作 业 写 出 PLA PGA 和 PLGA 的 中 文 名 称 和 结 构 式 PLA 聚 乳 酸 PGA 聚 乙 醇 酸 ( 聚 羟 基 乙 酸 聚 乙 交 酯 ) PLGA 聚 乙 丙 交 酯 比 较 镍 钛 基 形 状 记 忆 合 金 的 温 度 敏 感 性 质 和 PNIPAAm 分 子 温 度 敏 感 性 质 的 原 理 区 别 : 温 度 敏 感 的 原 因 不 同 记 忆 合 金 的 温 度 敏 感 性 质 来 源 于 金 属 晶 体 结 构 的 变 化 PNIPAAm 的 温 敏 性 质 来 源 于 高 分 子 的 构 象 变 化 共 同 点 : 均 发 生 温 度 引 起 的 形 态 变 化 1
材 料 的 生 物 相 容 性 2015/12/14
提 纲 生 物 相 容 性 概 念 和 分 类 基 本 概 念 血 液 相 容 性 组 织 相 容 性 材 料 反 应 宿 主 反 应 3
生 物 相 容 性 的 重 要 性 重 要 性 它 是 生 物 医 用 材 料 区 别 于 任 何 其 它 材 料 的 最 主 要 特 征 它 是 评 价 一 种 材 料 是 否 能 够 在 生 物 医 学 领 域 应 用 的 根 本 依 据 标 准 1992 年,ISO 发 布 医 用 生 物 材 料 安 全 性 评 价 和 国 际 标 准,(ISO10993-1) 1997 年, 我 国 生 物 材 料 生 物 相 容 性 国 家 标 准 (GB/T 16886) 等 同 采 用 了 ISO10993 标 准 4
生 物 相 容 性 概 念 定 义 材 料 假 体 人 工 器 官 或 者 医 用 装 置 在 体 内 某 种 应 用 过 程 中 与 适 当 的 宿 主 所 发 生 的 反 应 不 同 的 应 用 场 合 具 有 不 同 的 内 涵 与 血 液 直 接 接 触 的 材 料, 要 求 具 有 良 好 的 血 液 相 容 性 组 织 工 程, 要 求 具 有 良 好 的 组 织 相 容 性, 尤 其 是 细 胞 相 容 性 5
生 物 相 容 性 的 两 大 原 则 生 物 安 全 性 原 则 消 除 生 物 材 料 对 机 体 器 官 的 毒 副 作 用 毒 副 作 用 : 细 胞 毒 性 刺 激 性 致 敏 性 和 致 癌 性 生 物 功 能 性 原 则 生 物 材 料 在 应 用 过 程 中 能 够 引 起 宿 主 适 当 的 应 答 应 答 : 细 胞 粘 附 铺 展 增 殖 分 化 以 及 生 长 因 子 的 表 达 6
生 物 相 容 性 分 类 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 材 料 与 血 液 的 相 互 作 用 组 织 相 容 性 ( 一 般 生 物 相 容 性 ) 材 料 与 心 血 管 以 外 的 组 织 和 器 官 接 触, 考 察 材 料 与 组 织 的 相 互 作 用 主 要 考 察 材 料 与 组 织 的 相 互 作 用 7
生 物 相 容 性 反 应 材 料 反 应 生 物 体 对 植 入 材 料 理 化 性 能 的 影 响 包 括 材 料 的 物 理 性 质 变 化 化 学 性 质 变 化 宿 主 反 应 材 料 对 生 物 体 系 统 的 作 用, 包 括 局 部 反 应 和 全 身 反 应 包 括 血 液 反 应 组 织 反 应 免 疫 反 应 全 身 反 应 8
提 纲 生 物 相 容 性 概 念 和 分 类 基 本 概 念 血 液 相 容 性 组 织 相 容 性 材 料 反 应 宿 主 反 应 9
血 液 相 容 性 简 单 定 义 一 种 材 料 或 装 置 在 与 血 液 接 触 时 不 引 起 副 反 应 的 性 质 材 料 对 血 液 的 损 害 反 应 有 多 种 机 理 可 能 的 血 液 相 容 性 不 好 的 情 况 血 栓 心 血 管 系 统 血 管 内 面 剥 落 处 或 修 补 处 的 表 面 所 形 成 的 小 块 溶 血 红 细 胞 破 裂, 血 红 蛋 白 逸 出 补 体 系 统 激 活 血 液 中 的 有 形 成 分 改 变 10
血 液 相 容 性 的 研 究 方 法 体 外 法 测 定 材 料 表 面 与 血 浆 蛋 白 血 小 板 白 细 胞 红 细 胞 等 的 反 应 程 度 方 便 快 捷 敏 感 准 确 性 差 半 体 内 试 验 在 与 使 用 状 态 大 致 相 近 的 条 件 下 ( 体 外 血 液 回 路 ), 测 定 材 料 表 面 与 血 液 的 反 应 性 方 便 快 捷 准 确 性 高 体 内 法 综 合 评 价 材 料 和 机 体 两 方 面 的 变 化 复 杂 昂 贵 准 确 性 高 11
