材料+夏文華+生物材料與人工器官作業(yè)

1、第1章概述1.什么是人工器官、生物材料？簡(jiǎn)述它們的分類。二者有何關(guān)系？1）人工器官：廣義上，是一種人造的或人工合成的、可以部分或全部、短期或長(zhǎng)期地、體內(nèi)或體外使用的，用來(lái)取代病損器官或補(bǔ)償其生理功能的裝置。狹義上，替換了原自然器官并能發(fā)揮其全部功能的人造裝置。分類如下：一.根據(jù)功能完善程度分類：維持生命最低限度的人工器官；能代替主要部分或大部分天然器官功能的人工器官；能替代天然器官；具有超自然器官功能的人造器官。二.按具體功能分類：血液循環(huán)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、血液透析、消化系統(tǒng)、支持運(yùn)動(dòng)、感覺、生育、泌尿、內(nèi)分泌、神經(jīng)；其它：人工皮膚、人工硬腦膜、人工大腦導(dǎo)水管、人工乳房等。三.按位置分：1.體內(nèi)

2、（植入式）;2.體外。四.按時(shí)間分：1.暫時(shí)性;2.永久性。2）生物醫(yī)學(xué)材料：用于修復(fù)和替換生物組織或器官，以增進(jìn)或恢復(fù)其功能的材料和用于生理系統(tǒng)疾病的診斷、治療的材料。分類如下：一按材料組分分：無(wú)機(jī)、金屬、高分子、復(fù)合二按材料來(lái)源分：天然、合成三按應(yīng)用部位分：硬軟心牙整四按使用要求分：降解、植入、一次性？3）人工器官與生物醫(yī)學(xué)材料關(guān)系相互促進(jìn)共同發(fā)展1.生物醫(yī)學(xué)材料是人工器官的基礎(chǔ)2.人工器官的需求和發(fā)展又促進(jìn)了生物醫(yī)學(xué)材料的發(fā)展3.材料的發(fā)展為人工器官的功能實(shí)現(xiàn)提供了可能第 2 章 1、 有大量的文獻(xiàn)涉及控制血液與材料的相互作用。通過查閱文獻(xiàn)，詳細(xì)了解人體血栓形成的機(jī)理, 描述由材料引發(fā)的

3、血栓形成的途徑, 這些途徑之間有聯(lián)系嗎？有怎樣的聯(lián)系？答：1）正常的血管內(nèi)膜光滑,血小板不易粘附、聚集。2） 內(nèi)皮細(xì)胞能產(chǎn)生抗凝血的物質(zhì)（如抗凝血酶）和抗血小板聚集的物質(zhì)（如前列腺環(huán)素）。3） 正常血流速度和流向?qū)Ψ乐寡ㄐ纬善鹬匾饔?。正常的血流速度較快,有形成份(細(xì)胞)在血管中心流動(dòng)(軸流),血漿在邊緣流動(dòng)(邊流),使血小板不易與血管壁的內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生粘附和聚集。 4） 正常時(shí)，血液中的凝血因子雖不斷被激活，但又不斷被血液稀釋或沖走；盡管血管上時(shí)有微量的纖維蛋白沉著，但又不斷地被纖維蛋白溶解酶所溶解。 生物材料表面與血液接觸后，將通過凝血因子活化途徑及血小板活化途徑產(chǎn)生凝血，形成血栓。 凝血

4、因子活化途徑：生物材料表面與血液接觸，活化凝血因子,繼而活化凝血因子、XIII ，產(chǎn)生凝血酶原激活物，激活凝血酶，水解纖維蛋白原，造成纖維蛋白沉積，形成血栓；或者通過組織因子作用，按照外源性途徑同樣形成血栓。 血小板活化途徑：生物材料與血液接觸后，首先發(fā)生蛋白吸附，進(jìn)而導(dǎo)致血小板粘附，變形，釋放和聚集，最終形成血小板血栓；此外，蛋白吸附還可誘導(dǎo)紅細(xì)胞粘附，溶血和釋放，最終也將產(chǎn)生相同結(jié)果。2、 人工心臟的組成？泵的分類及特點(diǎn)？A.人工心臟的組成 1）血泵。形狀容積、血流動(dòng)力、溶凝、力學(xué)、老化、噪聲、協(xié)調(diào)。按搏動(dòng)方式分為脈動(dòng)式和非脈動(dòng)式；按形狀分為容積式和葉片式。 2） 監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)。主要內(nèi)容

5、包括血泵的功能(驅(qū)動(dòng)壓力、搏出量、回流量等)；驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)行指標(biāo)；生理指標(biāo)（心率、輸出量、壓力、血C02等） 3）驅(qū)動(dòng)裝置。為血泵的搏動(dòng)提供動(dòng)能，有葉動(dòng)式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、磁力驅(qū)動(dòng)式。4）能源供給。有交流電源、電池、核能源和生物能源之分。 B.泵的分類及特點(diǎn)1) 容積式：A.優(yōu)點(diǎn)：脈動(dòng)式，與人的正常生理結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，有利于臟器的血液微循環(huán)灌注。B.缺點(diǎn)：體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易植入體內(nèi)；必須有管路連接體內(nèi)外，故易感染；關(guān)鍵部件瓣和膜易損壞，且是血栓易形成的部位；能耗大。 2） 葉片式：A.優(yōu)點(diǎn)：不需要單向閥門，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，體積小，流量大，效率高，易植入體內(nèi)；與血液接觸面積小，抗血栓性能好；因可植

