什么是生物材料？生活中見到的性能優異的生物材料有哪些？這些生物材料組成是什么？廣義生物材料：一切與生命有關的材料，不論是合成材料，還是天然材料，均可成為生物材料。主要歸類：天然生物材料；醫用生物材料天然生物材料天然生物材料天然生物材料天然生物材料相比人工合成材料，天然生物材料具有以下特征:自組織制備，多級結構，多功能，合成條件溫和，含水率，演化受環境限制，自愈合性。天然生物材料天然生物材料天然生物材料天然生物材料天然生物材料-分級結構在生物系統中，結構設計與材料設計是緊密相連的，在合成材料中，通常存在一個傳統基礎上的學科分離，即材料（材料工程）與結構（機械工程）之間的分離。隼羽的軸心具有一個皮質外殼和一個多孔的內核組成，確保剛性和重量比最佳。隼羽-分級結構鮑魚殼-分級結構20-30納米厚的有機層鮑魚殼：壓縮破壞力為185N,壓縮強度約為52MPa貝殼是如何將力學性能低劣的脆性材料碳酸鈣(文石晶片形式)點石成金變為超級強韌復合材料的呢？脆性材料裂紋問題脆性材料之所以脆的一個原因是裂紋直線傳播，速度快，路程短，容易釀成災難性事故。貝殼的分級結構的力學效應之一是將裂紋的傳播路徑變成嵌套的之字形，從而大大增加了裂紋擴展阻力，增加了裂紋擴展所消耗的能量，實現了脆性材料的強韌化。鮑魚殼-分級結構珍珠母子層由文石(碳酸鈣)晶片層構成，晶片厚度0.5μm鮑魚殼的分級結構是其具有卓越機械性能的關鍵所在：納米級別的有機層-鮑魚殼結構的最底層是一個厚度大約在20-30納米的有機層，這層不僅起到粘合劑的作用，還能夠提供一定的韌性，使得整個結構不易于因為硬而變得脆弱。方解石多形體的單晶體存在-有機層之上是由方解石（CaCO3）多形體構成的單晶體，這些單晶體像磚塊一樣排列組合，形成了鮑魚殼的主體結構。磚-砂漿結構-這些“磚塊”之間由有機物質充當“砂漿”，連接起來，提供了更高的強度和韌性，使得殼體即使在受到撞擊時也不容易碎裂。多尺度的結構-從微觀到宏觀，鮑魚殼展現出多層次的結構特征，每個級別的結構都為殼體的整體性能做出貢獻，例如在宏觀級別上，殼體的曲線形狀能夠分散力量，增加其整體的承受能力。自我增強機制-在受到應力時，鮑魚殼中的微裂紋能夠通過其分級結構中的能量耗散機制來自我限制其擴展，這大大提高了其整體的抗斷裂能力。巨骨舌魚鱗片的分級結構天然生物材料-分級結構多級結構互鎖，保證外殼堅硬且盡可能減少材料利用量，做到輕質高強度甲殼素甲殼類外殼分級結構乙酰氨基葡萄糖節肢動物甲殼包含一個礦化的硬質組分，表現出脆性斷裂，以及一個較軟的有機組分。脆性組分按照一種稱為Bouligand布林根結構的螺旋形模式排列。生物材料在幾個到許多不同的長度尺度上表現出層級性，這取決于結構的復雜程度。可以常規地探測到分子級別。天然生物材料-分級結構骨骼-分級結構骨骼中，有機組分的構建塊是膠原蛋白，它是一個直徑約為1.5納米的三螺旋結構。這些原纖維膠原蛋白分子與礦物相（羥基磷灰石，一種鈣磷酸鹽）相互夾雜，形成纖維，這些纖維反過來又卷曲成交替方向的螺旋體。

骨單位是骨骼的基本構建塊。有機相和礦物相之間的體積分數大約是60/40，這使得骨骼無疑是一個復雜的層級結構生物復合材料。還有另一個復雜性層級結構，羥基磷灰石晶體是小片狀的，直徑大約70-100納米，厚度約為2-4納米，它們最初在膠原蛋白纖維之間的間隙處形成。骨骼的七級層次結構如下：第一層級

-膠原蛋白分子的分子排列，三條α-螺旋鏈相互纏繞形成原纖維膠原蛋白分子。第二層級

-礦化的膠原纖維，由原纖維膠原蛋白分子和礦物羥基磷灰石組成，形成直徑約100納米的膠原纖維。第三層級

-膠原纖維進一步組裝成板狀結構中的定向排列，稱為層片。骨骼-分級結構第四層級

-膠原纖維形成的層片，厚度為5-7微米。第五層級-層片組裝成同心圓柱體，即骨單位，也稱為Bouligand結構。第六層級-在光學顯微鏡下可見結構，包括有中心血管通道的骨單位和多孔性的松質骨。第七層級

-整個骨骼結構，包括骨單位和松質骨的整體排列。天然生物材料-分級結構結構的剛度、強度和韌性取決于層級中的層次以及層級的總數?？梢詮膬蓚€角度來看待這個問題：第一個角度是從納米尺度開始考察一個生物結構的機械性質，并且逐級向上測試；（以點代面模型）第二個角度是測量宏觀性質，但改變系統中層級的數量。（涉及自相似性，俄羅斯套娃模式）分級結構對材料機械性能影響天然生物材料-頂級進化雀尾螳螂蝦螯錘1.熱力學第二定律，在一個孤立系統內，熵總是傾向于增加.這表明過程的不可逆性和自然過程的方向性。2.當系統達到熱力學平衡時，熵將達到最大值，此時系統內不再有宏觀的能量轉換。這個原理適用于所有能量轉換過程，包括生物過程和化學反應。如果將t定義為時間，一個系統將隨著時間的推移而接近平衡狀態。dS/dt>03.在封閉系統中，當自由能最小化時，系統達到平衡。天然生物材料-功能特性自適應性是生物系統的獨特特征之一，也是適應環境的能力。在生長過程中，生物系統積極響應外部刺激，形成具有改進功能的結構和微觀結構。天然生物材料-自適應性例如骨骼的外部形狀和內部結構是由作用在其上的外部應力決定的。松質骨的內部結構沿著主應力軌跡進行適應性變化，隨后皮質骨的外部也會發生次級變化，通常變得更厚更密以抵抗外部載荷。在肌肉的發展中也觀察到了這種適應性。天然生物材料-進化與趨同性另一個例子是魚類和一些哺乳動物（如穿山甲）的鱗片。在魚類中，鱗片是礦物質和膠原的混合物，而穿山甲的鱗片是角質蛋白的。它們都有相同的目的：柔韌的皮膚裝甲。例：爬行動物（鳥類）、哺乳動物（蝙蝠）和昆蟲獨立發展出飛行的能力。翅膀是獨立進化出來，輕質高強的材料特性趨同。蛋白質和幾丁質角蛋白質陶瓷復合材料：這些是生物材料中礦物成分占主導的，如貝殼、牙齒、骨頭、硅藻和海綿的刺。聚合物復合材料：這類材料的例子包括哺乳動物的蹄、韌帶和肌腱、絲綢和節肢動物外骨骼。彈性體：這些典型的生物材料可以經受大的拉伸（或應變）。皮膚、肌肉、血管、身體中的軟組織以及單個細胞都屬于這一類。多孔材料：典型的是輕質材料，如羽毛、喙內部、松質骨和木材。

