生成水和二氧化碳等对生物体或环境无毒害的小分子化合物的性能。
1. 常用的两种磁选设备的原理 （1）固定形磁钢装置（平板式磁分离器） 将永久磁钢根据需要的数量组合起来，可分散装置在谷粒经过的加料斜槽或在 加工设备之前集中装置。 工作时，原料以薄层经过磁性部分时，铁块被吸住而除去，原料自由通过。（2）永磁滚筒（旋转式磁分离器） 由转动的外筒和其中固定不动的磁铁芯（ 170 °的半圆形芯子）两部分组成。 工作时，原料经过磁性部分时，铁块被吸住，转动到盛铁盒掉落而除去，原料 自由通过。 2. 筛选分级的原理 利用物料粒度、形状不同，利用一层或数层运动或静止的筛面而达到清理的目的。 3. 振动筛的工作原理 原料大麦进入后经控料闸（控制进料量）首先经过风道进行第一次风选除去轻 的杂质和灰尘（进入沉降室），落入初清筛面，去掉除去大杂质，接着通过筛 孔落入第二级筛面，除去稍大于麦粒的中级杂质，再通过筛孔进入第三级筛面，除去细杂，得到粗糙的原料大麦，最后进行第二次风选，除去三级筛选中的杂 质（进入沉降室），得到原料大麦。 4. 精选机的工作原理 精选是按籽粒长度和形状不同进行分选 精选机是利用带有袋孔（窝眼）的工作面来分离杂粒，袋孔中嵌入长度不同的颗粒，带升高度不同而分离。 5. 常用的大麦精选机有哪两种？各有何特点? （1）碟片式精选机 碟片式精选机的主要构件是一组同轴安装的圆环形铸铁碟片，碟片的两侧工作 面制成许多特殊形状的袋孔。
碟片上袋孔的大小、形状，可根据籽粒长度的粒度曲线来确定。 碟片精选机的优点是工作面积大，转速高，产量比滚筒精选机大；而且各种不 同的袋孔可用于同一机器中；碟片损坏可以更换。 缺点是碟片上的袋孔容易磨损。 （2 ）滚筒精选机 根据滚筒转速差别分为快速滚筒精选机和慢速滚筒精选机。 按其作用有荞子滚筒、大麦滚筒和分级滚筒之分。 滚筒精选机的特点是它分离出来的杂粒中含大麦较少； 其主要缺点是袋孔的利用系数低，产量也较低，且工作面磨损后不能修复。 6. 圆筒分级筛的工作原理和特点？ 根据物料分级的要求，在圆筒筛上布置不同孔径的筛面。原料进入后在传动装 置作用下运动并接触筛面而进行筛分。 优点：设备简单、电动机传动比平板分级筛方便。 缺点：筛面利用率小，仅为整个筛面的 1/5 1.物料的粉碎度（粉碎比） 物料粉碎前后平均直径之比，称为粉碎度或称粉碎比。 X=D1/D2 式中 D1 ——粉碎前物料的平均粒径， mm ；D2——粉碎后物料的平均粒径， mm 。粉碎度表示粉碎操作中物料粒度的变化比例。 2.对粉碎机的要求 （1 ）粉碎后的物料颗粒大小要均匀。 （2）已被粉碎的物块，应立即从轧压部位排除。
医用高分子材料 高分子材料科学与工程，高材1006班，王中伟，20100221276 摘要：随着高分子材料在社会的各个领域的广泛应用，尤其是在航天工程、医学等领域的应用。功能高分子材料一般指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料。医用高分子材料是用以制造人体内脏、体外器官、药物剂型及医疗器械的聚合物材料。对医用高分子材料的目前需求作了简要分析,介绍了医用高分子材料的主要类别、用途及其特殊要求,并浅谈了医用高分子材料的发展及展望。 关键词：医用高分子材料人工人体器官对人类健康的促进相容性 前言：现代医学的发展,对材料的性能提出了复杂而严格的多功能要求,这是大多数金属材料和无机材料难以满足的;而合成高分子材料与生物体(天然高分子)有着极其相似的化学结构,化学结构的相似性决定了它们在性能上能够彼此接近从而可能用聚合物制作人工器官,作为人体器官的替代物。另外,除人工器官用材料之外, 医药用高分子材料、临床检查诊断和治疗用高分子材料的开发研究也在积极地展开,它们被统称为医用高分子材料．医用高分子材料是一类令人瞩目的功能高分子材料,是一门介于现代医学和高分子科学之间的新兴学科。它涉及到物理学、化学、生物化学、医学、病理学等多种边缘学科。