6、入，感染問題可得到較好解決；耐久性好；功耗低；易于操作；價(jià)格較低。B.缺點(diǎn)：非仿生；葉片高速旋轉(zhuǎn)，對(duì)血液成份可能造成破壞；長(zhǎng)期密封困難。 3、心臟起搏器、主動(dòng)脈內(nèi)氣囊反搏、動(dòng)力性心肌成形術(shù)、骨骼肌心臟輔助，它們輔助心臟工作的原理？答：心臟起搏器是通過發(fā)放電脈沖模擬心臟的沖動(dòng)發(fā)生和傳導(dǎo)等電生理功能，治療由于某些心律失常所致的心臟機(jī)能障礙的一種電子裝置。1）構(gòu)造：它由脈沖發(fā)生器和電極-導(dǎo)線構(gòu)成。 ·脈沖發(fā)生器：由能源、釋放與調(diào)節(jié)電脈沖的電路和外殼組成，要求小、輕、薄、功能多、壽限長(zhǎng)、安全可靠。 ·電極按其接觸心肌的部位分為：心外膜-心肌電極、心內(nèi)膜電極；起搏方式分為單極起搏和雙

7、極起搏。導(dǎo)線包括金屬絲導(dǎo)體和絕緣包鞘。利用一根帶有氣囊的導(dǎo)管插入主動(dòng)脈內(nèi)，配合病人的心臟的收縮與舒張進(jìn)行抽吸與加壓，幫助心臟工作。分為以下兩個(gè)階段： 1）收縮抽吸：在心室收縮之前的瞬間，控制裝置抽氣，致使氣囊收縮，主動(dòng)脈壓力下降，留出主動(dòng)脈空間，心臟射血進(jìn)入主動(dòng)脈，可緩解心臟負(fù)荷。 2）舒張加壓：在心室舒張之前的瞬間，氣囊突然充氣，排開一定的血液，使主動(dòng)脈的壓力增大，心臟出口處壓力增高，冠狀動(dòng)脈和其它幾個(gè)動(dòng)脈分支灌注壓增大，血液被壓入這些動(dòng)脈，使心肌缺血得到緩解，其它血管的血液供應(yīng)也得到改善，心搏出量上升，并對(duì)腦及上肢的供血也得到改善。這一充氣擴(kuò)張過程又叫做“反搏”。應(yīng)用帶神經(jīng)血管蒂的背闊肌包

8、裹心室，同時(shí)植入心臟肌肉刺激系統(tǒng)，在該系統(tǒng)的脈沖刺激下，移植的背闊肌轉(zhuǎn)化為耐疲勞肌肉，并與心室同步收縮，增強(qiáng)心臟的收縮功能，限制心室的繼續(xù)擴(kuò)張，從而達(dá)到長(zhǎng)期輔助心臟，治療慢性心力衰竭的目的。4、 查閱文獻(xiàn),了解人工心臟及心臟輔助裝置的研究。 這是一個(gè)活躍的研究領(lǐng)域嗎? 你發(fā)現(xiàn)研究的重點(diǎn)是什么?答：1存在的問題A抗血栓性能的提高；B機(jī)械性能的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)生理性調(diào)控；C植入 后感染；D能源；E長(zhǎng)期性、永久性植入。 2發(fā)展方向A小型化，微型化，同時(shí)具有高供血效能；B無(wú)線自動(dòng)控制，體內(nèi)外無(wú)連線，根據(jù)身體需要自動(dòng)調(diào)控生理參數(shù)；C不凝血，不老化，不腐蝕，經(jīng)久耐用；D安全可靠的控制系統(tǒng)和能源供應(yīng)第 3 章 1

9、、 說明籠球瓣、籠碟瓣、斜碟瓣、雙葉瓣的特點(diǎn)。答：1）籠球瓣和籠碟瓣的特點(diǎn)： A.周圍血流型，即血流必須繞過阻塞體，從其周邊通過，血流阻力和跨瓣壓差大，易產(chǎn)生渦流，血流動(dòng)力學(xué)差，易造成血栓，溶血多。 B.閥體與瓣架碰撞，易磨損。籠球瓣大，易產(chǎn)生期前收縮，出現(xiàn)心律失常。 C.籠碟瓣碟片不靈活，可能卡在籠架的對(duì)角位造成患者因急性閉鎖不全而突然死亡，且有瓣柱折斷、碟片磨損、甚至脫落的危險(xiǎn)。2)斜碟瓣的特點(diǎn) ·優(yōu)點(diǎn)A.鉸鏈代替籠架，重量較輕，體積較小,輕巧。B.半中心血流型,血流經(jīng)過阻力較小,血流動(dòng)力學(xué)性能較好，耐久性好。 ·缺點(diǎn)：a.鉸鏈可能折斷b.血栓問題仍沒有很好解決3)雙葉

10、瓣的特點(diǎn) ·優(yōu)點(diǎn)：屬中心血流型，血流動(dòng)力學(xué)好，其血流動(dòng)力學(xué)狀況優(yōu)于以往所有的機(jī)械瓣。瓣葉運(yùn)動(dòng)靈活，有效瓣口面積較大，跨瓣壓差小，血栓栓塞率低。廣泛采用。 ·缺點(diǎn)：兩個(gè)瓣葉運(yùn)動(dòng)不同步；關(guān)閉性能不夠理想；鉸鏈處機(jī)械加工困難；抗凝問題仍沒有徹底解決。 2、 目前機(jī)械瓣使用的材料主要有哪些？ 答：瓣架、阻塞體（瓣葉）材料：硅橡膠(Silicone)、聚四氟乙烯(Teflon)、縮醛樹脂(Derline)、鈷合金如CoCrMo合金 stellite合金、鈦合金、不銹鋼、石墨、低溫各向同性熱解碳涂層、類金剛石涂層、聚氨酯。縫合環(huán)材料：聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯 (滌綸) ，針織物形式；聚四氟

