仿生活性人工骨的生物制造研究

生物医用材料详解

2011–2012学年第2学期生物医用材料期末论文题目：壳聚糖生物材料的研究进展姓名：黄清优学号： 20090413310072 专业： 09材料科学与工程学院：材料与化工学院任课教师：曹阳王江唐敏完成日期： 2012年6月7日

壳聚糖生物材料的研究进展黄清优（海南大学材料科学与工程专业海口570228）摘要：壳聚糖作为一种新型天然生物材料，越来越成为国内外研究热点。本文对近年来壳聚糖改性方面的研究进展及其在生物医学方面的应用进行了综述，并对壳聚糖的发展趋势进行了展望。关键词：壳聚糖；化学改性；应用；生物材料 The Research Progress of Chitosan Biomaterial Qingyou Huang (Department of Material Science and Engineering Hainan University Haikou 570228) Abstract: Chitosan, as a kind of novel natural biomaterials, increasingly becomes a research pot at home and abroad. This paper summarized the progress in chemical modification of chitosan，and application of it in biomedical fields recently. At last, the developing trend of chitosan was predicted. Keywords: chitosan; chemical modification; application; biomaterial 1前言壳聚糖是一种新型的天然生物医用材料。虾、蟹类作为壳聚糖的原料，在我国具有分布量大，资源丰富的特点，从环保、经济可持续发展的角度来考虑，壳聚糖作为一种天然的材料，不仅无毒、无污染，而且还具有很好的生物降解性和相容性。因此非常有必要加大对壳聚糖的研究，以开发更多的产品[1,2]。由于壳聚糖安全性良好，且具有可降性和组织相容性，在医药领域具有很高的应用价值。但壳聚糖存在水溶性、稳定性、力学性能差等缺点，在一定程度上使其应用受到很大限制。对壳聚糖进行化学改性，可改善其物理、化学性质，拓宽了壳聚糖及其衍生物的应用领域，是近几年壳聚糖研究的热点之一。文章综述了近几年壳聚糖化学改性方面的研究进展，及其在生物医用方面的应用[2,3]。

仿生学论文综述

仿生学论文 10级生物科学 1009210117 张荣华

摘要自然界生物在漫长的进化过程中优胜劣汰，为了生存、自卫、竞争和发展的需要，强化了自身许多优异的结构和特殊功能。人们模仿生物界的这些结构特征,将它们应用于自身的斗争,即军事斗争中。利用生物的结构和功能原理来研制机械或各种新技术的科学。解决在日常的生产生活中遇到的问题，制造多种探测、斗争武器。关键词：生物结构特殊功能实践运用军事

一.仿生学简介仿生学（bionices）在具有生命之意的希腊语言bion上，加上有工程技术涵义的ices而组成的词语。大约从1960年才开始使用。生物具有的功能迄今比任何人工制造的机械都优越得多，仿生学就是要在工程上实现并有效地应用生物功能的一门学科。例如关于信息接受（感觉功能）、信息传递（神经功能）、自动控制系统等，这种生物体的结构与功能在机械设计方面给了很大启发。可举出的仿生学例子，如将海豚的体形或皮肤结构（游泳时能使身体表面不产生紊流）应用到潜艇设计原理上。仿生学也被认为是与控制论有密切关系的一门学科，而控制论主要是将生命现象和机械原理加以比较，进行研究和解释的一门学科。 1.历史由来自古以来，自然界就是人类各种技术思想、工程原理及重大发明的源泉。种类繁多的生物界经过长期的进化过程，使它们能适应环境的变化，从而得到生存和发展。劳动创造了人类。人类以自己直立的身躯、能劳动的双手、交流情感和思想的语言，在长期的生产实践中，促进了神经系统尤其是大脑获得了高度发展。因此，人类无与伦比的能力和智慧远远超过生物界的所有类群。人类通过劳动运用聪明的才智和灵巧的双手制造工具，从而在自然界里获得更大自由。人类的智慧不仅仅停留在观察和认识生物界上，而且还运用人类所独有的思维和设计能力模仿生物，通过创造性的劳动增加自己的本领。鱼儿在水中有自由来去的本领，人们就模仿鱼类的形体造船，以木桨仿鳍。相传早在大禹时期，我国古代劳动人民观察鱼在水中用尾巴的摇摆而游动、转弯，他们就在船尾上架置木桨。通过反复的观察、模仿和实践，逐渐改成橹和舵，增加了船的动力，掌握了使船转弯的手段。这样，即使在波涛滚滚的江河中，人们也能让船只航行自如。鸟儿展翅可在空中自由飞翔。据《韩非子》记载鲁班用竹木作鸟“成而飞之，三日不下”。然而人们更希望仿制鸟儿的双翅使自己也飞翔在空中。早在四百多年前，意大利人利奥那多·达·芬奇和他的助手对鸟类进行仔细的解剖，研究鸟的身体结构并认真观察鸟类的飞行。设计和制造了一架扑翼机，这是世界上第一架人造飞行器。 2.研究方法仿生学是生物学、数学和工程技术学互相渗透而结合成的一门新兴的边缘科学。第一届仿生学会议为仿生学确定了一个有趣而形象的标志：一个巨大的积分符号，把解剖刀和电烙铁“积分”在一起。这个符号的含