医用高分子材料是生物材料的重要组成部分。医用高分子材料是一类可对有机体组织进行修复、替代与再生,具有特殊功能作用的新型高技术合成高分子材料,是科学技术中的一个正在发展的新领域,不仅技术含量和经济价值高,而且对人类的健康生活和社会发展具有极其重大意义,它已渗入到医学和生命科学的各个部门并应用于临床的诊断与治疗。 正文： 一、医用高分子材料的概念及简介：医用高分子材料是依据高分子材料的某些特性及特征， 如其本身是惰性的，不参与药的作用，能只起增稠、表面活性、崩解、粘合、赋形、润滑和包装等特效，对有机体组织进行修复、替代与再生,具有特殊功能作用的新型高技术合成高分子材料，用它制造成能有医学价值的产品。医用高分子材料是一类令人瞩目的功能高分子材料,是一门介于现代医学和高分子科学之间的新兴学科。它涉及到物理学、化学、生物化学、医学、病理学等多种边缘学科。医用高分子材料是生物材料的重要组成部分。是科学技术中的一个正在发展的新领域,不仅技术含量和经济价值高,而且对人类的健康生活和社会发展具有极其重大意义,它已渗入到医学和生命科学的各个部门并应用于临床的诊断与治疗。然而，医用高分子材料是一类根据医学的需求
生物医用材料的研究进展 生物医用材料是用来对于生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的新型高技术材料, 它是研究人工器官和医疗器械的基础, 己成为材料学科的重要分支, 特别是随着生物技术的莲勃发展和重大突破, 生物材料己成为各国科学家竞相进行研究和开发的热点。研究动态 迄今为止 ,被详细研究过的生物材料已有一千多种 ,医学临床上广泛使用的也有几十种 ,涉及到材料学的各个领域。当前生物医用材料研究的重点是在保证安全性的前提下寻找组织相容性更好、可降解、耐腐蚀、持久、多用途的生物医用材料, 具体体现在以下几个方面: 1. 提高生物医用材料的组织相容性 途径不外乎有两种, 一是使用天然高分子材料, 例如利用基因工程技术将产生蛛丝的基因导入酵母细菌并使其表示; 二是在材料表面固定有生理功能的物质, 如多肽、酶和细胞生长因子等, 这些物质充当邻近细胞、基质的配基或受体 ,使材料表面形成一个能与生物活体相适应的过渡层。 2. 生物医用材料的可降解化 组织工程领域研究中 ,一般应用生物相容性的可降解聚合物去诱导周围组织的生长或作为植入细胞的粘附、生长、分化的临时支架。其中组织工程材料除了具备一定的机械性能外, 还需具有生物相容性和可降解性。 英国科学家创造了一种可降解淀粉基聚合物支架。以玉米淀粉为基本材料, 分别加入乙烯基乙烯醇和醋酸纤维素 ,再分别对应加入不同比例的发泡剂 (主要为羧酸 ), 注塑成型后就能够获得支撑组织再生的可降解支架。 3. 生物医用材料的生物功能化和生物智能化 利用细胞学和分子生物学方法将蛋白质、细胞生长因子、酶及多肽等固定在现有材料的表面 ,经过表面修饰构建新一代的分子生物材料 ,来引发我们所需的特异生物反应 ,抑制非特异性反应。例如将一种名叫玻璃粘连蛋白 (ＶＮ)的物质固定到钛表面, 发现固定ＶＮ的骨结合界面上有相对多的蛋白存在。4．开发新型医用合金材料
生物医学工程学杂志 1999∶16(1)∶86～90 J Biomed Eng 细胞培养法评价生物材料生物相容性研究进展 梁卫东1 综述 石应康 审校 (华西医科大学附属第一医院胸外科,成都 610041) 内容摘要 细胞培养法检测材料生物相容性是一种快速、简便、重复性好又价廉的方法,在材料生物相容性评价中起着越来越重要的作用。由于新材料不断涌现、材料植入体内的部位及使用目的日趋繁杂、材料毒性作用的强弱以及材料与机体反应的复杂性等因素决定了细胞毒性试验中实验方法及实验细胞的多样性。根据生物材料本身的理化特性、植入体内的部位及使用目的选择适当的实验方法和实验细胞至关重要。以往对材料生物相容性的评价往往着眼于细胞的形态与数量的变化,近几年来研究材料对细胞生长、附着、增殖及代谢方面影响的报道日趋增多,并提出了以有活力的细胞数和细胞生长作为材料生物相容性评价标准的观点。