11、乙烯，針織物形式；超低溫各向同性碳，涂層形式。 3、 戊二醛處理生物瓣的作用？答：A使膠原分子交聯(lián)，使處理后的生物組織更結(jié)實(shí)、更穩(wěn)定，增加材料的強(qiáng)度和耐久性；B封閉抗原基，使抗原性大大降低；C消毒。4、 什么是生物瓣的鈣化？鈣化是一個(gè)復(fù)雜的物理、化學(xué)和生物化學(xué)過程，有大量的研究報(bào)告。查閱文獻(xiàn)，了解鈣化的因素有哪些？答：（1）生物瓣的鈣化： 主要是鈣、磷以結(jié)晶形式沉積在生物瓣組織中，導(dǎo)致生物瓣材料彈性、韌性和機(jī)械強(qiáng)度發(fā)生很大變化，造成生物瓣失靈。鈣化沉積物是一種復(fù)雜晶格結(jié)構(gòu)的羥基磷灰石樣物質(zhì)。 （2）影響因素： 宿主、血流動(dòng)力學(xué)、瓣膜表面電荷、瓣膜材料、材料應(yīng)力分布、戊二醛處理、生物瓣表面缺乏完

12、整的內(nèi)皮細(xì)胞、制造工藝與設(shè)計(jì)等。5、 如果你的某位朋友需要置換人工心臟瓣膜（機(jī)械瓣或生物瓣），從人工器官的專業(yè)角度，你會(huì)給他一些什么建議？答：我會(huì)先告訴他機(jī)械瓣與生物瓣各自的優(yōu)缺點(diǎn)，（1）機(jī)械瓣：耐久性優(yōu)異。但是血流動(dòng)力學(xué)效果較生物瓣差；剛性非生物材料，關(guān)閉不柔和；易產(chǎn)生血栓栓塞，須終身抗凝；可能造成出血合并癥，創(chuàng)傷后大出血；價(jià)格較高。（2）生物瓣：材料來(lái)源易得，造價(jià)較低；仿生性強(qiáng)，瓣葉具有柔性，中心血流型，血流阻力小，對(duì)血液成份破壞少，血流動(dòng)力學(xué)效果較好；生物材料，血栓率低，一般不必終身抗凝；但是鈣化常造成生物瓣失靈；另外，原發(fā)性膠原組織退變而引起的瓣葉撕裂、穿孔、或鈣化變硬等，致使瓣膜失效

13、。生物瓣的使用壽命多數(shù)介于7至10年，其耐久性不如機(jī)械瓣。不能用于兒童，不宜用于年輕人。此外，我還會(huì)將人工心瓣的選擇原則告訴他，（1）機(jī)械瓣：年輕患者（45歲以下）服抗凝藥無(wú)禁忌者、兒童。（2）生物瓣：對(duì)抗凝治療有絕對(duì)禁忌者、希望妊娠的年輕婦女、60歲以上及心臟病嚴(yán)重，估計(jì)壽命不會(huì)超過15年者、邊遠(yuǎn)地區(qū)無(wú)法進(jìn)行抗凝治療與監(jiān)護(hù)者。第 4 章 1、你所在的公司準(zhǔn)備發(fā)展一種聚合物材料作為血管植入物，你是負(fù)責(zé)進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)的生物醫(yī)學(xué)工程師，你會(huì)考慮哪些材料？解釋你的選擇。答：由于是發(fā)展一種聚合物材料作為血管植入物,也即合成的人工血管，因此需滿足：(1)具備醫(yī)用高分子材料的條件，也即a.在體內(nèi)不變性，無(wú)毒

14、性；b.對(duì)人體組織無(wú)異物反應(yīng)；c.不發(fā)生癌；d.無(wú)抗原性；e.有耐久性，經(jīng)長(zhǎng)期使用，不失去原有的物理性;f.容易加工成型；g.耐受消毒，不變性，不變型；h.價(jià)廉。；(2)富有彈性和伸展性，盡可能的近似機(jī)體的血管；(3)適當(dāng)?shù)目仔裕?A. 便于宿主組織長(zhǎng)入管壁，使組織覆蓋或形成“新內(nèi)膜”，使人工血管機(jī)質(zhì)化； B. 小血管長(zhǎng)入，使管壁中間部位生長(zhǎng)內(nèi)皮細(xì)胞并得到血液營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)，防止?fàn)I養(yǎng)變性。(4)良好的抗血栓性；(5)縫合容易，斷端不松散；(6)有利于血液流動(dòng)的形態(tài)；(7)消毒簡(jiǎn)單，有抵抗感染性能。綜合考慮以上條件，可選用以下聚合物材料： 滌綸（聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯） 特點(diǎn)：極牢固，抗撕裂，耐用；易于

15、縫合和操作；長(zhǎng)期通暢率高（主動(dòng)脈、髂動(dòng)脈>95%）。但沒有彈性，修復(fù)小直徑血管效果不理想。聚四氟乙烯 特點(diǎn)：柔韌，易于縫合和操作， 耐用。但沒有彈性；有的部位使用長(zhǎng)期通暢率不及PET；縫合后材料不能立即在針眼處收縮，造成滲血時(shí)間延長(zhǎng)；修復(fù)小血管效果不理想。聚氨酯 特點(diǎn)：較好的血液相容性。好的彈性，能與宿主動(dòng)脈很好地適應(yīng)。但在體內(nèi)會(huì)發(fā)生不易控制的降解（聚醚型PU不太容易降解）、鈣化（可涂碳改善）。修復(fù)小直徑血管試驗(yàn)效果最好 。2、 小直徑人工血管為什么沒有滿意的使用效果？查閱文獻(xiàn)，你發(fā)現(xiàn)解決的途徑有哪些？答：對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化引起的小直徑血管梗塞或狹窄是目前臨床上的常見問題，然而目前的小直徑人

