為什麼要研究生物醫用材料

Ⅰ 怎樣理解生物材料在生物醫學工程領域的基礎地位

生物材料用於人體組織和器官的診斷、修復或增進其功能的一類高技術材料，即用於取代、修復活組織的天然或人造材料，其作用葯物不可替代。生物材料能執行、增進或替換因疾病、損傷等失去的某種功能，而不能恢復缺陷部位。
指生物材料具備或完成某種生物功能時應該具有的一系列性能。 根據用途主要分為: *承受或傳遞負載功能。如人造骨骼、關節和牙等，佔主導地位 *控制血液或體液流動功能。如人工瓣膜、血管等 *電、光、聲傳導功能。如心臟起博器、人工晶狀體、耳蝸等 *填充功能。如整容手術用填充體等
生物材料應用廣泛，品種很多，其分類方法也很多。生物材料包括金屬材料（如鹼金屬及其合金等）、無機材料（生物活性陶瓷，羥基磷灰石等）和有機材料三大類。有機材料中主要是高分子集合物材料，高分子材料通常按材料屬性分為合成高分子材料（聚氨酯、聚酯、聚乳酸、聚乙醇酸、乳酸乙醇酸共聚物及其他醫用合成塑料和橡膠等）、天然高分子材料（如膠原、絲蛋白、纖維素、殼聚糖等）；根據材料的用途，這些材料又可以分為生物惰性（bioinert）、生物活性(bioactive)或生物降解（biodegradable） 材料，高分子聚合物中，根據降解產物能否被機體代謝和吸收，降解型高分子又可分為生物可吸收性和生物不可吸收性。根據材料與血液接觸後對血液成分、性能的影響狀態則分為血液相容性聚合物和血液不相容性。根據材料對機體細胞的親和性和反映情況，可分為生物相容性和生物不相容性按材料功能劃分： *1、血液相容性材料 如人工瓣膜、人工氣管、人工心臟、血漿分離膜、血液灌流用吸附劑、細胞培養基材等； *2、軟組織相容性材料 如隱形眼睛片的高分子材料，人工晶狀體、聚硅氧烷、聚氨基酸等，用於人工皮膚、人工氣管、人工食道、人工輸尿管、軟組織修補等領域； *3、硬組織相容性材料 如醫用金屬、聚乙烯、生物陶瓷等，關節、牙齒、其它骨骼等； *4、生物降解材料 如甲殼素、聚乳酸等，用於縫合線、葯物載體、粘合劑等； *5、高分子葯物多肽、胰島素、人工合成疫苗等，用於糖尿病、心血管、癌症以及炎症等。 按材料來源分類： *1、自體材料 *2、同種異體器官及組織； *3、異體器官及組織； *4、人工合成材料； *5、天然材料 根據組成和性質分為： * 1、生物醫用金屬材料 * 2、醫用高分子材料 * 3、醫用無機非金屬材料 生物醫用金屬材料 較優秀的生物醫用金屬材料有，醫用不銹鋼、鈷基合金、鈦及鈦合金、鎳鈦形狀記憶合金、金銀等貴重金屬、銀汞合金、鉭、鈮等金屬和合金。 (1) 醫用不銹鋼 具有一定的耐腐蝕性和良好的綜合力學性能，且加工工藝簡便，是生物醫用金屬材料中應用最多，最廣的材料。 常用鋼種有US304、316、316 L、317、317L等。 醫用不銹鋼植入活體後，可能發生點蝕，偶爾也產生應力腐蝕和腐蝕疲勞。醫用不銹鋼臨床前消毒、電解拋光和鈍化處理，可提高耐蝕性。 醫用不銹鋼在骨外科和齒科中應用較多。 (2) 鈷基合金 鈷基合金人體內一般保持鈍化狀態，與不銹鋼比較，鈷基合金鈍化膜更穩定，耐蝕性更好。在所有醫用金屬材料中，其耐磨性最好，適合於製造體內承載苛刻的長期植入件。 在整形外科中，用於製造人工髖關節、膝關節以及接骨板、骨釘、關節扣釘和骨針等。在心臟外科中，用於製造人工心臟瓣膜等。 (3) 醫用鈦和鈦合金 不僅具有良好的力學性能，而且在生理環境下具有良好的生物相容性。由於其比重小，彈性模量較其他金屬更接近天然骨，故廣泛應用於製造各種能、膝、肘、肩等人造關節。此外，鈦合金還用於心血管系統。鈦合金耐磨性能不理想，且存在咬合現象，限制了其使用范圍。 生物醫用高分子 按應用對象和材料物理性能分為軟組織材料、硬組織材料和生物降解材料。其可滿足人體組織器官的部分要求，因而在醫學上受到廣泛重視。目前已有數十種高分子材料適用於人體的植入材料。 * 軟組織材料：故主要用作為軟組織材料，特別 是人工臟器的膜和管材。聚乙烯膜、聚四氟乙烯膜、硅橡膠膜和管，可用於製造人工肺、腎、心臟、喉頭、氣管、膽管、角膜。聚酯纖維可用於製造血管、腹膜等。 * 硬組織材料：丙烯酸高分子(即骨水泥)、聚碳酸醋、超高分子量聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）、尼龍、硅橡膠等可用於製造人工骨和人工關節。 * 降解材料：脂肪族聚醋具有生物降解特性，已用於可接收性手術縫線。 生物醫用無機非金屬材料 生物無機材料主要包括生物陶瓷、生物玻璃和醫用碳素材料。 按植入生物活體內引起的組織與材料反應，生物陶瓷分為: (1)近於惰性的生物陶瓷，如氧化鋁生物陶瓷、氧化鋯生物陶瓷、硼硅酸玻璃； (2)表面活性生物陶瓷，如磷酸鈣基生物陶瓷、生物活性玻璃陶瓷； (3)可吸收性生物陶瓷，如偏磷酸三鈣生物陶瓷、硫酸鈣生物陶瓷。 生物活性玻璃陶瓷植入活體後，能夠與體液發生化學反應，並在組織表面生成羚基磷灰石層，故可用於人工種植牙根、牙冠、骨充填料和塗層材料。 與自然骨比較，生物活性玻璃陶瓷雖然具有較高的強度，但韌性較差，彈性模量過高，易脆斷，在生理環境中抗疲勞性能較差，目前還不能直接用於承力較大的人工骨。 醫用碳素材料：具有接近於自然骨的彈性模量。 醫用碳素材料疲勞性能最優，強度不隨循環載荷作用而下降。無序堆垛的碳材料耐磨性理想。 醫用碳素材料在生理環境中較穩定，近於惰性，具有較好的生物相容性，不會引起凝血和溶血反應，特別適合於在生理環境中使用。 醫用碳材料已大量用於心血管系統的修復，如人工心臟瓣膜、人工血管。還可作為金屬和聚合物的塗層材料。 生物醫用復合材料 生物醫用復合材料是由二種或二種以上不同材料復合而成的。 按基材分為：高分子基、陶瓷基、金屬基等生物醫用復合材料。 按增強體形態和性質分為纖維增強、顆粒增強、生物活性物質充填生物醫用復合材料。 按材料植入體內後引起的組織與材料反應分為：生物惰性、生物活性和可吸收性生物醫用復合材料。聚合物等。