通过结合免疫、化学、放射及影像学等多学科的技术发展,使人们进一步深入了解细胞结构和功能的变化关系,进而阐明材料对细胞的作用机制,是今后细胞培养法评价材料生物相容性的发展方向。 关键词 生物材料 细胞培养 相容性 毒性实验 The Research of Evaluation the Compatibility of Biotic Material in Cell-cultureing Method Liang W eidong Shi Yingkang (Department of Thoracocard iac Surgery,The First University Hospital,West Ch ina University of Med ical Science,Cheng du 610041) Abstract It is quick co nv ienent g o od-r epea ting and cheap tha t ex amining th e bio tic ma teria l's co m-pa tibility thro ug h cell-culturing me tho d,a nd it is mo re and mor e impo r ta nt in ev alua ting the co mpa tibil-ity of bio tic material.The new ma teria l appea ring co ntinously complica ting o f th e par t and aim ma teria l be planted in the intensity of mate rial's toxic effec t the r eactio n's complica tio n o f ma terial and bio tic body,all o f these decide the va riety of ex periment method a nd cells in cell to xicity ex periment.It is ve ry impo r tant that choices the righ t ex periment method and cells a cco rding to the ma terial's charac ter the pa rt and aim the ma terial be pla nted in.The eva luatio n o f biotic ma teria l's co mpa tibility stressed o n the changing o f cell's fo rm a nd qua ntity befo r e.In recent y ears,mo re a nd mo r e repo rts a ppear about mate rial influences the g r ow th.adhesio n pro liferation and metabolizing o f cell,a nd pr esents the point that the eva luation standar d o f bio tic mate rial's co mpa tibility sho uld be set acco rding to the activ e cell's quantity a nd their g r ow https://www.doczj.com/doc/8d8985880.html, bining many subject's technological dev elo pment,such a s