血 液 相 容 性 的 影 响 因 素 1856 年,Virchow 提 出 对 血 液 凝 固 起 作 用 的 三 个 因 素 (Virchow 三 因 素 ) 血 液 化 学 血 液 接 触 表 面 流 动 状 态 12
血 液 化 学 血 液 的 来 源 和 操 作 方 法 是 否 有 / 无 抗 凝 血 剂 ( 肝 素 / 柠 檬 酸 钠 ) 体 外 实 验 中 操 作 时 间 和 范 围 体 外 血 液 表 面 和 体 积 的 比 例 血 液 再 循 环 泵 的 使 用 人 体 和 其 它 动 物 物 种 的 血 液 区 别 很 大 人 群 的 年 龄 健 康 状 态 血 液 反 应 13
生 物 材 料 和 装 置 的 性 质 血 液 接 触 表 面 当 装 置 与 血 液 接 触 时, 一 般 首 先 吸 附 一 层 蛋 白 质 该 蛋 白 质 层 调 节 着 血 小 板 的 吸 附 血 栓 生 长 和 其 它 血 液 细 胞 聚 集 难 以 从 材 料 表 面 的 蛋 白 质 吸 附 预 测 装 置 形 成 血 栓 的 倾 向 材 料 的 表 面 性 质 受 最 终 材 料 的 用 途 限 制 血 液 吸 附 的 血 液 中 蛋 白 质 材 料 http://amuseum.cdstm.cn/amuseum/organs/image/sucai/zj15.jpg 易 于 局 部 凝 血 14
血 液 接 触 表 面 相 互 作 用 时 间 短 期 和 长 期 的 蛋 白 质 吸 附 的 结 果 截 然 不 同 通 常 从 短 期 到 长 期 的 变 化 是 连 续 的 Vroman 效 应 http://www.snipview.com/q/vroman_effect 15
流 动 状 态 流 动 状 态 的 重 要 性 血 液 流 动 控 制 着 细 胞 和 蛋 白 质 在 材 料 表 面 和 血 栓 块 周 围 的 运 输 速 度 血 栓 的 概 念 血 栓 生 成 是 血 栓 形 成 而 阻 塞 血 管 的 过 程 当 血 管 受 损 时, 血 小 板 及 纤 维 蛋 白 组 成 血 块 以 止 血 而 在 血 管 没 受 损 的 状 况 下, 血 小 板 凝 集 形 成 的 血 块, 而 随 着 血 液 循 环 全 身, 便 称 为 血 栓 当 血 栓 大 到 足 以 阻 碍 血 液 流 量, 造 成 组 织 缺 氧, 进 一 步 造 成 组 织 坏 死 https://edc2.healthtap.com/ht staging/user_answer/reference_image/2165/large/thrombosis.jpeg?1386669479 16
流 动 状 态 对 血 栓 的 影 响 低 流 速 ( 静 脉 流 ), 形 成 红 血 栓 ( 静 脉 血 栓 ) 血 栓 大 部 分 是 红 细 胞 原 因 : 低 流 速 下, 纤 维 网 诱 捕 红 细 胞 17
流 动 状 态 对 血 栓 的 影 响 高 流 速 ( 动 脉 流 ) 形 成 白 血 栓 ( 动 脉 血 栓 ) 白 血 栓 大 部 分 由 血 小 板 组 成 原 因 : 血 小 板 在 材 料 表 面 的 粘 附 随 着 血 流 的 增 加 而 增 加 https://www.med.unc.edu/wolberglabl/images/arterial%20thrombosis.jpg/@@images/83373353 123c 476d af5c 97773048fac3.jpeg 18
提 高 材 料 血 液 相 容 性 的 方 法 利 用 物 理 化 学 方 法 对 材 料 表 面 改 性 提 高 其 亲 水 性 降 低 其 表 面 自 由 能 到 接 近 血 管 内 膜 的 表 面 自 由 能 对 材 料 表 面 修 饰 伪 内 膜 种 植 内 皮 细 胞 涂 布 白 蛋 白 涂 层 导 入 磷 脂 基 团 表 面 表 面 接 枝 改 性 在 材 料 表 面 固 化 干 扰 血 液 与 表 面 相 互 作 用 的 物 质 表 面 肝 素 化 19
提 纲 生 物 相 容 性 概 念 和 分 类 基 本 概 念 血 液 相 容 性 组 织 相 容 性 材 料 反 应 宿 主 反 应 20
组 织 相 容 性 材 料 与 组 织 的 作 用 过 程 局 部 组 织 对 异 物 产 生 机 体 防 御 性 应 答 反 应 : 植 入 物 周 围 出 现 免 疫 细 胞 的 聚 集 ( 白 细 胞 淋 巴 细 胞 巨 噬 细 胞 ) 纤 维 性 包 囊 膜 的 形 成 : 植 入 物 长 期 存 在 时, 材 料 被 淋 巴 细 胞 成 纤 维 细 胞 和 胶 原 纤 维 所 包 裹, 形 成 纤 维 性 包 膜 囊 包 囊 膜 变 厚, 相 容 性 不 好 ; 包 囊 膜 变 薄, 相 容 性 好 21
