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1、生物医用高分子材料第二章现在学习的是第1页，共104页内容内容第一章第一章 绪论绪论第二章第二章 高分子和生物体系的相互作用高分子和生物体系的相互作用第三章第三章 生物相容性材料生物相容性材料第四章第四章 人工器官用材料人工器官用材料第五章第五章 医疗诊断用高分子材料医疗诊断用高分子材料第六章第六章 药物缓释药物缓释第七章第七章 材料的安全性评价材料的安全性评价第八章第八章 介绍医用高分子材料的构造、形态、机能介绍医用高分子材料的构造、形态、机能 和医用材料的设计和医用材料的设计 现在学习的是第2页，共104页第二章第二章 高分子和生物体的相互作用高分子和生物体的相互作用2.1 2.1 医用高
2、分子的基本功能医用高分子的基本功能v医医用用高高分分子子材材料料多多用用于于人人体体，直直接接关关系系到到人人的的生生命命和和健健康康，因因此此对对医医用用高高分分子子材材料料的的性性能能有有一一些些一一般般，但但相相对对于于通通用用高高分分子子材材料料特特殊的要求。殊的要求。安安全全性性、物物理理化化学学和和机机械械性性能能、适适应应性性、特殊功能。、特殊功能。第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第3页，共104页第二章第二章 高分子和生物体的相互作用高分子和生物体的相互作用2.1 2.1 医用高分子的基本功能医用高分子的基本功能v 物理功能物理功能v 物理化学功能物理化学功能v 生物
3、体适应的种类生物体适应的种类第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第4页，共104页 生生物物医医用用材材料料设设计计和和制制造造的的目目的的:就就是是能能够够代代替替脏脏器器的的功功能能，或或具具有有与与脏脏器器相相对对应的功能。应的功能。目目前前，合合成成医医用用材材料料的的物物理理和和化化学学性性能一般都能够达到所必须的要求；能一般都能够达到所必须的要求；还还必必须须具具有有更更高高层层次次的的性性能能，如如考考虑虑与与生物体成分的相互作用等。生物体成分的相互作用等。第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第5页，共104页生物功能性分类生物功能性分类物理功能物理功能物理化学功能物
4、理化学功能高层次生物功能高层次生物功能第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第6页，共104页生物功能性分类生物功能性分类-1-1v物理功能物理功能 内容内容 应用举例应用举例 强度支持，构造保持强度支持，构造保持 人工骨，人工牙人工骨，人工牙 齿，人工关节齿，人工关节 被覆，锁闭被覆，锁闭 损伤皮肤表面，组织损损伤皮肤表面，组织损 伤部位闭合，缝合线，伤部位闭合，缝合线，卡钉，骨钉卡钉，骨钉第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第7页，共104页生物功能性分类生物功能性分类-1-1v物理功能物理功能 内容内容 应用举例应用举例 管道，泵，瓣膜，管道，泵，瓣膜，人工血管，人工食道，人工
5、血管，人工食道，阀阀 人工气管，分路器，人人工气管，分路器，人 工心脏，人工瓣膜工心脏，人工瓣膜 电学性质电学性质 探测器探测器 光学性质光学性质 人工眼球，隐形眼镜人工眼球，隐形眼镜第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第8页，共104页生物功能性分类生物功能性分类-2-2v化学功能化学功能 内容内容 应用举例应用举例第二章第二章 相互作用相互作用接合，填充，接合，填充，物质移动，物质移动，选择吸附选择吸附 骨水泥，医用粘合剂骨水泥，医用粘合剂，血液净化，人工肺，隐形眼镜血液净化，人工肺，隐形眼镜人工肝，免疫吸附人工肝，免疫吸附现在学习的是第9页，共104页生物功能性分类生物功能性分类-
6、3-3v高层次生物功能高层次生物功能 内容内容 应用举例应用举例第二章第二章 相互作用相互作用化学测量，化学测量，化学反应，化学反应，生物功能生物功能生物传感器，生物传感器，生物反应器，生物反应器，杂化人工器官杂化人工器官现在学习的是第10页，共104页2.1.1 物理机能物理机能vA 力学性质力学性质 医用材料的种类很多，如人工器官、软组织医用材料的种类很多，如人工器官、软组织材料、硬组织材料，牙科、骨科、整形外科等用材料、硬组织材料，牙科、骨科、整形外科等用的材料，都要求具有一定的力学性能。的材料，都要求具有一定的力学性能。研究生物材料力学性能的专门学科研究生物材料力学性能的专门学科生物生