关于生物医用材料的分析

关于生物医用材料的分析自动化41 2140504024 张吉仲人与动物的最根本的区别就是人类可以使用工具，那么工具从何而来，必是由材料制成的，可见材料同工具一样，在人类的发展史上占据和举重若轻的作用。从早期的石器时代，到青铜器，铁器，再到纸的出现，各种金属材料的大量使用，最后到如今的纳米技术，信息材料，材料的发展不可谓不快，而材料的发展也从一定程度上反映出了人类社会，正向着更高层次发展着。公元前4000到5000年，当人类刚刚出现在这个星球上时，还是主要使用由木头石头骨头等简单材料制成的简单的工具，在如今开来，这些工具是如此简陋和落后，但正是因为这些工具，人类才走上了正确的发展之路，才开创了对材料的应用与研究，对美好生活的向往，激励着人们寻找新的材料。于是便有了陶器，各种陶器不仅开启了人类的新石器时代，还给人们的生活带来了便利，更在历史上留下了重要的刻印。炭加热铜得到青铜，于是由产生了青铜器，作为历史上的第一种合金，它的历史地位不可谓不高，人类由青铜制出了鼎，编钟等有代表性的青铜器。而随着开采铁和炼铁技术的高速发展，铁器时代随之而来，作为地面上含量最多的金属，铁的发现也是社会发展必然的结果，铁器伴随人类发展经历了相当长的时间，即使在今天，铁器的使用仍然十分广泛地存在在人类社会中。而进入十九世纪以来，各种新型材料如雨后春笋般出现，1824年英国第一次制造出了现代意义上的水泥材料，开创了水泥时代，水泥开始广泛应用到人类的生活中，各种楼房和桥梁的建设都离不来水泥材料。随后的钢铁材料的出现更是具有跨时代的意义，我想世界上没有那个国家能够离开钢铁材料，每一个国家都会大炼钢铁，促进钢铁材料的发展，就意味着工业的飞速发展。而如今，我们迎来了新材料时代，包括铝合金，钛材料，计算机材料，电子管，晶体管，集成电路，信息材料，航天与汽车材料在内的一系列新型材料，而其中最重要的我认为当属生物医用材料。什么是生物医用材料呢？生物医用材料是用来对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的材料，这是百度百科给予的权威答案。生物医用材料是用来对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的材料。它是研究人工器官和医疗器械的基础，已成为当代材料学科的重要分支，尤其是随着生物技术的蓬勃发展和重大突破，生物医用材料已成为各国科学家竞相进行研究和开发的热点。其特点十分突出：用于与生命系统接触和发生互相作用的，并能对细胞组织器官进行诊断治疗、替换修复和诱导再生的一类特殊的功能材料。生物材料是材料科学领域中正在发展的多种学科相互交叉渗透的领域，其研究领域内容涉及材料科学、生命科学、化学、生物学、解剖学、病理学、临床医学、药物学等学科，同事还涉及工程技术和管理学科的范畴。为什么说它重要，众所周知，生命对于人来说最为重要，且最为宝贵，没有健康的身体，任何财富和事业都是徒劳，而生物材料正是可以挽救和维持成千上万患者生命的一种学科，它可以再生新的器官，新的组织，这听起来像是天方夜谭，但随着医学材料的发展，这些都将成为现实。生物材料的发展具有悠久的历史，其开端还要追溯到公元前5000年的埃及，古老的埃及人用黄金修复牙齿，标志着生物材料的产生，而近代的生物材料的开端是在1588年用黄金版修复颚骨，从那之后，各种生物材料开始兴起，从一开始单一的黄金材料，到后来各种金属，天然橡胶以及硫酸钙等无机物。而到了现代，生物材料更多的是不锈钢，合金等材料，人们曾经成功地用不锈钢应用于骨科和口腔科治疗，用合金制作了接骨板和骨钉等固定器械。从20世纪60年代以后，生物陶瓷应用，伴随的还有医用的高分子材料，制作人工心脏瓣膜，人工血管，人工骨，手术缝合等。生物医用材料是研制人工器官以及一些重要

仿生学

1、1体温得测量方式及正常值生命指征得定义三种测量体温得方法:1、口测法2、肛测法3、腋测法体温正常变化范围体温异常发热程度 1、1、2仿生学得起源 1、2仿生学得诞生仿生学得定义就是1960年提出 1、3仿生学与科技创新得关系仿生学就是科学与技术原始创新得不竭动力。 1、4、1仿生需求(一) 仿生需求:1、健康需求2、军事需求3、发展需求4、精神需求5、兴趣需求 1、4、2仿生模本(二) 仿生模本:1、生物模本2、生活模本3、生境模本 1、4、3仿生模拟(三) 仿生模拟:1、形似模拟2、神似模拟 1、4、4仿生制品(四) 仿生制品:1、非生命得仿生制品2、生命零部件得仿生制品第二章从灵感到制造得创新过程——仿生学得研究方法 2、1生物模本分析生物体→生物模型→数学模型→实物模型→技术装置问题提出→典型生物体分析→建立生物原型 2、2仿生原理分析仿生原理分析: 形态、成分、生物电、分泌物、弹性与柔性、生物活性 2、3实物模型建立实物模型建立: 1、建立数学模型:数理统计、有限元、试验优化、分形分维、灰度分析、层次分析、动态过程、模型分析建立实物模型:推土部件、铲装部件、耕作部件、储运部件建立实物模型:推土部件(推土铲、推土板) 铲装部件(挖斗、铲斗) 耕作部件(犁壁、深松铲) 储运部件(步行轮、气垫车、驼蹄轮胎、自卸车箱) 第三章适者生存——军事仿生 3、1、1仿生武器装备1 军事仿生学研究方法(3阶段,3研究方法) 生物结构与兵器制造; 1、模仿生物得生物结构制造十八般武器:刀、戟、抓鞭与锏 3、1、2仿生武器装备2 飞机与鸟与昆虫蜻蜓可作长时间得悬停,苍蝇可以随意转变方向每根羽毛有专属得肌肉,鸟得喙就是中空得,鸟类全身设计都就是为了飞行奥拓利林塔尔:滑翔机之父莱特兄弟1903年:飞行一号信天翁;展翅比飞机震颤问题军用飞机:歼击机、轰炸机,无人机 3、1、3仿生武器装备3 潜艇与鱼与海兽下潜与上浮水母,乌贼,鱼最初就是在水柜里冲水戴维布什内尔:美国第一潜艇Tuetle(1776) 富尔顿(1801—法)鹦鹉螺号动力: 人力电动机—柴油/汽油发动机速度与动力利用效力海豚:外表皮层,乳突在真皮层, 40~48公里每小时,70~100公里每小时冲