Ⅱ 生物醫用材料的研究主要針對哪些方面

生物醫用材料(Biomedical Materials)是用來對生物體進行診斷、治療、修復或替換其病損組織、器官或增進其功能的材料。它是研究人工器官和醫療器械的基礎，已成為當代材料學科的重要分支，尤其是隨著生物技術的蓬勃發展和重大突破，生物醫用材料已成為各國科學家競相進行研究和開發的熱點。
人類利用生物醫用材料的歷史與人類歷史一樣漫長。自從有了人類，人們就不斷地與各種疾病作斗爭，生物醫用材料是人類同疾病作斗爭的有效工具之一。追溯生物醫用材料的歷史，公元前約3500年古埃及人就利用棉花纖維、馬鬃作縫合線縫合傷口。而這些棉花纖維、馬鬃則可稱之為原始的生物醫用材料。墨西哥的印第安人（阿茲台克人）使用木片修補手上的顱骨。公元前2500年前中國、埃及的墓葬中就發現有假牙、假鼻、假耳。人類很早就用黃金來修復缺損的牙齒。文獻記載，1588年人們就用黃金板修復顎骨。1775年，就有金屬固定體內骨折的記載，1800年有大量有關應用金屬板固定骨折的報道。1809年有人用黃金製成種植牙齒。1851年有人使用硫化天然橡膠製成的人工牙托和顎骨。20世紀初開發的高分子新材料促成了人工器官的系統研究的開始，人工器官的臨床應用則始於1940年。由於人工器官的臨床應用，拯救了成千上萬患者的生命，減輕了病魔給患者及其家屬帶來的痛苦與折磨，引起了醫學界的廣泛重視，加快了人工器官研究步伐。目前可以說，從天靈蓋到腳趾骨，從人體的內臟到皮膚，從血液到五官，除了腦以及大多數內分泌器官外，大豆有了代用的人工器官。依據生物材料的發展歷史及材料本身的特點，可以將已有的材料分為三代，它們鴿子都有自己明顯的特點和發展時期，代表了生物醫用材料發展的不同水平。20世紀初第一次世界大戰以前所使用的醫用材料可歸於第一代生物醫用材料，代表材料有石膏、各種金屬、橡膠以及棉花等物品，這一代的材料大都被現代醫學所淘汰。第二代生物醫用材料的發展是建立在醫學、材料科學（尤其是高分子材料學）、生物化學、物理學及大型物理測試技術發簪的基礎之上的。研究工作者也多由材料雪茄或主要由材料學家與醫生合作來承擔。代表材料有羥基磷灰石、磷酸三鈣、據羥基乙酸、聚甲基丙烯酸羥乙基酯、膠原、多肽、纖維蛋白等。這類材料與第一代生物醫用材料一樣，研究的思路仍然是努力改善材料本身的力學、生化性能，以使其能夠在生理環境下有長期的替代、模擬生物組織的功能。第三代生物醫用材料是一類具有促進人體自修復和再生作用的生物醫學復合材料，它以對生物體內各種細胞組織、生長因子、生長抑素及生長基質等結構和性能的了解為基礎來簡歷生物醫用材料的概念。它們一般是由具有生理「活性」的組元及控制載體的「非活性」組元所構成，具有比較理想的修復再生效果。其基本思想是通過材料之間的復合，材料與活細胞的融合，活體材料和人工材料的雜交等手段，賦予材料具有特異的靶向修復、治療和促進作用，從而達到病變 組織主要甚至全部由健康的再生組織所取代。骨形態發生蛋白（BMP）材料是第三代生物醫用材料中的代表材料。
在不同的歷史時期，生物醫用材料被賦予了不同的意義。其定義是隨著生命科學和材料科學的不斷發展而演變的。但是，他們都有一些共同的特徵。即生物醫用材料是一類人工或天然的材料，可以單獨或與葯物一起製成部件、器械用於組織或器官的治療、增強或替代，並在有效試用期內不會對宿主引起急性或慢性危害。但由於生命現象是極其復雜的，是在幾百萬年的進化過程中適應生存需要的結果，生命具有一定得生長、再生和修復精確調控能力，這是目前所有人工器官和生物醫用材料所無法比擬的。因此，目前的生物醫用材料與人們的真正期望和要求相差甚遠。