7、物力学。力学。第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第11页，共104页2.1.1 物理机能物理机能vA 力学性质力学性质 生物力学生物力学是应用力学原理和方法对生物体中的是应用力学原理和方法对生物体中的力学问题定量研究的生物物理学分支。其研究范围力学问题定量研究的生物物理学分支。其研究范围从生物整体到系统、器官从生物整体到系统、器官(包括血液、体液、脏器、包括血液、体液、脏器、骨骼等骨骼等)，从鸟飞、鱼游、鞭毛和纤毛运动到动物，从鸟飞、鱼游、鞭毛和纤毛运动到动物体液的输运等。体液的输运等。第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第12页，共104页2.1.1 物理机能物理机能vA 力学
8、性质力学性质 生物力学生物力学的基础是能量守恒、动量定律、质的基础是能量守恒、动量定律、质量守恒三定律并加上描写物性的本构方程。生物量守恒三定律并加上描写物性的本构方程。生物力学研究的重点是与生理学、医学有关的力学问力学研究的重点是与生理学、医学有关的力学问题。题。第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第13页，共104页2.1.1 物理机能物理机能vA 力学性质力学性质 生物力学生物力学根据研究对象的不同可分为生物流根据研究对象的不同可分为生物流体力学、生物固体力学和运动生物力学等。体力学、生物固体力学和运动生物力学等。医用高分子材料所涉及的力学性质属于医用高分子材料所涉及的力学性质属于
9、“生物固体力学生物固体力学”范围。范围。第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第14页，共104页人工牙齿人工牙齿 第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第15页，共104页人工股骨置换人工股骨置换 第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第16页，共104页骨科用的材料要求具有比较高的强度。骨科用的材料要求具有比较高的强度。粘弹性粘弹性高分子材料。高分子材料。开开裂裂变变形形：在在一一定定的的负负荷荷应应力力作作用用下下，材材料随着时间的变形现象。料随着时间的变形现象。应力松弛应力松弛粘弹性材料应力速度依赖性。粘弹性材料应力速度依赖性。第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第1
10、7页，共104页第二章第二章 相互作用相互作用表表2-2 人体牙齿、牙周支持组织的弹性模量及泊松比与部人体牙齿、牙周支持组织的弹性模量及泊松比与部分高分子材料的比较分高分子材料的比较材料材料弹性模量弹性模量（GPa）泊松比泊松比材料材料弹性模量弹性模量（GPa）泊松比泊松比牙齿牙齿20.290.3尼龙尼龙2.80.4皮质骨皮质骨23.230.3硬橡胶硬橡胶2.80.43松质骨松质骨78.40.3低压聚乙烯低压聚乙烯0.9牙周膜牙周膜0.0690.45聚砜聚砜2.5聚碳酸酯聚碳酸酯2.2现在学习的是第18页，共104页vB 涂覆和修复机能涂覆和修复机能 皮肤表面损伤后的涂覆和损伤裂口的修复。皮肤
11、表面损伤后的涂覆和损伤裂口的修复。材材料料的的要要求求：强强度度要要求求不不高高，但但要要求求具具有有一一定定的的柔柔软软性性，皮皮肤肤涂涂覆覆材材料料与与正正常常皮皮肤肤的的伸缩性的要求。伸缩性的要求。材料的来源：生物由来的材料比较合适。材料的来源：生物由来的材料比较合适。第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第19页，共104页第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第20页，共104页生生物物软软组组织织与与合合成成高高分分子子材材料料的的最最大大区区别别：生物体软组织材料的水分含量特别高。生物体软组织材料的水分含量特别高。第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第21页，共10
12、4页损损伤伤部部位位的的修修复复材材料料是是与与生生物物体体本本身身的的组组织织进进行行物物理理结结合合。例例如如缝缝合合线线，目目前前用用生生物物可可降降解解性性材材料料，在在伤伤口口愈愈合合后后自自身身降降解，被生物体吸收。解，被生物体吸收。第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第22页，共104页vC 导管、泵类导管、泵类人工血管，食管和人工血管，食管和气管等要求必须具有一气管等要求必须具有一定的柔软性。特别是人定的柔软性。特别是人工血管和气管必须与宿工血管和气管必须与宿主材料的力学特性一致。主材料的力学特性一致。所使用材料的弹性也需所使用材料的弹性也需要一致。要一致。第二章第二章
