智能材料在医学上的应用

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1、智能材料　在医学上的应用　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　姓名：党博　班级：070302　　学号：070302104　　　　　　　　　智能材料在医学上的应用　n智能材料的简介：　　　智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，是现代高技术新材料发展的重要方向之一，将支撑未来高技术的发展，使传统意义下的功能材料和结构材料之间的界线逐渐消失，实现结构功能化、功能多样化。科学家预言，智能材料的研制和大规模应用将导致材料科学发展的重大革命。一般说来，智能材料有七大功能，即传感功能、反馈功能、信息识别与积累功能、响

2、应功能、自诊断能力、自修复能力和自适应能力。　　关于智能材料的定义目前还没有统一的说法，大体上来说智能材料是指同时具有感知功能即信号感受功能（传感器的功能）、自己判断并自己作出结论的功能（情报信息处理机的功能）和自己指令并自己进行行动的功能（执行机构的功能）的材料。因此，智能材料所必须具备的三个基本要素是感知、信息处理和执行功能。这为人们利用智能材料完成传感器和执行器的复杂功能（有时是同时完成几种功能）开辟了新的途径。　智能材料是日本高本俊宜教授于1989年将信息科学融合于材料物性和功能的一种材料新构思。当时“智能材料”这一概念一提出，立刻得到了世界各国许多科学技术领域的高度

3、重视，其中不仅有材料科学本身，还包括了信息科学、电子学、计算机科学、医学、生命科学等相关科学。目前，智能材料已成为新的学科分支，它是一门将若干学科中的相关内容结合在一起的交叉科学。　　n智能材料的分类：　智能材料可分为两大类：　　　（1）嵌入式智能材料，又称智能材料结构或智能材料系统。在基体材料中，嵌入具有传感、动作和处理功能的三种原始材料。传感元件采集和检测外界环境给予的信息，控制处理器指挥和激励驱动元件，执行相应的动作。　　　（2）有些材料微观结构本身就具有智能功能，能够随着环境和时间的变化改变自己的性能，如自滤玻璃、受辐射时性能自衰减的Inp半导体等。　　　n智能材料的

4、应用　　　研究智能材料的宗旨是在于将必要的仿生功能引入到材料之中使其和结构对于外界变化具有可感知性和可响应性。　　从生物学角度看，人类能够对外界作出主动性反应是因为人体具有收集、分析外界信息并给出适当反应的能力。因此，与人类相类似，具有仿生功能的智能材料和由它所构成的系统应具备以下四个要素：　l含有附着的、埋入的或内在的传感器，它是智能材料的“神经元”，用以感知外界变化并收集外界信息。　　l含有中央处理器。它是智能材料和结构的“大脑”，用它对传感器所收集到的外界信息进行分析、处理并发出适当的、实时的动作指令。　　　l有附着的、埋入的或内在的执行器，它是智能材料的“肌肉”，其作

5、用是根据中央处理器发出的指令进行相应的动作，因而也称为作动器。　　　l拥有通信网络。它是智能材料和结构的“神经网络”,担负着传感器、执行器与中央处理器相互间的信息传输任务。　　n医学领域中的应用　（1）人造皮肤　1944年意大利比萨大学的科研人员为了使机器人与真人更接近，让它的皮肤具有感觉功能，研制成功一种人造皮肤智能材料，这种材料可以感知温度、热流的变化以及各种应力的大小，并且有良好的空间分辨力。这种智能材料还可以分辨表面状况，例如，粗糙度、摩擦力等。2004年日本北里大学黑柳能光教授研制出一种新型人造皮肤，为重度烧伤及褥疮患者带来了福音。该人造皮肤是一层由胶原和透明质酸制

6、成的特殊海绵，海绵上附有志愿者提供的皮肤细胞。随着科技的发展，学科的交叉渗透，相信这种人造皮肤智能材料会得到进一步的开发和利用。　　（2）人造肌肉　因为生物弹性材料能模拟活体生物，而且其力量和反应速度均接近于人体的肌肉。所以这种材料可以应用于人体组织的修复，而且它们还具有与生物体的相容性，随着伤口的愈合，这种聚合物就会在体内逐渐降解，最后将会消失。（3）在药物自动投入系统中的应用　　智能型水凝胶作为医药控制释放材料是近年来研究的热点。科学家正在研制一种能根据血液中的葡萄糖浓度而扩张收缩的聚合物，这种聚合物可制成人造胰细胞，将它注入糖尿病患者的血液中，小球就可模拟胰细胞工作，使

7、病人的血糖浓度始终保持在平常的水平上。　　　（4）智能材料的抗癌作用　　有两种方法：　Ⅰ、用高分子聚合物抗癌药物胶囊，即药物“导弹”。疏水性药物载体形成了“导弹”的疏水内核，而亲水性部分则在内核周围形成了一个水化物外壳。所形成的这种高分子聚合物胶囊是一种智能型药物载体，它能自动避免被机体内单核吞噬细胞捕获而有效的到达癌细胞所在地。　　Ⅱ、20世纪90年代后期，研制出用对电磁场敏感的铁氧体包覆Ti-Ni形状记忆合金丝制成了癌症温热疗法用针。首先，通过导管将这种针植入病人癌变部位，由于形状记忆作用，这种针会