组 织 相 容 性 要 求 材 料 与 活 体 组 织 及 体 液 接 触 后, 不 引 起 细 胞 组 织 的 功 能 下 降, 组 织 不 发 生 炎 症 癌 变 以 及 排 异 反 应 等 主 要 问 题 炎 症 肿 瘤 22
炎 症 反 应 含 义 机 体 对 各 种 致 炎 性 因 素 引 起 的 损 伤 所 发 生 的 以 非 特 异 性 防 御 为 主 的 反 应 分 类 急 性 炎 症 : 起 病 快, 持 续 时 间 短, 几 天 到 一 个 月, 炎 症 细 胞 以 粒 细 胞 为 主 慢 性 炎 症 : 持 续 时 间 长, 数 月 到 数 年, 炎 症 细 胞 以 巨 噬 细 胞 和 淋 巴 细 胞 为 主 23
急 性 炎 症 病 理 组 织 学 的 主 要 特 征 血 液 动 力 学 改 变 血 管 通 透 性 增 高 白 细 胞 渗 出, 吞 噬 并 破 坏 病 原 体 及 入 侵 者 具 体 过 程 局 部 红 热 : 血 管 扩 张 血 流 加 速 更 多 微 血 管 开 放 局 部 血 流 量 增 加 血 流 停 滞 : 血 管 通 透 性 升 高, 富 含 蛋 白 质 的 液 体 向 血 管 外 渗 出, 导 致 血 管 内 红 细 胞 聚 集 和 粘 稠 度 增 加 白 细 胞 的 渗 出 : 白 细 胞 附 壁 24
渗 出 的 白 细 胞 类 型 不 同 阶 段 早 期, 中 性 粒 细 胞 之 后, 单 核 细 胞 不 同 的 致 炎 因 子 葡 萄 球 菌 和 链 球 菌 感 染, 中 性 粒 细 胞 病 毒 感 染, 淋 巴 细 胞 25
白 细 胞 对 植 入 物 的 作 用 中 性 粒 细 胞 和 巨 噬 细 胞 在 吞 噬 植 入 物 过 程 中, 在 伤 口 表 面 生 成 助 蚀 菌 素 ( 天 然 血 清 免 疫 因 子 ) 助 蚀 菌 素 最 重 要 的 两 种 是 免 疫 球 蛋 白 G 和 补 体 活 化 片 段 C3b 生 物 材 料 吸 附 助 蚀 菌 素, 引 起 中 性 粒 细 胞 和 巨 噬 细 胞 的 吸 附, 进 而 吞 噬 或 降 解 生 物 材 料 26
慢 性 炎 症 基 本 特 征 生 成 巨 噬 细 胞 单 核 细 胞 和 淋 巴 细 胞, 并 伴 有 血 管 和 结 缔 组 织 的 增 生 淋 巴 细 胞 在 慢 性 炎 症 中 的 作 用 主 要 作 用 于 免 疫 反 应, 是 生 成 抗 体 和 延 迟 过 敏 的 重 要 调 节 因 子 巨 噬 细 胞 和 单 核 细 胞 在 慢 性 炎 症 中 的 作 用 单 核 细 胞 和 巨 噬 细 胞 属 于 单 核 吞 噬 系 统 ( 网 状 内 皮 组 织 系 统 ) 它 们 引 发 器 官 或 组 织 的 整 体 效 应 27
肿 瘤 生 物 医 用 材 料 在 体 内 的 致 癌 问 题 周 期 为 两 年 的 植 入 物 常 诱 发 纤 维 肉 瘤 骨 肉 瘤 软 骨 肉 瘤 血 管 肉 瘤 潜 伏 期 长,75% 的 肿 瘤 是 在 植 入 15 年 后 才 发 生 的 28
肿 瘤 的 特 点 肿 瘤 细 胞 与 其 起 源 部 位 的 正 常 细 胞 有 不 同 程 度 的 相 似 性, 但 是 分 化 程 度 要 弱 一 些 肿 瘤 细 胞 的 分 化 程 度 : 肿 瘤 细 胞 接 近 于 正 常 细 胞 的 程 度 G1, 即 高 分 化, 细 胞 分 化 程 度 较 好, 分 裂 速 度 较 慢 G2, 即 中 分 化, 细 胞 分 化 程 度 居 中 G3, 即 低 分 化, 细 胞 分 化 程 度 较 差, 分 裂 速 度 较 快 29
肿 瘤 的 特 点 肿 瘤 的 生 长 无 规 律 增 生 与 组 织 的 生 理 要 求 无 关, 不 随 刺 激 物 的 消 失 而 终 止 正 常 的 细 胞 增 生 过 程 胎 儿 及 其 出 生 后 生 长 过 程 中 的 正 常 增 生 受 伤 后 的 正 常 伤 口 愈 合 随 刺 激 物 的 消 失 而 终 止 基 本 成 分 实 质 : 增 殖 瘤 细 胞 支 撑 基 质 : 血 管 结 缔 组 织 炎 症 细 胞 https://www.fccc.edu/research/pid/yang/images/ss3_l.gif 30
肿 瘤 与 植 入 物 的 关 系 植 入 部 位 附 近 产 生 肿 瘤 并 不 能 证 明 肿 瘤 就 是 由 植 入 物 引 发 的 骨 肉 瘤 和 其 它 整 形 外 科 装 置 植 入 部 位 的 肿 瘤 自 发 率 相 对 较 高 良 性 的 异 物 反 应 如 果 过 度, 也 会 刺 激 肿 瘤 的 产 生 31