immuno lo gy, ch emistr y,radia tio n and shado wg raphy,th or oughly inquires the changing relatio n o f cell's structure and funtio n,further ly clarifes the material's effect on cell.It is th e dev eloping dir ec tion in the future that e-v aluates the bio tic material's co mpa tibility in cell-culturing m eth od. Key words B io tic mate rial Cell-culturing Compatibility T oxicity ex pe riment 1现在攀钢职工总医院胸外科,攀枝花 617023
生物工程设备期末题 1．根据工艺操作，发酵生产设备类型分为 发酵设备和 发酵设备。 2．小型发酵罐罐顶和罐身采用 连接，材料一般为不锈钢。 3．罐体各部分的尺寸有一定的比例，罐的高度与直径之比一般为 左右。 4．挡板的作用是防止液面中央形成 流动，增强其湍动和溶氧传质。 5．消泡器的作用是 。 6．大型发酵罐搅拌轴较长，常分为二至三段，用 使上下搅拌轴成牢固的刚性联接。 7．为了防止发酵液泄漏和杂菌污染，搅拌器轴与罐顶或罐底连接处需要密封，即 。 8．一个发酵罐的圆柱部分体积为80 L ，上下封头的体积分别为10 L ，如果装料系数为80%，则罐的总容积为 L ，罐的有效容积为 L ，公称容积为 L 。 9．CIP 清洗系统整个清洗程序分7个步骤：预冲洗、 、中间清洗、清水喷冲、碱喷冲、清水冲洗、 。 10．细胞培养的操作方式有 、流加式操作、半连续式操作、 连续操作和 。 11．笼式通气搅拌反应器由两大部分组成： 和 。搅拌笼体由 和其顶端的 以及套在笼体外面的 组成。 二、名词解释 1. 连续发酵。2．在线检测。3．净化工作台。4．公称容积。5．流加式操作 三、简答题 1. 机械搅拌发酵罐的基本要求是什么？2．机械搅拌通风发酵罐中搅拌器的作用是什么？3．圆柱锥底啤酒发酵罐上为什么要安装真空安全阀？4．朝日罐生产啤酒的优缺点是什么？ 1. 试论述传感器应满足哪些条件？2．以四器组合为例说明啤酒生产中麦汁的制备设备包括哪几种，每种设备的用途是什么？ 六、计算题（10分×1 = 10 分） 一个年生产12万t 赖氨酸的发酵工厂，发酵产酸水平为18％，提取总收率为85％，年生产时间为300d ，发酵周期为60 h ，洗罐准备时间为12 h ，设发酵罐的装罐系数为80％，发酵罐的容积为450 m3。问：1、该工厂每日产量是多少(t/d)？2、每日所需要的发酵液量是多少？3、每日所需要的发酵罐容积为多大？4、生产12万t 赖氨酸需要发酵罐的总数是多少？(每步计算请标清楚单位,小数点后保留一位有效数字) 一、名词解释 1、 菌体的率 YX/S 对基质的细胞得率Yx/s 2、半连续式操作 又称反复分批式培养或换液培养，是指在分批式操作的基础上，不全部取出反应系剩余部分重新补新的营养成分，再按分批式操作的方式进行培养，这是反应器内培养液的总体积保持不变的操作方式。 3、Ka 4、发酵稀释比D:补料速度与反应器体积的比值（h-1），在稳定状态下，细胞的生长速率等于稀释速率 5、过滤效率被捕捉的粉尘量与原空气中粉尘量之比。 6、装料系数：发酵罐存在持气与起泡问题，必须在充入培养液后留有一定的空间。 式中 V —发酵罐的代表容积（m 3）；V 0—进入发酵罐的发酵液量（m 3）ψ —装液系数 7、实罐灭菌：将培养基置于发酵罐中用蒸汽加热，达到预定灭菌温度后，维持一定时间，再冷却到发酵温度，然后接种发酵，又称分批灭菌。 8、升膜式蒸发器：真空蒸发设备，主要由加热室和汽液分离器组成，在真空状态下溶液在蒸发器的加热表面形成液膜，很快受热升温、汽化、浓缩。液膜与蒸发的二次气流方向相同称为升膜式蒸发器。 S x x ?-?=＝消耗基质的质量生成细胞的质量/s Y ?0V V =
