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第3章  生物医用高分子材料的生物  相容性和安全性评价 目录 生物相容性的概念和原理 生物医用材料的生物相容性评价 生物材料降解的评价方法 生物学评价与新材料研究 生物相容性研究及评价展望 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。植入人体内的生物生物医药材料及各种人工器官、已有辅助装置等医疗器材，必须对人性物毒性、无致敏性、无刺激性、无遗传性和无致癌性，对人体组织，血液、免疫等系统不产生不良反应。因此，材料的生物相容性优劣是生物医用材料研究设计中首先考虑的重要问题。 概念 生物相容性 生物相容性反应 生物学反应 材料反应 物理性质变化 化学性质变化 血液反应 免疫反应 组织反应 血栓（血小板粘附激活） 凝血系统激活 纤溶系统激活 溶血反应 白细胞反应 细胞因子反应 蛋白粘附 补体系统激活 体液免疫反应 细胞免疫反应 炎症反应 细胞粘附 细胞增殖（异常分化） 形成囊膜（假内膜） 细胞质的转变（诱变） 材料与生物体的相互作用与影响 材料与机体之间的相互作用使各自的功能和性质受到影响。这种影响不仅使 生物材料变形，更重要的是对机体将造成各种危害。 引起生物医用材料变化的因素 生理活动中骨髓、关节、肌肉的力学性动态运动 生物细胞电、磁场和电解氧化作用 新陈代谢过程中生物化学和酶催化反应 细胞黏附吞噬作用 体液中各种酶、细胞因子、蛋白质、氨基酸、多肽、自由基对材料的生物降解作用 血液相容性 1）定义 材料与血液直接接触时，与血液相互作用不引起凝血或血栓、不损伤血液组成和功能等的能力和性能。 2）表现 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； 继而血小板在材料表面黏附、聚集、变形，同时血液内一系列凝血因子被激活，从而引起血栓的形成; 溶血、白细胞减少等细胞水平的反映； 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。 生物材料的生物相容性评价 评价生物相容性应从微观至宏观、从局部至整体、从静态至动态等反应过程的规律和结果进行综合性评价。 2.7.1 生物学评价项目的选择 国际标准ISO10993-1是由ISO/TC 194国际标准化组织医疗器械生物学评价技术委员会制定的。 ISO10993的总题目是医疗器械生物学评价，有12个部分组成，分别是：实验选择指南、动物福利要求、遗传毒性致癌性和生殖毒性试验、与血液相互作用试验选择、细胞毒性试验体外法、植入后局部反应试验、环氧乙烷灭菌残留量、临床应用、与生物实验有关的材料降解、刺激与致敏试验、全身毒性试验、样品制备与标准样品。 生物学评价与新材料研究 所谓的新材料是指最近发展或正在发展中的具有比传统材料更为优异性能的一类材料。目前世界上的传统材料已有几十万种，而新材料正以每年大约5%的速度增长。 对于与人体直接或间接接触的医疗器械或生物材料在用于人体之前都必须进行生物学评价，以减小可能引起的不安全因素。生物学评价试验的目的是在材料或器械应用于人体之前提供最基本的安全性方面的数据。 降解机制 材料在体内的降解和吸收是受生物环境作用的复杂过程，包括物理、化学和生化因素。 物理因素主要是外应力 化学因素主要有水解、氧化及酸碱作用 生化因素主要是酶和微生物 由于植入体内的材料主要是接触组织和体液，因此水解（包括酸碱作用和自催化作用）和酶解是最主要的降解机制 水解机制 ◆ 天然聚合物在生物中的降解，首先被水解或氧化降解为小分子，然后再被吸收排泄。可降解的合成高分子材料的降解主要是水解。水解降解过程可以被酸、碱或酶所催化。 ◆ 高分子量固态聚合物装置从植入体内到消失，是由不溶于水的固体变成水溶性物质的过程，这个过程称为溶蚀。 ◆ 分子链断裂是降解的第一阶段；吸收是第二阶段：即进入体液的降解产物被细胞吞噬并被转化和代谢。 ◆ 当分子量小到可溶于水的极限时（如数均分子量Mn5000道尔顿左右的聚酯），整体结构即发生变形和失重，逐步变为微小的碎片并进入体液。 酶解机制 聚合物前期的水解过程不一定需要酶参加，但水解生成的低分子量聚合物片段可能需要通过酶的作用转化为小分子代谢产物 酶促水解和酶促氧化反应是材料在体内降解吸收的重要因素，酶在一定程度上影响降解机制和速度 酶促水解机制：容易水解的聚合物，在体内可能同时存在单纯水解和酶催化水解两种作用 材料在体内的吸收和排泄 组织和细胞生物学方法是研究材料在体内吸收过程的主要手段，可用以评价材料的组织反应和生物相容性。 用同位素标记方法可以定量