16、工血管卻不并不能達(dá)到滿意的使用效果，其原因有二：其一是由于小直徑血管直徑小，血流慢，易形成血栓栓塞；其二是小直徑血管直徑小，血液中的一些蛋白、脂肪等易停留在血管壁，導(dǎo)致內(nèi)皮增生。 解決途徑一：人工血管內(nèi)皮化 在材料表面種植內(nèi)皮細(xì)胞。（1）單期種植法：將新鮮獲取的內(nèi)皮細(xì)胞在手術(shù)前較短時(shí)間內(nèi)種植于人工血管管壁，直接用于手術(shù)。但是通暢率無(wú)明顯提高。（2）二期種植法：將新鮮獲取的內(nèi)皮細(xì)胞先離體培養(yǎng)，再高密度種植于人工血管，然后植入人體，且通暢率明顯高于未種植內(nèi)皮細(xì)胞的人工血管。解決途徑之二：基因修飾 利用分子生物學(xué)技術(shù)，在植入的內(nèi)皮細(xì)胞中導(dǎo)入使血管擴(kuò)張、抗血栓形成的基因片段，有望從根本上提高人工血管的

17、通暢率?？鼓虻倪x擇：1. 纖溶酶原激活物基因 如組織型纖溶酶原激活物（t-PA），尿激酶型纖溶酶原激活物、尿激酶。2. 水蛭素3. 一氧化氮合成酶、a因子抑制劑、組織因子旁路抑制物、環(huán)氧合酶-1、前列腺環(huán)素合成酶等。解決途徑之三 ：改進(jìn)、優(yōu)選材料。探究生物相容性、力學(xué)性能等物理性能更優(yōu)良的材料。第 5 章 1、 什么是血液代用品？一種好的血液代用品應(yīng)具備哪些特點(diǎn)？ 答：血液代用品是指具有載氧能力的、能代替血液在組織中進(jìn)行氧氣和二氧化碳交換的代用品。一種好的血液代用品應(yīng)具備有效、安全、方便的特點(diǎn)，具體的講就是載氧力強(qiáng)，穩(wěn)定性高，在循環(huán)中的半衰期長(zhǎng)，不長(zhǎng)期滯留體內(nèi)，易保存，保存時(shí)間長(zhǎng)2、 血液

18、代用品的種類及其載氧機(jī)理？ 答：（1）血液代用品的種類： 以增加溶解氧為主的氟碳化合物人工血液； 另一類是通過化學(xué)結(jié)合而載氧的以血紅蛋白為基礎(chǔ)的人工血液。 （2）載氧機(jī)理： 氟碳化合物人工血液；氟碳化合物人工血液，氟碳是一種合成的有機(jī)化合物，化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定，無(wú)毒，其半數(shù)致死量與麥芽糖和葡萄糖相似。氟碳化合物難溶于各種溶劑中，但是對(duì)氧有較好的溶解性。氟碳化合物載氧只是單純的物理溶解，而不是與氧可逆結(jié)合。其載氧量與氧分壓呈正比直線關(guān)系，而且根據(jù)環(huán)境氧分壓的高低而溶解或釋放氧； 血紅蛋白人工血液；血紅蛋白(Hb)人工血液的載氧機(jī)理是血紅蛋白與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而與其結(jié)合成不穩(wěn)定化合物。以血紅蛋白為

19、基礎(chǔ)的人工血液，血紅蛋白是體內(nèi)載氧的主要成分，與氧有可逆性結(jié)合的特點(diǎn)，并且具有理想的氧飽和和解離特性。 3、 血紅蛋白的修飾方法有哪些？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？ 答：血紅蛋白（Hb）的修飾方法有三種，交聯(lián)血紅蛋白 在或鏈之間進(jìn)行化學(xué)連接，維持Hb四聚體結(jié)構(gòu)，同時(shí)降低Hb氧親和力，增加向組織釋氧的能力。但循環(huán)半衰期仍然較短，不能滿足臨床應(yīng)用要求。聚合血紅蛋白 在交聯(lián)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行分子間聚合，加大分子量，延長(zhǎng)循環(huán)半衰期。但分子量不均一。共軛連接血紅蛋白 分子間聚合，將游離的Hb四聚體接于其它可溶性大分子聚合物上，從而加大Hb的分子量，穩(wěn)定四聚體結(jié)構(gòu)。第 6 章 1、 選擇合適的膜材料成為人工肺技術(shù)發(fā)展

20、的關(guān)鍵，請(qǐng)總結(jié)目前常用的膜材料。 答：目前常用的膜肺材料主要有兩大類， 均質(zhì)膜材料 是指各向均質(zhì)（即結(jié)構(gòu)均勻）的致密膜，如硅橡膠。優(yōu)點(diǎn)：氣體彌散性能好;由于氣血完全隔離，可有效防止氣栓形成；由于無(wú)孔，不會(huì)造成水蒸汽滲出形成“濕肺”影響功能，可較長(zhǎng)時(shí)間用于呼吸衰竭的支持。缺點(diǎn)：機(jī)械強(qiáng)度不高，還需改進(jìn)CO2和O2透過系數(shù)之比使其更接近生理狀態(tài)。 多孔膜材料 聚丙烯(polypropylene, PP)、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚苯烯等材料，以PP最為常用。優(yōu)點(diǎn)：因有微孔，透氣性好，消除了氣血交換的膜阻力，提高了氣體傳輸功能；加工過程僅為物理過程，無(wú)化學(xué)過程，沒有化學(xué)添加劑；毒性?。谎合嗳菪院?；機(jī)械強(qiáng)