生物反应器部分复习思考题 1、搅拌器轴功率 2、全挡板条件 3、装液系数 4、公称容积 5、如何评价通风发酵罐的性能? 6、如何计算通风发酵罐的壁厚（受内压或受外压）？ 7、简述机械搅拌通风发酵罐（TRC）的工作原理。 8、影响K Lα的主要因素有那些？如何提高发酵罐的K Lα？ 9、叙述气升式发酵罐（ALR）的工作原理及特点和应用？ 10、简述自吸式发酵罐的工作原理及优缺点和应用？ 11、发酵罐的换热装置形式有哪些及其各自特点？ 12、熟悉通用式机械搅拌发酵罐各个部件的名称。 13、某酶制剂厂细菌发酵罐直径D=2.4M，液深H =2.9M；装有四块挡板，两只圆盘六弯叶涡轮搅拌器，直径D =0.80M，间距S=1.5M，醪液粘度μ=9.8×10 N·sec/M ，密度ρ=1020 kg/M ，搅拌转速N=165rpm，通气量Q=12.7M /min，罐压P=0.2 MPa (绝对大气压)，三角皮带的效率是0.92，滚动轴承(两个)的效率是0.99，滑动轴承(一个)的效率是0.98，端面轴封增加的功率为1%，求轴功率Pg，并选择合适的电机和轴径。已知在充分湍流状态时，圆盘弯叶涡轮搅拌器的功率准数N = 4.7 。式中物理量的单位：P0 W ρ kg/M3 μ N·sec/M2 D M N rps 在不通气条件下两只圆盘弯叶涡轮搅拌器的输入搅拌功率是一只的1.77倍，即P2 /P1 =1.77 修正的迈凯尔公式: Pg=2.25×10 式中物理量的单位：Pg、P0 kW Q ml/min D cm N rpm 轴径：d = 120 (mm) 式中物理量的单位：Pg：kW n ：rpm d0：mm 14、简述酒精间歇发酵设备的结构?其洗涤和冷却装置有哪几种? 15、简述圆筒体锥底发酵罐的结构和特点。何为氨直冷?有何优点? 16、简述啤酒发酵锥形罐产生真空的原因。如何防止? 17、锥形发酵罐中发酵液如何进行对流和热交换？ 18、试设计一啤酒连续发酵的设备流程，说明各设备的作用。 19、何谓CIP? 啤酒发酵罐的CIP清洗系统由那些操作程序组成？ 20、植物细胞反应器有几类？ 21、动物细胞培养方法有哪些？细胞培养的操作方式有哪些？ 22、动物细胞大规模培养反应器有哪些？
生物医用纺织材料及其器件研究进展 生物医用纺织材料是生物医用材料的重要组成部分，是以纤维为基础、纺织技术为依托、医疗应用为目的的医用材料，用于临床诊断、治疗、修复、替换以及人体的保健与防护。生物医用纺织材料是纺织与材料、生物、医学及其他相关基础学科深度交叉融合产生的一类医用材料，其产品是医疗器械的一个重要组成部分，由各级食品药品监督部门监管。与服用和家用纺织品相比，生物医用纺织品研发流程长，产品审批手续复杂，故新产品注册上市所需时间更长。 生物医用纺织材料按来源分类可分为生物医用金属纤维( 如不锈钢丝缝合线) 、生物医用无机非金属纤维( 如氧化铝纤维) 和生物医用高分子纤维。其中，以高分子纤维居多。生物医用高分子纤维包括: 1) 天然高分子基生物医用纤维，含纤维状的天然物质直接分离、精制而成的天然纤维和用天然高分子为原料经化学和机械加工制成的纤维，如纤维素及其衍生物纤维( 氧化纤维素) 、甲壳素及其衍生物纤维、蚕丝和骨胶原纤维等; 2) 合成高分子基生物医用纤维，如聚酯、聚酰胺、聚烯烃、聚丙烯腈、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乳酸纤维等。 生物医用纺织材料纤维的主要成型方法有: 干法纺丝、湿法纺丝、熔融纺丝、干湿纺丝、乳液纺丝、凝胶纺丝等。不同的纺丝方法可获得不同的截面形态和直径尺度的纤维。截面形态包括圆形、三角、核壳及中空型等。根据不同的成型方法可获得从纳米级到毫米级的不同纤维尺度。