13、相互作用相互作用现在学习的是第23页，共104页Lifespan膨膨体聚氟乙烯体聚氟乙烯（ePTFE）人工血管人工血管第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第24页，共104页Albograft涤纶人工血管涤纶人工血管第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第25页，共104页第二章第二章 相互作用相互作用人工血管一般有三个基本性能人工血管一般有三个基本性能 强度。强度。孔度：孔度：在在120mmHg（1mmHg=01133kPa）压力）压力下，每平方厘米人工血管每分钟漏血量称为孔度。下，每平方厘米人工血管每分钟漏血量称为孔度。顺应性顺应性：人体动脉管腔随血压变化而出现的人体动脉管腔随血
14、压变化而出现的“脉脉动动”对稳定血流起着重要作用。同样，人工血管对稳定血流起着重要作用。同样，人工血管管壁也应具备随血流压力出现相应的收缩和舒张管壁也应具备随血流压力出现相应的收缩和舒张能力，这种在压力变化下出现的容积变化称为顺能力，这种在压力变化下出现的容积变化称为顺应性。应性。现在学习的是第26页，共104页第二章第二章 相互作用相互作用顺应性顺应性表表2-3 各类人工血管材料顺应性各类人工血管材料顺应性名称名称顺应性顺应性(%)针织涤纶针织涤纶1.97凝胶涂层涤纶凝胶涂层涤纶0.90机织涤纶机织涤纶0.80聚氨酯聚氨酯(中孔型中孔型)2.90标准标准ePTFE0.22薄型薄型ePTFE0
15、.60人体股动脉人体股动脉4.10现在学习的是第27页，共104页vD 电性能电性能对对生生物物体体组组织织直直接接使使用用电电刺刺激激时时，使使用用金金属属导导线线，与与体体液液等等必必须须绝绝缘缘，因因此此在在金金属属材材料表面必须有高分子材料绝缘。料表面必须有高分子材料绝缘。第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第28页，共104页vE 光学性能光学性能眼眼科科用用的的高高分分子子材材料料。要要求求材材料料的的光光学学性性能能与与眼眼睛睛某某些些部部位位的的一一致致。包包括括角角膜膜和和水水晶晶体体的的曲曲折折率率、曲曲率率半半径径和厚度：和厚度：第二章第二章 相互作用相互作用现在学
16、习的是第29页，共104页曲折率：曲折率：水晶体水晶体1.386-1.406，角膜角膜 1.376，泪液泪液=房水房水=销子体销子体=1.336。高分子材料高分子材料PMMA的曲折率为的曲折率为1.49。第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第30页，共104页第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第31页，共104页2.1.2 物理化学机能物理化学机能vA 接合、填充接合、填充使使用用生生物物接接合合剂剂的的领领域域：血血管管外外科科、消消化化器器外外科科、形形成成外外科科、脑脑神神经经外外科科、整整形形外外科、牙科等领域。科、牙科等领域。第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第
17、32页，共104页2.1.2 物理化学机能物理化学机能接合的机理：接合的机理：一次结合力：共有结合，一般是化学结合一次结合力：共有结合，一般是化学结合二次结合力：主要是氢键和分子间的相互二次结合力：主要是氢键和分子间的相互作用力；作用力；三次结合力：一般是指机械的镶嵌等。三次结合力：一般是指机械的镶嵌等。第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第33页，共104页第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第34页，共104页vB 物质的移动物质的移动血血液液中中病病因因物物质质如如尿尿素素、肌肌肝肝等等清清除除用用的的血血液液透透析析膜膜。血血液液中中二二氧氧化化碳碳清清除除的的人人工工肺肺
18、等等。牵牵涉涉到到物物质质的移动。的移动。第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第35页，共104页v扩散系数：扩散系数：JA=-DAdcA/dZ=-DA(c1-c2)/ZM 这里这里DA为扩散系数（为扩散系数（Diffusion coefficient），），dcA/dZ为为Z方向的浓度微方向的浓度微分，分，ZM膜的厚度，膜的厚度，c1，c2分别为膜两分别为膜两边的浓度。边的浓度。第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第36页，共104页第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第37页，共104页vC 选择性吸附选择性吸附医用材料表面对蛋白质的吸附。医用材料表面对蛋白质的吸附。La
