生物材料

緒論——生物材料與生命質(zhì)量熊黨生生物材料緒論熊黨生1緒論-生物材料與生命質(zhì)量2生物學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)與生物相容性3生物醫(yī)用金屬材料4生物醫(yī)用陶瓷材料5生物醫(yī)用高分子材料6生物材料表面改性7納米生物材料8組織工程簡(jiǎn)介1緒論-生物材料與生命質(zhì)量主要教材熊黨生，生物材料與組織工程，科學(xué)出版社2.李世普.生物醫(yī)用材料導(dǎo)論，武漢:武漢工業(yè)大學(xué)出版社3.阮建明,鄒儉鵬,黃伯云.生物材料學(xué)，北京:科學(xué)出版社主要教材南非“無(wú)腿飛人”皮斯托瑞斯提高生命質(zhì)量是人類(lèi)追求的目標(biāo)因疾病，自然災(zāi)害、交通事故和局部戰(zhàn)爭(zhēng)等，導(dǎo)致人類(lèi)每年發(fā)生創(chuàng)傷的人數(shù)約有數(shù)千萬(wàn)南非“無(wú)腿飛人”皮斯托瑞斯提高生命質(zhì)量是人類(lèi)追求的目標(biāo)蘇利文和米歇爾在展示他們的仿生手臂蘇利文和米歇爾在展示他們的仿生手臂美國(guó)加州大學(xué)的一位教授對(duì)人的生命質(zhì)量提出新說(shuō)“生得好”五官端正（外科整形美容），沒(méi)有疾病?！盎畹瞄L(zhǎng)”就是希望每個(gè)人都能長(zhǎng)命百歲。隨著科技發(fā)展（包括醫(yī)學(xué)和生物材料的進(jìn)步），人們壽命不斷提高。

日本84歲。尼日爾、阿富汗（均42歲）

國(guó)人平均壽命達(dá)到75歲，比10年前提高3歲“病得晚”“死得快”“細(xì)胞分裂”學(xué)說(shuō)。這種學(xué)說(shuō)用細(xì)胞分裂次數(shù)來(lái)推算出人的壽命。人的壽命應(yīng)為110年美國(guó)加州大學(xué)的一位教授對(duì)人的生命質(zhì)量提出新說(shuō)“細(xì)胞分裂生物醫(yī)用材料生物材料是一類(lèi)可對(duì)機(jī)體組織進(jìn)行診斷治療、替換修復(fù)或誘導(dǎo)再生的天然或人工合成的特殊功能材料，其研究和應(yīng)用涉及材料學(xué)，生物學(xué)，醫(yī)學(xué)，工程學(xué)等多種學(xué)科，具有知識(shí)、技術(shù)密集和多學(xué)科交叉的特點(diǎn)材料科學(xué)生物學(xué)醫(yī)學(xué)工程學(xué)生物醫(yī)用材料生物材料是一類(lèi)可對(duì)機(jī)體組織進(jìn)行診斷治療、替換修復(fù)發(fā)展簡(jiǎn)史古代（利用天然物質(zhì)和材料治?。?/p>