异 物 致 瘤 的 原 因 决 定 因 素 异 物 的 物 理 性 质 : 表 面 积 越 大, 致 瘤 作 用 越 强 (Oppenheimer 效 应 ) 其 它 因 素 : 化 学 诱 导 铬 镍 钴 及 它 们 的 合 成 物 都 致 癌 不 可 生 物 降 解 的 和 惰 性 的 植 入 物 可 能 会 释 放 微 量 残 余 单 体 催 化 剂 增 塑 剂 和 抗 氧 化 剂 等, 但 动 物 实 验 并 未 发 现 它 们 致 癌 32
异 物 致 瘤 的 过 程 Brand KG 的 异 物 致 瘤 假 说 特 异 性 前 成 瘤 细 胞 增 生 组 织 发 炎 和 急 性 异 物 反 应 过 程 中 的 细 胞 增 生 包 囊 形 成 植 物 周 围 形 成 纤 维 组 织 包 囊 组 织 反 应 静 止 依 附 在 异 物 上 的 巨 噬 细 胞 失 去 噬 菌 活 性 前 成 瘤 细 胞 接 触 到 异 物 表 面 ( 肿 瘤 形 成 的 关 键 ) 异 常 间 叶 细 胞 成 熟 并 繁 殖 前 成 瘤 细 胞 成 熟 肉 瘤 增 生 33
致 癌 性 测 试 化 学 结 构 或 功 能 材 料 本 身 是 否 有 致 癌 性 已 知 的 致 癌 物 : 芳 香 胺 多 环 结 构 或 多 核 芳 香 碳 水 化 合 物 碱 性 物 质 黄 曲 霉 素 卤 化 碳 水 化 合 物 氯 仿 多 氯 二 苯 基 某 些 杀 虫 剂 金 属 镍 钴 铬 体 外 测 试 人 工 培 育 的 细 胞 放 在 所 需 测 试 的 介 质 中 测 试 基 因 突 变 染 色 体 畸 变 和 DNA 损 伤 及 修 复 Ames 测 试 : 沙 门 氏 菌 株 放 到 测 试 介 质 中, 寻 找 基 因 突 变 34
致 癌 性 测 试 动 物 长 期 生 物 检 定 用 老 鼠 ( 价 格 便 宜 寿 命 短 ) 四 组 老 鼠, 每 组 每 种 性 别 至 少 70 只 一 组 是 不 植 入 对 照 组 一 组 用 最 大 忍 受 剂 量, 最 大 忍 受 剂 量 是 使 动 物 不 产 生 过 分 中 毒 不 产 生 除 癌 症 外 的 致 死 的 剂 量 两 组 采 用 中 等 剂 量 两 年 后, 对 致 死 动 物 进 行 检 查, 对 存 活 的 动 物 进 行 解 剖, 并 作 组 织 病 理 分 析 35
提 纲 生 物 相 容 性 概 念 和 分 类 材 料 反 应 膨 胀 与 浸 析 腐 蚀 与 溶 解 蛋 白 质 吸 附 宿 主 反 应 36
膨 胀 与 侵 析 膨 胀 物 质 ( 主 要 是 液 体 ) 从 组 织 进 入 生 物 材 料, 完 全 致 密 的 材 料 体 积 增 加, 发 生 膨 胀 浸 析 液 体 从 组 织 进 入 生 物 材 料 或 材 料 的 某 种 成 分 溶 解 在 组 织 的 液 相 中, 进 而 产 生 材 料 空 隙 37
膨 胀 膨 胀 的 最 简 单 情 况 从 固 定 浓 度 完 全 均 匀 的 混 合 液 体 到 无 限 大 的 介 质 的 扩 散 遵 循 菲 克 第 一 定 律 从 高 浓 度 区 域 往 低 浓 度 流 的 通 量 大 小 与 浓 度 梯 度 成 正 比 38
菲 克 第 一 定 律 J C dm M 1 dm dc D A dt dx X C 0erf( ) C 0(1 2 Dt dc AD dt dx ADC X )) Dt 1 dt Dt 1 dm ADC dt 2AC 0 0 Dt 0 ( 给 定 浓 度 下, 穿 透 距 离 X 正 比 于 时 间 t 的 平 方 根 到 达 给 定 浓 度 所 需 时 间 和 扩 散 系 数 成 反 比 进 入 单 位 面 积 的 物 质 量 正 比 于 时 间 的 平 方 根 Dt J 物 质 的 量,mol/(m A M D C C X 0 扩 散 通 量, 单 位 时 间 经 过 单 位 截 面 的 面 积,m 物 质 的 量,mol 扩 散 系 数,m 指 定 点 的 摩 尔 浓 度,mol/m 均 匀 液 体 起 始 点 的 摩 尔 浓 度,mol/m 给 定 点 距 离 液 体 界 面 的 距 离,m t 时 间,s 2 2 /s 2 s) 3 3 39
膨 胀 非 Fick 扩 散 固 相 材 料 吸 收 溶 剂 后, 溶 质 的 扩 散 速 度 更 快, 幂 指 数 1/2 增 到 到 接 近 于 1 C M X C (1 ( )) 0 Dt Dt 2AC 0 40
浸 析 浸 析 的 最 简 单 情 况 扩 散 物 质 以 恒 定 速 率 离 开 材 料 表 面, 进 入 材 料 内 部 遵 循 菲 克 第 二 定 律 从 表 面 进 入 内 部 的 输 运 速 率 与 表 面 浓 度 C s 和 体 浓 度 C 0 的 差 值 呈 线 性 关 系 41