19、ngmuir式式 v=vm*ac/(1+ac)Freundlich式式 v=ac1/bFrumkin-Chomkin式式 v=a*ln(bc)这里这里v为吸附量，为吸附量，vm为平衡吸附量；为平衡吸附量；a、b、c均为系数。均为系数。高分子材料表面对蛋白质的吸附一般为高分子材料表面对蛋白质的吸附一般为Langmuir吸附。吸附。第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第38页，共104页第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第39页，共104页v吸附分离是利用吸附剂和被分离物吸附分离是利用吸附剂和被分离物质的分子间的相互作用达到对该物质的分子间的相互作用达到对该物质的吸附分离。质的吸附分
20、离。Van der WaalsVan der Waals力和力和静电力利用的非特异性分离，多孔性静电力利用的非特异性分离，多孔性的非特异分离。有时也存在一定的特的非特异分离。有时也存在一定的特异分离。发生化学结合一般都是特异异分离。发生化学结合一般都是特异性分离。性分离。第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第40页，共104页2.1.3 生物体适应的种类生物体适应的种类第二章第二章 相互作用相互作用 根据生物进化学说，发展到今天的生物都具有高度根据生物进化学说，发展到今天的生物都具有高度的适应性，也就是说生物体的结构与功能是适应的，它的适应性，也就是说生物体的结构与功能是适应的，它对内能
21、协调统一对内能协调统一，对外能适应复杂多变的环境对外能适应复杂多变的环境。DNADNA分子分子独特的双螺旋结构，适应它的两个重独特的双螺旋结构，适应它的两个重要功能，即要功能，即自我复制自我复制遗传信息的传递，遗传信息的传递，控制蛋白质控制蛋白质的合成的合成遗传信息的表达。遗传信息的表达。现在学习的是第41页，共104页2.1.3 生物体适应的种类生物体适应的种类第二章第二章 相互作用相互作用 动物的适应动物的适应:保护色、警戒色、拟态保护色、警戒色、拟态 现在学习的是第42页，共104页2.1.3 生物体适应的种类生物体适应的种类v适应性适应性 种类种类 方法方法 表面的表面的 非刺激性非刺
22、激性 材料表面性质的控制材料表面性质的控制 （抗血栓性）（抗血栓性）抗血栓性物质的利用抗血栓性物质的利用 组织接着性组织接着性 软组织接着表面的形成软组织接着表面的形成 硬组织接着表面的形成硬组织接着表面的形成 本体的本体的 力学整合性力学整合性 柔软性、刚直性、强度柔软性、刚直性、强度 设计的调和性设计的调和性 置入材料置入材料 第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第43页，共104页2.2 生体反应生体反应是指生物体与材料的相互作用。高分是指生物体与材料的相互作用。高分子材料溶出的低分子量物质，会引起生物子材料溶出的低分子量物质，会引起生物体的全身反应。体的全身反应。v2.2.1生物
23、相容性的概念生物相容性的概念生物体与材料之间的相互作用就是与生生物体与材料之间的相互作用就是与生物相容性相关的问题。物相容性相关的问题。第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第44页，共104页v生物相容性是研究生物材料时最先而又为生生物相容性是研究生物材料时最先而又为生物材料学专家们所观注的课题，前面生物安物材料学专家们所观注的课题，前面生物安全性指标中涉及的，如材料的溶血性、过敏全性指标中涉及的，如材料的溶血性、过敏性、皮内刺激、包埋实验、骨髓细胞微核试性、皮内刺激、包埋实验、骨髓细胞微核试验和细胞培养实验等内容，实际上也属于生验和细胞培养实验等内容，实际上也属于生物相容性的范畴。物相
24、容性的范畴。第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第45页，共104页v生物相容性的具体内容最初仅指材料表面的生物相容性的具体内容最初仅指材料表面的抗凝性，但随着人工肾和血液净化治疗的发抗凝性，但随着人工肾和血液净化治疗的发展，由于血液透析过程中出现展，由于血液透析过程中出现“首次使用综首次使用综合症，合症，FUS”，因而对生物材料，特别是分离膜，因而对生物材料，特别是分离膜的生物相容性便逐渐扩大到对机体免疫系统的的生物相容性便逐渐扩大到对机体免疫系统的影响及其临床后果等范围。影响及其临床后果等范围。第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第46页，共104页Biocompatibili
25、tytestingvBiocompatibilitytestingisanintegralpartofbiomaterials.Ifthepartworksperfectlyinthelab,butcausesdamageonceinsidethebody,theeffectscouldbecatastrophic.Testingrangesfromtheverysimplebloodtesttomoreintricatetestingwithtissuecultures.第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第47页，共104页生物相容性的定义生物相容性的定义v1994年在生物相容性统一
