第2章生物相容性及生物学评价.ppt

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1、第2章生物相容性及生物学评价目录人体生理环境1生物相容性2宿主反应病理学反应4材料在生物体内的反应3生物材料的生物相容性评价52.1人体生理环境生物学环境：处于生物系统中的生物医用材料周围的情况或条件，其中包括体液、有机大分子、酶、自由基、细胞等多种因素。人体的内部环境基本上是建立在全部或是部分的还原的有机材料（分子和组织）之上的。人体的生理环境：体温为37℃，由水、电解质、血糖、蛋白质等构成相对稳定的内环境。细胞外液的4/5存在于血管外构成组织液，1/5在血管内，即血浆。正常人血的相对密度为1.050-1.060，粘度为4-5（通常以水的粘度为1作为标准进行计算）。血浆的渗透压

2、约为313mOsm/L，pH值为7.35-7.45。模拟人体生理环境的溶液：有机酸、蛋白质、酯、生物原分子、电解质、溶解氧、氮化合物以及可溶性碳酸盐的NaCl水溶液，浓度约为0.1mol/L，溶液的pH值约为5.5（±0.2）的溶液。2.2生物相容性1）定义生物材料在宿主的特定环境和部位，与宿主直接或间接接触时所产生相互反应的能力。生物相容性是是材料在生物体内处于动态变化过程中，能耐受宿主各系统作用而保持相对稳定，不被排斥和破坏的生物学特性，又称为生物适应性和生物可接受性材料与宿主产生相互作用所涉及生物化学、生物力学和生物电学三个反应系统。2）生物相容性分类两类：组织相容性和血液

3、相容性组织相容性定义：材料与组织器官接触时，不能被组织所侵蚀，材料与组织之间应有一种亲和能力组织相容性的优劣，主要取决于材料结构的化学稳定性。一般来说，相对分子质量大，分布窄或有交联结构的材料，组织相容性较好。其顺序由好到差依次为：硅橡胶、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯晴、聚酰胺、酚醛树脂、环氧树脂等。具体表现为生物材料和生物体结缔组织中的胶原结合成为一体，并能保持长时间稳定牢固的结合。某些材料长期植入机体仍然会对组织细胞产生影响，甚至诱发肿瘤的发生，只是不同的生物材料制成的人工器官植入体内诱发肿瘤的潜伏期有所不同而已。生物材料的组织相容性还与高聚物的形状和表面粗糙程度有关。血液相

4、容性1）定义生物材料与血液循环之间的一种特殊联系2）表现生物材料的界面现象（在材料的表面首先吸附血浆蛋白，包括白蛋白、球蛋白、纤维蛋白原等）；溶血、白细胞减少等细胞水平的反映；凝血系统、纤溶系统激活等血浆蛋白水平反映；免疫成分的改变、补体的激活以及血小板受体、二磷酸腺苷（ADP）和前列腺素的释放等分子水平的反映。3）生物材料的表面与血液成分的相互作用生物材料与血液接触，可以激活凝血因子，启动凝血系统形成血栓，经内源性凝血系统实现。内源性凝血一般是从凝血因子XII激活为XIIa开始，随后相继激活其他凝血因子，形成凝血。当材料与血液接触时，血浆蛋白首先吸附于高聚物表面。一般来说，容易

5、吸附蛋白质的材料表面不利于血小板的吸附，材料的抗凝血性能较好；容易吸附γ-球蛋白和纤维蛋白原的材料表面，则能加速凝血过程的形成。血小板的黏附和凝集，不仅仅与血管带电情况有关，可能还与材料表面吸附蛋白质的种类有关。血液成分与材料表面接触并相互作用，是否会造成红细胞受损而引起溶血，主要与材料表面积、化学结构、材料表面的粘附性、血液参数、凝血变化等因素有关。所有的生物材料几乎都能激活中性粒细胞和单核细胞。白细胞在生物材料表面形成血栓起着直接的作用，主要是由于白细胞具有内源性前凝血质活性和前聚集体活性，它们均可影响血小板聚集。高聚物表面与血液接触时，可以激活补体系统。补体是存在与血液中的

6、一类参与免疫效应的蛋白分子，由20多种血清蛋白组成。当生物材料与血液接触之后，可以通过两条途径激活补体系统。直接或者表面吸附的免疫球蛋白引起经典途径的补体激活；通过旁路途径激活补体系统。4）生物材料表面特性对血液相容性的影响生物体与生物材料表面的接触，它们之间的初级反应必然依赖于生物材料表面的性能，如材料表面的物理性能、表面电荷、亲水性、表面自由能等，所以生物材料的表面性质在生物学反应中起着至关重要的作用。生物材料表面的粗糙度是影响血液相容性的一个重要因素。因为越粗糙的表面暴露在血液中的面积越大。表面的润湿性，即材料亲水性或疏水性是一个重要的因素。亲水性的材料表面比疏水性的材料表

7、面更有利于细胞生长。亲水性的表面吸附作用较弱，并且是可逆的，这有利于调整材料的结构以适合细胞的生长；疏水性的表面吸附作用强，又不可逆，不易形成材料结构的重建。人们利用血液相容性与材料表面亲水性之间的这种关系，研制和开发了许多水凝胶高聚物材料。水凝胶：一种亲水性的材料，具有良好的血液相容性，但机械性能较差可通过化学或物理的方法将其接枝到机械性能较好的材料表面，这样既保持了原有的机械性能，又在材料表面形成了具有凝血作用的表面层，从而提高了材料的血液相容性。与血液接触的材料表面化学性质