根據天然生物材料的結構性能不同，可分為如下四類材料趙杰工程仿生教育部重點實驗室第二堂課課堂知識點回顧生物材料天然生物材料醫用生物材料如何區分天然生物材料和醫用生物材料天然生物材料的結構特性分級結構、布林根結構骨骼的分級結構骨骼的七級層次結構如下：第一層級

-膠原蛋白分子的分子排列，三條α-螺旋鏈相互纏繞形成原纖維膠原蛋白分子。第二層級

-礦化的膠原纖維，由原纖維膠原蛋白分子和礦物羥基磷灰石組成，形成直徑約100納米的膠原纖維。第三層級

-膠原纖維進一步組裝成板狀結構的定向排列，形成纖維素結構。骨骼-分級結構第四層級

-膠原纖維形成的層片，厚度為5-7微米。第五層級-層片組裝成同心圓柱體，即骨單位，也稱為Bouligand結構。第六層級-在光學顯微鏡下可見結構，包括有中心血管通道的骨單位和多孔性的松質骨。第七層級

-整個骨骼結構，包括骨單位和松質骨的整體排列。骨骼主要由膠原蛋白和羥基磷灰石組成。如果骨骼由50體積%的羥基磷灰石和50體積%的膠原蛋白組成，求算骨骼的密度？已知：羥基磷灰石的密度是3.14克/立方厘米，膠原蛋白的密度是1.03克/立方厘米。課堂習題如果骨骼由50體積%的羥基磷灰石和50體積%的膠原蛋白組成，求算骨骼的密度？已知：羥基磷灰石的密度是3.14克/立方厘米，膠原蛋白的密度是1.03克/立方厘米。課堂習題從機械屬性的角度來看，將人體生物材料分類為“軟”和“硬”類。硬質材料構成了脊椎動物的骨骼、牙齒和指甲，以及節肢動物的外骨骼。"軟"的生物材料構成了皮膚、肌肉、內臟等。"硬"的生物材料在壓縮時強度高，但在張力下易碎。“軟”生物材料更適合承受張力；長纖維在壓縮時傾向于屈曲。一些“硬”礦化生物材料的例子：磷酸鈣（羥基磷灰石-Ca10(PO4)6(OH)2）：構成牙齒、骨骼、鹿角；碳酸鈣（CaCO3）（文石）：貝殼、某些爬行動物的蛋；方解石：鳥蛋、甲殼類動物、軟體動物；無定形二氧化硅（SiO2(H2O)n）：海綿的刺細胞、硅藻；氧化鐵（磁鐵礦-Fe3O4）：奇特海洋蠕蟲（牙齒）中的齒片，細菌。一些“硬”非生物礦化材料的例子：幾丁質：節肢動物和昆蟲的外骨骼；纖維素和木質素：植物細胞壁；角蛋白：鳥喙、角、毛發、指甲。天然生物材料-軟硬類別膠原蛋白:骨骼和牙本質、肌腱、肌肉、血管的有機成分;彈性蛋白:皮膚，肺，動脈壁。一些“軟”生物材料的例子：人體生物材料蛋白質脂肪碳水化合物礦物質DNA,RNA生物的自愈合：是指生物體在受到傷害后，能夠自發地啟動一系列復雜的生物化學和細胞過程來修復損傷的能力。這種機制在所有生物體中都普遍存在，是一種基本的生存策略，允許生物在面對外部損傷時保持完整性和功能性。天然生物材料-自愈合桃膠天然生物材料的功能特性無論是從形態學的觀點，還是從力學的觀點來看，天然生物材料都是十分復雜的。這種復雜性是長期自然選擇的結果，是由功能適應性所決定的。這種功能適應性只能通過進化而來，而自然進化的趨向是用最少的材料來承擔最大的外力（最大限度實現功能）。生物自愈合特點自然發生：自愈合過程無需外部干預，是生物體內在的生理過程。復雜性：自愈合機制涉及多種細胞類型和生物化學過程。效率各異：不同生物的自愈合能力不同，某些生物（如某些兩棲動物）能夠重生丟失的肢體，而其他生物（如人類）則主要在組織層面上進行修復。舉例：人類肝臟：肝臟具有顯著的再生能力，可以在部分切除后重建其質量和功能。病人切除70%肝臟，可以再生及康復。人的大腦一旦受到損傷，將不可逆恢復，但在大量鍛煉和自己作用下，可以功能補償。天然生物材料-自愈合自愈合材料是一種“有生命”的材料，是指材料在損傷后，能夠像人類的皮膚一樣自行愈合，恢復其原有的結構和功能，可以大大延長材料的使用壽命、提高材料的使用安全性、降低材料的維護成本。愈合機制：通過物理或化學機制來修復自身的微小裂縫和損傷?？煞譃樾迯蛣┨砑有?、本體型等。修復劑添加型：這種材料中含有微小的膠囊，當材料裂開時，這些膠囊破裂并釋放出修復劑，填補裂縫。本體型：材料本身具有通過分子重排或化學反應愈合裂縫的能力。自愈合材料雪花如何實現特異結構形態的？自組裝水分子自組織當氣溫降低，空中水汽過飽和，便在結晶核（如塵埃）上開始結晶，然后逐步長大形成雪花。不管形態如何，雪花的結晶始終是水分子結合的過程。在水分子中，兩個氫原子在兩側，一個氧原子居中，呈現如同人類彎曲的腿部一樣的形態。而水分子的結合則是由不同水分子的氧原子與氫原子連接在一起。當6個水分子結合在一起后，最終會形成一個更大的六邊形。以此類推，再形成更大的六邊形。但雪花最常見的形態并非六邊形，而是六角星。這是因為水分子在結合時，六邊形的頂點更為“粗糙”，容易吸引更多的水分子，頂點處成長更快，最終形成了六個尖尖的角。