Ⅲ 生物醫用材料的應用與發展前景

迄今為止 ,被詳細研究過的生物材料已有一千多種，醫學臨床上廣泛使用的也有幾十種，涉及到材料學的各個領域。生物醫用材料得以迅猛發展的主要動力來自人口老齡化、中青年創傷的增多、疑難疾病患者的增加和高新技術的發展。人口老齡化進程的加速和人類對健康與長壽的追求，激發了對生物醫用材料的需求。目前生物醫用材料研究的重點是在保證安全性的前提下尋找組織相容性更好、可降解、耐腐蝕、持久、多用途的生物醫用材料。
當代生物材料的發展不僅強調材料自身理化性能和生物安全性、可靠性的改善，而且更強調賦予其生物結構和生物功能，以使其在體內調動並發揮機體自我修復和完善的能力，重建或康復受損的人體組織或器官。結合南開大學俞耀庭教授的觀點和2004年中國新材料發展報告，可以將目前國際上生物醫用材料學科的最新進展和發展趨勢概括如下： 組織工程是指應用生命科學與工程的原理和方法，構建一個生物裝置，來維護、增進人體細胞和組織的生長，以恢復受損組織或器官的功能。它的主要任務是實現受損組織或器官的修復和再建，延長壽命和提高健康水乎。其方法是，將特定組織細胞種植於一種生物相容性良好、可被人體逐步降解吸收的生物醫用材料（組織工程材料）上，形成細胞－生物醫用材料復合物；生物醫用材料為細胞的增長繁殖提供三維空間和營養代謝環境；隨著材料的降解和細胞的繁殖，形成新的具有與自身功能和形態相應的組織或器官；這種具有生命力的活體組織或器官能對病損組織或器宮進行結構、形態和功能的重建，並達到永久替代。近10 年來，組織工程學發展成為集生物工程、細胞生物學、分子生物學、生物醫用材料、生物技術、生物化學、生物力學以及臨床醫學於一體的一門交叉學科。
生物醫用材料在組織工程中占據非常重要的地位，同時組織工程也為生物醫用材料提出問題和指明發展方向。由於傳統的人工器官（如人工腎、肝）不具備生物功能（代謝、合成），只能作為輔助治療裝置使用，研究具有生物功能的組織工程人工器官已在全世界引起廣泛重視。構建組織工程人工器官需要三個要素，即種子細胞、支架材料、細胞生長因子。最近，由於幹細胞具有分化能力強的特點，將其用作種子細胞進行構建人工器官成為熱點。組織工程學已經在人工皮膚、人工軟骨、人工神經、人工肝等方面取得了一些突破性成果，展現出美好的應用前景。
當前軟組織工程材料的研究和發展主要集中在研究新型可降解生物醫用材料，用物理、化學和生物方法以及基因工程手段改造和修飾原有材料，材料與細胞之間的反應和信號傳導機制以及促進細胞再生的規律和原理，細胞機制的作用和原理等，以及研製具有選擇通透性和表面改性的膜材，發展對細胞和組織具有誘導作用的智能高分子材料等方面。
當前硬組織工程材料的研究和應用發展主要集中在碳纖維/高分子材料、無機材料（生物陶瓷、生物活性玻璃）、高分子材料的復合研究。 納米生物材料，在醫學上主要用作葯物控釋材料和葯物載體。從物質性質上可以將納米生物材料分為金屬納米顆粒、無機非金屬納米顆粒和生物降解性高分子納米顆粒；從形態上可以將納米生物材料分為納米脂質體、固體脂質納米粒、納米囊（納米球）和聚合物膠束。