仿生学对人类会发展的贡献

仿生学对人类社会发展的贡献一、仿生学的概念所谓“仿生”，顾名思义就是向生物学习、模仿或取得启示，仿造各种生物的优点以用在人类科学技术的创造或改进上。仿生学一词是1960年由美国.斯蒂尔提出的。他认为“仿生学是研究以模仿生物系统的方式、或是以具有生物系统特征的方式、或是以类似于生物系统方式工作的系统的科学”。尽管人类在文明进化中不断从生物界受到新的启示，但仿生学的诞生，一般以1960年全美第一届仿生学讨论会的召开为标志。仿生学的研究范围主要包括①力学仿生：研究并模仿生物体大体结构与精细结构的静力学性质，以及生物体各组成部分在体内相对运动和生物体在环境中运动的动力学性质。②分子仿生：研究与模拟生物体中酶的催化作用、生物膜的选择性、通透性、生物大分子或其类似物的分析和合成等。③能量仿生：研究与模仿生物电器官、生物发光、肌肉直接把化学能转换成机械能等生物体中的能量转换过程。④信息与控制仿生：研究与模拟感觉器官、神经元与神经网络、以及高级中枢的智能活动等方面生物体中的信息处理过程。此外，它还研究与模拟体内稳态，运动控制、动物的定向与导航等生物系统中的控制机制，以及人---机系统的仿生学方面。人工智能和智能机器人研究的仿生学方面---生物模式识别的研究、大脑学习、记忆和思维过程的研究与模拟，生物体中控制的可靠性和协调问题等---是仿生学研究的主攻方面。因此仿生学就是人类在认识自然和改善自然的过程中，通过科学的探索和研究，模仿自然界中一些生物的特殊本能的原理，来解决某些人类传统认识无法解决的一些疑难现象的一门高科技边缘科学。二、仿生学的历史贡献仿生学在人类历史发展过程中所做出的贡献可谓源远流长。尤其是近几个世纪，仿生学在军事、医学、生物、电子等高端技术领域的应用更是给人类的发展带来了创新革命。在军事上，模仿野猪嘴发明的防毒面具，模仿海豚皮肤的沟槽结构，应用于船舰外壳上，可减少航行湍流，提高航速。模仿鸟类滑翔原理发明飞机；模仿“莲花效应”将其应用于飞机表层、汽车外壳达到自清洁的目的；模仿苍蝇等昆虫的视觉原理研制智能武器和仿生眼等；在医学上，根据苍蝇在细菌环境中生存的原理研制出的免疫抗菌剂，模拟人体器官设计出各种仿生器官用于医学手术中等等；在生物上，屋顶瓦楞模仿动物的鳞甲、船桨模仿鱼的鳍、锯子学的是螳螂臂，

仿生学的例子

仿生学的例子 1。由令人讨厌的苍蝇，仿制成功一种十分奇特的小型气体分析仪。已经被安装在宇宙飞船的座舱里，用来检测舱内气体的成分。 2。从萤火虫到人工冷光； 3。电鱼与伏特电池； 4。水母的顺风耳，仿照水母耳朵的结构和功能，设计了水母耳风暴预测仪，能提前15小时对风暴作出预报，对航海和渔业的安全都有重要意义。 5。人们根据蛙眼的视觉原理，已研制成功一种电子蛙眼。这种电子蛙眼能像真的蛙眼那样，准确无误地识别出特定形状的物体。把电子蛙眼装入雷达系统后，雷达抗干扰能力大大提高。这种雷达系统能快速而准确地识别出特定形状的飞机、舰船和导弹等。特别是能够区别真假导弹，防止以假乱真。电子蛙眼还广泛应用在机场及交通要道上。在机场，它能监视飞机的起飞与降落，若发现飞机将要发生碰撞，能及时发出警报。在交通要道，它能指挥车辆的行驶，防止车辆碰撞事故的发生。 6。根据蝙蝠超声定位器的原理，人们还仿制了盲人用的“探路仪”。这种探路仪内装一个超声波发射器，盲人带着它可以发现电杆、台阶、桥上的人等。如今，有类似作用的“超声眼镜”也已制成。 7。模拟蓝藻的不完全光合器，将设计出仿生光解水的装置，从而可获得大量的氢气。 8。根据对人体骨胳肌肉系统和生物电控制的研究，已仿制了人力增强器——步行机。 9。现代起重机的挂钩起源于许多动物的爪子。 10。屋顶瓦楞模仿动物的鳞甲。 11。船桨模仿的是鱼的鳍。 12。锯子学的是螳螂臂，或锯齿草。 13。苍耳属植物获取灵感发明了尼龙搭扣。 14。嗅觉灵敏的龙虾为人们制造气味探测仪提供了思路。 15。壁虎脚趾对制造能反复使用的粘性录音带提供了令人鼓舞的前景。 16。贝用它的蛋白质生成的胶体非常牢固，这样一种胶体可应用在从外科手术的缝合到补船等一切事情上。好运生物学家通过对蛛丝的研究制造出高级丝线，抗撕断裂降落伞与临时吊桥用的高强度缆索。船和潜艇来自人们对鱼类和海豚的模仿。响尾蛇导弹等就是科学家模仿蛇的“热眼”功能和其舌上排列着一种似照相机装置的天然红外线感知能力的原理，研制开发出来的现代化武器。火箭升空利用的是水母、墨鱼反冲原理。科研人员通过研究变色龙的变色本领，为部队研制出了不少军事伪装装备。科学家研究青蛙的眼睛，发明了电子蛙眼。

生物医用材料产业发展现状及思考

生物医用材料产业发展现状及思考生物医用材料是用于诊断、治疗、修复或替换人体组织或器官或增进其功能的一类高技术新材料，与人类的健康息息相关。随着经济发展水平提高，大健康概念日趋升温，加之当代材料科学与技术、细胞生物学和分子生物学的进展在分子水平上深化了材料与机体间相互作用的认识，当代生物医用材料产业已经成为快速发展的高科技新兴产业。一、生物医用材料及其产业概述生物医用材料又称为生物材料，其传统领域主要包括支持运动功能人工器官（骨科植入物、人工骨、人工关节、人工假肢等），血液循环功能人工器官（人工血管、人工心脏瓣膜等）整形美容功能人工器官、感觉功能人工器官（人工晶体、人工耳蜗等）等，新型领域主要包括分子诊断、3D 打印等。生物医用材料的特征主要包括：安全性、耐老化、亲和性，及物理和力学性质稳定、易于加工成型、价格适当。同时，便于消毒灭菌、无毒无热源，不致癌不致畸也是必须考虑的。对于不同用途的材料，其要求各有侧重。其产业特征包括：低原材料消耗、低能耗、低环境污染、高技术附加值，高投入、高风险、高收益、知识与技术密集。二、生物医用材料及其产业发展现状（一）市场分析