26、观点的会议记录中，年在生物相容性统一观点的会议记录中，建议生物相容性可定义为：建议生物相容性可定义为：“在特殊应用中，在特殊应用中，材料、医用装置，或治疗系统能完成其功能，材料、医用装置，或治疗系统能完成其功能，但又不会在临床上明显地引起宿主的反应但又不会在临床上明显地引起宿主的反应”。v与血液接触的生物材料，主要是血液相容性与血液接触的生物材料，主要是血液相容性第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第48页，共104页v材料表面在与血液接触时，机体的材料表面在与血液接触时，机体的凝血系凝血系统，统，溶纤系统，溶纤系统，激肽系统和激肽系统和补体系补体系统将产生一系列的防御反应，各系统之间统
27、将产生一系列的防御反应，各系统之间又有相关联的反应，其中补体在血液净化又有相关联的反应，其中补体在血液净化过程中因活化而产生的过程中因活化而产生的C3b,iC3b,C5a,和和C5a des arg等降解产物会进一步引起一系列等降解产物会进一步引起一系列的临床过敏反应和后果。的临床过敏反应和后果。第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第49页，共104页第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第50页，共104页第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第51页，共104页第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第52页，共104页v血液血液生物材料相互作用的测定表明有生物材料相互作用
28、的测定表明有关的特征是蛋白吸附、血小板反应、内源关的特征是蛋白吸附、血小板反应、内源性凝血、纤溶活化、红细胞、白细胞和补性凝血、纤溶活化、红细胞、白细胞和补体激活。影响临床应用的是生物材料血液体激活。影响临床应用的是生物材料血液反应的因素是生物材料的结构、抗血栓物反应的因素是生物材料的结构、抗血栓物质，疾病和药物治疗所决定的病人状态。质，疾病和药物治疗所决定的病人状态。生物材料的评价方法采用临床、体内、半生物材料的评价方法采用临床、体内、半体内和体外方法，材料的开发用半体内和体内和体外方法，材料的开发用半体内和体外方法。体外方法。第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第53页，共104页第
29、二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第54页，共104页v(1)抗凝性抗凝性血液在与材料表面接触时：血液在与材料表面接触时：材料表面很快吸附一层血蛋白，如能引起血细胞粘材料表面很快吸附一层血蛋白，如能引起血细胞粘附的白蛋白，纤维连接素，或引起止血和形成血栓的附的白蛋白，纤维连接素，或引起止血和形成血栓的纤维蛋白原、纤维蛋白、凝血酶、接触因子纤维蛋白原、纤维蛋白、凝血酶、接触因子、高分、高分子量激肽酶原子量激肽酶原Von Wilkbrand因子，或引起炎症和因子，或引起炎症和免疫反应的球蛋白、免疫复合因子、补体碎片免疫反应的球蛋白、免疫复合因子、补体碎片C3b。这些血蛋白在材料表面相互之间进
30、行着动态的解吸和。这些血蛋白在材料表面相互之间进行着动态的解吸和再吸附的竞争。随着时间延长和其它因素的影响，被牢再吸附的竞争。随着时间延长和其它因素的影响，被牢固吸附的血蛋白的构象发生改变。固吸附的血蛋白的构象发生改变。第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第55页，共104页v(1)抗凝性抗凝性血液在与材料表面接触时：血液在与材料表面接触时：血小板和白细胞粘附在构象改变蛋白吸血小板和白细胞粘附在构象改变蛋白吸附层上形成血小板栓子，附层上形成血小板栓子，进一步将凝血系统活化并导致凝血酶产生和进一步将凝血系统活化并导致凝血酶产生和形成纤维蛋白。形成纤维蛋白。第二章第二章 相互作用相互作用现在
31、学习的是第56页，共104页第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第57页，共104页v血液动力学的情况直接影响到血栓的大小、在血液动力学的情况直接影响到血栓的大小、在血液净化系统中形成的部位，血栓的结构及其血液净化系统中形成的部位，血栓的结构及其碎裂情况。碎裂情况。v在产生湍流的部位，如连接处、分离器内、在产生湍流的部位，如连接处、分离器内、血流管路缩小和分枝部位会形成大块的血血流管路缩小和分枝部位会形成大块的血栓沉积物，甚至可将整个循环系统堵塞。栓沉积物，甚至可将整个循环系统堵塞。第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第58页，共104页v(2)对免疫系统的影响对免疫系统的影响“首