菲 克 第 二 定 律 预 测 扩 散 会 如 何 使 得 浓 度 随 时 间 改 变 dc dj dt dx C C 0 C C S C C S C C 0 1 0 S C C C C 0 C C S 1 dc d( D ) dx dx X erf 2 Dt S S 0 C C 0 erf ( C 2 S X Dt 2 d C 2 dx C 0) ( C 0 C C S 1-0 X C ) Dt 边 界 条 件 : C 0 初 始 扩 散 浓 度 X 在 界 面 处 为 0 扩 散 起 始 时 间 为 0 扩 散 浓 度 随 时 间 的 平 方 根 的 负 倒 数 呈 正 相 关 42
膨 胀 和 浸 析 对 材 料 的 影 响 膨 胀 的 影 响 材 料 的 持 续 变 形 降 低 材 料 的 弹 性 极 限 导 致 材 料 的 静 态 疲 劳 ( 裂 纹 ) 浸 析 的 影 响 一 般 影 响 不 大 过 度 浸 析 导 致 材 料 的 断 裂 强 度 降 低, 弹 性 模 量 降 低 43
提 纲 生 物 相 容 性 概 念 和 分 类 材 料 反 应 膨 胀 与 浸 析 腐 蚀 与 溶 解 蛋 白 质 吸 附 宿 主 反 应 44
腐 蚀 与 溶 解 金 属 水 溶 液 腐 蚀 : 在 水 参 与 下 的 反 应 和 溶 解 腐 蚀 过 程 高 分 子 与 陶 瓷 腐 蚀 一 般 不 显 著 45
水 溶 液 腐 蚀 本 质 是 电 化 学 腐 蚀 离 不 开 电 子 的 迁 移 按 照 腐 蚀 机 理 和 腐 蚀 破 坏 特 征 分 为 8 种 类 型 大 面 积 的 腐 蚀 : 均 匀 腐 蚀 ( 全 面 腐 蚀 ) 电 蚀 ( 双 金 属 电 偶 腐 蚀 ) 小 面 积 的 腐 蚀 : 缝 隙 腐 蚀 点 蚀 晶 间 腐 蚀 侵 析 中 等 面 积 的 腐 蚀 : 冲 蚀 应 力 和 疲 劳 腐 蚀 46
均 匀 腐 蚀 和 电 腐 蚀 均 匀 腐 蚀 又 称 全 面 腐 蚀, 是 一 般 发 生 的 腐 蚀 过 程 一 般 使 用 的 生 物 医 用 金 属 腐 蚀 率 极 低, 不 严 重 电 蚀 又 称 双 金 属 电 偶 腐 蚀, 含 有 两 种 物 理 接 触 的 金 属 两 种 金 属 中 电 化 学 电 位 低 的 ( 如 碱 金 属 ), 倾 向 于 发 生 腐 蚀, 溶 解 47
缝 隙 腐 蚀 缝 隙 腐 蚀 金 属 表 面 缝 隙 处 发 生 强 烈 的 选 择 性 腐 蚀 原 因 : 缝 隙 处 金 属 的 氧 化 程 度 不 够, 电 位 低, 进 一 步 导 致 氧 化 膜 溶 解, 电 位 更 低, 金 属 变 得 活 化, 进 一 步 发 生 腐 蚀 腐 蚀 产 物 在 缝 隙 中 难 以 排 出, 导 致 溶 液 酸 度 增 高, 增 加 了 介 质 的 腐 蚀 性 48
点 蚀 点 蚀 特 殊 的 缝 隙 腐 蚀, 局 限 于 金 属 表 面 上 点 或 者 空 穴 往 往 是 产 生 裂 纹 的 起 点, 是 缝 隙 腐 蚀 的 前 奏 改 善 方 法 : 增 加 抗 点 蚀 的 金 属 元 素, 消 除 或 减 少 杂 质 位 错 等 49
晶 间 腐 蚀 和 侵 析 晶 间 腐 蚀 金 属 表 面 晶 粒 的 边 界 发 生 腐 蚀 原 因 : 边 界 原 子 排 列 疏 松 而 紊 乱, 容 易 吸 附 杂 质 原 子 后 果 : 晶 界 的 选 择 性 破 坏, 会 导 致 金 属 材 料 固 有 的 强 度 和 塑 性 突 然 消 失, 造 成 严 重 的 断 裂 事 故 浸 析 导 致 合 金 间 各 元 素 之 间 的 结 合 松 弛 条 件 : 溶 液 中 离 子 对 合 金 中 某 元 素 择 优 腐 蚀 多 相 合 金 ( 含 有 两 种 或 更 多 种 不 同 成 分 的 晶 粒 ) 50
冲 蚀 应 力 和 疲 劳 腐 蚀 冲 蚀 由 冲 刷 与 腐 蚀 联 合 作 用 产 生 的 材 料 破 坏 过 程 腐 蚀 流 体 的 冲 刷 下, 金 属 以 溶 解 离 子 状 态 或 者 生 成 固 态 产 物 脱 离 表 面 应 力 和 疲 劳 腐 蚀 由 残 余 或 外 加 应 力 导 致 的 应 变 和 腐 蚀 的 联 合 作 用 拉 伸 应 力 可 以 提 高 金 属 的 活 度, 导 致 腐 蚀 的 增 强 疲 劳 腐 蚀 ( 循 环 应 力 作 用 ) 会 导 致 裂 纹 产 生 51
实 际 体 内 植 入 物 的 腐 蚀 最 重 要 的 腐 蚀 形 式 缝 隙 腐 蚀 和 点 蚀 : 螺 栓 与 板 材 的 结 合 部 位 其 它 腐 蚀 形 式 电 蚀 : 使 用 不 同 厂 家 的 螺 栓 与 板 材, 存 在 微 小 的 电 位 差, 会 出 现 烧 焦 或 熏 墨 的 痕 迹 应 力 腐 蚀 : 连 接 骨 折 的 高 应 力 环 扎 线 冲 刷 腐 蚀 : 板 材 松 动 或 固 定 不 牢 晶 间 腐 蚀 和 浸 析 腐 蚀 : 很 少 52
