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第1章 绪论 1

1.1 生物材料的定义 1

1.2 生物材料的发展历程 1

1.3 生物材料学的学科特点 4

1.4 生物材料中水的作用 5

1.4.1 水的溶解性质 5

1.4.2 疏水效应 7

1.4.3 亲水效应 8

1.4.4 表面浸润效应 9

1.4.5 水和生物对于材料的反应 11

1.5 生物材料相关学科 12

1.5.1 组织工程与再生医学 12

1.5.2 生物材料与人工器官 14

1.6 生物材料的应用现状 14

参考文献 17

第2章 生物大分子 20

2.1 概述 20

2.2 蛋白质的成分和结构 21

2.2.1 蛋白质的成分 21

2.2.2 蛋白质的结构 23

2.3 几种蛋白质 26

2.3.1 胶原 26

2.3.2 丝素蛋白 29

2.3.3 弹性蛋白 33

2.4 多糖 34

2.4.1 纤维素及其衍生物 34

2.4.2 几丁质 35

2.4.3 卡拉胶 36

2.4.4 海藻酸钠 37

2.4.5 氨基聚糖与蛋白聚糖 39

2.5 糖蛋白 42

参考文献 43

第3章 生物矿化作用及生物矿化机制 47

3.1 生物矿化概述 47

3.2 天然生物矿物的种类 49

3.2.1 碳酸钙 50

3.2.2 磷酸钙 58

3.3 几种天然生物矿物 61

3.3.1 贝壳 61

3.3.2 珍珠 71

3.3.3 鱼耳石 74

3.3.4 鸵鸟蛋壳 76

3.3.5 骨 77

3.3.6 牙 83

3.4 异常生物矿化 84

3.4.1 泌尿系结石 84

3.4.2 心血管系统异常钙化 85

3.4.3 牙的病理矿化 88

3.5 生物矿化的基本原理和过程 89

3.6 有机基质在矿物形核及生长中的作用 90

参考文献 93

第4章 组织和器官 99

4.1 组织 99

4.1.1 组织的构成 99

4.1.2 基本组织 102

4.1.3 结缔组织——骨 104

4.2 器官 113

4.2.1 器官的构成 113

4.2.2 器官中的细胞再生 115

4.2.3 器官中的细胞通讯 116

4.2.4 器官的病理学 116

4.2.5 肝脏器官 117

参考文献 118

第5章 细胞与材料的相互作用 120

5.1 蛋白质在生物材料表面的吸附 120

5.1.1 与吸附相关的蛋白质的结构和性能 121

5.1.2 材料表面性质对蛋白质吸附的影响 122

5.1.3 蛋白质吸附过程 123

5.1.4 蛋白质吸附研究方法 124

5.1.5 蛋白质吸附的Vroman效应 124

5.1.6 蛋白质脱附 126

5.2 细胞与材料的相互作用 126

5.2.1 细胞表面与粘附分子 127

5.2.2 细胞与材料的界面反应 128

5.2.3 细胞迁移 132

5.2.4 细胞繁殖 134

5.2.5 生长因子 135

参考文献 140

第6章 生物医用材料 143

6.1 金属 143

6.1.1 金属植入物的制备过程 143

6.1.2 金属植入物的微观结构与性质 146

6.2 聚合物 155

6.2.1 均聚物 155

6.2.2 共聚物 158

6.3 智能高分子 159

6.3.1 溶液中的智能高分子 161

6.3.2 溶液中的智能高分子-蛋白质结合物 162

6.3.3 材料表面上的智能高分子 163

6.3.4 与蛋白质特定位点生物配对的智能高分子材料 164

6.3.5 智能高分子凝胶 165

6.3.6 对生物刺激敏感的智能凝胶 167

6.4 水凝胶 167

6.4.1 水凝胶的分类与基本结构 168

6.4.2 一些重要生物医用和药用水凝胶的性质 170

6.5 生物可吸收与生物可侵蚀材料 171

6.5.1 种类 171

6.5.2 目前可用的可降解聚合物 172

6.5.3 可降解材料的储存、消毒和包装 177

6.6 陶瓷、玻璃、玻璃-陶瓷 177

6.6.1 陶瓷材料-生物组织界面 177

6.6.2 可吸收磷酸钙 180

6.7 医用纤维和纺织品 181

6.7.1 生物医用纤维 182

6.7.2 电纺丝方法制备生物医用纤维 184

6.7.3 其他方法制备生物纤维 187

6.7.4 织物的检测和评价 189

6.7.5 纤维和织物的应用 189

6.8 复合材料 192

6.8.1 增强材料 193

6.8.2 基体材料 194

参考文献 196

第7章 生物医用材料表面性质与改性 200

7.1 材料表面性能 200

7.1.1 表面的基本概念 200

7.1.2 表面不规则性 201

7.1.3 表面多孔性 202

7.1.4 表面参数 202

7.2 材料表面分析技术 203

7.2.1 表面分析技术概述 204

7.2.2 接触角测定 205

7.2.3 电子能谱化学分析 206

7.2.4 二次离子质谱分析（SIMS） 208

7.2.5 扫描电子显微镜 211

7.2.6 红外光谱学 212