32、次使用综合症首次使用综合症”就是在使用铜芬膜后就是在使用铜芬膜后发现的，表现在引起机体产生一系列防御反应，发现的，表现在引起机体产生一系列防御反应，临床表现为轻者恶心、呕吐、胸痛、呼吸困难、临床表现为轻者恶心、呕吐、胸痛、呼吸困难、皮疹、麻疹等过敏反应，重者则呈过敏性休克皮疹、麻疹等过敏反应，重者则呈过敏性休克和其它病症。和其它病症。Ringoir和和Vanholder在在1992年的综述性文章年的综述性文章中，曾明确提出应当拒绝把铜芬膜一类的血中，曾明确提出应当拒绝把铜芬膜一类的血液净化膜用于临床。液净化膜用于临床。第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第59页，共104页第二章第二章
33、相互作用相互作用现在学习的是第60页，共104页第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第61页，共104页BiomaterialvThedefinitionofabiomaterialcoversabroadarea.Infact,anynaturalorsyntheticmaterialthatinterfaceswithlivingtissueand/orbiologicalfluidsmaybeclassifiedasabiomaterial.Evencommonmaterialssuchaspolyesterhaveshownusefulnessinsomebiomedicalap
34、plications第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第62页，共104页BiocompatibilityvInordertodefinebiocompatibility,itmaybeeasiertodefinewhatitisnot,ratherthanwhatitis.Abiocompatiblematerialdisruptsnormalbodyfunctionsaslittleaspossible.Therefore,thematerialcausesnothrombogenic,toxic,orallergicinflammatoryresponsewhenthemater
35、ialisplacedinvivo.Thematerialmustnotstimulatechangesinplasmaproteinsandenzymesorcauseanimmunologicreaction,norcanitinstigatecarcinogenic,mutagenic,orteratogenic(grosstissuechange)effects.第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第63页，共104页PolymersvPolymersconsistofsmallrepeatingunits,orisomers,strungtogetherinlongchains
36、.Theflexiblestructureofpolymershasenabledthisgroupofmaterialstobeusefulinapplicationsfromplasticgarbagebagstorubbertires.EvenDNAhasfoundthisstructureuseful,storinggeneticinformationinthousandsuponthousandsofrepeatingsequencesofpolymers.Inmanymaterials,processingconditionscaninducethepolymerchainstol
37、inkwitheachotheralongthelengthofthechaintoproduceawidevarietyofmechanicalproperties.Thisisknownascross-linking.Cross-linkingcanincreasethedensityofmaterialstoimprovetheirstrengthandhardness;however,cross-linkedmaterialsoftenlosetheirflexibilityandbecomemorebrittle.Theseparametersareeasilyvariedinord
38、ertosuitcurrentbiomedicalapplications.第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第64页，共104页polyethylene(PE)vThewideuseofpolyethylene(PE)inmedicineillustratestheversatilitytypicalofapolymer.Dependingontheprocessingofthematerial,PEcanbeelasticandflexible,orhardandsmooth.Low-densitypolyethyleneservesastubingincatheters,whil