公元前5000年，中國(guó)、羅馬，黃金修補(bǔ)牙齒

公元前3500年，古埃及，棉花纖維、馬鬃等縫合傷口

公元前2500年，中國(guó)、埃及，假手、假鼻、假耳等人工假體

隋末唐初，銀膏補(bǔ)牙，成分是銀、錫、汞發(fā)展簡(jiǎn)史古代（利用天然物質(zhì)和材料治?。┌l(fā)展簡(jiǎn)史近代

最先應(yīng)用于臨床實(shí)踐的金屬材料是金、銀、鉑等貴重金屬。（良好的化學(xué)穩(wěn)定性和易加工性）1851年發(fā)明天然橡膠的硫化方法后，開(kāi)始利用天然高分子硬橡木制作人工牙托和顎骨進(jìn)行臨床治療；1892年，用硫酸鈣填充骨缺損，這是陶瓷材料植入人體的最早實(shí)例。發(fā)展簡(jiǎn)史近代人工血管、人工骨等骨水泥生物陶瓷構(gòu)架生物玻璃發(fā)展簡(jiǎn)史關(guān)節(jié)、支架等牙科、骨科口腔科骨科不銹鋼鈦生物陶瓷醫(yī)用高分子現(xiàn)代（20世紀(jì)開(kāi)始）人工血管、人工骨等骨水泥生物陶瓷構(gòu)架生物玻璃發(fā)展簡(jiǎn)史關(guān)節(jié)、支JohnCharnley1911-1982現(xiàn)代人工關(guān)節(jié)JohnCharnley現(xiàn)代人工關(guān)節(jié)國(guó)內(nèi)人工關(guān)節(jié)需求以人工關(guān)節(jié)為例，國(guó)內(nèi)潛在市場(chǎng)需求量巨大（300萬(wàn)套），高品質(zhì)人工關(guān)節(jié)被國(guó)外占領(lǐng)，價(jià)格昂貴，導(dǎo)致90%患者得不到有效治療，嚴(yán)重影響了國(guó)人的生活質(zhì)量。迫切需要研究新型低成本、長(zhǎng)壽命人工關(guān)節(jié)技術(shù)。30%70%國(guó)內(nèi)人工關(guān)節(jié)需求以人工關(guān)節(jié)為例，國(guó)內(nèi)潛在市場(chǎng)需求量巨大（30國(guó)內(nèi)生物材料及制品需求775萬(wàn)肢殘患者和每年新增的300萬(wàn)骨損傷患者--------需要大量骨修復(fù)材料2000萬(wàn)心血管病患者--------每年需要24萬(wàn)套人工心瓣膜腎衰患者--------每年需要12萬(wàn)個(gè)腎透析器假牙行業(yè)前年產(chǎn)量約8650萬(wàn)顆--------市場(chǎng)需求規(guī)模達(dá)到43.5億元400萬(wàn)名角膜病盲患者角膜捐獻(xiàn)年僅3000例左右--------計(jì)劃用五年左右實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)30萬(wàn)枚眼角膜國(guó)內(nèi)生物材料及制品需求775萬(wàn)肢殘患者和每年新增的300萬(wàn)骨發(fā)展趨勢(shì)預(yù)計(jì)到2015年，全球的生物醫(yī)用材料和組織工程產(chǎn)品市場(chǎng)價(jià)值將達(dá)到7000億美元以上。我國(guó)人工關(guān)節(jié)替換年增長(zhǎng)率高達(dá)30％，遠(yuǎn)高于美國(guó)的4％需求量大，近十年來(lái)市場(chǎng)年增長(zhǎng)率卻高達(dá)20%—27%，占國(guó)際市場(chǎng)份額不到3%。二是從潛在需求來(lái)看，就醫(yī)療器械的人年均消耗額計(jì)，我國(guó)僅為7美元左右，美國(guó)則高達(dá)300美元以上。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人民生活水平的提高，以及人口老齡化，我國(guó)對(duì)生物醫(yī)用材料及制品的需求越來(lái)越大發(fā)展趨勢(shì)預(yù)計(jì)到2015年，全球的生物醫(yī)用材料和組織工程產(chǎn)品市生物材料的分類(lèi)１、醫(yī)用金屬材料：包括不銹鋼、鈷基合金、鈦及其合金等，廣泛應(yīng)用于人工假體、人工關(guān)節(jié)、醫(yī)療器械等２、醫(yī)用無(wú)機(jī)材料：主要是生物陶瓷，如氧化鋁生物陶瓷、磷酸鈣基生物陶瓷等３、