体 内 植 入 物 腐 蚀 的 利 用 子 宫 节 育 器 利 用 腐 蚀 过 程 中 铜 离 子 的 释 放 发 挥 避 孕 性 能 大 脑 颅 动 脉 瘤 修 复 中 的 不 锈 钢 镊 子 故 意 采 用 易 于 腐 蚀 的 合 金, 人 体 对 这 些 腐 蚀 产 物 局 部 反 应 是 纤 维 增 生, 从 而 可 以 导 致 更 快 更 好 的 愈 合 过 程 53
影 响 腐 蚀 速 率 的 因 素 植 入 物 的 组 成 制 造 因 素 铸 造 条 件 金 属 纯 度 冷 加 工 量 热 处 理 方 式 和 程 度 等 运 送 和 植 入 过 程 中 的 操 作 通 常 腐 蚀 与 无 意 间 的 物 理 损 坏 有 关 解 剖 学 位 置 及 其 微 小 差 异 植 入 区 的 生 物 学 环 境 有 机 络 合 物 的 形 成 腐 蚀 产 物 电 荷 的 改 变 钝 化 膜 的 变 化 磨 损 条 件 的 改 变 54
提 纲 生 物 相 容 性 概 念 和 分 类 材 料 反 应 膨 胀 与 浸 析 腐 蚀 与 溶 解 蛋 白 质 吸 附 宿 主 反 应 55
蛋 白 质 吸 附 与 生 物 相 容 性 蛋 白 质 吸 附 如 何 影 响 材 料 的 生 物 相 容 性 调 控 免 疫 反 应 调 控 与 周 围 组 织 的 连 接 强 度 如 何 简 单 用 蛋 白 质 吸 附 判 断 生 物 相 容 性 蛋 白 质 能 够 维 持 其 天 然 空 间 构 象, 说 明 材 料 的 生 物 相 容 性 好 蛋 白 质 吸 附 的 影 响 因 素 表 面 自 由 能 表 面 蛋 白 质 吸 附 能 力 表 面 亲 疏 水 性 表 面 电 荷 表 面 拓 扑 结 构 及 表 面 生 物 活 性 等 56
表 面 亲 疏 水 性 的 影 响 : 疏 水 性 材 料 疏 水 性 材 料 水 分 子 与 材 料 表 面 形 成 氢 键, 自 缔 合 形 成 有 序 而 疏 松 的 结 构 ( 类 似 冰 的 结 构 ), 表 面 水 密 度 低 两 种 疏 水 性 材 料 存 在 长 程 (<100nm) 的 吸 引 力 ( 疏 水 力 ) 疏 水 性 材 料 表 面 吸 引 蛋 白 质, 但 易 于 破 坏 蛋 白 质 天 然 构 象 57
表 面 亲 疏 水 性 的 影 响 : 亲 水 性 材 料 亲 水 性 材 料 材 料 表 面 与 水 分 子 形 成 稳 定 的 氢 键, 破 坏 水 分 子 的 自 缔 合, 因 此 水 分 子 表 面 采 取 无 规 致 密 的 结 构, 表 面 水 密 度 高 两 种 亲 水 性 材 料 表 面 互 相 排 斥 亲 水 性 材 料 表 面 排 斥 蛋 白 质 适 度 亲 水 性 材 料 能 使 粘 附 蛋 白 既 吸 附 于 材 料 表 面, 又 保 持 天 然 构 象 最 有 利 于 细 胞 的 粘 附 和 铺 展 58
表 面 电 荷 的 影 响 正 电 性 表 面 促 进 细 胞 粘 附 和 铺 展 细 胞 表 面 带 负 电 常 用 正 电 性 聚 赖 氨 酸 涂 层 材 料 进 行 表 面 修 饰 带 有 胺 基 正 电 荷 的 表 面 有 利 于 细 胞 的 粘 附 与 铺 展 59
提 纲 生 物 相 容 性 概 念 和 分 类 材 料 反 应 宿 主 反 应 组 织 反 应 血 液 反 应 免 疫 反 应 全 身 反 应 60
免 疫 反 应 固 有 性 免 疫 ( 非 特 异 性 免 疫 ) 不 专 门 针 对 某 一 种 病 原 体 第 一 道 防 线 : 皮 肤 粘 膜 皮 肤 及 粘 膜 分 泌 物 第 二 道 防 线 : 吞 噬 细 胞 NK 细 胞 抗 菌 蛋 白 炎 症 应 答 61
免 疫 反 应 获 得 性 免 疫 ( 特 异 性 免 疫 ) 特 异 性 识 别 或 清 除 外 来 的 病 原 体, 是 受 病 原 体 感 染 或 接 种 疫 苗 获 得 的 免 疫 特 征 : 特 异 性 多 样 性 记 忆 性 自 我 识 别 第 三 道 防 线 : 淋 巴 细 胞 抗 体 62
免 疫 细 胞 白 细 胞 粒 细 胞 ( 占 白 细 胞 的 60-70%) 嗜 中 性 粒 细 胞 嗜 酸 性 粒 细 胞 嗜 碱 性 粒 细 胞 单 核 细 胞 ( 占 外 周 血 白 细 胞 的 5%) 单 核 细 胞 进 入 组 织 后, 成 为 巨 噬 细 胞 Kupffer 细 胞 以 及 组 织 细 胞 的 祖 细 胞 淋 巴 细 胞 ( 占 白 细 胞 的 28%) B 淋 巴 细 胞 T 淋 巴 细 胞 63
B 细 胞 起 源 骨 髓 作 用 机 制 在 抗 原 T 细 胞 和 细 胞 素 的 刺 激 下 可 转 化 为 浆 细 胞 浆 细 胞 分 泌 抗 体 消 除 异 物 64