納米技術在90 年代獲得了突破性進展，在生物醫學領域的應用研究也不斷得到擴展。目前的研究熱點主要是葯物控釋材料及基因治療載體材料。葯物控釋是指葯物通過生物材料以恆定速度、靶向定位或智能釋放的過程。具有上述性能的生物材料是實現葯物控釋的關鍵，可以提高葯物的治療效果和減少其用量和毒副作用。由於人類基因組計劃的完成及基因診斷與治療不斷取得進展，科學家對使用基因療法治療腫瘤充滿信心。基因治療是導人正常基因於特定的細胞（癌細胞）中，對缺損的或致病的基因進行修復；或者導人能夠表達出具有治療癌症功能的蛋白質基因，或導人能阻止體內致病基因合成蛋白質的基因片斷來阻止致病基因發生作用，從而達到治療的目的。這是治療學的一個巨大進步。基因療法的關鍵是導人基因的載體，只有藉助於載體，正常基因才能進人細胞核內。目前，高分子納米材料和脂質體是基因治療的理想載體，它具有承載容量大，安全性高的特點。近來新合成的一種樹枝狀高分子材料作為基因導人的載體值得關注。
此外，生物醫用納米材料在分析與檢測技術、納米復合醫用材料、與生物大分子進行組裝、用於輸送抗原或疫苗等方面也有良好的應用前景。納米碳材料可顯著提高人工器官及組織的強度、韌度等多方面性能；納米高分子材料粒子可以用於某些疑難病的介入診斷和治療；人工合成的納米級類骨磷灰石晶體已成為制備納米類骨生物復合活性材料的基礎。該領域未來的發展趨勢是，納米生物醫用材料「部件」與納米醫用無機材料及晶體結構「部件」的結合發展，如由納米微電子控制的納米機器人、葯物的器官靶向化；通過納米技術使介入性診斷和治療向微型、微量、微創或無創、快速、功能性和智能性的方向發展；模擬人體組織成分、結構與力學性能的納米生物活性仿生醫用復合材料等。 組織反應是指局部組織對生物醫用材料所發生的反應。組織反應是機體對異物入侵產生的防禦性反應，可以減輕異物對組織的損傷，促進組織的修復和再生。然而，組織反應本身也可能對機體造成危害。根據病理變化不同，可以分成以下兩種反應：
1、以滲出為主的組織反應
多見於植入初期和植入材料的性質穩定等情況。以中性粒細胞、漿液、纖維蛋白原滲出為主。如植入物周圍組織出現中性粒細胞聚集；長期植入的、穩定的材料周圍，可由於纖維蛋白原的滲出而出現纖維囊。
2、以增生為主的組織反應
多見於植入物長期存在並損傷機體的情況。以巨噬細胞為主，也可見淋巴細胞、漿細胞和嗜酸性粒細胞，並伴有明顯的組織增生，可逐漸發展為肉芽腫或腫瘤。
在使用生物醫用材料的過程中，由組織反應引起的兩種嚴重的並發症是炎症和腫瘤。炎症包括感染性炎症和無菌性炎症。感染性炎症可能是由於材料植入的過程中損傷組織，使病原體趁虛而入；也可能是由於植入物本身未經嚴格的消毒滅菌處理，成為了病原體的載體。無菌性炎症不是由於病原體侵入引起，而是由於影響機體內的炎症和抗炎系統的調節而引發的炎症反應。生物材料植入引起腫瘤是一個緩慢的過程，可能是由於材料本身釋放毒性物質，也可能是由於材料的外形和表面性能所致。因此，在應用長期植入物之前，進行植入物的慢性毒性、致突變和致癌的生物學試驗是十分必要的。 生物醫用材料血液相容性包含不引起血液凝聚和不破壞血液成分兩個方面。在一定限度內即使在材料表面張力的剪切作用下，對血液中的紅細胞等有一定的破壞(即發生溶血)，由於血液具有很強的再生能力，隨時間的推移其不利影響並不顯著；而如果在材料表面有血栓形成，由於有累計效應，隨著時間的推移，凝血程度越來越高，對人體造成嚴重的影響。因此，材料在血液中最受關注的是其抗凝血性能。材料與血液接觸導致凝血及血栓形成的途徑如圖1所示。正常人體心血管系統內的血液保持液體狀態，環流不息，並不發生凝固。當醫用材料與血液接觸時會引起血液一系列變化。首先是血漿蛋白在材料表面的吸附，依材料表面結構性能不同，在1分鍾甚至幾秒鍾，在材料表面就會產生白蛋白和球蛋白以及各種蛋白質的競爭吸附，在生物材料表面形成復雜的蛋白質吸附層。當材料表面吸附球蛋白、纖維蛋白原時易於使血小板粘附表面，進而導致血小板變形聚集，引發凝血。蛋白表面也可引起紅細胞的粘附。雖然紅細胞在凝血中的作用仍然不十分清楚，但是如若紅細胞發生細胞膜破裂，即出現溶血，紅細胞釋放的血紅蛋白和二磷酸腺苷簡稱ADP(促血小板聚集物質)。它們可以引起血小板的粘附、變形和聚集，進而導致凝血。
