北京科技大学生物材料导论思考题

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1、1、阐述生物材料学科和生物材料研究的特（热）点。答：由于生物医用材料是材料科学与工程的重要分支，其最大特点是学科交叉广泛，研究覆盖面广，应用潜力巨大包含医学生理学，解剖学药学，材料学生物化学，工程学，物理学，信号处理等等，并且是新兴的领域，发展迅速，高附加值。1.生物相容性——生物医学材料的核心材料的生物相容性表征材料引起适当的机体反应的能力，是生物医学材料区别于其它高技术材料的最重要的特征。早期生物相容性的研究，着重于材料的生物安全性，即材料不致引起对机体的毒副作用。在分子水平上深入认识材料与机体相互作用，充分了解和表征材料表面

2、/界面的组成、结构，植入体形态、构型、多孔结构等生物力学因素，影响组织重建和功能的体内生物化学信号（蛋白、生长因子、酶等），以及它们的相互作用和规律，在分子水平上揭示材料生物相容性的本质，指导生物学反应可控的材料设计，探索评价材料长期生物相容性和可靠性的分子标记，是当代生物材料科学的核心和基础。2.表面及表面改性技术——现阶段改进常规医学材料的主要技术材料表面和表面改性，成为现阶段改进和提高常规材料的主要途径，也是发展新一代生物医学材料的基础。其研究热点主要集中于：（1）清洁表面，即阻碍蛋白和细胞吸附/粘附的表面改性。这对用于心血

3、管系统修复材料特别重要，可使其不吸附血液中的蛋白而获得抗凝血性能。（2）特异性表面的设计与改性，即可以选择性吸附/粘附蛋白和细胞的表面改性，称可控制生物学反应的表面。通过在材料表面固定有特定结合区结构的生物分子和蛋白质层，可实现材料对特定细胞的选择性粘附。研究材料表面组成、结构和性质与体内蛋白分子的相互作用，及其对蛋白和细胞特异性吸附/粘附的影响，是生物医学材料科学的基本问题之一。3.纳米生物材料——生物材料的前沿和热点纳米生物材料的结构和特点更为类似于天然组织，具有优良的生物学和物理化学性能。因此越来越被重视。主要集中于：（1）

4、纳米结构的生物医学材料，即具有纳米结构的材料，如由小于100nm纳米晶构成的纳米生物陶瓷，纳米颗粒增强高分子复合材料等。研究发现，纳米磷酸钙生物陶瓷的生物学活性，随晶粒度减小而增强，且多孔陶瓷还具有骨诱导性；纳米磷酸钙增强高分子复合材料的结构更接近于可视为羟基磷灰石增强胶原的自然骨；原位聚合纳米磷酸钙与胶原、乳酸或尼龙的复合材料，其生物力学相容性和生物活性更接近于自然骨，可望成为优良的组织工程支架材料。（2）纳米结构的半透膜和层层自组装复合纳米器件。利用脂类和寡肽分子自识别特性装配的二维结构，其纳米尺度孔隙呈有序周期性排列，可用作

5、药物、基因和细胞的控释载体或包囊。层层自组装是利用聚电解质和纳米粒子，在生理环境下，构建纳米薄膜、纳米微囊和其它多种纳米材料的重要途径。（3）纳米尺度的生物医学材料。纳米颗粒可穿透细胞膜进入细胞，从而在基因控释中具有重要应用。装载基因的纳米壳聚糖颗粒已在基因治疗中得到应用，纳米级的聚酯、短肽等基因控释载体和系统正在被广泛的研究。虽然纳米生物材料的生物学效应还远未被认识，但是现有研究表明纳米生物医学材料的纳米效应可增进材料的生物学性能，还有可能表现出尚未发现的优良生物学性能。但是，纳米生物材料亦可导致生物学风险，这是纳米生物材料研究

6、有待且必须解决问题。具有纳米结构的自然组织不但未表现出纳米效应的风险，且其性能十分优良。纳米生物材料和软纳米技术已成为当代生物材料科学和工程的十分活跃的新领域。1生物材料领域国际前沿热点及进展情况1．1生物医用材料生物医用材料早已实现产业化，其制品己占到全球医疗器械市场份额的一半。医用生物材料的国际前沿热点主要集中在组织工程应用，主要是由于大量的病人需要器官移植，而能够提供的器官数目却远不能满足大量病人的要求。比如2000年在美国就有72000人由于器官功能的丧失在等待进行器官移植，而可移植器官只能允许进行23000个移植手术。由

7、此催生了迅速发展的组织工程，其概念是让细胞在合适的条件下在三维生物材料上生长成为生物组织，作为器官替代之用。组织工程最关键的是用生物材料制造有特定表面化学、特定结构、一定降解速度、能促进细胞附着、移动、生长和分化的三位支架。在组织工程领域，多年来的研究一直集中在下面几种高分子材料（表1）而其中研究得最多最为成熟的组织工程材料是生物可降解和生物可相容的聚乳酸（PLA）、聚羟基乙酸（PGA）、 乳酸和羟基乙酸共聚物（PLGA），而且这些材料也获得美国食品和医药管理局的批准，可以用于临床。这方面国际上己经产生了大量的专利技术。1．2聚羟

8、基脂肪酸酯（PHA）近20多年迅速发展起来的生物高分子材料——聚羟基脂肪酸酯（PHA)，是很多微生物合成的一种细胞内聚酯，是一种天然的高分子生物材料，与PLA、PGA和PLGA等生物材料相比，PHA结构多元化，组成结构多样性带来的性能多样化使其在应