生物医药工程研究领域一.生物材料：生物材料又称生物工艺学或生物技术，应用生物学和工程学的原理，对生物材料、生物所特有的功能，定向地组建成具有特定性状的生物新品种的综合性的科学技术

1.基本要求：1）.对生物体无害（生物性能）2）.有一定机械强度（机械性能）3）.有一定使用寿命（耐生物体老化性能）生物材料分类2.1.按材料功能划分：1）、血液相容性材料 如人工瓣膜、人工气管等；2）、软组织相容性材料 如隐形眼睛片的高分子材料，人工晶状体、软组织修补等领域；3）、硬组织相容性材料 如医用金属、聚乙烯等，关节、牙齿、其它骨骼等；4）、生物降解材料 如甲壳素、聚乳酸等，用于缝合线、药物载体、粘合剂等；5）、高分子药物多肽、人工合成疫苗等，用于糖尿病、心血管、癌症以及炎症等

2.2.按材料来源分类：1、自体材料2、同种异体器官及组织；3、异体器官及组织；4、人工合成材料；5、天然材料2.3.根据组成和性质分为：1、生物医用金属材料2、医用高分子材料3、医用无机非金属材料较优秀的生物医用金属材料有，医用不锈钢、钴基合金、钛及钛合金、镍钛形状记忆合金、金银等贵重金属、银汞合金、钽、铌等金属和合金

如（1）医用不锈钢：具有一定的耐腐蚀性和良好的综合力学性能，且加工工艺简便，是生物医用金属材料中应用最多，最广的材料

常用钢种有US304、316、316 L、317、317L等

医用不锈钢植入活体后，可能发生点蚀，偶尔也产生应力腐蚀和腐蚀疲劳

医用不锈钢临床前消毒、电解抛光和钝化处理，可提高耐蚀性

医用不锈钢在骨外科和齿科中应用较多

(2) 钴基合金：钴基合金人体内一般保持钝化状态，与不锈钢比较，钴基合金钝化膜更稳定，耐蚀性更好

在所有医用金属材料中，其耐磨性最好，适合于制造体内承载苛刻的长期植入件

在整形外科中，用于制造人工髋关节、膝关节以及接骨板、骨钉、关节扣钉和骨针等

在心脏外科中，用于制造人工心脏瓣膜等

2.4.按应用对象和材料物理性能分为软组织材料、硬组织材料和生物降解材料

其可满足人体组织器官的部分要求，因而在医学上受到广泛重视

目前已有数十种高分子材料适用于人体的植入材料

如软组织材料：故主要用作为软组织材料，特别是人工脏器的膜和管材

聚乙烯膜、聚四氟乙烯膜、硅橡胶膜和管，可用于制造人工心脏、喉头

聚酯纤维可用于制造血管、腹膜等

硬组织材料：丙烯酸高分子(即骨水泥)、聚碳酸醋、超高分子量聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）、尼龙、硅橡胶等可用于制造人工骨和人工关节

降解材料：脂肪族聚醋具有生物降解特性，已用于可接收性手术缝线

生物医用无机非金属材料2.5.生物无机材料主要包括生物陶瓷、生物玻璃和医用碳素材料

按植入生物活体内引起的组织与材料反应，生物陶瓷分为: 1近于惰性的生物陶瓷，如氧化铝生物陶瓷、氧化锆生物陶瓷、硼硅酸玻璃；2表面活性生物陶瓷，如磷酸钙基生物陶瓷、生物活性玻璃陶瓷；3可吸收性生物陶瓷，如偏磷酸三钙生物陶瓷、硫酸钙生物陶瓷

如：生物活性玻璃陶瓷植入活体后，能够与体液发生化学反应，并在组织表面生成羚基磷灰石层，故可用于人工种植牙根、牙冠、骨充填料和涂层材料

与自然骨比较，生物活性玻璃陶瓷虽然具有较高的强度，但韧性较差，弹性模量过高，易脆断，在生理环境中抗疲劳性能较差，目前还不能直接用于承力较大的人工骨

医用碳素材料：具有接近于自然骨的弹性模量

医用碳素材料疲劳性能最优，强度不随循环载荷作用而下降

无序堆垛的碳材料耐磨性理想

医用碳素材料在生理环境中较稳定，近于惰性，具有较好的生物相容性，不会引起凝血和溶血反应，特别适合于在生理环境中使用

医用碳材料已大量用于心血管系统的修复，如人工心脏瓣膜、人工血管

还可作为金属和聚合物的涂层材料

生物医用复合材料：生物医用复合材料是由二种或二种以上不同材料复合而成的

2.6.按基材分为：高分子基、陶瓷基、金属基等生物医用复合材料

按增强体形态和性质分为纤维增强、颗粒增强、生物活性物质充填生物医用复合材料

按材料植入体内后引起的组织与材料反应分为：生物惰性、生物活性和可吸收性生物医用复合材料二.生物力学：生物力学（biomechanics ）生物力学是应用力学原理和方法对生物体中的力学问题定量研究的生物物理学分支