自組裝自組裝溫度，濕度，超飽和度等因素對自組裝結晶體形狀影響顯著自組裝指基本結構單元(分子，納米材料，微米或更大尺度的物質），自發形成有序結構的一種組裝技術。在自組裝的過程中，基本結構單元在基于非共價鍵的相互作用下自發的組織或聚集為一個穩定、具有一定規則幾何外觀的結構。特性：非共價鍵、自發性組裝吉布斯自由能變化△G=△H-T△S，可以根據△G的大小判斷化學反應能否自發進行?！鱃>0，反應不能自發進行；△G=0，反應處于平衡狀態；△G<0，反應能自發進行。自組裝體的能量比較低，熵值增加，自組裝是個不好散能量的自發過程。自組裝的驅動力包括：氫鍵、范德華力、靜電吸引、化學鍵合等自組裝自組裝主要分成兩類：靜態自組裝和動態自組裝靜態自組織：靜態自組裝是處于整體或局部平衡且不耗散能量的系統。動態自組裝：當系統在耗散能量時，基本結構單元在相互作用下組織或聚集為一個穩定、具有一定規則幾何外觀的結構。核糖體結晶結構兩親性納米纖維微米金屬結構細胞聚集于生長魚群動態聚集自組裝問題：牛奶為什么是乳白色？牛奶所含的酪蛋白、鈣離子、磷酸鹽在水中聚集在一起，形成稱為酪蛋白膠束的微小顆粒。照射到酪蛋白膠束上的光線會發生折射和散射，從而讓牛奶在白光下呈現白色。自組裝舉例脂質體(Liposomes)是由磷脂雙分子成所構成雙層囊泡結構，具有與皮膚細胞膜結構相同。脂質體載藥性能自組裝的環境可以調節自組裝的相互作用。自組裝中使用邊界和組裝模板尤其重要，模板可以減少缺陷和實現控制結構。自組裝生物材料領域，自組裝無處不在，從原子作用、細胞形成，分裂DNA、RNA到蛋白質折疊。DNA組裝通常與有機基質（如蛋白質和多糖）相結合形成復合材料。礦化物質對于提供生物系統的抗壓強度至關重要，而生物聚合物主要負責抗張強度。礦物質和生物聚合物的結合導致了生物材料的形成，這些材料在硬度、韌性和各向異性方面的機械性能是量身定制的。礦物質的形成涉及成核和生長，兩者都由生物組分介導。有機基質以多種方式介導成核：提供成核位點以及控制多形體。文石的快速生長方向是c方向，并且形成了長針狀結晶。在珍珠母中，這種生長通過有機層的周期性沉積進行調控。在骨骼中，HAP晶體在膠原纖維的間隙中成核，生長也受到調控它們達到納米級大?。洪L40-60納米，寬20-30納米，幾納米厚的小板狀晶體就是這樣形成的。生物礦化在生物礦化過程中，礦物的成核通常發生在過飽和溶液中。在非理想溶液中，組分的活性不等于它們的摩爾分數。根據拉烏爾定律（Raoult'slaw），如下成核的臨界值由溶解度積常數決定，溶解度積常數是在一定溫度下，溶液中某種離子產物的濃度乘積達到一定值時，溶液成為飽和溶液，繼續增加任何一種離子的濃度就會導致這種離子的過量部分以沉淀的形式從溶液中分離出來。在生物礦化過程中，當溶液的離子濃度乘積超過溶解度積常數時，就會發生成核，從而形成固態礦物質生物礦化為了提高溶解度積常數（KSP），不必同時增加兩個組分的濃度；只需提高其中一個組分的濃度就足夠了。晶體在成核之后的形狀由兩個因素決定：表面能的各向異性和生長動力學。在生物礦化中，這兩個因素通常受到生物分子如蛋白質的影響，這些蛋白質可以特異性地結合到特定的晶面上，并改變這些面的表面能和附著能量。這樣，生物系統可以精確地控制礦物質的形成和最終形態，以適應其生理功能的需求。生物礦化生物礦物質主要分為三大類：磷酸鹽、碳酸鹽和硅酸鹽。羥基磷灰石（HAP）（哺乳動物和魚類）碳酸鈣（貝殼、節肢動物、珊瑚）硅酸鹽（硅藻、海綿）生物礦物質蛋白質脂肪100%人體生物材料生物組織的有機成分：主要包括形成蛋白質的多肽（如膠原蛋白、角蛋白等）和多糖（如幾丁質、纖維素）。含有剛性、晶體纖維的蛋白質（例如膠原蛋白、角蛋白）。含有無定形、長鏈分子的蛋白質（例如彈性蛋白、彈力蛋白等）羥基磷灰石（Hydroxyapatite），化學式為Ca?(PO?)?(OH)，是一種在自然界中廣泛存在的礦物質，尤其是在骨和牙齒中。它是最主要的無機成分，賦予骨骼和牙齒硬度和結構穩定性。羥基磷灰石的特性化學組成：羥基磷灰石由鈣、磷和氫氧基團組成，是一種鈣磷鹽。結構：具有六方晶系結構，呈現出高度的結晶性。生物相容性：由于其化學成分和結構與人體骨骼和牙齒中的礦物質非常相似，具有極佳的生物相容性。人工制備方法：水熱法、微乳液法、模板法、仿生合成法等。醫美：羥基磷灰石微球羥基磷灰石結構：DNA是一個雙螺旋結構，由兩條互補的鏈組成，每條鏈由磷酸、五碳糖（脫氧核糖）和四種堿基（腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶）組成。這些成分通過磷酸二酯鍵連接形成鏈狀結構，而堿基通過氫鍵相互配對，形成DNA的雙鏈結構。功能：DNA是遺傳信息的主要存儲介質，決定了個體的遺傳特征。它控制細胞的所有功能，包括生長、分化、復制和代謝。在細胞分裂過程中復制自身，確保遺傳信息能夠傳遞給下一代。脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）是遺傳信息的分子存儲庫。DNA包含合成功能性生物分子（如蛋白質、RNA和細胞組分）所需的基因。RNA的功能是存儲和傳遞遺傳信息。DNA和RNA脫氧核糖核酸核糖核酸胸腺嘧啶尿嘧啶RNA（核糖核酸）結構：RNA通常是單鏈結構，由磷酸、五碳糖（核糖）和四種氮基（腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶）組成。RNA的結構比DNA更多樣，可以形成復雜的三維結構。類型和功能：信使RNA（mRNA）：攜帶從DNA復制來的遺傳信息到核糖體，指導蛋白質的合成。（2023年度生理學與醫學諾貝爾獎）轉移RNA（tRNA）：在蛋白質合成過程中，負責將特定的氨基酸運輸到核糖體，并按照mRNA的指示放置在正確的位置。核糖體RNA（rRNA）：構成核糖體的主要成分，核糖體是蛋白質合成的場所。遺傳信息的傳遞：RNA在DNA指令下合成，然后指導蛋白質的生產。在某些病毒中，RNA甚至直接承擔遺傳信息的角色。DNA和RNA氨基酸和多肽是構成蛋白質的基本單位，對于生物體的結構和功能至關重要。氨基酸（Aminoacid），是含有堿性氨基和酸性羧基的有機化合物。羧酸碳原子上的氫原子被氨基取代后形成的化合物。非極性：甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、蛋氨酸非帶電極性：絲氨酸、蘇氨酸、半胱氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、脯氨酸芳香族：苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸帶正電荷：賴氨酸、精氨酸、組氨酸帶負電荷：天冬氨酸、谷氨酸自然界中500余種氨基酸，人體中僅發現20種多肽是由少量氨基酸通過肽鍵連接而成的鏈狀結構。肽鍵是一種特殊的化學鍵，由氨基酸的羧基和相鄰氨基酸的氨基之間形成。這些多肽鏈由于同一鏈或不同鏈上的氨基酸之間形成的鍵（氫鍵、范德華力和共價鍵）而獲得特殊的配置。兩種最常見的配置是α-螺旋和β-折疊DNA和RNA蛋白質是生命體內一類非常重要的大分子，由氨基酸通過肽鍵連接而成的長鏈聚合物。它們在細胞和生物體的結構、功能和調節方面起著至關重要的作用。蛋白質的結構可分為：一級結構：氨基酸的線性序列。二級結構：氨基酸鏈的局部折疊，如α-螺旋和β-折疊。三級結構：整個多肽鏈的三維折疊，由氫鍵、疏水作用、離子鍵和范德華力等維持。四級結構：兩個或多個多肽鏈（亞單位）的結合形式。所有蛋白質都具有一級結構，但并非所有蛋白質都進展到更高級的結構，特別是四級結構。蛋白質在熱、輻射、酸堿性影響下，會發生蛋白質變性，失去活性。蛋白質結構蛋白，是一類特殊的蛋白質，在生物體內主要承擔支撐和形成細胞及其組織結構的角色。