39、eultra-high-molecular-weight(UHMW)polyethyleneisoneofthemajorarticulatingsurfacesusedintotalhiporkneereplacements.ThesmoothsurfaceofUHMWcreatesextremelylowfrictionwithothermaterialsandincreasesthedurabilityoftheartificialjointexponentially.第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第65页，共104页HydrogelsvHydrogelscomprisean
40、othersubdivisionofthisuniquegroupofmaterials.Thesepolymerstructuresformahydrophiliccross-linkednetworkthatswellsinwateruntilanequilibriumisreachedbetweentheretractiveforceofthenetworkandthethermodynamicswellingforce.Theycanexistashomopolymers,copolymers,ormultipolymersthatareionicallyneutral,anionic
41、,cationicorampholytic.Ingeneral,hydrogelsexhibitgoodbiocompatibility,lowdegradation,andprocessingease.Hydrogelscanbeproducedwithawiderangeofswellingcharacteristics,whichplayamajorroleindeterminingsolutediffusionrates,surfaceproperties,refractiveindexes,andmechanicalcharacteristics.Cellulosederivativ
42、essuchaspoly(vinylalcohol)(PVA),poly(ethyleneglycol)(PEG),andpoly(N-vinyl2-pyrrolidone)(PNVP)swelltoahigherdegreethanpoly(hydroxyethylmethacrylate)(PHEMA)anditsderivatives.第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第66页，共104页BiodegradablePolymersvNaturalandsyntheticbiodegradablepolymershaveemergedinthefieldasreliableande
43、ffectivematerialsforpurposesthatrequireonlytemporarystabilityinordertosupporttissueingrowth.Biodegradablepolymersdegradewhenplacedinthebodywhileallowingfunctionaltissuetogrowinitsplace.Themechanismofdegradationforthesetypesofpolymersincludeshydrolyticinstability,hydration,molecularbackbonecleavage,l
44、ossofmolecularweight,andsolubilization.第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第67页，共104页生物相容性及安全性生物相容性及安全性v医用高分子首先应考虑的是该材料的生物安全医用高分子首先应考虑的是该材料的生物安全性和材料的生物相容性。性和材料的生物相容性。v用途不同，对医用高分子材料生物相容性的要求用途不同，对医用高分子材料生物相容性的要求也有区别，如血液接触材料，血液相容性就变得也有区别，如血液接触材料，血液相容性就变得特别重要，如血小板粘附。特别重要，如血小板粘附。第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第68页，共104页v随着对医用材料安