其研究范围从生物整体到系统、器官(包括血液、体液、脏器、骨骼等)，从鸟飞、鱼游、鞭毛和纤毛运动到植物体液的输运等

生物力学的基础是能量守恒、动量定律、质量守恒三定律并加上描写物性的本构方程

生物力学研究的重点是与生理学、医学有关的力学问题

依研究对象的不同可分为生物流体力学、生物固体力学和运动生物力学等

1.最基本的研究内容：本构规律：应力与应变的规律本构方程：数学的形式表达出来2.生物力学的研究要同时从力学和组织学、生理学、医学等两大方面进行研究，即将宏观力学性质和微观组织结构联系起来，因而要求多学科的联合研究或研究人员具有多学科的知识

3. 生物固体力学：生物固体力学是利用材料力学、弹塑性理论、断裂力学的基本理论和方法，研究生物组织和器官中与之相关的力学问题

在近似分析中，人与动物骨头的压缩、拉伸、断裂的强度理论及其状态参数都可应用材料力学的标准公式

但是，无论在形态还是力学性质上，骨头都是各向异性的

4. 生物流体力学：生物流体力学是研究生物心血管系统、消化呼吸系统、泌尿系统、内分泌以及游泳、飞行等与水动力学、空气动力学、边界层理论和流变学有关的力学问题

5.. 运动生物力学：运动生物力学是用静力学、运动学和动力学的基本原理结合解剖学、生理学研究人体运动的学科

用理论力学的原理和方法研究生物是个开展得比较早、比较深入的领域

三.生物系统建模与仿真:1.建模：对生物的细胞、器官和整体各个层次的行为、参数及其关系建立数学模型的工作，最终希望用数学的形式表达

2.仿真：用电子计算机求解生物系统的数学模型以分析和预测各种条件下生物体系统运作机制和状态的工作

3.应用：应用于人体参数的异常进行诊断、治疗4. 生物系统的建模与仿真研究是刚刚兴起、远未成熟的学科领域，今后将在生物系统各层次上继续发展建模与仿真研究，以加深对生物系统功能的了解，对疾病诊断、治疗和预防提供指导；通过建模方法的改进和生物实验验证工作的加强，建模研究将向精确化和实用化方向发展；随着计算机科学的进步，将会促进综合的、复杂的模型的建模与仿真研究

我们已经从3个方面展开研究： 已对心电偶极学说作了全面的研究，改进了模型，提出了从人体，心电等势线图中寻找诊断冠心病的最灵敏导联的概念；己建立了一套用生物电阻抗法无创测量心功能参数的理论模型和实验研究系统

与本校热带研究所一道进行了“全军防止消化道传染病模型及干预的研究”

四.物理因子在治疗中的应用：1. 定义：物理因子治疗应用天然或人工物理因子的物理能，通过神经、体液、内分泌等生理调节机制作用于人体，以达到预防和治疗疾病的方法

2. 物理因子能主要包括声、光、电、磁等

3. 物理因子治疗的分类 ：1）.人工的物理因子能A.电疗法：直流电疗法：直流电药物离子导入法;B.静电疗法：静电场；电离空气疗法，人工的或自然界；C.光疗法：红外线，紫外线，激光 ；D.超声波疗法：> 20KHz,800-1000KHz ;E.水疗法：浸浴，漩涡浴，蒸汽浴、药洗 ;F.温热疗法：石蜡，化学热袋、药喷 ;G.磁疗法：磁片，磁块，旋磁，电磁感应 ;H.冷疗法 ;I.手法、按摩及牵引2).应用大自然的物理因子: 日光疗法，空气疗法、海水浴疗法、温（矿）泉疗法等

从作用机理来说：属刺激疗法 ;从治疗方面来说：属外治疗、也有深达作用 ;从临床应用来说：用于诊断、预防和治疗

4. 物理疗法是利用各种物理能量，包括电能、光能、热能、机械能等作用于机体，引起人体各种反应，借以促进、调节、维持或恢复各种生理功能，影响病理过程或克制病因，从而达到预防和治疗疾病的目的

1）直接作用：a.）对机体组织器官 ;b.）对致病因子2）神经反射作用：一个完整的神经反射弧包括以下五个部分：感受器→传入神经纤维→中枢神经→传出神经纤维→反应器3） 体液作用 血液循环、淋巴循环等促进机体新陈代谢

5.介入性疗法：在动态图像引导下把精巧的手术器械经腔口等送到病患的部位进行手术6.微波与超声波：热源的肿瘤加热法，有点不损伤正常细胞，加热疗法的研究动向：热源、加热区域定位、体内测量与控制等方面

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