熔融和湿法纺丝的纤维直径与大多数动植物细胞尺度相近，而静电纺丝纤维更接近于病毒的尺度。 生物医用纤维可经纺织手段制备成一维(线状)、二维(平面) 或三维(管状)纺织品。其手段主要是指机织、针织、编织、非织、静电纺及复合成型方法。实际研发过程中，常常根据医疗产品的需求，可选择1种或数种纺织手段来进行成型。生物医用纺织品具有规则的多孔结构且连续贯穿，表面拓扑形貌规则且易控，厚度可在1 × 102～ 1 × 107nm范围内调节。通过不同的纺织手段获得的纺织品，其力学性能各具特色且调节范围大。 生物医用纺织材料在临床上具有广泛的用途，可独立或参与制成人体器官或组织的替代物，不同的产品具有不同的医学功能。1) 支持运动功能: 人工关节、人工骨、人工肌腱等; 2) 血液循环功能: 人工心脏瓣膜、人工血管等; 3) 呼吸功能: 人工肺、人工气管、人工喉等; 4) 血液净化功能: 人工肾、人工肝等; 5) 消化功能:人工食管、人工胆管、人工肠等;6) 泌尿功能: 人工输尿管、人工尿道等; 7) 生殖
生物医用高分子材料
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生物医用高分子材料 08080４1０6 黄涛 摘要:: 阐述了生物医用高分子材料的应用研究与发展状况,综述了生物医用高分子材料的分类、特性及研究成果,展望了未来的生物医用高分子材料的发展趋势。 关键词: 生物医用高分子材料分类进展综述发展趋势 1 概述 在功能高分子材料领域，生物医用高分子材料可谓异军突起，目前已成为发展最快的一个重要分支。生物医用高分子材料指用于生理系统疾病的诊断、治疗、修复或替换生物体组织或器官，增进或恢复其功能的高分子材料。研究领域涉及材料学、化学、医学、生命科学。虽已有四十多年的研究历史，但蓬勃发展始于20世纪70年代。简单地说，所谓生物医用高分子材料( Ｐolｙ－meｒｉｃbio - maｔeｒiａls）是指在生理环境中使用的高分子材料,它们中有的可以全部植入体内，有的也可以部分植入体内而部分暴露在体外,或置于体外而通过某种方式作用于体内组织。 近十年来,由于生物医学工程、材料科学和生物技术的发展,医用高分子材料及其制品正以其特有的生物相容性、无毒性等优异性能而获得越来越多的医学临床应用。 ２生物医用高分子材料分类 生物医用高分子材料主要有天然生物材料和合成高分子材料。 2 . 1 天 然 生 物 材 料 天 然 生 物 材 料 是
并得到迅速推广应用的一类天然生物材料。由 家蚕丝脱胶后可得到纯丝素蛋 白 成分 , 丝素 蛋白是 一种优质 的生 物医 学材料 ,具有无刺良好的2 . 2 合成高分子材料 合成高分子材料因与人体器官组织的天然高分子有着极其相似的化学结构和物理性能 ,因而可以 植入人体 ，部分或全部取代有关器官。因此 ,在现代 医学领域得到了最为广泛的应用 ,成为现代医学的重要支柱材料。与天然生物材料相比 ,合成高分 子材料具有优异的生物相容性 ，不会因与体液接触 而产生排斥和致癌作用 ,在人体环境中的老化不明 显。通过选用不同成分聚合物和添加剂 ,改变表面 活性状态等方法可进一步改善其抗血栓性和耐久性 ,从而获得高度可靠和适当有机物功能响应的生 物合成高 分子材 料。目 前 ，使用于人体植入产品的高分子合成材料 包 括聚环氧聚聚乙聚乳 目前为止 ,开发的具有生态可降解性的高分子材料主要以国外产品为主 ,国内这方面还远远不能 满足需要 ，尚处于国外产品的复制和仿制阶段。聚 乳酸类高分子是目前已开发应用于生命科学新增长 点 ———组织工程的生物可降解材料。一般以组织工程为应用目的的生物材料应符合 1) 表面能使细胞黏附并生长 ; 2 ) 植入 体内后 ,高分子材料及其降解产物不会引起炎症及 毒副作用 ;3) 材料能加工成三维结构 ;４) 为了保证细 胞2高分子反应能大面积进行 ,并提供细胞外再生的 足够空间 ,且在体外人工培养时有最小的扩散 ,材料 孔隙率不得降低于 90 ％ ; 5) 在完成组织再生后 ，高 分子能立即被机体吸收 ; 6） 高分子支架的降解速率 应控制在与不同组织细胞再生速度相匹配。对聚乳 酸高分子材料进行的研究 ,在力求符合上述要求时已形成了多种品种 ,如未经编织的单纤维合成材料 , 经编织的网状合成材料 ,具有包囊的多孔海绵状材 料等。尽管如此 ,目前应3 生物医用高分子材料特性 人们常 用的医用高分子 材料