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圖1 凝血機制
抗凝系統包括抗凝和纖溶作用。抗凝作用主要是通過一些抗凝因子（如抗凝血酶Ⅲ、肝素）來實現。纖溶過程包括纖溶酶原轉化為纖溶酶，纖溶酶降解纖維蛋白。血栓形成是常見的生物醫用材料植入引發的局部血液循環障礙。內皮細胞的損傷、血流動力學的改變和血液的高凝狀態，其中任何一個因素都可以導致血栓形成。完整的內皮細胞可以通過表達肝素樣分子與抗凝血酶Ⅲ結合使IIa、Xa、IXa 失活，合成 PGI2、NO 、ADP 酶抑制血小板聚集及合成tPA 使纖維蛋白降解等作用抑制血栓形成。血流動力學的改變可以誘發血栓形成。正常血流是分層流動的，當血流減慢或層流被破壞時，血小板與內膜接觸並激活，凝血因子也可以在局部聚集。當處於創傷、手術等情況時，血液的凝血系統亢進和（或）抗凝系統減弱也可導致血栓形成。 免疫系統是人體的「軍隊」和「警察」，它可以識別自己和非己。免疫系統的主要功能包括針對病原微異原分子免疫防禦功能、針對自體衰老和病變細胞的免疫自穩功能和針對腫瘤細胞的免疫監視功能。免疫系統由天然免疫系統和獲得性免疫系統組成。天然免疫系統包括肥大細胞、巨噬細胞、自然殺傷細胞、中性粒細胞和補體等。天然免疫系統可以早期識別、清除病原體，然而它對於病原體的識別不具有特異性。在受到病原體刺激後，再次接觸病原體時能夠針對性地做出反應的免疫系統成為獲得性的免疫系統。獲得性免疫系統又可分為由B 細胞介導的體液免疫和由T 細胞介導的細胞免疫。由於生物醫用材料造成免疫系統的功能（包括免疫識別和反應程度）紊亂，可以發生以下免疫反應：
1、免疫抑制
由於有些生物醫用材料造成免疫防禦功能不足，使得機體抵抗病原微生物的能力降
低。
2、變態反應
由於有些生物醫用材料造成免疫防禦功能亢進，免疫反應過於強烈損傷人體。如殘留乳膠、雙酚A、丙烯酸添加劑等低分子量有機分子或單體。
3、自身免疫
由於有些生物醫用材料造成免疫自穩功能亢進，免疫系統不能和識別自己和非己，對自體正常組織產生免疫反應。如聚四氟乙烯、聚酯等。 界面是一個有一定厚度（通常小於0.1μm）的區域，物質的能量可以通過這個區域從一個相連續地變化到另一個相。根據植入材料的不同，與生物體組織作用的界面可分為：惰性材料與生物體組織作用的界面和活性材料與生物體組織作用的界面。
1、惰性生物醫用材料與生物體組織作用的界面惰性生物醫用材料的特點是在生物體內保持穩定，幾乎不參加生物體的化學反應。長期植入惰性材料，植入物與機體發生滲出性組織反應，其中以纖維蛋白原滲出為主，形成纖維包囊。如果材料無毒性物質滲出，包囊將逐漸變薄，淋巴細胞消失，鈣鹽沉積。這一類的材料有氧化鋁、碳纖維、鈦合金等。如果材料持續釋放金屬離子或有機單體等毒性離子，會促使局部組織反應遷延不愈，轉變為慢性炎症。纖維薄膜逐漸變厚，淋巴細胞增多，鈣鹽沉積，可發展為肉芽腫，甚至腫瘤。
2、活性生物醫用材料與生物體組織作用的界面活性生物醫用材料可以與機體發生化學反應，與組織之間形成化學鍵。這里我們主要介紹表面活性生物醫用材料與生物體組織作用的界面、可降解生物陶瓷與生物體組織作用的界面和雜化生物醫用材料與生物體組織作用的界面。