体 液 免 疫 ( 主 要 为 B 细 胞 作 用 ) 概 念 B 细 胞 产 生 抗 体, 保 护 机 体 的 免 疫 过 程 免 疫 源 MW>10k 的 蛋 白 质 和 多 糖 大 分 子 病 毒 颗 粒 和 细 菌 65
体 液 免 疫 的 过 程 Step 1: 感 应 阶 段 抗 原 经 吞 噬 细 胞 处 理 后, 呈 递 给 T 细 胞,T 细 胞 再 呈 递 给 B 细 胞 有 的 抗 原 直 接 和 B 细 胞 作 用 Step 2: 反 应 阶 段 B 细 胞 开 始 增 殖 分 化 形 成 效 应 B 细 胞 ( 又 称 浆 细 胞 ), 其 中 一 小 部 分 成 为 记 忆 细 胞 Step 3: 效 应 阶 段 效 应 B 细 胞 产 生 抗 体, 抗 体 通 过 中 和 抗 原 或 者 使 抗 原 聚 集 等 而 使 其 失 活 66
T 细 胞 T 细 胞 起 源 于 胸 腺 分 类 辅 助 T 细 胞 (Th) 与 单 核 细 胞 特 异 B 细 胞 反 应, 调 节 免 疫 应 答 细 胞 毒 性 T 细 胞 ( 致 敏 T 细 胞 效 应 T 细 胞 ) 可 被 表 面 标 记 CD8 细 胞 识 别, 通 过 本 身 的 MHC I 细 胞 抗 原 受 体 促 进 细 胞 间 的 反 应 能 够 识 别 并 杀 害 组 织 移 植 体 肿 瘤 细 胞 和 受 到 病 毒 或 寄 生 虫 感 染 的 细 胞 67
细 胞 免 疫 ( 主 要 为 T 细 胞 作 用 ) 概 念 T 细 胞 受 到 抗 原 刺 激 后, 分 化 增 殖 转 化 为 致 敏 T 细 胞 ; 相 同 抗 原 再 次 进 入 机 体 时, 致 敏 T 细 胞 对 抗 原 的 直 接 杀 伤 作 用 和 致 敏 T 细 胞 所 释 放 的 淋 巴 因 子 的 协 同 作 用 免 疫 源 寄 生 原 生 动 物 真 菌 外 来 的 细 胞 团 块 68
细 胞 免 疫 的 作 用 机 制 致 敏 T 细 胞 的 直 接 杀 伤 作 用 致 敏 T 细 胞 与 带 有 相 应 抗 原 的 靶 细 胞 再 次 接 触 时, 两 者 发 生 特 异 性 结 合 结 合 后 使 得 靶 细 胞 的 细 胞 膜 通 透 性 发 生 改 变, 引 起 靶 细 胞 内 渗 透 压 改 变, 靶 细 胞 肿 胀 溶 解 以 至 死 亡 致 敏 T 细 胞 所 释 放 的 淋 巴 因 子 的 协 同 杀 伤 作 用 E.g. 皮 肤 反 应 因 子 使 得 血 管 通 透 性 增 高, 使 得 吞 噬 细 胞 易 于 从 血 管 中 游 出 E.g. 巨 噬 细 胞 趋 化 因 子 可 招 引 相 应 的 免 疫 细 胞 向 抗 原 部 位 集 中 69
细 胞 免 疫 的 过 程 Step 1: T 细 胞 特 异 性 识 别 抗 原 初 始 或 记 忆 T 细 胞 表 面 的 受 体 与 单 核 细 胞 表 面 的 抗 原 肽 -MHC 复 合 物 特 异 性 结 合 的 过 程 Step 2: T 细 胞 活 化 增 殖 与 分 化 T 细 胞 活 化 需 要 双 信 号 刺 激 : 抗 原 信 号 ( 来 自 单 核 细 胞 ) 微 生 物 产 物 或 非 特 异 性 免 疫 针 对 微 生 物 的 应 答 成 分 Step 3: 效 应 T 细 胞 发 挥 效 应 靶 细 胞 裂 解 死 亡 70
细 胞 免 疫 在 抗 感 染 免 疫 中 的 作 用 主 要 参 与 对 胞 内 寄 生 的 病 原 微 生 物 的 免 疫 应 答 和 肿 瘤 细 胞 的 免 疫 应 答 参 与 迟 发 型 变 态 反 应 和 自 身 免 疫 病 的 形 成 参 与 移 植 排 斥 反 应 及 对 体 液 免 疫 的 调 节 71
补 体 系 统 补 体 (complement, C) 存 在 于 正 常 人 和 动 物 血 清 与 组 织 液 中 的 一 组 经 活 化 后 具 有 酶 活 性 的 蛋 白 质 可 以 辅 助 和 补 充 特 异 性 抗 体, 介 导 免 疫 溶 菌 溶 血 作 用, 故 称 为 补 体 成 分 :9 种 (C1 C2 C9), C1 具 有 三 个 亚 单 位 (C1q C1r C1s) 除 C1q 外, 其 它 都 需 要 激 活 才 能 发 挥 作 用 补 体 系 统 激 活 酶 的 级 联 反 应 72
补 体 系 统 的 激 活 途 径 经 典 途 径 通 过 抗 体 - 抗 原 反 应 激 活 : 抗 体 与 抗 原 结 合 后, 抗 体 上 某 一 位 点 的 蛋 白 质 构 象 发 生 变 化, 这 个 位 点 结 合 C1 分 子, 激 发 补 体 级 联 反 应 旁 路 途 径 侵 入 的 微 生 物 膜 上 的 大 的 多 糖 分 子 与 补 体 因 子 B 和 D 结 合, 形 成 复 合 体 激 活 补 体 C3, 再 随 着 级 联 反 应 依 次 进 行 属 于 机 体 抵 御 微 生 物 侵 入 的 第 一 防 线 73