人體中的韌帶、骨、細胞骨架、指甲特點：具有較為穩定和重復的二級和三級結構，從而賦予它們足夠的強度和韌性，以維持細胞和組織的結構完整性。結構蛋白含有剛性、晶體纖維的蛋白質（例如膠原蛋白、角蛋白）。含有無定形、長鏈分子的蛋白質（例如彈性蛋白、彈力蛋白等）角蛋白是一大類蛋白質，常見于脊椎動物的皮膚、毛、發、角、毛、蹄；角蛋白含有大量的半胱氨酸以及交聯的酩氨酸殘基。按物種可將角蛋白分為哺乳動物角蛋白、鳥角蛋白和爬蟲類角蛋白三大類。趙杰工程仿生教育部重點實驗室生物的自愈合：是指生物體在受到傷害后，能夠自發地啟動一系列復雜的生物化學和細胞過程來修復損傷的能力。這種機制在所有生物體中都普遍存在，是一種基本的生存策略，允許生物在面對外部損傷時保持完整性和功能性。桃膠課堂知識點回顧自組裝指基本結構單元(分子，納米材料，微米或更大尺度的物質），自發形成有序結構的一種組裝技術。在自組裝的過程中，基本結構單元在基于非共價鍵的相互作用下自發的組織或聚集為一個穩定、具有一定規則幾何外觀的結構。特性：非共價鍵、自發性組裝課堂知識點回顧吉布斯自由能變化△G=△H-T△S，可以根據△G的大小判斷化學反應能否自發進行?！鱃>0，反應不能自發進行；△G=0，反應處于平衡狀態；△G<0，反應能自發進行。自組裝體的能量比較低，熵值增加，自組裝是個不好散能量的自發過程。自組裝的驅動力包括：氫鍵、范德華力、靜電吸引等課堂知識點回顧通常與有機基質（如蛋白質和多糖）相結合形成復合材料。課堂知識點回顧結構：DNA是一個雙螺旋結構，由兩條互補的鏈組成，每條鏈由磷酸、五碳糖（脫氧核糖）和四種堿基（腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶）組成。這些成分通過磷酸二酯鍵連接形成鏈狀結構，而堿基通過氫鍵相互配對，形成DNA的雙鏈結構。功能：DNA是遺傳信息的主要存儲介質，決定了個體的遺傳特征。它控制細胞的所有功能，包括生長、分化、復制和代謝。在細胞分裂過程中復制自身，確保遺傳信息能夠傳遞給下一代。脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）是遺傳信息的分子存儲庫。DNA包含合成功能性生物分子（如蛋白質、RNA和細胞組分）所需的基因。RNA的功能是存儲和傳遞遺傳信息。DNA和RNA課堂知識點回顧蛋白質是生命體內一類非常重要的大分子，由氨基酸通過肽鍵連接而成的長鏈聚合物。它們在細胞和生物體的結構、功能和調節方面起著至關重要的作用。蛋白質蛋白質的結構可分為四級：大分子由氨基酸鏈組成存在于身體中的每一個細胞參與身體的大多數功能和生命過程氨基酸的順序由DNA決定蛋白質的特點由氨基酸鏈組成：蛋白質是由氨基酸鏈組成的大分子。這些鏈條是蛋白質的基本骨架，氨基酸之間通過肽鍵連接。分類：蛋白質和肽類化合物可以根據鏈中氨基酸的數量進行分類：肽：少于50個氨基酸。二肽：2個氨基酸。三肽：3個氨基酸。多肽：超過10個氨基酸。蛋白質：通常包含50個或更多氨基酸，典型的蛋白質由100至10,000個氨基酸連接而成。合成：蛋白質鏈的合成基于體內特定的DNA序列。DNA中的基因編碼特定的氨基酸序列，這些序列通過轉錄和翻譯過程合成對應的蛋白質。蛋白質的結構組成蛋白質的結構可分為：一級結構：氨基酸的線性序列。二級結構：氨基酸鏈的局部折疊，如α-螺旋和β-折疊。三級結構：整個多肽鏈的三維折疊，由氫鍵、疏水作用、離子鍵和范德華力等維持。四級結構：兩個或多個多肽鏈（亞單位）的結合形式。蛋白質所有蛋白質都具有一級結構，但并非所有蛋白質都進展到更高級的結構，特別是四級結構。蛋白質在熱、輻射、酸、堿、鹽等影響下，會發生蛋白質變性，失去活性。初級結構不會因變性而改變。3-5min口感最好，細菌已殺死蛋白質在人體中扮演著多種關鍵的角色，其主要功能包括：催化生物化學反應：作為酶，蛋白質加速身體內的化學反應，是生命活動不可或缺的部分。結構和支持：某些蛋白質，如肌蛋白和角蛋白，為細胞和組織提供結構支持。例如，角蛋白存在于頭發、皮膚和指甲中。運動：肌肉中的蛋白質，如肌動蛋白和肌球蛋白，負責肌肉收縮和運動。調節生理過程：荷爾蒙蛋白，如胰島素，參與調控生理過程。運輸和儲存：蛋白質如血紅蛋白運輸氧氣和二氧化碳。鐵蛋白和鐵蛋白則負責儲存和運輸鐵。免疫防御：免疫系統中的抗體是蛋白質，它們識別并中和外來病原體，如細菌和病毒。信號傳遞：蛋白質參與細胞間的信號傳遞，確保細胞間的正確通訊。蛋白質、碳水化合物、脂質的區別葡萄糖脂肪酸氨基酸結構蛋白，是一類特殊的蛋白質，在生物體內主要承擔支撐和形成細胞及其組織結構的角色。人體中的韌帶、骨、細胞骨架、指甲特點：具有較為穩定和重復的二級和三級結構，從而賦予它們足夠的強度和韌性，以維持細胞和組織的結構完整性。結構蛋白含有剛性、晶體纖維的蛋白質（例如膠原蛋白、角蛋白）。含有無定形、長鏈分子的蛋白質（例如彈性蛋白、彈力蛋白等）第二部分：結構蛋白的類型角蛋白：發現于頭發、皮膚和指甲中的蛋白質。肌蛋白：存在于肌肉組織中，促進肌肉收縮。膠原蛋白：組成結締組織，如皮膚、骨骼和肌腱。彈性蛋白：賦予組織彈性，特別是在血管和某些皮膚組織中。角蛋白含有大量的半胱氨酸以及交聯的酩氨酸殘基。按物種可將角蛋白分為哺乳動物角蛋白、鳥角蛋白和爬蟲類角蛋白三大類。角蛋白（Keratin）是一種纖維狀蛋白質，廣泛存在于人類和其他動物的外皮組織中，如頭發、指甲、皮膚和動物的羽毛、蹄子、和角。是上皮細胞的主要結構成分，負責保護細胞免受損傷或應激。角蛋白氨基酸組成：角蛋白的結構由長鏈氨基酸組成，富含硫含量較高的氨基酸如半胱氨酸。這些氨基酸鏈形成α-螺旋（α-helix）或β-折疊（β-sheet）結構。二級結構：α-角蛋白（如發現于頭發和指甲中）呈螺旋結構，而β-角蛋白（如鳥類羽毛和爬行動物鱗片中）則呈扁平折疊結構。多聚合：單一螺旋結構的角蛋白鏈通過二硫鍵（由半胱氨酸的硫原子形成）相互連接，形成更大的纖維狀結構。角蛋白結構：角蛋白角蛋白的性質：機械強度：角蛋白的纖維結構賦予其極高的機械強度和耐用性，使它們成為理想的保護性結構。不溶性：角蛋白在水中幾乎不溶解，這一特性有助于形成防水的保護層。化學穩定性：角蛋白對大多數生物化學反應表現出較高的抵抗性，使其在化學和物理應激下保持穩定。彈性：尤其是頭發中的角蛋白表現出一定的彈性，這種彈性是由其獨特的分子結構和化學鍵決定的。角蛋白肌蛋白的定義：肌蛋白（Myosin）是一類馬達蛋白，廣泛存在于所有類型的肌肉細胞中。它在肌肉收縮過程中發揮關鍵作用，特別是與另一種蛋白質肌動蛋白（Actin）相互作用，推動肌肉纖維的滑動和收縮。肌蛋白肌蛋白的性質：ATP酶活性：肌蛋白具有ATP酶活性，能夠分解ATP釋放能量，這是肌肉收縮的能量來源。形態多樣性：存在多種類型的肌蛋白，各自在不同類型的肌肉（如骨骼肌、平滑肌和心?。┲邪缪萁巧恿W特性：肌蛋白的動力學特性使其能夠通過“行走”在肌動蛋白纖維上產生力和運動。調控機制：肌蛋白的活動受到多種調控機制的影響，包括鈣離子濃度和肌動蛋白的聚合狀態。模仿肌蛋白的材料是指材料的設計和制造受到生物肌蛋白的啟發，旨在在非生物系統中復制肌蛋白的能力，如在肌肉收縮中轉換化學能為機械能。仿肌蛋白特性的材料類型：生物工程肌肉纖維：使用基因工程方法制造的蛋白質或細胞，可以模擬自然肌肉的行為。這些生物工程肌肉纖維可以在特定條件下收縮或放松。仿生聚合物：某些特殊設計的聚合物能夠響應刺激（如電流、溫度變化或化學物質）而改變形狀或體積，類似于肌肉的收縮和放松。形狀記憶合金：這類合金能夠記住其原始形狀，在加熱或其他外部刺激作用下返回到預定形狀，模仿肌肉的運動。軟體機器人技術：軟體機器人使用柔軟、可伸縮的材料制成，其運動方式模仿生物肌肉的柔韌性和適應性。電活性聚合物：這些材料可以在電場的影響下產生機械響應，模擬肌肉的電刺激響應。仿肌蛋白材料機器人