一、生物相容性概念 1、生物相容性是生物医用材料与人体之间相互作用产生各种复杂的生物、物 理、化学反应的一种概念。 2、生物相容性是生物材料研究中始终贯穿的主题。按ISO会议的解释: 生物 相容性是指生命体组织对非活性材料产生反应的一种性能。一般是指材料与宿主之 间的相容性, 包括组织相容性和血液相容性。 二、生物相容性两大原则 1、生物安全性原则 2、生物功能性原则 三、生物安全性原则 1、生物安全性原则 目的在于消除生物材料对人体器官的破坏性,比如细胞毒性和致癌性 2、生物材料对于宿主是异物．在体内必定会产生某种应答或出现排异现象。生物 材料如果要成功．至少要使发生的反应被宿主接受，不产生有害作用。因此要对生物材料进行生物安全性评价，即生物学评价。 四、生物功能性准则 1、是指其在特殊应用中“能够激发宿主恰当地应答”的能力。 2、随着对生物材料生物相容性的深入研究，人们发现不仅要对生物材料的毒副作 用要进行评价，还要进一步评价生物材料对生物功能的影响。 五、生物学反应；血液反应、免疫反应、组织反应 1、血液反应 血小板血栓 凝血系统激活 纤溶系统激活 溶血反应 白细胞反应 细胞因子反应 蛋白黏附 2、免疫反应 补体系统激活 体液免疫反应 细胞免疫反应 3、组织反应 炎症反应 细胞黏附 细胞增值 形成囊膜
细胞质的转变 六、材料反应：物理性质变化、化学性质变化 1、引起生物医用材料变化的因素 生理活动中骨骼、关节、肌肉的力学性动态运动； 细胞生物电、磁场和电解、氧化作用； 新陈代谢过程中生物化学和酶催化反应； 细胞黏附吞噬作用； 体液中各种酶、细胞因子、蛋白质、氨基酸、多肽、自由基对材料的生物降解作用。 2、引起生物体反应的因素 材料中残留有毒性的低分子物质； 材料聚合过程残留有毒性、刺激性的单体； 材料及制品在灭菌过程中吸附了化学毒剂和高温引发的裂解产物； 材料和制品的形状、大小、表面光滑程度； 材料的酸碱度 七、生物相容性分类：血液相容性、组织相容性（一般生物相容性） 1、血液相容性： 材料用于心血管系统与血液直接接触，主要考察与血液的相互作用； 2、组织相容性： 材料与心血管系统外的组织和器官接触，主要考察与组织的相互作用。 3、血液相容性要求： 抗血小板血栓形成； 抗凝血性； 抗溶血性； 抗白细胞减少性； 抗补体系统抗进性； 抗血浆蛋白吸附性； 抗细胞因子吸附性. 4、组织相容性要求 细胞黏附性； 无抑制细胞生长性； 细胞激活性； 抗细胞原生质变化性； 抗炎症性； 无抗原性； 无诱变性； 无致癌性； 无致畸性。 八、1、组织相容性的两个问题：生物医用材料与炎症；生物医用材料与肿瘤。 2、血液相容性的两个问题：生物医用材料与血小板；生物医用材料与补体系统。 九、造成细菌性感染的原因有以下几点：
生物工程设备部分题型和答案 为什么发酵培养基灭菌采用湿热灭菌法？ 湿热灭菌是利用高饥寒和蒸汽将物料的温度升高使微生物体内的蛋白量变性进行灭菌的一种方法。工业发酵培养基灭菌的特点是数目多；含有良多固体物质；灭菌后要有利生产菌的成长；便利易行及价格廉价。由于蒸汽冷凝时会放出大量潜热，并具有很强的穿透力，灭菌效果好；蒸汽来源及控制操作条件方便，适用于工业发酵培养基的灭菌。影响因素：培养基成分、起泡水平、造就基颗粒大小、罐内空气消除、搅拌混合匀称等。 连续消毒灭菌法：当时将筹备好的空罐消好，而后把配制好的培育基经由专用的消毒装备，用泵连续进前进料消毒，冷却的灭菌方式叫持续消毒灭菌法。