(1)表面活性生物醫用材料與生物體組織作用的界面：表面活性生物醫用材料其表面成分與組織成分相近，能與組織結合形成穩定的結合界面。這種材料與組織親和性好。如表面含羥基磷灰石的生物材料。
(2)可降解生物陶瓷與生物體組織作用的界面：陶瓷可在組織內釋放組織所需的成分，加速組織的生長，並逐漸為新生的組織所取代。如β-磷酸三鈣陶瓷可在體液中釋放Ca2+、PO4
3+離子，促進骨組織的生長，並逐漸為之取代。
(3)雜化生物醫用材料與生物體組織作用的界面：雜化材料由活體組織和非活體組
織復合而成。由於活體組織的存在是使材料的免疫反應減輕，使材料具有很好的相容性。
這類材料有各種人工材料與生物高分子的復合物，合成材料與細胞的復合物等。
3、界面理論及其研究方法
(1)界面潤濕理論；主要研究液體對固體表面的親和狀況。材料植入首先是與由血漿、組織液組成的液體環境接觸，所以材料與機體組織親和性與液體與材料表面的潤濕作用密切相關。一般通過研究固體表面潤濕臨界張力和液體在固體上的潤濕角測定界面能。
(2)界面吸附理論；通過研究界面對水分子、各種細胞、氨基酸、蛋白質和各種離子的吸附作用，為材料界面改性提供參考。可以運用生物流變學的原理和方法，了解材料的形態表面對細胞吸附作用的影響。
(3)界面化學鍵合理論；理論上講，植入物與人體組織同處於人體的內環境中，存在形成各種化學鍵的可能性。主要採用電子探針、電子能譜、質譜、核磁共振、拉曼光譜等分析界面元素及化合態。
(4)界面分子結合理論 植入材料由於的表面極性、表面電荷及活性基團不同，對人體組織的作用也存在差異。通過測量生物壓電材料所產生的微電流，評價其對於細胞界面形成的影響。
(5)界面酸鹼理論；由於界面細胞的生長與界面局部的酸鹼度直接相關，所以可以通過研究界面酸鹼度，了解並改善生物醫用材料與組織的親和性。在離體實驗中，通常採取常規的pH 值測定法和納米級超微電極測定界面pH 值。
(6)界面物理結合理論；植入體與人體組織的結合首先是物理結合，組織細胞通過微孔長入植入體以增加其結合強度。微孔的大小關系著組織細胞能否長入植入體，微孔的比率決定著植入體的強度。主要採用各種感測技術及光彈應力分析法、有限元計算分析法等測定界面結合強度與應力。
另外，界面研究方法還包括界面的形態學研究。主要通過透射電鏡、掃描電鏡及各種立體成像技術觀察界面處的形態。 一般來講，生物醫用材料在體內首先與體液接觸，通過水解作用，某些材料可能由高分子物質轉變為水溶性的小分子物質。這些小分子物質經由血液循環，運輸到呼吸系統、消化、泌尿系統，經呼吸、糞、尿的方式排出體外。在代謝的過程中，可能有酶參與其中。生物醫用材料經過一系列的反應，可能完全降解由體內排出，也可能會有部分材料或其降解產物長期存在於人體內。生物醫用材料在體內代謝的中間產物和終產物可能對人體有利也可能有害，因此對於材料在生物體內的代謝產物和途徑的研究具有十分重要的意義。材料在體內的代謝受很多方面因素的影響，如材料本身的因素、植入環境的因素等。目前，材料在體內代謝的研究方法主要分為體外試驗和體內試驗。體外降解試驗主要是在體外模擬體內的環境條件，從外形、力學性能、質量等方面進行評價。這種試驗主要用於研究固體生物醫用材料。體內試驗主要是在動物體內進行。體內試驗是將生物醫用材料植入動物體內觀察材料的改變。具體可以通過解剖、X 線、放射性標記示蹤等方法。這種試驗方法的優點是可以獲得更接近人體的試驗結果。

