材料的生物学性能及其评价

一、名词解释细胞外基质：由胶原、弹性蛋白、糖蛋白组成，具有抗压性、弹性，分布于细胞和组织之间，构成组织和器官，连城有机整体。溶胀、降解：溶胀是游离分子扩散，破坏材料内部分子间作用力，降解是聚合物最终断裂为小分子单体的过程。浸析、腐蚀：溶胀过程中伴有内部物质丢失，使得材料的质量减少称为浸析，聚合物分子断裂形成的齐聚物和小分子单体脱离聚合物引起材料损失的过程称为腐蚀。炎症：血管系统的活体组织对损伤银子的刺激所发生的一种以防御反应为主的基本病理过程。医疗器械：指用于诊断、治疗。预防、监护、缓释的，用于人体的任何仪器、设备、器具、材料等。参照样品：材料或物质的一种或多种性能是完全均质的，并经过鉴定，可满足仪器的校正、测量方法的评价或确定材料的性能。浸提液：按一定试验条件，浸提试验材料得到的液体。环氧乙烷（EO）：最常用的灭菌剂之一，其性质活泼，二次生成物主要是当EO与Cl接触时，产生毒性更大的氯乙醇（ECH）。细胞毒性：由细胞或化学物质引起的单纯的细胞杀伤。血液相容性：血液对外源性物质或材料产生合乎要求的反应。内毒素：细菌细胞壁的一种成分，叫脂多糖，对宿主有毒性，只有当细菌死亡溶解或用人工方法破坏菌细胞后才释放出来。生物相容性：指材料与生物体之间相互作用后产生的各种生物、物理、化学等反应。阴性对照：当按规定步骤试验时，证明试验过程具有再现性，试验系统应呈现阴性、无反应或无背景影响的物质。阳性对照：当按规定步骤试验时，证明试验过程具有再现性，试验系统应呈现阳性反应的物质。浸提介质：试验中的适宜溶剂。二、填空题材料的生物学环境指生物医用材料在生物体系中所处部位的情况，接触的体液包含有有机大分子、酶、自由基及细胞等。细胞外基质（胶原、弹性蛋白、糖蛋白、氨基聚糖）是机体发育过程中由细胞分泌到细胞外的各种生物大分子，分布于细胞和组织之间、细胞周围或形成细胞的基膜，构成组织与器官，连成有机整体。它不仅参与组织结构的维持，而且对细胞的存活、形态、代谢、增殖、分化和迁移等基本生命活动具有全方位的影响。炎症是指具有血管系统的活体组织对损伤因子所发生的复杂的防御反应。免疫系统包括中枢免疫器官（胸腺、骨髓），外周免疫器官（淋巴结、脾），免疫细胞（T细胞、B细胞、自然杀伤细胞）CMI是T细胞介导的免疫应答，称为细胞免疫，B细胞介导的免疫应答，称为体液免疫。免疫排斥反应类型：①超急排斥反应（24h内）②急性排斥反应（数天到几个月）③慢性排斥反应（数月至数年）。降解类型包括光降解、热降解、机械降解、化学降解。金属腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀。陶瓷的降解与其化学成分和显微结构相关。医疗器械分类：非接触器械、表面接触器械、外部接入器械、植入器械或短期接触、长期接触、持久接触。医疗器械安全性评价程序：物理化学性能评价、体外体内的生物学评价、临床研究。浸出液分析方法：pH值、重金属含量、测还原物总量、特定离子浓度。三、简答题细胞膜具有如下功能：①屏障作用，确保内部理化成分和化学反应等特性的稳定②物质交换，选择性的摄取和排放物质③特殊受体，感受化学信息的特殊部位。细胞外基质的功能：①使组织具有弹性和抗压性②对物质运转有选择渗透性③细胞表面的蛋白聚糖有传递信息的作用④抗凝血功能。材料引发感染的因素：①生物材料的表面性质②免疫和防御反应降低了主体对感染的敏感性③部分蛋白在特异性增强或减弱细菌与组织细胞的黏附中起重要作用④抗生素的作用。抗感染采取的手段，①研制更好的抗生素②预先了解不同生物材料和组织感染的可能病原体③植入前在表面上预先植入健康组织细胞④对主体细胞进行基因修改⑤使生物材料表面预先吸附有调理蛋白和外源凝集原。免疫应答过程：①抗原识别阶段，抗原进入机体被免疫细胞识别、递呈和诱导细胞活化的开始时期②淋巴结活化阶段，接受抗原刺激的淋巴细胞活化和增殖时期③效应阶段，免疫效应细胞和抗体发挥作用将抗原灭活并从体内清除。免疫应答的基本特点：①特异性，免疫应答具有针对性②回忆性，具有对抗原刺激的记忆性③方大性，对抗原的刺激所发生的免疫应答在一定条件下可以扩大。补体系统中的各种物质通常以非活性状态存在于血浆之中，激活有两条途径：经典激活和旁路激活，材料表面带有亲核集团的植入物和血液接触时都会引起补体旁路激活途径，也可以引起经典激活途径。对人体的影响：①细胞毒性、溶菌杀菌作用②调理作用③免疫粘附作用④炎症介质作用。材料引起血凝的过程：材料与血液接触-血浆蛋白吸附-血小板吸附-血小板释放凝血因子-血小板血栓-血液凝固。