特点：连续性强，倏地灭菌消毒，培养基养分成分损坏少，适用于大容积发酵罐物料的连续灭菌消毒。但由于附加设备多，操作环节多，因而染菌机遇增长，染菌面波及普遍。操作要害：（1）连消设备无泄露，无梗塞，无死角，保障在管路消毒进程中总管，支管灭菌彻底；（2）打料过程中严格控制打料流速及打料温度，严格控制开冷却水时间；（3）打料结束后避免物料长时间在管路中滞留，要及时压出或及时接种。 试述高温短时灭菌的原理：用直接高温蒸汽灭菌，蒸汽在冷凝时释放大量的潜热，蒸汽具有强大的穿透力，蒸汽的湿热破坏菌体蛋白质和核酸的化学键，使酶失活，微生物代谢阻碍而死亡。并分析连续消毒灭菌特点：1提高产量，设备利用率高。2与分批灭菌比较，培养液受热时间短，培养基营养成分破坏少。3产品质量易控制，蒸汽负荷均衡，操作方便。4降低劳动强度，适用于自动控制。 从工程水平考虑，怎样提高供氧速率？ 提高空气流量；改变搅拌桨情势；提高搅拌转速和桨径；提高氧分压；改革培养基性质。 试述旋风分离器的工作原理，至少列举其两种用途。 旋风分离器是一种利用离心力沉降原理自气流中分离出固体颗粒的设备。从进口进入含有物料的气流，沿内壁一面做旋转运动，一面下降，达到圆锥底部后，旋转直径逐渐减小，根据动量守恒定律，旋转速度逐渐增加，使气流中的离子受到更大的离心力。离子由于离心力的作用，使它从旋转气流中分离。沿着旋风分离器的内壁面下落而被分离。气流到达圆锥部下端附近就开始反转，在中心部逐渐旋转上升，最后从上出口排出。 旋风分离器设备的主要功能是尽可能除去输送介质气体中携带的固体颗粒杂质和液滴，达到气固液分离，以保证管道及设备的正常运行。 生物反应器根据能量传递方式可以分为那些类别？通过机械搅拌输入能量的搅拌式发酵罐、利用气体喷射动能的气升式发酵罐和利用泵对液体的喷射作用使液体循环的喷射环流式发酵罐等。 发酵罐：罐体，搅拌器，挡板，消泡器，变速装置，联轴器和轴承，空气分布装置，轴封。 罐体：盛装物料；冷却管：冷却物料；搅拌轴：带动搅拌器旋转；搅拌器作用：使气泡
刘熙高分子092班 5701109065 生活中的高分子材料 ——医用高分子材料 摘要：我国医用高分子材料的研究起步较早、发展较快。医用高分子材料指用于生理系统疾病的诊断、治疗、修复或替换生物体组织或器官,增进或恢复其功能的高分子材料。医用高分子材料属于一种特殊的功能高分子材料，通常用于对生物体进行诊断、治疗、以及替换或修复、合成或再生损伤组织和器官，具有延长病人生命、提高病人生存质量等作用。 关键词：生物医用高分子材料 科技关爱健康，医用高分子材料的应运而生是医疗技术发展史上的一次飞跃。高分子材料充分体现了人类智慧，是人类科学技术的重要科技进步成果之一。高分子材料：macromolecular material，以高分子化合物为基础的材料。高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，高分子是生命存在的形式。所有的生命体都可以看作是高分子的集合。 而医用高分子材料是一类可对有机体组织进行修复、替代与再生, 具有特殊功能作用的合成高分子材料, 可以利用聚合的方法进行制备, 是生物医用材料的重要组成之一。由于医用高分子材料可以通过组成和结构的控制而使材料具有不同的物理和化学性质, 以满足不同的需求, 耐生物老化, 作为长期植入材料具有良好的生物稳定性和物理、机械性能, 易加工成型, 原料易得, 便于消毒灭菌, 因此受到人们普遍关注, 已成为生物材料中用途最广、用量最大的品种, 近年来发展需求量增长十分迅速。目前全世界应用的90多个品种, 西方国家消耗的医用高分子材料每年以10%～20%的速度增长。以美国为例, 每年有数以百万计的人患有各种组织、器官的丧失或功能障碍, 需进800万次手术进行修复, 年耗资超过400亿美元, 器官衰竭和组织缺损所需治疗费占整个医疗费用的一半。随着人民生活水平的提高和对生命质量的追求, 我国对医用高分子材料的需求也会不断增加。