彈性蛋白（Elastin）是一種高度彈性的蛋白質，它賦予多種組織，如皮膚、肺、動脈等，能夠在受到拉伸后恢復原形的能力。它是細胞外基質的主要成分之一，與膠原蛋白一起工作，為組織提供結構和彈性。彈性蛋白高度彈性：彈性蛋白能夠在拉伸后恢復其原始形狀，類似于橡膠耐久性：彈性蛋白非常穩定，具有很高的耐久性。它能夠在人體內持續多年工作而不降解。水解難度：彈性蛋白對于許多蛋白質分解酶具有抵抗力，這意味著它在體內不易被水解。富含非極性氨基酸：彈性蛋白富含如丙氨酸和纈氨酸這樣的非極性氨基酸，這些氨基酸有助于蛋白質的彈性特性。交聯結構：彈性蛋白分子之間存在交聯結構，增加了其穩定性和彈性。這種交聯是通過共價鍵完成的，特別是通過名為脫氨賴氨酸（Desmosine）和異脫氨賴氨酸（Isodesmosine）的特殊氨基酸。組織分布：彈性蛋白在人體中分布廣泛，但尤其集中在需要高度彈性和可伸展性的組織中彈性蛋白的性質：彈性蛋白的主要功能：提供彈性：彈性蛋白賦予組織伸展和回彈的能力，類似于一個生物彈簧。這種特性對于各種組織結構至關重要，特別是對于那些經常伸展和收縮的組織，如肺部、動脈和皮膚。維持結構完整性：在肺和血管這類組織中，彈性蛋白幫助維持形狀和結構完整性，即使在頻繁的伸展和壓縮過程中。減少能量消耗：通過在物理活動中存儲和釋放能量，彈性蛋白減少了肌肉和其他組織在維持正常生理功能時所需的能量。血管功能：在血管中，彈性蛋白使動脈能夠在心臟泵血時伸展，并在心臟舒張時幫助血管回彈，維持血壓和血流的穩定性。組織修復：在組織損傷后，彈性蛋白參與維持和修復受損組織的原始形狀和功能。彈性蛋白膠原蛋白（Collagen），或稱膠原，是哺乳動物體內含量最豐富的蛋白質之一，約占總蛋白質的20%。它是人體極其關鍵的蛋白質類型，主要分布在結締組織中，如皮膚、骨骼、肌腱、韌帶和血管等。與植物不同，植物組織中不含有膠原蛋白。隨著年齡的增長，膠原蛋白的生成減少以及現有膠原蛋白的降解，導致皮膚彈性下降，形成皺紋。膠原蛋白彈性蛋白吃豬蹄能補充膠原蛋白？答案：不能，但常吃能長胖，會把皮膚撐起來原因：膠原蛋白大分子，不會被口服吸收，會被分解為氨基酸。膠原蛋白多糖多糖（Polysaccharides）：是由許多單糖單位通過糖苷鍵連接而成的長鏈碳水化合物。通常遵循(C?H??O?)?的基本公式，其中n的取值范圍為40至3000,它們在生物體中扮演重要的結構和儲能作用。在植物（纖維素）和動物（幾丁質）中，作為結構性多糖的纖維素和幾丁質扮演著至關重要角色。纖維素（Cellulose）：是植物細胞壁的主要成分，由幾百至幾千個β(1→4)連接的D-葡萄糖單元的線性鏈（糖苷鍵）組成的多糖。其化學通式為(C6H10O5)n纖維素纖維素的基本特征：化學結構：纖維素是由β-D-葡萄糖單元通過β-1,4-糖苷鍵連接而成的直鏈多糖。每個葡萄糖單元之間的這種特定鍵合方式使得纖維素具有很高的結構穩定性。不可溶性：在自然狀態下，纖維素不溶于水和大多數有機溶劑，這是因為纖維素分子之間存在大量的氫鍵，使得纖維素形成緊密的纖維狀結構。生物合成：纖維素由植物細胞通過特定的生物合成途徑制造。在細胞壁中，纖維素微纖維與其他物質（如木質素和半纖維素）交互作用，提供機械支持和保護。生物降解性：雖然纖維素具有較高的化學穩定性，但它可以被某些微生物和真菌的纖維素酶降解。纖維素幾丁質（Chitin），甲殼素定義：幾丁質是一種天然的多糖，是一種含氮的多糖，由多數經N-乙酰修飾的D-葡糖胺及少數D-葡糖胺形成線性的聚合物昆蟲、甲殼類動物（如螃蟹、龍蝦）的主要成分。結構：由N-乙酰葡糖胺單元通過β-(1,4)-糖苷鍵連接而成。結構上類似于纖維素，但每個葡萄糖單元的羥基被乙酰胺基團取代。屬性：幾丁質具有良好的生物相容性、生物可降解性和非毒性。，不易溶于水。幾丁質分子結構(C8H13O5N)n，純幾丁質（100%乙酰化）在自然界中并不存在。幾丁質傾向于與其N-去乙?；苌餁ぞ厶切纬晒簿畚铩．斠阴０坊鶊F的比例超過50%（通常為70-90%）時，這種共聚物被稱為幾丁質。殼聚糖（Chitosan）定義：殼聚糖是幾丁質經過部分脫乙?；幚砗蟮玫降漠a物。它是自然界中第二豐富的多糖。結構：由脫乙酰的N-乙酰葡糖胺單元和未脫乙酰的N-乙酰葡糖胺單元混合組成。它的結構使得殼聚糖比原始的幾丁質更易溶于水。屬性：殼聚糖具有生物活性，包括抗菌、抗真菌和抗腫瘤特性。它還具有良好的成膜性、吸濕性和可加工性。殼聚糖結構比較幾丁質殼聚糖纖維素幾丁質（Chitin）：與纖維素結構相似，但每個葡萄糖單元的一個羥基被乙酰胺基團取代。它是動物界中的一種重要的結構性多糖，特別是在某些昆蟲和海洋生物的外骨骼和結構中。N-乙酰葡糖胺（N-acetylglucoseamine）：幾丁質的單體，具有特殊的化學結構，使得幾丁質具有高強度和耐久性。結構與功能：纖維素和幾丁質作為多糖，其獨特的化學結構和物理性質使它們在生物體中承擔關鍵的結構功能。課堂練習Collagenfibrilswitha200nmdiameteraresubjectedtotension.Thefibrilsareknowntoyieldatastressof200MPa.WhatistheloadthatanAchillestendoncantake,ifthediameteris1.5cm?直徑為200納米的膠原蛋白纖維受到拉伸。已知這些纖維在200兆帕斯卡（MPa）的應力下開始屈服（Shen等，2008年）。如果跟腱的直徑為1.5厘米，那么它能承受的負荷是多少？Collagenfibrilswitha200nmdiameteraresubjectedtotension.Thefibrilsareknowntoyieldatastressof200MPa.WhatistheloadthatanAchillestendoncantake,ifthediameteris1.5cm?應力和應變是描述材料在受力時行為的兩個基本概念應力是一個描述導致變形的力大小的量。應力通常定義為單位面積上的力。當力拉動物體并導致其伸長時，例如松緊帶的拉伸，我們將這種應力稱為拉伸應力。受壓的物體或介質會變形。描述這種變形的量稱為應變。應力定義為變形力F與被變形物體的截面積A的比率。