2016 年全球生物医用材料市场规模为709 亿美元，预计2021 年将达到1491.7 亿美元，2016 ～2021 年的复合年增长率为16% 。骨科植入材料和心血管材料是生物医用材料市场占比最高的两个细分领域，其中骨科植入材料占据了全球生物医用材料市场的头把交椅，市场占有率为37.5% 。心血管材料占据生物医用材料市场的36.1% 。其他的主要细分领域还包括牙科材料、血液净化材料、生物再生材料和医用耗材。（二）竞争态势全球生物医用材料和制品持续增长，美国、欧盟、日本仍然占据绝对领先优势。2015 年，在全球医疗器械生产和消费方面，美国、欧盟、日本的市场占比分别为41% 、31% 和14% 。美国的生物医用材料产业集聚于技术资源丰富的硅谷、128 号公路科技园、北卡罗来纳研究三角园，以及临床资源丰富的明尼阿波利斯及克利夫兰医学中心等；德国聚集于巴州艾尔格兰、图林根州等地区；日本聚集于筑波、神奈川、九州科技园等。图1 ：主要国家生物医用材料销售收入占全球医疗器械市场比例分析中国和印度拥有最多的人口，且其医疗保健系统正在发展当中尚未成熟，因此在医学发展和临床巨大需求的驱动下最具

小学四年级语文：生物的启示——仿生学的诞生

小学四年级语文：生物的启示——仿生学的诞生仿生学是向生物学习的科学，是人们有意识地将自然原理加以推广应用的一种思维方法。从生物的结构想到人工产品的结构人们创造了类似茅草的锯子，制成了类似蛋壳的屋顶，建成了类似大树的电视塔。从生物的行为中得到启示学者们研究袋鼠的育儿行为(把幼鼠放进育儿袋中)，美国医学家研制出模仿袋鼠袋的装置，拯救了世界上无数早产儿。从生物的习性中发现其中的价值英国女人类学家古多你在坦桑尼亚的森林中发现猩猩每天要到较远地方去吃几片阿斯辟亚灌木的树叶，经过对叶子的化验、分析，从中提炼出有效成份生产出高效杀菌剂。从生物的形态特征中，启示了人们仿制出鱼雷艇。近30年来，人们向生物系统索取设计蓝图，使军事、化工、机械、建筑等科学领域发生了根本性的变化，新事物层出不穷：从雪地行走的企鹅，人们发现了越野汽车；利用六角形结构蜜蜂窝，生产出了蜂窝材料；从青蛙突出的眼睛，制造了电子蛙眼等。科学家们又想到，目前飞机虽飞得高，但在陡然起飞，向上飞升方面不如昆虫；核潜艇的航速还比不上海脉，今天，通过仿生学一定会揭开更多的生物界奥秘，在21世纪将会解决一些重要的科学难题。生物对建筑的启示北极熊的御寒外套启示科学家进行节能建筑的研究，法国建立了第一批示范性试验性透明热防护系统；英国建筑师根据蜘蛛网原理，为土耳其的伊斯坦布尔足球俱乐部设计出一座带屋顶的看台；津巴布韦建筑师根据白蚁巢(cho)穴调温的原理建立了一座新型的节能大楼；英国建筑师约瑟根据王莲叶片结构，设计建造了一座顶棚(png)跨度极

大的展览厅，整个建筑很有特点，既结构轻巧，又明亮壮观，还经济耐用。动物的定向与导航，对于研制新的航空和航海导航仪有很大的帮助。如海龟游出几兆米外,3年后仍可游回原产卵地。海龟的导航系统正在成为航天、航空、航海等研究工作的重点。酶学仿生也是人们研究的重点。模拟蓝藻的不完全光合器，将设计出仿生光解水的装置，从而可获得大量的氢气。氢是无污染的能源物质，利用光合作用获得氢能源，将引起动力工业的革命。机器人有应用生物电流的技术装置假手。假手不仅能做动作，而且能够随环境的变化而自动调整动作。

《生物医用材料》课程教学大纲

《生物医用材料》课程教学大纲课程编号：BFMA2004 课程类别：专业基础课授课对象：材化部生物功能材料专业大学三年级本科生开课学期：春季学分：3 学分/54 学时主讲教师：孟凤华教授指定教材：巴迪?D.拉特纳等编著、顾忠伟等译校的《生物材料料学：医用材料导论(原书第2版中文版)》，2011。教学目的：生物医用材料学是生物医学科学中的最新分支学科，是生物、医学、化学和材料科学交叉形成的边缘学科。生物医用材料学是生物医学工程学的四大支柱之一，因此生物医用材料学是生物医学工程系本科学生必不可少的的一门专业课程。生物医学材料学是多门学科相互借鉴结合、相互交叉渗透、突破旧有学科的狭小范围而开创的一门新学科。本课程较系统的介绍生物医用材料学的基本概念，主要内容，研究现状及发展趋势，力求对生物医用材料学领域所涉及的材料学、化学、生物学、医学的有关知识进行较详细的介绍。以《生物医学材料学》为主要讲授内容，并结合科研和本学科发展最新动态，补充讲授纳米药物输送、组织工程等新内容。通过本课程的学习，使学生对生物医用材料学科的内容和知识有一个全面的了解，开拓知识面，为今后的深造和科研打下基础。概述课时：共1课时教学内容：序言生物材料科学：多学科奋进的科学生物材料的发展历史第1部分材料科学与工程第1章材料性质课时：共2课时教学内容： 1.1 引言 1.2 材料的本体性质 1.3 有限元分析 1.4 材料的表面性质和表征 1.5 水在生物材料中的作用思考题： 1、简述影响材料的本体性质及测定方法。 2、简述材料的表面性质及常用的表面分析方法。 3、水在生物材料中起什么作用？第2章医用材料的种类课时：共12课时教学内容：