21、度較高；價(jià)格較低。缺點(diǎn)：長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用，氧合性能不穩(wěn)定；有產(chǎn)生氣栓的危險(xiǎn)；有血漿滲漏的可能，由此造成液體隨氣體大量蒸發(fā)。 2、 如果讓你設(shè)計(jì)并制作一個(gè)中空纖維膜肺，該怎么做？敘述你的設(shè)計(jì)、制作過程。 答：（1）設(shè)計(jì) A. 選材：首先根據(jù)醫(yī)用高分子材料的基本性能要求，常用的有均質(zhì)膜材料，如硅橡膠和多孔膜材料，如聚丙烯。二者各有優(yōu)缺點(diǎn)，前者氣血完全隔離，可有效防止氣栓形成；由于無(wú)孔，無(wú)血漿滲漏。但是，其機(jī)械強(qiáng)度較低，且氣血交換阻力大。后者透氣性好，氣血交換阻力低；毒性低；血液相容性好；機(jī)械強(qiáng)度較高；價(jià)格較低。但是有氣栓的危險(xiǎn)、血漿滲漏等問題。但相比均質(zhì)膜材料而言，總體的性能優(yōu)于前者。故我將選用PP膜材

22、，其尺寸根據(jù)有效面積計(jì)算。B. 血流及氣體流道設(shè)計(jì)：目前主要有兩種結(jié)構(gòu)，管殼流式 (內(nèi)走血)和交叉流式(外走血)。前者血液流動(dòng)呈細(xì)線狀,氣體與血液之間的交換阻力較大,幾乎占全部阻力的90%。而后者由于血液側(cè)流動(dòng)的混合特性，其流道彎曲，方向多變，眾多的阻擋形成局部的二次流，從而降低了血液側(cè)傳質(zhì)阻力，可使總傳質(zhì)系數(shù)相對(duì)于管殼流式提高2-3倍。為了克服層流，增大血?dú)饨粨Q，應(yīng)減少血膜厚度和纖維直徑，并采用交叉流式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。C. 外殼及內(nèi)芯設(shè)計(jì)：使用有機(jī)玻璃，根據(jù)纖維用量設(shè)計(jì)外殼、內(nèi)芯的長(zhǎng)度和內(nèi)外徑。注意纖維束與外殼內(nèi)芯要緊密接觸，避免血液短路。（2）制作 A. 制膜 其大致過程是原材料 紡絲 清洗 充

23、填甘油 卷繞其中，紡絲方法有兩種，a融熔紡絲法 將聚合物加熱熔融后壓入紡絲頭的環(huán)形噴口，噴出成為液態(tài)細(xì)流，在氣體或液體介質(zhì)中冷卻成為纖維的紡絲方法。b. 溶液紡絲法 將聚合物溶液壓入紡絲頭的環(huán)形噴口，噴出成為液態(tài)細(xì)流，立即進(jìn)入凝固浴使之固化成纖維的紡絲方法。根據(jù)凝固方式的不同可分為濕紡和干紡：(1) 濕紡 在液態(tài)介質(zhì)中固化，噴出的液態(tài)細(xì)流中的溶劑向液體介質(zhì)中擴(kuò)散，聚合物（細(xì)流）析出（固化）。(2)干紡 在氣態(tài)介質(zhì)中固化，噴出的液態(tài)細(xì)流中的溶劑快速揮發(fā)并被熱氣流帶走，聚合物（細(xì)流）固化。 B. 組裝和離心封端 C. 安裝零部件和氣密試驗(yàn) D.包裝,滅菌,檢驗(yàn),出廠第 7 章 1、 敘述血透、腹透

24、、血濾、血液灌流、雙重膜式血漿分離如何實(shí)現(xiàn)對(duì)血液的凈化處理并維持人體正常的生理環(huán)境。 答：主要是根據(jù)半透膜原理，將患者血液與透析液引入透析器中，血液與透析液被透析器中的透析膜(半透膜)分隔在兩側(cè)，反方向流動(dòng)，利用各自不同的濃度和滲透壓互相進(jìn)行擴(kuò)散和滲透，血液內(nèi)多余的有毒物質(zhì)可向透析液中擴(kuò)散，透析液中的有用離子物質(zhì)向濃度高的一側(cè)滲透，經(jīng)過透析的血液回流進(jìn)患者體內(nèi)，循環(huán)往復(fù)，達(dá)到清除血液中的代謝廢物和毒物，調(diào)節(jié)血液中水、電解質(zhì)及酸堿平衡的目的，達(dá)到治療效果并維持人體正常的生理環(huán)境。2、血液透析膜材料主要有哪些？ （1）纖維素(cellulose)膜： 是一種由雙環(huán)纖維素二糖的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元組成的、聚

25、合度為5002000的天然高聚物, 分子式(C6H10O5)n。 銅氨纖維素（cuproammonium rayon） 如銅玢膜、銅仿膜（Cuprophan®），其特點(diǎn)是具有較高的聚合度，濕態(tài)強(qiáng)度高，表面結(jié)構(gòu)規(guī)整，能以恰當(dāng)?shù)谋壤高^血液中的代謝廢物、離子和水分。但是，對(duì)中等分子量尿毒素的透過性能較差。通過旁路系統(tǒng)激活補(bǔ)體C3、C5，進(jìn)而造成許多臨床癥狀，其血液相容性有待提高。 硝酸纖維素(cellulose nitrate) 纖維素通過其分子中的羥基與硝酸進(jìn)行酯化反應(yīng)而生成的纖維素硝酸酯。 醋酸纖維素（cellulose acetate,CA） 醋酸纖維透析膜的特點(diǎn)有：由于采用融紡工