45、全性和有效性的要求愈来愈随着对医用材料安全性和有效性的要求愈来愈严格，和现代技术的不断发展，对医用高分子严格，和现代技术的不断发展，对医用高分子材料生物安全性的评价指标也在不断扩大，生材料生物安全性的评价指标也在不断扩大，生物相容性设计的内容也在扩大。物相容性设计的内容也在扩大。第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第69页，共104页安全性生物学评价内容安全性生物学评价内容细胞毒性细胞毒性致敏致敏刺激刺激全身急性毒性全身急性毒性溶血溶血热原热原遗传毒性、致癌性及生殖毒性遗传毒性、致癌性及生殖毒性植入植入血液相容性血液相容性第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第70页，共104页急急
46、性性全全身身毒毒性性第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第71页，共104页第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第72页，共104页溶血溶血第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第73页，共104页第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第74页，共104页第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第75页，共104页蛋白吸蛋白吸附附生生 物物 材材 料料体内凝聚体内凝聚白细胞白细胞血小板反应血小板反应红细胞红细胞纤维蛋白溶解活性纤维蛋白溶解活性补体系统反应补体系统反应现在学习的是第76页，共104页过敏过敏第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第77页，共104页第二章
47、第二章 相互作用相互作用现在学习的是第78页，共104页第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第79页，共104页第二章第二章 高分子和生物体系的相互作用高分子和生物体系的相互作用2.1 医用高分子的基本机能医用高分子的基本机能2.2 生体反应生体反应 2.2.1 生物相容性的概念生物相容性的概念 2.2.2 材料与蛋白质的相互作用材料与蛋白质的相互作用 2.2.3 材料与细胞的相互作用材料与细胞的相互作用 2.2.4 材料与组织的相互作用材料与组织的相互作用 2.2.5 高分子材料在生物体内的变化高分子材料在生物体内的变化第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第80页，共104页2.
48、2.2 材料与蛋白质的相互作用材料与蛋白质的相互作用v高分子材料与血液或体液接触时，首先是与蛋白质高分子材料与血液或体液接触时，首先是与蛋白质的反应，之后是与细胞的反应，以及引起其它体内的反应，之后是与细胞的反应，以及引起其它体内的活化反应。吸附的蛋白质，会与没有吸附的蛋白的活化反应。吸附的蛋白质，会与没有吸附的蛋白质发生置换反应，材料表面存在的蛋白质，之后会质发生置换反应，材料表面存在的蛋白质，之后会引起血液凝固，血小板吸附，血栓形成等不良影响。引起血液凝固，血小板吸附，血栓形成等不良影响。第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第81页，共104页蛋白质蛋白质v人体中蛋白质占人体中蛋白质
49、占16.3%。v血浆中存在大量的蛋白质，水分血浆中存在大量的蛋白质，水分90-92%。v白蛋白：白蛋白：3848g/L；球蛋白：；球蛋白：1530g/L；A/G：正常值：正常值1.52.5。v血液中主要的蛋白质有白蛋白，纤维蛋白，免血液中主要的蛋白质有白蛋白，纤维蛋白，免疫球蛋白等（盐析法）。疫球蛋白等（盐析法）。第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第82页，共104页血浆蛋白血浆蛋白第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第83页，共104页血浆蛋白质的功能血浆蛋白质的功能v维持血浆维持血浆胶体渗透压胶体渗透压；v组成血液缓冲体系，参与维持血液酸碱平衡；组成血液缓冲体系，参与维持血液
50、酸碱平衡；v运输营养和代谢物质；运输营养和代谢物质；v营养功能，血浆蛋白分解产生的氨基酸，可用于营养功能，血浆蛋白分解产生的氨基酸，可用于合成组织蛋白质或氧化分解供应能量；合成组织蛋白质或氧化分解供应能量；v参与凝血和免疫作用。参与凝血和免疫作用。第二章第二章 相互作用相互作用现在学习的是第84页，共104页蛋白吸附蛋白吸附 v蛋白质的吸附与高分子材料的种类有关，一般蛋白质的吸附与高分子材料的种类有关，一般而言，亲水性高分子材料表面吸附蛋白质少，而言，亲水性高分子材料表面吸附蛋白质少，而疏水性高分子材料表面吸附蛋白质多。而疏水性高分子材料表面吸附蛋白质多。v同一材料对不同蛋白质的吸附也不同。同