血液相容性生物材料的制作策略：①细胞惰性表面，包括为相分离表面、PEO化表面、负电荷化表面，表面固载的是非特异性的生物惰性物质，主要目的是尽量减少血小板、纤维蛋白原或其它血液成分的黏附，或者不激活已黏附的血液成分②生物活性表面，包括表面负载抗凝活性物质（肝素）和表面负载纤溶活性物质，通过固载具有抗凝血特性的生物活性物质，或者具有溶解已形成血栓特性的生物活性物质来实现材料的血液相容性③伪内膜化表面，在材料与血液的界面上，先沉积上纤维蛋白原血细胞等，形成一个很薄的血栓层，继而成纤维细胞和内皮细胞在血栓层上生长，形成伪内膜。生物学评价的意义：材料与人体互相作用会发生组织反应、血液反应、免疫反应及这三种反应引起的全身反应，如不进行生物学评价就将材料用于人体，可能会对人体造成很大的生物学危害。医疗器械产品正式投产过程：①物理性能、化学性能、灭菌性能、加工性能、外形②用途选择③与老产品比较④体外生物学评价、体内生物学评价、动物模拟试验⑤临床研究⑥终止或投产。生物学评价的基本原则：①考虑材料与组织间的相互作用时，不能脱离整个医疗器械的总体设计②考虑材料的性能、加工工艺、添加剂、在生理环境中可浸提出的物质或降解产物③考虑灭菌过程以及伴随产生的毒性物质④先进性体外试验后进行动物试验⑤进行生物学试验要在专门的实验室⑥不能规定一套硬性的合格和不合格⑦当产品发生改变要重新进行生物学评价。材料本体性能表征（另外还有表面性能表征、浸出液成分测定）：主要目的是保证提供的材料是所需要的，同时也为材料表面性能表征提供基础，此外，也为材料的力学性能提供必要的结构方面的信息。表征方法原理①光谱法原理，分子经光照吸收光能后，运动状态将从基态跃迁到高能量激发态②色谱法原理③热分析原理，在程序控温下，测量物质的物理性质与温度关系。红外光谱：有分子吸收光子后振动和转动引起的，特征性好，主要用于定性鉴别，适用的样品范围很广，灵敏度较缺欠，痕量分析有困难，定量不如紫外光谱法好，谱图解释主要靠经验，不宜分析含水样品。紫外光谱：当分子吸收光子能量后受激发而从一个能级跃迁到另一个能级，样品通常需要制成溶液，定性分析不如红外光谱，但灵敏度高，适合于定量分析。核磁共振谱：当物质吸收电磁波时，由于吸收的能量较小，从而引起的只是电子及核在其自旋态能阶之间跃迁，所得到的为核磁共振谱。X涉嫌光电子能谱：XPS是化学分析的一种电子谱，原理是用X射线照射样品，使样品中的原子或分子的电子受激发而发射出来，测量这些电子的能量分布，从中获得表面的元素和结构方面的信息。接触角分析：与液体浸湿表面能力分析相对应的一种测量法，如果液体是水，接触角小就意味是一个亲水性表面。二次离子质谱（SIMS）：用高能离子束照射样品，穿透样品表面并通过级联碰撞转换能量，同时一些粒子获得足够能量从材料中逃逸出来，用质谱仪来分析二次离子可检测出所有元素及其同位素。扫描电子显微镜（SEM）：将一束相对较高能量的电子照射到试样表面，一次电子穿透表面并将能量转化给材料使其发射出二次电子。二次电子的密度主要依赖于材料表面形貌，通过电子束扫描和确定从二次电子产生的电流可获得关于表面的图像。环氧乙烷灭菌残留量的测定（EO）：①样品抽取与处理（密封，在冷冻条件下运输和贮存）②浸提，浸提液体体积（浸提比一般在1：2~1:10）、浸提时间和条件、浸提方法（模拟使用浸提法和极限浸提法）对聚合物材料的定性分析方法：①由溶液粘度测定平均分子量、分支、膨胀/交联密度②由流变特性测定熔化区域、熔化粘性、热稳定性、分子分布量③用色谱法测定残留单位、附加剂和可沥滤物，用凝胶色谱法测量平均分子量和分子量分布变化④用光谱法识别聚合物、测试浓度和分布，用原子吸收光谱法测定催化剂重金属含量⑤用热分析法测定玻璃化转变、熔化区域或软化点、混合物成分。陶瓷降解速率：①表面积增加②结晶度降低③晶体完整性降低④晶体和晶粒尺寸变小。细胞毒性试验：通过测定吸光度，按照细胞增殖度计算细胞的相对增殖度和进行细胞毒性的结果评价。细胞内蓝紫色物质被脱氢酶还原成黄色甲瓒，甲瓒与细胞数目呈正比，通过其吸光度对细胞毒性评价。细胞数目：通过测其吸光度得到细胞数目。活细胞在中性或弱碱性环境中会被中性红染色，中性红进入细胞内核被溶酶体中的物质反应生成樱桃红色物质，通过测其吸光度得到细胞数目。血液相容性试验：四、分析题（生物学试验项目选择题、综合分析题）1.聚合物体内降解的原因主要有哪些？你认为真正关键因素是什么？主要原因有①生理体液引起水解反应，导致材料降解、交联或相变②体内自由基氧化引起降解③酶的催化作用引起降解④机械运动等物理因素使材料加速降解。我认为真正关键因素是聚合物材料本身结构决定它的降解性。