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第1章 绪论1

1.1 生物材料发展背景1

1.2 生物材料的分类及基本性质2

1.3 生物材料的使用性能5

1.4 生物材料及学科发展7

参考文献8

第2章 生物学相关基础与生物相容性9

2.1 细胞结构与功能9

2.2 细胞外基质14

2.3 人体血液与组织液系统17

2.3.1 人体血液构成及性质17

2.3.2 肝素23

2.3.3 血管组织23

2.3.4 血流量和血流速率24

2.4 人体组织液构成及性质26

2.4.1 组织液的生成26

2.5.1 骨质与骨骼27

2.5 人体骨骼系统与骨组织生物力学27

2.4.2 血液和组织液之间的物质交换27

2.5.2 关节生物力学32

2.6 人体免疫系统与免疫细胞37

2.6.1 淋巴细胞、巨噬细胞与免疫38

2.6.2 吞噬细胞42

2.6.3 细胞因子44

2.7 材料－组织界面反应45

2.7.1 物质过膜转运45

2.7.2 反应过程与反应机理46

2.7.3 颗粒状植入材料可能的毒副作用48

2.7.4 细胞对植入物质的反应规律48

2.7.5 吸收物质的生物排泄48

2.8 生物相容性49

2.8.1 概述49

2.8.2 生物相容性评价体系49

习题52

参考文献52

3.1 化学键54

第3章 材料的基本结构54

3.2 晶体结构55

3.2.1 同尺寸原子55

3.2.2 合金材料57

3.3 晶体结构的缺陷58

3.4 长链分子化合物60

3.5 过冷和网状固体63

3.6 复合材料结构65

习题67

参考文献68

第4章 材料的基本性能69

4.1 力学性能69

4.1.1 材料的应力－应变行为69

4.1.2 力学性能失稳71

4.1.3 黏弹性74

4.2 热学特征81

4.3 相图84

4.4.1 金属86

4.4 热处理强化86

4.4.2 陶瓷和玻璃87

4.4.3 高分子聚合物和人造橡胶87

4.5 表面特性87

4.6 电性能89

4.7 光学性能91

4.8 X射线吸收93

4.9 密度和孔隙度94

4.10 声学和超声波性能95

4.11 扩散特性97

习题98

参考文献98

第5章 金属植入材料100

5.1 不锈钢100

5.1.1 不锈钢种类和组成100

5.1.2 不锈钢的性能101

5.1.3 不锈钢植入材料的制造方法与过程101

5.2.1 Co基合金的种类和组成102

5.2 Co基合金102

5.2.2 钴基合金的特性103

5.2.3 钴基合金植入器件的制造105

5.3 钛和钛合金106

5.3.1 Ti金属和Ti合金的成分106

5.3.2 钛和钛合金的结构与性能107

5.3.3 Ti植入器件制造109

5.4 齿科用金属110

5.4.1 齿科用汞合金110

5.4.3 N-Ti合金111

5.4.2 金111

5.5 其他金属115

5.6 金属植入材料的腐蚀116

5.6.1 电化学腐蚀116

5.6.2 腐蚀中的电势－pH图118

5.6.3 腐蚀速率和极化曲线120

5.6.4 临床应用金属的腐蚀120

5.6.5 腐蚀最小化实例分析121

5.7.2 涂层处理124

5.7 金属与合金表面涂层处理124

5.7.1 氮化处理124

习题126

参考文献127

第6章 陶瓷植入材料128

6.1 陶瓷结构与性能的关系128

6.1.1 原子键与原子排列128

6.1.2 陶瓷材料的物理性能129

6.2 氧化铝130

6.2.1 氧化铝的性能130

6.2.2 氧化铝单晶的制备方法131

6.2.3 氧化铝单晶的临床应用132

6.3 磷酸钙陶瓷132

6.3.1 磷酸钙盐的结构132

6.3.2 羟基磷灰石的性能133

6.3.3 羟基磷灰石生产工艺134

6.4 玻璃陶瓷135

6.4.1 玻璃陶瓷的制备136

6.4.2 玻璃陶瓷的性能137

6.5 其他陶瓷139

6.5.1 氧化锆、铝酸钙生物陶瓷139

6.5.2 氧化钛、尖晶石生物陶瓷141

6.5.3 功能性活性生物陶瓷143

6.6 碳化物143

6.6.1 碳结构144

6.6.2 碳的性能144

6.6.3 植入体制造146

6.7 陶瓷品质的恶化147

6.8 生物陶瓷应用150

6.8.1 硬组织修复和替代材料150

6.8.2 放射性生物陶瓷在治疗癌症方面的应用153

习题154

参考文献154

7.1 高分子材料的聚合156

7.1.1 缩聚反应156

第7章 医用高分子植入材料156

7.1.2 加成聚合或自由基聚合反应157

7.2 分子结构和温度对聚合物性能的影响159

7.2.1 相对分子质量和化学成分的影响159

7.2.2 侧基团、交联和支链的影响161

7.2.3 温度对材料性能的影响161

7.3 聚合物植入材料162

7.3.1 尼龙163

7.3.2 聚乙烯164

7.3.3 聚丙烯165

7.3.4 聚丙烯酸酯166

7.3.5 碳氟聚合物170

7.3.6 橡胶171

7.4 高强度的热塑料172

7.5 生物降解性高分子材料174

7.6 聚合物的破坏177

7.6.1 化学作用177

7.6.2 消毒作用177

7.6.3 机械化学作用178

7.6.4 体内环境的作用179

7.7 复合材料结构180

7.7.1 复合材料的力学性能181

7.7.2 复合生物材料的应用184

习题189