知識點提示：趙杰工程仿生教育部重點實驗室生物的自愈合：是指生物體在受到傷害后，能夠自發地啟動一系列復雜的生物化學和細胞過程來修復損傷的能力。這種機制在所有生物體中都普遍存在，是一種基本的生存策略，允許生物在面對外部損傷時保持完整性和功能性。桃膠課堂知識點回顧自組裝指基本結構單元(分子，納米材料，微米或更大尺度的物質），自發形成有序結構的一種組裝技術。在自組裝的過程中，基本結構單元在基于非共價鍵的相互作用下自發的組織或聚集為一個穩定、具有一定規則幾何外觀的結構。特性：非共價鍵、自發性組裝課堂知識點回顧吉布斯自由能變化△G=△H-T△S，可以根據△G的大小判斷化學反應能否自發進行?！鱃>0，反應不能自發進行；△G=0，反應處于平衡狀態；△G<0，反應能自發進行。自組裝體的能量比較低，熵值增加，自組裝是個不好散能量的自發過程。自組裝的驅動力包括：氫鍵、范德華力、靜電吸引等課堂知識點回顧通常與有機基質（如蛋白質和多糖）相結合形成復合材料。課堂知識點回顧結構：DNA是一個雙螺旋結構，由兩條互補的鏈組成，每條鏈由磷酸、五碳糖（脫氧核糖）和四種堿基（腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶）組成。這些成分通過磷酸二酯鍵連接形成鏈狀結構，而堿基通過氫鍵相互配對，形成DNA的雙鏈結構。功能：DNA是遺傳信息的主要存儲介質，決定了個體的遺傳特征。它控制細胞的所有功能，包括生長、分化、復制和代謝。在細胞分裂過程中復制自身，確保遺傳信息能夠傳遞給下一代。脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）是遺傳信息的分子存儲庫。DNA包含合成功能性生物分子（如蛋白質、RNA和細胞組分）所需的基因。RNA的功能是存儲和傳遞遺傳信息。DNA和RNA課堂知識點回顧蛋白質是生命體內一類非常重要的大分子，由氨基酸通過肽鍵連接而成的長鏈聚合物。它們在細胞和生物體的結構、功能和調節方面起著至關重要的作用。蛋白質蛋白質的結構可分為四級：大分子由氨基酸鏈組成存在于身體中的每一個細胞參與身體的大多數功能和生命過程氨基酸的順序由DNA決定蛋白質的特點蛋白質的結構可分為：一級結構：氨基酸的線性序列。二級結構：氨基酸鏈的局部折疊，如α-螺旋和β-折疊。三級結構：整個多肽鏈的三維折疊，由氫鍵、疏水作用、離子鍵和范德華力等維持。四級結構：兩個或多個多肽鏈（亞單位）的結合形式。蛋白質多糖多糖（Polysaccharides）：是由許多單糖單位通過糖苷鍵連接而成的長鏈碳水化合物。通常遵循(C?H??O?)?的基本公式，其中n的取值范圍為40至3000,它們在生物體中扮演重要的結構和儲能作用。在植物（纖維素）和動物（幾丁質）中，作為結構性多糖的纖維素和幾丁質扮演著至關重要角色。纖維素（Cellulose）：是植物細胞壁的主要成分，由幾百至幾千個β(1→4)連接的D-葡萄糖單元的線性鏈（糖苷鍵）組成的多糖。其化學通式為(C6H10O5)n纖維素幾丁質（Chitin），甲殼素定義：幾丁質是一種天然的多糖，是一種含氮的多糖，由多數經N-乙酰修飾的D-葡糖胺及少數D-葡糖胺形成線性的聚合物昆蟲、甲殼類動物（如螃蟹、龍蝦）的主要成分。結構：由N-乙酰葡糖胺單元通過β-(1,4)-糖苷鍵連接而成。結構上類似于纖維素，但每個葡萄糖單元的羥基被乙酰胺基團取代。屬性：幾丁質具有良好的生物相容性、生物可降解性和非毒性。，不易溶于水。幾丁質分子結構(C8H13O5N)n，殼聚糖（Chitosan）定義：殼聚糖是幾丁質經過部分脫乙?；幚砗蟮玫降漠a物。它是自然界中第二豐富的多糖。結構：由脫乙酰的N-乙酰葡糖胺單元和未脫乙酰的N-乙酰葡糖胺單元混合組成。它的結構使得殼聚糖比原始的幾丁質更易溶于水。屬性：殼聚糖具有生物活性，包括抗菌、抗真菌和抗腫瘤特性。它還具有良好的成膜性、吸濕性和可加工性。殼聚糖結構比較幾丁質殼聚糖纖維素課堂練習Collagenfibrilswitha200nmdiameteraresubjectedtotension.Thefibrilsareknowntoyieldatastressof200MPa.WhatistheloadthatanAchillestendoncantake,ifthediameteris1.5cm?直徑為200納米的膠原蛋白纖維在200兆帕斯卡（MPa）的應力下開始屈服（屈服應力）。如果跟跟腱的直徑為1.5厘米，那么它能承受的屈服負荷是多少？Collagenfibrilswitha200nmdiameteraresubjectedtotension.Thefibrilsareknowntoyieldatastressof200MPa.WhatistheloadthatanAchillestendoncantake,ifthediameteris1.5cm?知識點=3.75×109=2×108