我国生物医用材料现状

我国生物医用材料现状我国是生物医用材料和器械的需求大国，医疗保健服务人口基数大，医疗费用近十年平均增长率近20%，远远高于同期国民经济增长率，已逐渐成为社会和公民的沉重负担。因此，利用现代高科技，加速生物材料及制品的开发，解除千百万患者的痛苦，提高生活及健康水平，无疑是非常有意义的，也是社会发展的呼唤。生物材料及制品投入产出比高，经济效益十分显著，易于形成科技经济一体化发展，并可带动相关产业的改造。加速生物材料科技经济一体化发展，对于我国参与世界经济发展竞争具有重要意义。但我国生物医用材料产业基础薄弱，生物医用材料及器械产品单一，技术落后，科研与产业脱节，70-80%要依靠进口。目前，植入体内的技术含量高的生物医用材料产品约80%为进口产品。常用的生物医用材料产品约20%为进口产品，2002年进口产品约100亿元人民币，此外还有大量的医用级原材料大多需要进口。同时，我国材料加工工艺差距较大，基础研究水平不高，这些都直接制约了新技术和新材料的开发和应用，加之资金及合作单位等原因造成生物医用材料科研成果难于产业化。在我国，药品和医疗器械产值的比例约为10：2.5，远远落后于国际上的比例（10：7）；而我国在世界生物材料及制品市场中所占份额不足3%。这意味着我国生物材料产业今后将直接面临着世界市场的竞争、限制和压力。近年来随着国内高新技术发展，医疗器械产业的面貌变化很大。在2002年材料类医疗器械产值约300亿人民币，目前每年以10-15%的速度递增，预计到2010年可达600亿人民币，2020年可达1500亿元人民币。随着我国经济的发展，特别是广大农村和西部地区的生活水平提高，对生物医用材料需求可能会大于这些预测产值。十几亿人口医疗保健需求的巨大压力与我国生物材料、医疗器械及制药工业的薄弱基础形成了尖锐矛盾。这对于我国的经济、社会发展来说，既是难得的机遇．又是一个巨大的挑战。目前，我国已取得了一批具有自主知识产权的技术项目，并逐步形成了生物医用材料的研发机构和团队。涉及到生物医用材料的学会及协会组织有中国生物医学工程学会生物医用材料分会、中国人工器官学会、北京生物医学工程学会、上海市生物医学工程学会生物医用材料专业委员会、四川省生物医学工程学会、重庆市生物医学工程学会、中国生物复合材料学会和中国生物化学与分子生物学会等。目前，国家已经建立与生物医用材料相关的各类国家重点实验室及研究中心十余家（见表1）。中国科学院系统的金属所、硅酸盐所、化学所、大连化物所、长春应化所和成都有机所都有专门从事生物医用材料研发的团队和学术带头人；同时在北京、天津，上海、广州、武汉、成都、西安也已逐步形成了基于各地区主要大学和研究机构的生物医用材料研发团队和学术带头人。已取得具有自主知识产权的技术项目有：羟基磷灰石涂层技术、聚乳酸及可吸收骨固定和修复材料、胶原和羟基磷灰石复合骨修复材料、自固化磷酸钙材料、介入支架材料、纳米类骨磷灰石晶体与聚酰胺仿生复合生物活性材料、氧化钛和氮化钛涂层技术、免疫隔离微囊材料、壳聚糖防粘连材料、海藻酸钠血管栓塞材料。表1 国内主要研究机构及重点研究方向机构名称重点研究方向

仿生学仿生学(bionics)是模仿生物系统的原理来建造技

昆虫与仿生彩万志（中国农业大学昆虫学系）仿生学(bionics)是模仿生物系统的原理来建造技术系统，或者使人造技术系统具有或类似于生物系统特征的科学。自从人类诞生就开始了仿生活动，但仿生学作为一门学科是1960年6月在美国召开的一个学术会议上提出的，它是一个涉及生物学、数学、物理学、化学、神经学、自动化、控制论等多学科的综合性边缘学科。其实质就是模仿生物制造各类设备。因此，首次仿生学会议的副标题就是“生物原型---新技术的钥匙”。全球昆虫种类1000万种、占全球生物种类的1/2、占全球动物种类的2/3。在漫长的生物进化史中，鼎盛一时的三叶虫灭绝了，庞大的恐龙消失了……而小小的昆虫却一直繁荣至今。除了昆虫具有惊人的繁殖能力、适应能力外，它们在形态、生理、行为等方面具有很多绝妙之处。有很多地方连人类也自叹不如，如螳螂能够在0.05秒内一跃而起，捕捉到空中飞行的猎物，这一速度连目前的微电子和自动化技术都达不到。所有这些独到之点，都是仿生学的丰富资源。昆虫的形态千姿百态，千差万别，从头到尾，从里到外，与仿生学相关之处甚多，大体有以下五个方面。 (1) 昆虫的头部与仿生昆虫的触角与各式各样的天线、昆虫的复眼与蝇眼相机、虫眼导弹、地对空速度仪、空对地速度计、偏振光导航仪等。 (2)昆虫的胸部与仿生翅的花纹与军事伪装、鳞片与计算机散然装置、鳞片结构与卫星控温、鳞片结构与防伪纸币、翅痣与飞机的减震装置、平衡棒与振动陀螺仪等。 (3) 昆虫的腹部与仿生蝗虫的产卵器和钻井装置、腹节的构造与套筒装置、腺体系统与火箭设计等。 (4)昆虫的生理与仿生几丁质与仿生材料、弹性素与弹跳鞋、肌肉发动机和燃料电池、昆虫的泌丝与人造纤维等。 (5)昆虫的行为与仿生昆虫的飞行与虫形飞机、昆虫的巢穴与建筑、蜜蜂巢房的结构与仿生、昆虫的发音与仿生、昆虫的发光与仿生、昆虫的化学通讯与仿生、毛虫的行走与战地越野车、尺蠖的行走与新型坦克、蜜蜂的访花与电子蜜蜂等。此处，仅以翅的结构、飞行动力学为例简单介绍一下虫型飞机方面的仿生学进展。一、虫型飞机的概念昆虫是动物界中最早获得飞行能力的类群，也是无脊椎动物中惟一具翅的类群，其高超的飞行技巧时常使自认为万物之灵的人们愧叹弗如。吴承恩笔下的齐天大圣孙悟空会七十二般变化，一个筋斗能翻十万八千里，腾云驾雾、上天入地，好不自在！但在吴大师的心目中，孙悟空显然不如蝴蝶那么潇洒，在描述孙悟空所变的蝴蝶时，他这样写道：“一双粉翅，两道银须。乘风飞去急，映日舞来徐。渡水过墙能疾俏，偷香弄絮甚欢娱。体轻偏爱鲜花味，雅态芳情任卷舒。”从这些描写中，我们不难看到到他对蝴蝶翩翩起舞的羡慕之情。的确，每当春暖花开、万象生烟之际，美丽的蝴蝶双双对对在花间款款飞舞，不免使人顿发希望自己也能像蝴蝶那样自由飞翔的感慨。人类渴望了上百万年的飞天梦，直到1903 年，美国的莱特兄弟成功地进行了动力载人飞行的那一刻才真正成为现实。在此后的100多年中，航空器的大型化、高速化、智能化一直是航空研究领域的主流。但是，20世纪90年代以来，随着微电子、微电子机械系统、微型照相机、微型红外传感器、微型检测器和计算机芯片等技术的飞速发展，飞行器的设计又始出现向小型化、微型化发展的趋势。