参考文献190

第8章 生物组织的结构－性能关系192

8.1 蛋白质192

8.1.1 胶原蛋白193

8.1.2 弹性蛋白195

8.2 多糖196

8.2.1 透明质酸与软骨素197

8.2.2 硫酸软骨素197

8.3 组织的结构性能关系198

8.3.1 矿化组织（骨与牙）198

8.3.2 骨改造207

8.3.3 富含胶原蛋白的组织209

8.3.4 弹性组织213

习题218

参考文献219

第9章 人体组织对植入材料的反应221

9.1 正常伤口的治愈过程221

9.1.1 炎症221

9.1.2 细胞在伤口修复过程中的反应223

9.2 人体对植入材料的反应227

9.2.1 细胞对植入材料的反应227

9.2.2 植入材料对全身的影响230

9.3 血液相容性232

9.3.1 影响血液相容性的因素232

9.3.2 无凝血作用的表面233

9.4 致癌性234

9.4.1 致癌性的测试235

9.4.2 风险评估235

9.5 植入物的病理学反应236

9.5.1 硅树脂植入物的病理学并发症236

9.5.3 生物材料表面的补体激活239

9.5.2 磨损颗粒引发的炎症反应239

9.5.4 植入物的异常矿化作用241

9.5.5 细胞毒性反应241

习题247

参考文献247

第10章 软组织替代与植入249

10.1 缝合线、手术胶带和组织胶带249

10.1.1 缝合线249

10.1.2 手术胶带和手术纤维251

10.1.3 组织胶带251

10.2 经皮植入体和皮肤植入体253

10.2.1 经皮器253

10.2.2 人造皮肤256

10.3 颚面组织和其他软组织修复257

10.3.1 颚面植入体257

10.3.2 眼、耳植入体258

10.3.3 体液传输植入体260

10.3.4 孔隙填充植入体261

10.4 血管植入材料262

10.5 心脏瓣膜植入材料264

10.6 心和肺辅助装置266

10.7 人造器官268

10.7.1 人造心脏269

10.7.2 心脏起搏器270

10.7.3 人工肾脏透析膜271

习题276

参考文献277

第11章 硬组织替代与修复278

11.1 植入用金属丝、销和螺钉279

11.1.1 金属丝280

11.1.2 内固定钉280

11.1.3 螺钉281

11.2 接骨板284

11.2.1 皮质骨接骨板284

11.2.2 松质骨接骨板286

11.3 骨髓腔内置装置287

11.5 骨折电磁刺激疗法290

11.4 脊柱固定器件290

11.6 关节的替换292

11.6.1 下肢关节植入294

11.6.2 上肢关节植入301

11.7 牙科植入材料306

11.7.1 牙根植入体306

11.7.2 骨膜接触型种植体和下颌骨穿孔型植入体307

11.8.1 骨水泥固定308

11.8 矫形植入的界面问题308

11.8.2 孔隙内生长固定311

11.8.3 直接骨性结合313

11.8.4 界面与被动固定313

习题313

参考文献314

第12章 器官移植与组织工程315

12.1 器官移植315

12.1.1 移植过程免疫学因素316

12.1.2 血液组织移植（输血）317

12.1.3 个体器官移植318

12.1.4 骨移植322

12.1.5 皮肤和头发移植323

12.1.6 组织和器官再生323

12.1.7 伦理上的考虑324

12.2 组织工程324

12.2.1 组织工程概况与研究进展324

12.2.2 细胞免疫和组织移植328

12.2.3 基体和细胞外支架在细胞移植中的作用329

12.2.4 外衬结构的组织工程331

12.2.5 骨组织工程333

12.2.6 人造器官的组织工程335

12.2.7 组织工程研究和应用的若干问题336

12.2.8 组织工程展望337

12.3 干细胞工程338

12.3.1 干细胞的概念和特性338

12.3.2 干细胞工程的临床应用339

12.3.3 干细胞工程中的主要问题341

12.3.4 干细胞工程中亟待解决的关键问题343

12.3.5 干细胞工程展望343

12.3.6 干细胞工程的伦理学考虑343

习题344

参考文献344

第13章 生物纳米技术346

13.1 蛋白质纳米功能区域346

13.2 纳米生物材料概念348

13.2.1 纳米生物材料基本特性348

13.2.2 纳米生物材料制备技术350

13.2.3 纳米颗粒表征方法（纳米颗粒测量技术）355

13.3 纳米传感器357

13.4 纳米药物／基因载体技术361

13.5 纳米药物载体导向技术364

13.5.1 物理化学导向364

13.6 纳米材料控释作用365

13.5.2 生物导向365

13.6.1 纳米材料控释作用优越性366

13.6.2 药物控释纳米载体材料的基本要求366

13.6.3 制备胶囊药物释控体系的高分子材料368

13.6.4 纳米微胶囊载体的制备方法369

13.6.5 纳米药物载体的药物控释机理370

13.6.6 纳米颗粒表面改性与药物组装373

13.6.7 高分子纳米颗粒药物控释体系的给药途径375

习题378

参考文献379

附录381

附录1 物理常数表381

附录2 单位换算表381

附录3 基本公制单位381

附录4 衍生单位表381

附录5 常用前缀符号表382

附录6 部分元素的特征数据表382

附录7 部分工程材料的性能表（20℃）383

附录8 名词解释384