26、藝，膜面光滑；可以用加熱的方法滅菌消毒；由于氫氧根被置換，因此具有一定的疏水性，在水中不膨脹，尺寸穩(wěn)定；為形成微孔加入溶劑或非溶劑，易于改變其種類和組合，孔徑可自由調(diào)節(jié)；清除小分子物質(zhì)和磷的功能也比較強(qiáng)；價(jià)格低廉。但是，醋酸纖維透析器的臨床使用也面臨以下兩個(gè)問題：A 對(duì)中等分子量尿毒素的透過性能較差。 11 B 激活補(bǔ)體，生物相容性有待提高。 血仿膜（Diethylaminoethyl,DEAE） ENKA社專賣，商標(biāo)為血仿纖維素膜(Hemophan®)。 （2）合成高分子膜： 聚丙烯腈膜（polyacrylonitrile, PAN） 透水性和對(duì)中、高分子物質(zhì)的通透性良好。由于在膜

27、表面可導(dǎo)入各種構(gòu)造基，在膜面上的血小板附著比較少，故生物相容性比較好。 聚甲基丙烯酸甲酯膜（polymethylmethacrylate, PMMA） 從普通透析膜到濾過膜都可以制得。對(duì)補(bǔ)體、白細(xì)胞的影響比較少，生物相容性較好。 聚砜膜（polysulfone, PS） 超高濾膜，非常高的濾過速度，濾過性能很強(qiáng)，從小分子的肌酐到中分子的2-微球蛋白，都有較高的濾過率。聚酰胺膜（polyamide, PA） 分子中具有很多酰胺基（-CONH-）的聚合物。內(nèi)表面有致密層，具有不同孔層的非對(duì)稱性三層構(gòu)造。由于親水性的原因，不易形成蛋白阻塞，而且也可以清除2-微球蛋白。 聚丙烯腈-丙烯磺酸鹽共聚物 對(duì)

28、中等分子量的溶質(zhì)透過性高，不激活補(bǔ)體，血液相容性好。 聚乙烯乙烯醇共聚物（ethylene vinylalcohol, EVAL） 優(yōu)良的血液相容性，可不用或少用肝素。 其它共聚物 如聚醚聚碳酸酯共聚物、聚乙烯醇丙烯腈等三元接枝共聚物以及聚離子復(fù)合膜等。 （3）其它新型高分子膜材料：膠原、甲殼素。第 8 章 1、 查閱人工肝方面的文獻(xiàn)，了解目前人工肝支持系統(tǒng)通常都使用什么技術(shù)?答：1）非生物性人工肝輔助指不包括生物部分構(gòu)成的人工肝支持系統(tǒng)，其功能以解毒為主。如：血液透析、血液灌流、血液濾過、血漿置換。目前治療肝衰竭的主要技術(shù)。2）生物性人工肝輔助將同種或異種動(dòng)物的器官、組織或細(xì)胞等與特殊材料或

29、裝置結(jié)合構(gòu)成的人工肝支持系統(tǒng)。如離體肝灌流、人-哺乳類動(dòng)物交叉灌流。3）混合式人工肝輔助由生物及非生物部分共同構(gòu)成的人工肝支持系統(tǒng)。2、各種人工肝支持系統(tǒng)的工作原理？答： 非生物型人工肝 非生物型人工肝以血液透析、血液濾過、血液灌流、血漿置換、連續(xù)性血液凈化等血液凈化技術(shù)清除體內(nèi)毒性物質(zhì)，維持人體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的技術(shù)方法。早期非生物型人工肝裝置的設(shè)計(jì)以小分子毒物血液解毒功能為主。到20世紀(jì)70年代，隨著膜材料技術(shù)的發(fā)展，血液凈化治療肝病的療效有所提高。血漿置換是國(guó)內(nèi)應(yīng)用最多最廣泛的非生物人工肝治療方法，它依靠血漿交換、交換輸血技術(shù)，祛除毒性物質(zhì)補(bǔ)充生物活性物質(zhì)。近年來(lái)連續(xù)性血液凈化技術(shù)，以緩慢的血

30、流速度持續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行溶質(zhì)交換和水分清除，具有血流動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定、有效地祛除細(xì)胞因子及炎性介質(zhì)，可提供充分的營(yíng)養(yǎng)支持、改善組織氧代謝、持續(xù)維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于重癥肝病患者，尤其是血流動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定和嚴(yán)重高分解代謝的患者，提供了有效地治療手段。 生物型人工肝 生物型人工肝是利用人或動(dòng)物的肝組織勻漿、分離的肝細(xì)胞、肝臟切片或全肝等與生物合成材料相結(jié)合的體外裝置，主要由肝細(xì)胞來(lái)源、細(xì)胞培養(yǎng)方式和生物反應(yīng)器三要素構(gòu)成。生物人工肝系統(tǒng)是將體外培養(yǎng)增殖的肝細(xì)胞（人肝細(xì)胞、動(dòng)物肝細(xì)胞、 人肝細(xì)胞系、基因轉(zhuǎn)化細(xì)胞）置于特殊的生物反應(yīng)器中,利用體外循環(huán)裝置將肝功能衰竭患者的血液/血漿引入生物反應(yīng)器內(nèi)，通過對(duì)患者血液

31、/血漿中毒性物質(zhì)的攝取、轉(zhuǎn)化和代謝,同時(shí)合成患者機(jī)體所缺乏的必需物質(zhì),從而穩(wěn)定肝功能衰竭患者的內(nèi)環(huán)境，達(dá)到病情改善的效果。 混合型人工肝 混合型人工肝是將非生物型與生物型人工肝相結(jié)合的一套以血液凈化為基礎(chǔ)的治療設(shè)備，集成血漿置換、分子吸附和生物反應(yīng)的混合型治療手段，在緩解重型肝炎、肝衰竭患者的病情上起到重要的支持功能，并為延長(zhǎng)患者生命、爭(zhēng)取肝移植時(shí)間等方面發(fā)揮重要的作用。目前已進(jìn)入動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和/期臨床試驗(yàn)，并取得了良好效果，但它尚不能完全替代肝臟的功能。第 9 章 1、 用于全關(guān)節(jié)置換的生物材料主要有哪些？ 答： 用于全關(guān)節(jié)置換的金屬 不銹鋼(鐵合金) 按正火狀態(tài)的組織構(gòu)成分類：a鐵素體 C溶于