Ⅳ 生物化材料的研究具有什麼樣的意義

生物化材料的研究具有兩個革命性意義：一是創造了具有生物活性的材料；二是力求人體組織的完全天然修復和再生。這也表明人類已經進入了改造和創新生命形態的時代。這是生物、醫學、工程技術等合理分工、密切合作的結果，其發展必將為人類的健康造福。

Ⅳ 為什麼要發展醫用和葯用高分子材料，它對現代醫學有什麼意義

醫用和葯用高分子材料與人類生命和健康密切相關，其研究與開發即具有重要的科學和技術價值，友具有重大的社會需求和巨大的經濟效益。它涉及材料、生物、醫學、化學以及物理等諸多學科領域，其使用又與生理系統相接觸，因此該材料的研究與開發具有向當的難度和挑戰性。

Ⅵ 生物醫用材料簡介

目錄

• 1 註解

1 註解

生物醫用材料包括三部分，即醫用生物醫用材料，仿生材料和生物模擬。醫用生物醫用材料最重要的是材料與人體相容性和材料本身的性能，通過組織工程、生長因子、DNA和自組裝技術，可生產出人類的各種器官。事實上，除神經系統以外，人的各種器官都可製造。仿生材料生物是多年演化的結果，有很多特性值得模仿，通過深入研究現有生物體和生物現象而進行仿造，對材料的發展將起到推動作用。工業生產中的生物模擬主要是高效催化劑的探索與光合作用的模擬，因為酶催化的效率和速度千百萬倍於工業催化劑，而後者的成功實現將使CO2 和水成為碳水化物，糧食問題可得到解決，過剩的CO2 也有了出路。目前細菌冶金已實現處理低品位銅、鈾礦石、尾礦，並大幅度降低污染，這將是21世紀解決金屬礦日趨枯竭的有效途徑。

Ⅶ 為什麼要研究生物醫用可降解金屬材料有哪些可降解醫用金屬材料

在人體生理環境下，滿足人體可吸收金屬離子的安全范圍內，逐漸腐蝕的醫用金屬材料。主要包括鎂及其合金等。