补 体 系 统 的 作 用 反 应 产 物 可 以 直 接 溶 解 细 菌 或 外 来 细 胞 的 细 胞 膜 反 应 产 物 可 以 引 起 外 物 粒 子 的 凝 集 C3b 通 过 调 理 作 用 增 强 巨 噬 细 胞 和 中 性 粒 细 胞 吞 噬 外 来 物 的 能 力 C3a C4a 和 C5a 可 激 活 肥 大 细 胞 和 嗜 碱 性 粒 细 胞 C3a C4b C4a C5a 可 将 炎 症 过 程 与 补 体 系 统 相 联 接 为 创 伤 愈 合 中 的 凝 血 与 炎 症 阶 段 提 供 了 另 一 种 途 径 74
减 少 材 料 免 疫 反 应 的 途 径 减 弱 C3b 的 沉 积 C3b 是 补 体 活 化 的 标 志, 具 有 酰 基 和 巯 基, 而 前 者 具 有 较 强 的 亲 电 性, 与 相 应 的 亲 核 基 团 ( 如 糖 蛋 白 上 的 -OH 和 -NH2) 共 价 作 用 因 此 降 低 材 料 的 亲 核 性 可 以 减 弱 C3b 的 沉 积 减 少 C5a 暴 露 点 将 材 料 与 带 负 电 取 代 基 结 合 促 进 H 因 子 和 I 因 子 的 作 用 H 因 子 能 够 灭 活 大 部 分 C3b H 因 子 能 够 提 高 I 因 子 灭 活 C3b 的 速 度 H 因 子 能 够 与 B 因 子 竞 争 结 合 C3b, 在 旁 路 途 径 中 其 调 节 作 用 75
提 纲 生 物 相 容 性 概 念 和 分 类 材 料 反 应 宿 主 反 应 组 织 反 应 血 液 反 应 免 疫 反 应 全 身 反 应 76
全 身 反 应 概 念 由 组 织 反 应 血 液 反 应 和 免 疫 反 应 形 成 的 局 部 毒 性 反 应 发 展 成 的 全 身 毒 性 反 应 影 响 因 素 材 料 的 化 学 毒 性 ; 磨 损 腐 蚀 或 降 解 产 物 的 累 积 过 度 的 炎 症 反 应 进 入 体 内 的 毒 性 物 质 分 类 非 免 疫 性 全 身 反 应 免 疫 性 全 身 反 应 77
非 免 疫 性 全 身 反 应 主 要 原 因 材 料 的 降 解 产 物 磨 损 碎 片 的 堆 积 变 换 表 现 靶 器 官 的 损 伤 有 明 显 的 征 兆 特 点 肺 ( 呼 吸 ) 肾 脏 ( 排 尿 ) 肝 脏 ( 血 液 ) 关 节 ( 疼 肿 功 能 丧 失 ) 淋 巴 ( 肿 血 量 ) 消 化 道 ( 腹 泻 便 秘 ) 脑 骨 骼 系 统 和 肌 肉 在 损 伤 结 束 后 才 有 征 兆 阈 值 低 78
免 疫 性 全 身 反 应 : 超 敏 反 应 概 念 因 免 疫 反 应 的 异 常 过 度 或 者 失 控 而 导 致 机 体 失 调 的 反 应 起 因 细 胞 内 部 化 学 物 质 的 释 放 或 者 过 度 的 炎 症 应 答 分 类 I 型, 抗 原 和 抗 体 E 之 间 的 反 应,e.g. 哮 喘 药 物 过 敏 荨 麻 疹 过 敏 性 鼻 炎 过 敏 性 休 克 II 型, 抗 原 和 抗 体 G 以 及 抗 体 M 的 反 应,e.g. 溶 血 症 III 型, 免 疫 性 综 合 病 症, 源 于 免 疫 复 合 物 的 破 坏 引 起 的 过 度 炎 症 反 应,e.g. 类 风 湿 性 关 节 炎 IV 型, 抗 原 与 T 细 胞 产 物 的 反 应,e.g. 接 触 性 皮 炎 79
非 免 疫 性 和 免 疫 性 全 身 反 应 的 临 床 表 现 渗 出 物 反 应 引 发 剂 催 化 剂 单 体 增 塑 剂 感 染 1-10% 的 病 人 会 发 生 感 染 钙 化 材 料 表 面 钙 化 血 栓 栓 塞 肿 瘤 80
小 结 生 物 相 容 性 概 念 生 物 相 容 性 的 定 义 血 液 相 容 性 的 三 大 影 响 因 素 及 改 善 方 法 组 织 相 容 性 的 过 程 材 料 反 应 膨 胀 与 浸 析 的 过 程 动 力 学 ; 腐 蚀 与 溶 解 的 八 种 类 型 ; 蛋 白 质 吸 附 造 成 的 影 响 宿 主 反 应 血 液 反 应 组 织 反 应 免 疫 反 应 ( 体 液 免 疫 细 胞 免 疫 补 体 系 统 ); 全 身 反 应 ( 非 免 疫 性 全 身 反 应 超 敏 反 应 ) 81
思 考 题 说 明 材 料 的 血 液 相 容 性 的 三 大 影 响 因 素 说 明 体 液 免 疫 和 细 胞 免 疫 的 区 别 82