7.2.7 扫描隧道显微学、原子力显微学和扫描探针显微学 213

7.2.8 表面分析新方法 217

7.3 生物医用材料表面改性 219

7.3.1 生物医用材料表面改性的基本原理 222

7.3.2 生物材料表面改性方法 223

7.3.3 材料表面的等离子体处理 226

7.4 常用生物材料表面改性方法 227

7.4.1 仿生法化学改性 227

7.4.2 硅烷化 231

7.4.3 离子注入 232

7.4.4 Langmnuir-Blodgett（LB）膜沉积 233

7.4.5 自组装单层膜（SAM） 233

7.4.6 表面改性添加剂（SMA） 235

7.4.7 钝化处理 236

7.4.8 帕利灵（聚对二甲苯）涂层 236

7.4.9 激光涂覆 237

7.5 材料表面固定生物分子 237

7.5.1 表面修饰图案 238

7.5.2 固定化生物分子及应用 238

7.5.3 固定细胞配位体 240

7.5.4 材料表面固定分子的方法 240

参考文献 245

第8章 材料的生物相容性 248

8.1 概述 248

8.2 生物相容性概念和分类 249

8.2.1 血液相容性 250

8.2.2 组织相容性 257

8.3 材料反应 263

8.3.1 膨胀与浸析 264

8.3.2 腐蚀与溶解 266

8.3.3 蛋白质吸附与生物相容性 270

8.4 宿主反应 272

8.4.1 免疫反应 273

8.4.2 全身反应 280

参考文献 284

第9章 生物材料的检测与评价 288

9.1 概述 288

9.2 生物相容性的评价指标和方法 289

9.2.1 生物安全性原则 289

9.2.2 生物功能性原则 291

9.3 生物相容性的体外评估 292

9.3.1 基本概念 292

9.3.2 细胞培养方法 293

9.3.3 细胞和组织分析技术 297

9.3.4 临床应用 301

9.3.5 新的研究方向 301

9.4 生物相容性的体内评价 301

9.4.1 体内评价的必要性 301

9.4.2 移植场所 303

9.4.3 结缔组织——骨和骨骼肌软组织 304

9.4.4 结缔组织——皮下组织 305

9.4.5 肌肉 305

9.4.6 上皮组织 305

9.4.7 神经 306

9.4.8 外科手术方案和植入物的选择 306

9.4.9 组织反应的控制 307

9.4.10 组织反应的评价 307

9.4.11 组织学与组织化学 308

9.4.12 免疫组织化学 309

9.4.13 透射电子显微术 310

9.4.14 扫描电子显微术 311

9.4.15 生物化学 311

9.4.16 机械性能测试 311

9.4.17 组织反应可接受性的评价标准 312

9.5 血液-材料相互作用的测试 312

9.5.1 凝血过程与凝血途径 312

9.5.2 血栓形成 315

9.5.3 血液-材料相互作用评价 317

9.5.4 装置的体内实验评价 319

参考文献 321

第10章 材料在生物环境中的降解 325

10.1 概述 325

10.2 聚合物材料在生物环境中的降解 325

10.2.1 影响聚合物降解的因素 325

10.2.2 聚合物在生物环境中降解机理的探讨 330

10.3 金属材料在生物环境中的降解 337

10.3.1 金属材料在生物环境中的腐蚀 339

10.4 陶瓷材料在生物环境中的降解 344

参考文献 345

第11章 组织工程 348

11.1 组织工程概述 348

11.2 骨组织工程 351

11.3 肝组织工程 360

11.3.1 肝组织工程支架材料 361

11.3.2 肝组织工程的种子细胞 362

11.3.3 生长和分化因子 363

11.4 组织工程在其他方面的临床实践 364

11.4.1 皮肤 364

11.4.2 角膜 366

11.4.3 神经系统 366

11.4.4 胰腺 367

11.4.5 血管 368

11.4.6 心脏瓣膜 369

参考文献 370

第12章 仿生制备生物材料 373

12.1 仿生制备的基本原理 374

12.1.1 成分和结构仿生 374

12.1.2 过程和加工仿生 374

12.1.3 功能和性能仿生 375

12.2 生物矿化材料的自组装分级结构 375

12.2.1 珍珠的自组装分级结构 376

12.2.2 斑马鱼脊椎骨的自组装分级结构 376

12.2.3 象牙的自组装分级结构 378

12.2.4 人牙釉的自组装分级结构 379

12.2.5 鱼耳石的自组装分级结构 380

12.3 合成碳酸钙晶体的晶型及形貌控制 383

12.3.1 Mg离子作为添加剂 384

12.3.2 有机小分子作为添加剂 385

12.3.3 生物大分子作为添加剂 386

12.3.4 贝壳中提取蛋白质的体外模拟矿化 388

12.3.5 耳石中提取蛋白质的体外模拟矿化 391

12.4 微印法（micro-printing）实现结晶位点控制 398

12.5 采用过程仿生方法制备磷酸钙涂层 399

参考文献 400