32、-Fe和-Fe形成的間隙固溶體，具有體心立方結(jié)構(gòu)。b馬氏體 C與合金元素在-Fe中的過飽和固溶體。c奧氏體 C溶于-Fe形成的間隙固溶體，具有面心立方結(jié)構(gòu)。鈷基合金 植入體使用的鈷基合金：a鑄造 Co-Cr-Mo 合金(ASTM F75,1982)b鍛造 Co-W-Cr-Ni 合金(ASTM F90,1982)cMP35N合金（鍛造Co-Ni-Cr-Mo）鈦基合金 Ti-6Al-4V 用于全關(guān)節(jié)置換的陶瓷 根據(jù)材料與組織結(jié)合的機(jī)制分類：生物惰性陶瓷a碳素材料 碳結(jié)構(gòu)形式：² 金剛石結(jié)構(gòu);² 石墨結(jié)構(gòu);² 無(wú)定形亂層結(jié)構(gòu)。b氧化鋁 優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和生物惰性，高硬度

33、（所有材料中居第5位），優(yōu)良的耐磨性。c氧化鋯 室溫下，單斜體氧化鋯 10001100 四面體氧化鋯（體積收縮 ）室溫下，單斜體氧化鋯 10001100 四面體氧化鋯（無(wú)體積變化 ） 氧化釔（穩(wěn)定劑）生物活性陶瓷 具有生物活性，材料表面能引起正常組織形成，而且它建立的連續(xù)界面能夠承擔(dān)植入部位所要求的負(fù)荷。a生物活性玻璃和玻璃陶瓷 如45S5生物活性玻璃、Ceravital生物活性玻璃、A-W玻璃陶瓷等。b磷酸鈣陶瓷 如磷灰石，其中以羥基磷灰石(HA)研究最多。c生物活性陶瓷復(fù)合材料 ² 不銹鋼纖維增強(qiáng)² 鈦纖維增強(qiáng)² 通過熱處理產(chǎn)生第二相2、 全關(guān)節(jié)置換植入體的固

34、定方式有哪些？它們分別是如何實(shí)現(xiàn)固定的？ 答：（1）骨水泥固定: 骨水泥固定的原理：通過內(nèi)鎖固定和容積填充作用，在界面形成嵌合，再生的血管可以深入到骨水泥內(nèi)部，形成骨連接。 內(nèi)鎖固定：經(jīng)過加壓填塞后，骨水泥滲入到松質(zhì)骨的微間隙內(nèi)，在骨水泥與骨界面形成交鎖嵌合。 容積填充固定：骨水泥填塞于骨和假體之間，與骨形成一個(gè)“統(tǒng)一體”，使假體獲得固定，應(yīng)力得到均勻傳遞。 （2）無(wú)骨水泥固定： 無(wú)骨水泥固定的形式有以下三種： 表面活性材料：通過組織與生物活性植入體表面間的化學(xué)反應(yīng)達(dá)到固定； 表面織構(gòu)材料：骨長(zhǎng)入有溝槽或紋理的植入體的表面； 多孔涂層材料：骨長(zhǎng)入多孔材料的孔隙中。思考：某患者進(jìn)行全人工髖關(guān)節(jié)置

35、換，假如你觀看了整個(gè)手術(shù)過程。請(qǐng)敘述在這個(gè)外科手術(shù)過程中，為了完全置換病態(tài)的髖關(guān)節(jié)，醫(yī)生分別使用了什么人工材料制作的關(guān)節(jié)頭、關(guān)節(jié)柄和髖臼杯？手術(shù)中關(guān)節(jié)柄和髖臼杯分別是如何實(shí)現(xiàn)固定的？為了提高植入體與骨組織的相容性以及植入體的穩(wěn)定性，植入體的表面有特殊的設(shè)計(jì)和處理嗎？如果有，是怎么做的？ 答：（1）全人工髖關(guān)節(jié)由關(guān)節(jié)頭、關(guān)節(jié)柄、髖臼杯三部分組成。為了完全置換病態(tài)的髖關(guān)節(jié)，醫(yī)生分別使用材料包括金屬、陶瓷、聚合物以及三者間的復(fù)合材料。綜合考慮材料的物理化學(xué)性質(zhì)以及上述各部分的受力情況、化學(xué)作用差異，從機(jī)械性能、耐磨耐腐蝕性能以及生物相容性等各方面綜合考慮后進(jìn)行的材料選擇如下：a關(guān)節(jié)頭：考慮到耐磨、生

36、物相容性、生物毒性等。選用金屬（不銹鋼、鈷及鈦合金）、陶瓷（YPSZ、Al2O3）b關(guān)節(jié)柄：考慮到力學(xué)強(qiáng)度（彎曲，拉伸，疲勞性能、彈性模量）、生物相容性、應(yīng)力屏蔽及力學(xué)傳導(dǎo)性能等。選用金屬（不銹鋼、鈷及鈦合金），并進(jìn)行HA涂層或PMMA預(yù)涂層，表面紋理、溝槽等設(shè)計(jì)。c髖臼杯：主要是聚合物類UHMWPE，其具有高耐磨性，自潤(rùn)滑性，耐化學(xué)腐蝕等特點(diǎn)。通常將金屬外杯和PE內(nèi)杯壓配使用。此外，也有陶瓷杯-金屬杯，如YPSZ股骨頭-Al2O3臼杯；全金屬髖關(guān)節(jié)置換。因此不同組合方式將獲得不同的效果。目前臨床使用較多的是YPSZ股骨頭-PE臼杯、鈷合金股骨頭- PE臼杯。（2） 手術(shù)中關(guān)節(jié)柄和髖臼杯的固定