×

π×10-14=π×10-14=2×108

×

π×10-14×3.75×109=2.355×104N在這里，為了簡便書寫，中間都不寫單位方法一：F=A

×S假設跟腱和膠原纖維應力為均值，總體的應力也是200Mpa=

π×0.56×10-4Totalload：F=2×108×π×0.56×10-4

F=2.35×104

N方法一：方法二：跟腱是人體中最長和最強大的肌腱,可以承受7000N(牛頓)的力量；因此，我們測算的這個可能是牛跟腱!!145醫用生物材料生物醫學材料的發展概況生物材料的分類及性能醫用金屬材料醫用高分子材料其他生物醫學材料生物醫學材料的安全性生物材料的發展趨勢146生物醫學材料發展概況生物醫學材料是生物醫學科學中的最新分支學科，是生物、醫學、化學和材料科學交叉形成的邊緣學科。具體涉及到化學、物理學、高分子化學、高分子物理學、生物物理學、生物化學、生理學、藥物學、基礎與臨床醫學等很多學科。ISO定義，生物醫學材料（BiomedicalMaterials），它是指“以醫療為目的，用于與組織接觸以形成功能的無生命的材料”。另有定義是：具有天然器官組織的功能或天然器官部分功能的材料。147生物材料的開發和利用可追溯到3500年前，那時的古埃及人就開始利用棉纖維、馬鬃作縫合線縫合傷口；印第安人則使用木片修補受傷的顱骨。2500年前，中國和埃及的墓葬中就發現有假牙、假鼻和假耳。悲慘世界，法國，用人的牙齒作假牙。1588年人們用黃金板修復顎骨。1775年就有用金屬固定體內骨折的記載。生物醫學材料發展概況當前存在難題：

排異、器官來源、法律、倫理等。因此醫學界對生物醫學材料和人工器官的要求日益增加。器官移植、跨性別、跨物種生物醫學材料發展概況生物醫用材料與生物體（尤其是人體）直接接觸，這些材料的性能對其在醫療領域的應用至關重要。生物醫用材料的關鍵性能介紹：生物相容性生物活性、生物惰性細胞相容性可降解性生物相容性（Biocompatibility）定義：生物相容性指的是材料與生物體接觸時不引發不良反應的能力。這包括不誘發免疫反應、炎癥反應或任何形式的毒性反應。重要性：生物相容性是醫用材料最重要的性質之一，尤其對于長期植入體內的材料。不良的生物相容性可能導致植入物失敗、組織損傷甚至更嚴重的系統性健康問題。生物相容性細胞相容性（Cytocompatibility）定義：材料對細胞的影響，包括細胞粘附、增殖和分化。重要性：細胞相容性對于組織工程和再生醫學中的材料至關重要，它決定了材料能否支持新組織的形成。細胞相容性生物惰性（BiologicalInertness）定義：生物惰性材料在與生物體接觸時，幾乎不與之發生任何化學或生物反應。它們旨在被身體接受而不激發免疫、炎癥或其他不良反應。應用：生物惰性材料用于需要長期植入體內但不需要與組織結合或促進組織生長的應用，如某些類型的心臟瓣膜、血管植入物和一些植入式電子設備。特點：這類材料的主要特點是穩定性和持久性。它們不會分解或在體內環境中顯著改變。生物惰性材料通常被設計為最小化身體對其的反應。生物活性（BiologicalActivity）定義：生物活性材料能夠與生物體（特別是人體組織）產生積極的相互作用。這能夠促進細胞附著、增殖和分化，甚至能夠促進新組織的形成。應用：生物活性材料廣泛應用于組織工程、骨修復和骨再生、牙科植入物等領域。例如，生物活性玻璃和某些類型的陶瓷能夠與骨組織結合，促進骨組織的再生和愈合。特點：這類材料通常具有表面特性，可以促進細胞的生物響應。它們可以與周圍組織形成強的化學鍵結合。生物活性和生物惰性153按生物材料的屬性分類：天然生物材料—再生纖維、膠原、透明質酸、甲殼素等。合成高分子生物材料—硅橡膠、聚氨脂及其嵌段共聚物、滌綸、尼龍、聚丙烯腈、聚烯烴醫用金屬材料—不銹鋼、鈦及鈦合金、鈦鎳記憶合金等無機生物醫學材料—碳素材料、生物活性陶瓷、玻璃材料雜化生物材料—指來自活體的天然材料與合成材料的雜化，如膠原與聚乙烯醇的交聯雜化等復合生物材料—用碳纖維增強的塑料，用碳纖維或玻璃纖維增強的生物陶瓷、玻璃等生物材料的分類及性能154