生物医用高分子材料研究进展及趋势

J I A N G S U U N I V E R S I T Y 医用材料学课程学习总结及结课论文生物医用高分子材料的研究及发展趋势

学院名称：材料科学与工程专业班级：金属1302 学生姓名：钱振指导教师姓名：王宝志 2016年 10 月生物医用高分子材料的研究及发展趋势钱振学号：63 班级：金属1302 材料科学与工程学院摘要：随着我国经济发展水平的不断提高，分子材料在各领域得到了显著应用，在医用领域应用更多，本文综述了生物医用高分子材料的分类、特点及基本条件，概述了医用高分子材料的研究现状及其用途，并浅谈了医用高分子材料的发展及展望。通过介绍医用高分子材料在人工脏器、药剂及医疗器械方面的应用，以及我国近年来的研究情况和存在的问题,形成对生物医用功能高分子的认识和其重要性的认识。关键词：生物材料，生物医用高分子材料，现状，应用，展望 1.引言生物医用材料是生物医学科学中的最新分支学科，它是生物学、医学、化学、物理学和材料学交叉形成的边缘学科，是用于人工组织或器官制备、高性能医疗

器械的研制、药物新剂型的开发和和仿生效应研究的基础[1] 。生物医用材料，简称生物材料(BiomaterialS)，是一类具有特殊性能或功能，用于与生物组织接触以形成功能的无生命的材料]2[。主要包括生物医用高分子材料、生物医用陶瓷材料、生物医用金属材料和生物医用复合材料等。研究领域涉及材料学、化学、医学、生命科学]3[，生物医用高分子材料是一门介于现代医学和高分子科学之间的新兴学科。目前医用高分子材料的应用已遍及整个医学领域(如:人工器官、外科修复、理疗康复、诊断治疗、心血管、骨修复、神经传递、皮肤、器官、药物控释等）。 2.研究现状生物医用高分子材料是一类可对有机体组织进行修复、替代与再生，具有特殊功能作用的高分子材料。在功能高分子材料领域，生物医用高分子材料取得了长足的进展，目前已成为发展最快的一个重要分支。随着医用高分子产业的发展，出现了大量的医用新材料和人工装置，如人工心脏瓣膜、人工血管、人工肾用透析膜、心脏起博器及骨生长诱导剂等。近10年来，由于生物医学工程、材料科学和生物技术的发展，医用高分子材料及其制品正以其特有的生物相容性、无毒性等优异性能而获得越来越多的医学临床应用。生物医用高分子材料是生物材料的重要组成部分，它发展最早、应用最广泛、用量最大、品种繁多，主要包括：塑料、橡胶、纤维、粘合剂等。随着医学的发展，这些材料在医学领域得到广泛的应用。如:膨体聚四氟乙烯人造血管、聚矾中空纤维人工肾、硅橡胶医用导管、介入栓塞材料、介入诊疗导管以及护理方面使用的一次性医疗用品等，都是由高分子材料制成的。这些产品在临床诊断、治疗、护理等方面起着越来越重要的作用。正是由于高分子材料在医学上的独特作用，因而在高分子化学上出现了一个新的分支—医用高分子(Medical highpolymers)。它是把高分子化学的理论、研究方法、临床医学的需要结合起来，用于研究生物体的结构、生物体器官的功能及医用材料的应用等的一门年轻而边缘性的学科]4[。

生物医用材料未来发展趋势

生物医用材料未来发展趋势作者：亦云来源：上海情报服务平台发布者：日期：2006-09-07 今日/总浏览：7/6023 组织工程材料面临重大突破组织工程是指应用生命科学与工程的原理和方法，构建一个生物装置，来维护、增进人体细胞和组织的生长，以恢复受损组织或器官的功能。它的主要任务是实现受损组织或器官的修复和再建，延长寿命和提高健康水乎。其方法是，将特定组织细胞"种植"于一种生物相容性良好、可被人体逐步降解吸收的生物材料（组织工程材料）上，形成细胞――生物材料复合物；生物材料为细胞的增长繁殖提供三维空间和营养代谢环境；随着材料的降解和细胞的繁殖，形成新的具有与自身功能和形态相应的组织或器官；这种具有生命力的活体组织或器官能对病损组织或器宫进行结构、形态和功能的重建，并达到永久替代。近10年来，组织工程学发展成为集生物工程、细胞生物学、分子生物学、生物材料、生物技术、生物化学、生物力学以及临床医学于一体的一门交叉学科。生物材料在组织工程中占据非常重要的地位，同时组织工程也为生物材料提出问题和指明发展方向。由于传统的人工器官（如人工肾、肝）不具备生物功能（代谢、合成），只能作为辅助治疗装置使用，研究具有生物功能的组织工程人工器官已在全世界引起广泛重视。构建组织工程人工器官需要三个要素，即"种子"细胞、支架材料、细胞生长因子。最近，由于干细胞具有分化能力强的特点，将其用作"种子"细胞进行构建人工器官成为热点。组织工程学已经在人工皮肤、人工软骨、人工神经、人工肝等方面取得了一些突破性成果，展现出美好的应用前景。例如，存在于脂肪组织基质中的脂肪干细胞(ADSCs)是一类增殖能力强、具有多向分化潜能的成体干细胞，被发现不但具有与骨髓基质干细胞（BMSc）相似的向成骨、软骨、脂肪、肌肉和神经等细胞多分化的能力，而且表达与BMSc相同的表面标志如CD29、CD105、