37、方式分為骨水泥固定和非骨水泥固定。前者通過PMMA系列骨水泥的內(nèi)鎖固定和容積填充作用，在界面形成嵌合，再生的血管可以深入到骨水泥內(nèi)部，形成骨連接。后者則通過組織與生物活性植入體表面間的化學(xué)反應(yīng)達(dá)到固定、骨長(zhǎng)入有溝槽或紋理的植入體的表面或者骨長(zhǎng)入多孔材料的孔隙中來(lái)實(shí)現(xiàn)固定。（3）為了提高植入體與骨組織的相容性以及植入體的穩(wěn)定性，植入體的表面有特殊的設(shè)計(jì)和處理。A表面設(shè)計(jì)a股骨板整體構(gòu)型為上寬下窄，外厚內(nèi)??；板下端錐形圓柱體加工，可以降低應(yīng)力遮擋。b股骨柄表面設(shè)計(jì)齒槽，齒槽由上向下逐漸增加，可以增加穩(wěn)固性；金屬杯環(huán)形齒槽可增加表面積，增加負(fù)荷能力。c提高股骨頭圓度及表面光潔度，以減少磨屑。A 表面

38、修飾金屬股骨頭表面預(yù)涂PMMA或HA，股骨柄溝槽區(qū)涂層HA或進(jìn)行表面粗糙鈍化處理，以提高材料的生物相容性和耐磨性能，利于骨組織的重建。第 10 章 1、 目前在組織工程皮膚研究中，哪些細(xì)胞作為種子細(xì)胞研究得較多？ 答：種子細(xì)胞：具有特定的分化表型或定向分化潛能，不引發(fā)移植免疫排斥反應(yīng)，來(lái)源可靠。目前來(lái)源有：自體細(xì)胞、異種細(xì)胞、同種異體細(xì)胞。干細(xì)胞最有應(yīng)用前景。 自體細(xì)胞從理論上講，最理想的皮膚組織工程種子細(xì)胞需攜帶全部基因組型，滿足此條件的目前只有自體組織細(xì)胞，如：成纖維細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞與表皮細(xì)胞。成纖維細(xì)胞 成纖維細(xì)胞是皮膚組織損傷后的主要修復(fù)細(xì)胞，在修復(fù)過程中，成纖維細(xì)胞主要是通過分泌膠

39、原纖維和基質(zhì)成分，重新建立真皮與表皮之間的再次連接，為表皮細(xì)胞的覆蓋創(chuàng)造條件。將成纖維細(xì)胞與膠原混合構(gòu)成的類真皮層可促進(jìn)上皮細(xì)胞生長(zhǎng)及真皮與表皮的重組，提高愈后皮膚的結(jié)構(gòu)性能并改善移植后創(chuàng)面的外觀。此外，成纖維細(xì)胞還可以分泌成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子，調(diào)節(jié)與表皮細(xì)胞間相互作用，從而促進(jìn)表皮細(xì)胞的增殖、遷移及分化，在調(diào)節(jié)表皮細(xì)胞形態(tài)及細(xì)胞外基質(zhì)的合成方面也起到重要的作用。血管內(nèi)皮細(xì)胞與表皮細(xì)胞 在自體皮膚移植的實(shí)驗(yàn)中，血供不足是造成移植物成活率低的重要原因。將內(nèi)皮細(xì)胞引入支架材料中，可以促進(jìn)人工皮膚的血管化速度。將血管內(nèi)皮細(xì)胞與成纖維細(xì)胞共培養(yǎng)，還可形成毛細(xì)血管樣結(jié)構(gòu)。表皮細(xì)胞的培養(yǎng)受自身增殖能力的限制

40、，需要三四周的培養(yǎng)時(shí)間，對(duì)于急需覆蓋創(chuàng)面的大面積創(chuàng)傷患者，還不能滿足治療需要。提取自體細(xì)胞都要從自體取材，不僅會(huì)造成新的損傷，而且體外擴(kuò)增能力極為有限，多次傳代后即喪失形成能力。對(duì)大面積度燒傷、廣泛瘢痕切除、外傷性皮膚缺損以及皮膚潰瘍等導(dǎo)致的嚴(yán)重皮膚缺損，僅靠自體取材難以實(shí)現(xiàn)皮膚的再生，因此要構(gòu)建出滿足臨床需要的皮膚替代物，就必須找到一種新的理想的種子細(xì)胞。 干細(xì)胞 皮膚干細(xì)胞是目前引起廣泛關(guān)注的一類成體干細(xì)胞，當(dāng)皮膚因外傷、疾病等原因?qū)е聯(lián)p傷時(shí)，皮膚干細(xì)胞會(huì)及時(shí)增殖分化生成相關(guān)細(xì)胞，從而修復(fù)機(jī)體受損結(jié)構(gòu)，因此干細(xì)胞的培養(yǎng)與分離對(duì)于皮膚損傷修復(fù)具有重要意義。利用皮膚干細(xì)胞的增殖分化特性制備人工皮膚是目前重要的研究方向，較受關(guān)注的研究有表皮干細(xì)胞、骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞、毛囊干細(xì)胞和脂肪干細(xì)胞等。 表皮干細(xì)胞 表皮干細(xì)胞來(lái)源于外胚層，具有雙向分化的能力，位于與真皮乳頭層頂部相連的基底層或表皮基部的基底層。正常情況下，大部分的表皮干細(xì)胞處于靜息狀態(tài)，只有部分細(xì)胞脫離干細(xì)胞群落進(jìn)入分化周期，向下遷移可分化為表皮基底層細(xì)胞，進(jìn)而生成毛囊；向上遷移則最終分化為各種表皮細(xì)胞。移植到創(chuàng)面的表皮干細(xì)胞可以向表皮分化，具有分化為毛囊和