醫用金屬材料在生物醫學材料中，金屬材料應用最早，已有數百年的歷史。唐代就用銀汞合金（主要成份：汞、銀、銅、錫、鋅）來補牙。醫用金屬材料是指一類用作生物材料的金屬或合金，又稱外科用金屬材料。它是一類生物惰性材料，除具有較高的機械強度和抗疲勞性能，具有良好的生物力學性能及相關的物理性質外，具有優良的抗生理腐蝕性、生物相容性、無毒性和簡易可行及確切的手術操作技術。155該材料是臨床應用最廣泛的承力植入材料，由于有較高的強度和韌性，已成為骨和牙齒等硬組織修復和替換、心血管和軟組織修復以及人工器官制造的主要材料。化學周期表中的大部分金屬不符合生物材料的要求，僅有小部分或經處理過的可用于臨床。目前在臨床使用的醫用金屬材料主要有不銹鋼、鈷基合金和鈦基合金三大類，另外還有記憶合金、貴金屬以及純金屬鉭、鈮和鋯等。常用醫用金屬材料不銹鋼鈷（Co）基合金鈦（Ti）基合金形狀記憶合金貴金屬醫用金屬材料不銹鋼鐵基耐蝕合金（一般由鐵、鉻、鎳、鉬、錳、硅組成），易加工、價格低廉。不銹鋼的耐蝕性和屈服強度可以通過冷加工而提高，避免疲勞斷裂。一般不銹鋼制成多種形體，如針、釘、髓內針、齒冠、、三棱釘等器件和人工假體而用于臨床，不銹鋼還用于制作各種醫療儀器和手術器械。生物環境下可釋放鎳離子，對某些人可能有過敏反應。耐腐蝕性一般質量較重，輕便性差158鈷（Co）基合金含有較高的鉻和鉬，又稱鈷鉻鉬合金，具有極為優異的耐腐蝕性（比不銹鋼高40倍）和耐磨性，綜合力學性能和生物相容性良好，可通過精密鑄造成形狀復雜的精密修復體，有硬、中、軟三種類型。臨床上主要用于人工關節（特別是人體中受載荷最大的髖關節）人工骨及骨科內處固定器件的制造齒科修復中的義齒，各種鑄造冠、嵌體及固定橋的制造心血管外科及整形科等由于其價格較高，加工困難，應用尚不普及。161鈦（Ti）基合金臨床應用廣泛，其輕質高強、力學性質接近人骨、耐疲勞、耐蝕性均優于不銹鋼和鈷基合金，且生物相容性和表面活性好，是較為理想的一種植入材料?？箶嗔褟姸容^低，耐磨性差，加工困難。冶煉及成型工藝復雜，要求條件較高。主要用于：修補顱骨，制成鈦網或鈦箔用于修復腦膜和腹膜、人工骨、關節、牙和矯形物、人工心臟瓣膜支架、人工心臟部件和腦止血夾、口腔頜面矯形頜修補、手術器械、醫療儀器頜人工假肢等。形狀記憶合金（ShapeMemoryAlloys）在醫用材料領域中有著廣泛的應用，主要得益于它們獨特的形狀記憶和超彈性特性。這些合金能在經歷形變后恢復其原始形狀，特別是在溫度變化的作用下。心血管支架：形狀記憶合金，特別是鎳鈦合金（Nitinol），廣泛用于心血管支架?？稍诘蜏叵卤粔嚎s，便于通過血管。到達目標位置后，體溫會使其回復到原始形狀，從而擴張血管。動脈瘤夾：動脈瘤是血管壁的異常膨脹，形狀記憶合金制成的夾子可以用來封閉這些膨脹的血管部分，防止其破裂。骨科植入物：在骨科手術中，如髖關節置換或脊柱融合手術中，形狀記憶合金的植入物可以用來穩定骨骼結構。由于其良好的生物相容性和力學性能，這些植入物能夠更好地與骨骼融合。應用舉例心血管支架：形狀記憶合金，特別是鎳鈦合金（Nitinol），廣泛用于心血管支架?？稍诘蜏叵卤粔嚎s，便于通過血管。到達目標位置后，體溫會使其回復到原始形狀，從而擴張血管。心血管支架：形狀記憶合金，特別是鎳鈦合金（Nitinol），廣泛用于心血管支架?？稍诘蜏叵卤粔嚎s，便于通過血管。到達目標位置后，體溫會使其回復到原始形狀，從而擴張血管。單價原來價格2-4萬人民幣直降現在400-600元原因：我國能制造了165形狀記憶合金可以分為三種：單程記憶效應雙程記憶效應全程記憶效應

166貴金屬（noblemetal）通常具有極高的抗氧化性和抗腐蝕性。貴金屬具有獨特穩定的物理和化學性能、優異的加工特性、對人體組織無毒副作用、刺激小等優良的生物學性能。主要用于口腔科的齒科修復，也可用于小型植入式電子醫療器械。167醫用高分子材料低分子：分子量低于一千,如煤、糖、油、水泥、和抗菌素等。中分子：分子量在數千范圍，如維生素B12等。高分子：分子量在幾萬至幾百萬，如蛋白質、棉、毛、木材、松香、橡膠、塑料、合成纖維。醫用高分子材料：在醫學上應用的、尤其能在機體內使用的高分子材料。天然樹脂：如松香、橡膠。合成樹脂：由低分子量的化合物經過各種化學反應而制得的高分子量的樹脂狀物質，如聚氯乙烯、聚乙烯。塑料主要成分就是合成樹脂。醫用高分子材料是一類在醫療領域廣泛使用的合成或天然聚合物。168天然高分子生物材料人類機體的皮膚、肌肉、組織和器官都是由高分子化合物組成的，天然高分子生物材料是人類最早使用的醫用材料之一。天然材料具有不可替代的優點：功能多樣性、與機體的相容性、生物可降解性以及對其進行改性與復合和雜化等研究。目前天然高分子生物材料主要有：天然蛋白質材料：膠原蛋白和纖維蛋白兩種天然多糖類材料：纖維素、甲殼素和殼聚糖等169合成高分子材料的組成物（單體，添加劑等）可能向生物環境釋放，有可能導致毒性反應。其彈性模量低和彈性常使其不能用于承受較大負荷的體位的修復。合成高分子生物材料可分為：生物不可降解類：硅橡膠、聚氨酯、環氧樹脂、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸酯水凝膠、聚酸胺和飽和聚酯等。生物可降解類：聚乙烯醇、聚乳酸、聚乙內酯、乳酸一乙醇酸共聚物和聚β一羥基丁酸酯等。170硅橡膠硅橡膠是一種由硅（Si）和氧（O）原子組成的聚合物，其基本化學式可表示為Si-O-SiSi-O-Si。在這個結構中，每個硅原子通常與兩個氧原子相連，并且可能與其他類型的有機基團如甲基（CH?）或苯基（C?H?）相連。彈性和柔韌性：硅橡膠因其獨特的分子結構而具有卓越的彈性和柔韌性。它能在應力作用下伸展，并在去除應力后恢復原狀。耐溫性：硅橡膠能承受極端的溫度變化，從非常低的溫度（通常低至-55°C）到非常高的溫度（高達+300°C），這使得它適用于各種環境。數據示例：拉伸測試：硅橡膠在拉伸測試中表現出高達700%的伸長率。溫度循環測試：在-50°C至250°C的溫度循環測試中，硅橡膠保持其物理性能不變，顯示出優異的耐溫性。硅橡膠在醫學上主要用于粘合劑、導管、整形和修復外科（人工關節、皮膚擴張、燒傷的皮膚創面保護、人工鼻梁、人