生物医用材料_尹玉姬

专论与综述　Monograph and Re view 　生物医用材料尹玉姬　李　方　叶　芬　姚康德 (天津大学高分子材料研究所,天津,300072) 提　要　介绍了生物医用材料的进展和一些潜在的应用前景。关键词　生物医用材料,生物相容性,组织工程生物医用材料(Biomedical Materials)又称生物材料(Biomaterials),是和生物系统接合以诊断、治疗或替换机体中的组织、器官或增进其功能的材料。许多临床应用的生物医用材料原本不是按生物医用材料所设计,而是以现有材料解决实际问题。近几年来,逐渐开始重视生物医用材料的设计与制备,使其本体特别是表面具有所需的化学、物理和生物特性,因而扩大了应用领域[1]。 20世纪80年代后期,工程学科与医学学科交叉产生的组织工程兴起,将工程科学原理和方法与生命科学(医学、生物学)相融合,使生物组织功能再生、维持和改善。组织工程的产生对相关生物医用材料提出了新的挑战,除生物功能性和生物相容性外,更要求与组织接触时产生所期望的响应。 1　生物医用材料的研究与开发 1.1　生物医用材料生物医用材料的设计与制备,趋于使材料具有所需的化学、物理和生物功能,此类材料既可直接制备,亦可将所需组分引入材料,或由现有材料经化学或物理修饰产生相应功能。 1.1.1　生物陶瓷　天然矿化物含有少量有机大分子,以控制无机组分的成核、生长、微结构及矿化材料的性质等,大分子包括蛋白质、糖蛋白和多糖,其结构中富含羧酸(如蛋白质中的谷氨酸和天冬氨酸残基)。此类大分子嵌入矿化物微结构内使脆性材料增韧,这与微裂缝的偏位和裂缝扩展吸收能相关。Samuel I.Stupp研究组探索以天然大分子控制生物陶瓷的微结构,制备出“有机磷灰石”并用做人工骨。这类“有机磷灰石”含有聚氨基酸、寡肽和合成聚电解质[2]。1.1.2　表面修饰金属　硬组织材料如人工关节和人工牙根,除生物相容性外,更要求承受一定负荷。常用表面涂层的方法赋予不锈钢SUS316、Co-Cr合金、钛合金等材料生物相容性和耐磨损性。此类表面工程包括:(1)向金属表面添加异种粒子,使金属表面合金化和陶瓷化;(2)表面基材以不同的金属涂层和陶瓷涂层修饰。可用离子注入和电子射线法进行上述表面改性,如向SUS316L和钛合金表面渗氮,以提高人工股关节和人工膝关节的耐磨性。为改善与骨的结合性,可采用钙离子注入方法。用高能量电子线对金属表面进行热处理后,表面成为非晶态,这将有助于提高表面的硬度。金属表面用生物活性陶瓷羟基磷灰石和AW玻璃涂层的效果经动物试验后已被临床应用所确认。钛及其合金经碱处理后形成生物相容性良好的表面层,有关这方面的研究正在进行中[3]。 1.1.3　高分子生物医用材料　可用一般单体共聚制备几乎单分散的高分子材料。所制得的聚合物可含有特异的亲水或疏水基团、生物降解重复单元。也可形成三维扩展的星型聚合物和树枝型聚合物,这种聚合物有一个中央核,高度支化结构使其具有大量端基。一个二乙烯基苯核能扩展40到50个聚氧化乙烯(PE O)。与线性PE O相比,这种聚合物的密度显著增加。由于PE O密度的提高能更好地从空间上排斥蛋白质或细胞的吸附,这种方法可有效提高材料的生物相容性[1]。随着基因工程技术的发展,可制备出均一结构的蛋白质,包括含有非天然氨基酸的多肽。但要注意的是免疫原性和所制备人工蛋白质的纯度。聚合物表面或本体改性是高分子生物医用材料

植物仿生学实例

植物仿生学一、植物仿生学大自然带给了人类无穷无尽的想象力，启示我们发明创造。人们根据植物的功能、形状等制造了各种各样的工具。源于“叶”的灵感 ①叶缘启示：相传春秋战国时期（公元前507年——公元前444年），中国建筑鼻祖木匠鼻祖—鲁班，在上山砍伐途中，攀爬时手被锯齿草的边缘的齿划伤了，他仔细观察发现，原来叶子边缘有两排锋利的锯齿，于是受此启发，并经反复实践，制成了人类史上第一架带有锯齿的木工锯。

② 叶脉的启示：浮水植物王莲有“水中花王”之称，一个体重35kg 的人坐在上面也不会下沉，原来王莲圆形叶片上的直径可达1-2.5米，背面有许多相互交错的叶脉骨架结构，里面还有气室使得叶子稳定的浮在水面，受叶脉支撑作用的启示，英国著名建筑师约瑟，以钢铁和玻璃为建材，设计了一个顶棚跨度很大的展览大厅—“水晶宫”，它既轻巧、雄伟又经济适用，不仅成就了1851年的第一届世博会，也为近现代功能主义建筑构建了雏形。植物仿生学

③叶子排列的启示车前草，叶子在茎上排列成的螺旋状，夹角为137030’30”。一层顺着一层，错落有致。只有这样叶子才能得到最多的阳光。建筑师根据车前草对植物的通风、采光都具有最佳效果的特性，建造了螺旋状的高楼，这样既通风，又使高楼各个部分受到均匀的太阳光。建筑仿生学是大有作为的一门使用科学技术，他将帮助人们征服地下、天空和海洋，建筑蔚为壮观的地下街区、海底乐园和太空体育城。植物仿生学

④ 叶序的启示德国波恩大学的科研人员发现，莲叶上有许多非常微小的绒毛和蜡质凸起物。这种粗糙的叶片是干净的，而表面光滑的叶片反而需要清洗。模仿莲叶的自净原理，人们开发出具有防污功能的自净涂层产品，其表面会形成类似茶叶的凹凸形貌，构筑一层疏水层。这样一来，灰尘颗粒只好在涂层表面“悬空而立”，并最终在风雨冲刷下“一扫而净”。此外，叶面形状也启迪了人们的思维。椰子树很高，叶片巨大，但每遇飓风和暴雨也很少被折断。研究发现，椰子叶面呈“之”字形，可以承受更大的压力。据此，建筑师设计出了结构薄、面积大的楼房顶棚、薄状石棉板等。植物仿生学

