生物医学材料与细胞作用的界面问题

生物医学材料与细胞作用的界面问题所选教材：《生物医学材料学》顾汉卿张雯所学内容回顾：无机生物材料生物医学金属材料天然高分子生物医学材料高分子微胶囊智能药物释放体系人工器官血液相容性高分子材料生物医学材料§1.生物医学材料与细胞界面的概念和内容当生物医学材料植入人体后，与机体组织形成的作用界面成为种植界面；与细胞间产生相互作用和交换与结合的界面是种植界面的一种形式。一.含义和范围界面细胞学界面力学界面组织学、形态学界面化学、物理学界面生物学、微生物二.基本理论界面润湿理论生物材料植入体内后，首先与血液、组织液相接触，因此要求材料表面具备极好的润湿性；润湿性愈好，亲水性愈高，分子接触机会愈多，细胞在材料表面愈紧密、均匀，其界面结合性能愈佳。解释材料--细胞界面形成机理；提供吸附规律的依据。界面吸附理论借助于物理和化学吸附原理，对生物医学材料与细胞界面进行分析研究并对材料表面提出改性的一种方法。界面化学键合理论在人体复杂的化学环境中，材料与组织细胞存在以共价键、离子键或金属键形式的化学键合反应的可能性，产生相应的化学变化。界面分子结合理论由于材料的性质不同，表面极性、活性基团、表面电荷等的差异，对机体组织细胞的作用也不同。该理论是进行表面改性的理论基础。二.基本理论界面酸碱结合理论材料的酸碱性质不同，在种植界面周围的pH值也不同，偏碱性的环境中可促进碱性磷酸酶的活性水平增高，界面Ca2+浓度和比例发生改变，对界面细胞的生长有利，从而获得良好的界面结合。二.基本理论二.基本理论界面机械结合理论该理论认为材料与机体的结合首先、并且主要是机械结合，只有在材料表面进行粗化或微孔化处理或采用多孔体，组织细胞才能伸入其中，产生机械嵌合作用而增强细胞的附着。界面应力传导理论生物医学材料制作的植入体，在体内需承担功能作用，应力通过植入体传导到界面，再传导到机体。不同形态的植入体，其力学效应存在很大差异，对界面细胞的吸附和生长、抑制和破坏均产生明显的影响。二.基本理论三.检测方法材料—细胞界面检测方法物理检测法机械检测法化学检测法生物学检测法临床效应分析法微量元素分析法对材料与组织细胞界面及周围的微量元素及其变化进行测定，从而对细胞生长发育状态以及界面结合的动态变化进行判定。三.检测方法怎样确定哪些元素影响细胞结合？化学检测法微观观察法——目前最常用、最有效的方法三.检测方法观察透射电镜扫描电镜立体显微镜图像分析仪材料和细胞的形貌结构变化细胞生长速度结合状态细胞种类、数量的变化生物学检测法界面能测定法界面能的测定是为了了解不同材料与机体组织细胞的反应规律和细胞界面性质。一般从固体表面润湿临界张力及液体在固体上的接触角测定来研究各种界面能。界面应力测定法对材料与机体组织细胞界面的力学性能、应力传导方式和途径进行检测分析。常规方法：光弹应力分析法、有限元计算法、等高线描绘法、激光全息及各种传感技术。三.检测方法三.检测方法界面pH测定法材料周围的pH值不同，对组织细胞的结合将产生极大的影响，通过界面pH值测定，对预测细胞界面的反应和作用有重要意义。流变学测定法利用生物流变学的原理和方法，对生物医学材料和细胞界面的流变特性进行分析；用来确定材料形态、表面性态对细胞吸附的作用和影响。三.检测方法微电流检测法通过对生物压电材料所产生的微电流量进行检测，来评价微电流作用对细胞界面形成的影响作用。四.结合形式1.暂时附着界面材料植入体内后，机体组织立即产生强烈的异物反应或毒性反应，只是暂时性的附着2.纤维结合界面植入体内后，在材料表面形成很厚的结缔组织包裹层，且随时间加长，包裹层不变薄不消失，逐渐变致密、钙化，阻碍材料与机体组织间的物质代谢，最终因积液、炎症、坏死而被排异。失败的界面附着形式不良的界面附着形式3.骨接触界面材料与骨组织形成的接触界面有薄层纤维组织存在，或伴有不同程度的钙盐沉积；但随时间的加长，纤维层逐渐变薄或消失，还可能在界面上出现薄层骨。四.结合形式有效的界面结合形式4.骨结合界面当采用具有磷钙成分结构的材料时，因其具有类似人体骨的无机成分和结构，亲骨性好，新生骨细胞活跃，骨生长明显，材料与组织间很快形成稳定的骨结合界面。四.结合形式比较理想的界面结合形式5.生物性结合界面四.结合形式理想的界面结合形式小结本节课主要介绍了生物医学材料与细胞界面的概念、基本理论和检测方法。思考题：1.对于生物医学材料与生物体界面的研究，如何建立一套完善的检测方法？2.生物医学材料和细胞界面的结合形式有哪些？其中有效的结合方式包括哪些？