生物医用材料

生物医用高分子材料课程总结一、生物医用材料定义生物医用材料：对生物系统的疾病进行诊断、治疗、外科修复、理疗康复、替换生物体组织或器官（人工器官），增进或恢复其功能，而对人体组织不会产生不良影响的材料。生物医用材料本身并不必须是药物，而是通过与生物机体直接结合和相互作用来进行治疗;生物医用材料是一种植入躯体活系统内或与活系统相接触而设计的人工材料。研究内容包括：各种器官的作用；生物医用材料的性能；组织器官与材料之间的相互作用分类方法：按材料的传统分类法分为： (1)合成高分子材料（如聚氨酯、聚酯、聚乳酸、聚乙醇酸、） (2)天然高分子材料（如胶原、丝蛋白、纤维素、壳聚糖） (3)金属与合金材料(4)无机材料(5)复合材料按材料的医用功能分为： (1)血液相容性材料(2)软组织相容性材料(3)硬组织相容性材料 (4)生物降解材料(5)高分子药物二、生物相容性与安全性生物相容性，是生物医用材料与人体之间相互作用产生各种复杂的生物、物理、化学反应的一种概念。生物医用材料必须对人体无毒、无致敏、无刺激、无遗传毒性、无致癌性，对人体组织、血液、免疫等系统不产生不良反应。主要包括：1.组织相容性：指材料用与心血管系统外的组织和器官接触。要求医用材料植入体内后与组织、细胞接触无任何不良反应。典型的例子表现在材料与炎症，材料与肿瘤方面。影响组织相容性的因素：1）材料的化学成分；2）表面的化学成分；3）形状和表面的粗糙度： 2.血液相容性：材料用于心血管系统与血液直接接触，主要考察与血液的相互作用材料，影响因素：材料的表面光洁度；表面亲水性；表面带电性，具体作用机理表现在：血小板激活、聚集、血栓形成；凝血系统和纤溶系统激活、凝血机能增强、凝血系统加快、凝血时间缩短；红细胞膜破坏、产生溶血；白细胞减少及功能变化；补体系统的激活或抑制；对血浆蛋白和细胞因子的影响。主要发生在凝血过程，生物材料与血小板，生物材料与补体系统的作用过程。三、生物医用材料表面改性生物材料长期(或临时)与人体接触时，必须充分满足与生物体环境的相容性，即生物体不发生任何毒性、致敏、炎症、致癌、血栓等生物反应，这取决于材料表面与生物体环境的相互作用。研究表明：生物材料表面的成分、结构、表面形貌、表面的能量状态、亲(疏)水性、表面电荷等表面化学、物理及力学特性均会影响材料与生物体之间的相互作用。通过物理、化学、生物等各种技术手段改善材料表面性质，可大幅度改善生物材料与生物体的相容性。主要体现在： 1表面形貌与生物相容性：表面平整光洁的材料与组织接触容易形成炎症和肿瘤，粗糙的材料表面则促使细胞和组织与材料表面附着和紧密结合。不仅增加了接触面积，更会在粗糙表面择优粘附成骨细胞、上皮细胞。粗糙表面的形态对细胞生长有“接触诱导”作用，即细胞在材料表面的生长形态受材料表面形态的调控。例如： 1），与骨接触的医用生物材料表面要求粗糙，表面具有一定粗糙度可促进骨与材料的接触，可显著促进矿化作用。 2）与血液接触的医用生物材料，一般要求材料的表面应尽可能光滑。因为光滑的表面产生的激肽释放酶少，从而使凝血因子转变较少。但孔表面有促进内皮细胞生长的作用。

仿生学是一门模仿生物的特殊本领

仿生学是一门模仿生物的特殊本领，利用生物的结构和功能原理来研制机械或各种新技术的科学科技。仿生学的例子： 1、人们根据蛙眼的视觉原理，已研制成功一种电子蛙眼。 2、人们根据蛋壳发现拱形的承受力量，发明了薄壳建筑。 3、人们模仿蜻蜓发明了直升机。 4、人们根据章鱼发明烟雾弹。 5、变色衣服是学习蝴蝶上的鳞片。 6、防水衣服是仿荷叶造的。 7、人们模仿袋鼠跳跃，发明越野车。 8、人们模仿某些贝壳制成外壳坚硬的坦克。 9、从鱼类在水中自由升降得到启示，发明了潜水艇。 10、模仿袋鼠的育儿袋，发明了育儿箱。 11、人们从萤火虫那儿得到启发，发明了人工冷光。 12、人体骨胳肌肉系统和生物电控制的研究——步行机。 13、根据蝴蝶发明了迷彩服。 14、苍蝇---小型气体分析仪。 15、人们模仿蒲公英，发明了降落伞。16、鲨鱼-----泳衣 17、蝙蝠超声定位器的原理--探路仪”。18、蓝藻--光解水的装置 19、动物的爪子---现代起重机的挂钩 20、鸟----飞机 21、动物的鳞甲------屋顶瓦楞 22、鱼的鳍------桨 23、螳螂臂，或锯齿草----锯子 24、苍耳属植物----尼龙搭扣。 25、龙虾-----气味探测仪。 26、壁虎脚趾------粘性录音带 27、人们模仿蝙蝠发明了雷达。 28、水母--水母耳风暴预测仪仿生学是一门模仿生物的特殊本领，利用生物的结构和功能原理来研制机械或各种新技术的科学科技。仿生学的例子： 1、人们根据蛙眼的视觉原理，已研制成功一种电子蛙眼。 2、人们根据蛋壳发现拱形的承受力量，发明了薄壳建筑。 3、人们模仿蜻蜓发明了直升机。 4、人们根据章鱼发明烟雾弹。 5、变色衣服是学习蝴蝶上的鳞片。 6、防水衣服是仿荷叶造的。 7、人们模仿袋鼠跳跃，发明越野车。 8、人们模仿某些贝壳制成外壳坚硬的坦克。 9、从鱼类在水中自由升降得到启示，发明了潜水艇。 10、模仿袋鼠的育儿袋，发明了育儿箱。 11、人们从萤火虫那儿得到启发，发明了人工冷光。 12、人体骨胳肌肉系统和生物电控制的研究——步行机。 13、根据蝴蝶发明了迷彩服。 14、苍蝇---小型气体分析仪。 15、人们模仿蒲公英，发明了降落伞。16、鲨鱼-----泳衣 17、蝙蝠超声定位器的原理--探路仪”。18、蓝藻--光解水的装置 19、动物的爪子---现代起重机的挂钩 20、鸟----飞机 21、动物的鳞甲------屋顶瓦楞 22、鱼的鳍------桨 23、螳螂臂，或锯齿草----锯子 24、苍耳属植物----尼龙搭扣。 25、龙虾-----气味探测仪。 26、壁虎脚趾------粘性录音带 27、人们模仿蝙蝠发明了雷达。 28、水母--水母耳风暴预测仪