醫(yī)用高分子材料：根據(jù)來(lái)源分為天然的和合成的，主要用于人體器官、組織、關(guān)節(jié)、藥物載體等４、醫(yī)用復(fù)合材料：不同種材料的混合或結(jié)合，克服單一材料的缺點(diǎn)，可獲得性能更優(yōu)的材料生物材料的分類(lèi)１、醫(yī)用金屬材料：包括不銹鋼、鈷基合金、鈦及其生物材料的使用性能生物材料是研制人工器官及一些重要醫(yī)療技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)，每一種新型生物材料的發(fā)現(xiàn)都引起了人工器官及醫(yī)療技術(shù)的飛躍。不同的生物材料具有不同的使用性能。一般而言，臨床醫(yī)學(xué)對(duì)生物醫(yī)學(xué)材料有以下基本的要求：無(wú)毒性，不致癌，不致畸，不引起人體細(xì)胞的突變和組織細(xì)胞的反應(yīng)；化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，抗體液、血液及酶的作用（接觸人體各種體液（唾液、淋巴液、血液）時(shí)，應(yīng)有良好的耐蝕性。唾液、血液、間質(zhì)液都是以Clˉ、Na+、K+離子為主的電解質(zhì)溶液，生物材料在這種溶液中應(yīng)不發(fā)生反應(yīng)、腐蝕和變質(zhì)）；玻璃鋼人工顱蓋骨高分子與鈦合金人造髖骨生物材料的使用性能生物材料是研制人工器官及一些重要醫(yī)療技術(shù)的與人體組織相容性好，不引起中毒、溶血凝血、發(fā)熱和過(guò)敏等現(xiàn)象；具有與天然組織相適應(yīng)的物理機(jī)械特性；針對(duì)不同的使用目的具有特定的功能。（如髖關(guān)節(jié)在靜止?fàn)顟B(tài)承受體重的二分之一，水平步行時(shí)承受的重量為靜止時(shí)的3.3倍，而跑步時(shí)則為4倍以上。此外,每步行一公里大約活動(dòng)1000次，按照一般的生活情況,每年大約承受1×106~3×106次重復(fù)負(fù)荷的作用）。Ti-O薄膜表面血小板的形態(tài)(好)Ti表面血小板的形態(tài)(差)與人體組織相容性好，不引起中毒、溶血凝血、發(fā)熱和過(guò)敏等現(xiàn)象；醫(yī)用金屬材料定義：一類(lèi)用作生物材料的金屬或合金，又稱(chēng)外科用金屬材料。性質(zhì)：生物惰性材料較高的機(jī)械強(qiáng)度和抗疲勞性能良好的生物力學(xué)性能及相關(guān)的物理性質(zhì)優(yōu)良的抗生理腐蝕性、生物相容性、無(wú)毒性種類(lèi)：有鈷合金（Co-Cr-Mo）、鈦合金（Ti-6A1-4V）和不銹鋼的人工關(guān)節(jié)和人工骨。鎳鈦形狀記憶合金具有形狀記憶的智能特性，能夠用于矯形外科、心血管外科。形狀記憶合金具有奇特的形狀記憶功能、質(zhì)輕、磁性微弱、強(qiáng)度較高、耐疲勞性能、高回彈性和生物相容性好等，在管腔狹窄的治療、骨科、口腔科和血管外科具有廣泛的應(yīng)用。醫(yī)用金屬材料1、不銹鋼不銹鋼成本低，但在體內(nèi)有腐蝕和組織反應(yīng)等,不銹鋼中添加Mo可克服鉻鈍化膜在氧化環(huán)境中耐腐蝕性能,如加Mo的316、317。降低碳含量，如使用超低碳不銹鋼骨釘?shù)?16L可防止晶間腐蝕.常用來(lái)制作各種人工關(guān)節(jié)和骨折內(nèi)固定器、截骨連接器等，也用于牙科等各種器件制造。骨吸收和骨小梁形成1、不銹鋼不銹鋼骨釘?shù)?16L可防止晶間腐蝕.常用來(lái)2、鈷基合金加Mo的鈷基合金，已用于生物體中。例如Co-Cr-Ni-Fe-Mo合金用在牙科和整形外科，這種合金的耐腐蝕性是一般不銹鋼如316的40倍。鈷基鉻鉬合金的生物相容性超過(guò)鐵鉻鎳和鈷鉻合金。鈷基合金的耐磨性是所有醫(yī)用金屬材料中最好的，與不銹鋼相比，更適于制造體內(nèi)承載苛刻的長(zhǎng)期植入件.

CoCrMo合金制股骨帽2、鈷基合金相容性超過(guò)鐵鉻鎳和鈷鉻合金。鈷基合金的耐磨性是所3、鈦與鈦合金以純鈦和TC4(Ti-6Al-4V)為主，這類(lèi)合金強(qiáng)度不如鈷合金,但耐腐蝕性好，與人體組織反應(yīng)很弱，鈦合金的密度小，彈性模量低，接近于天然骨。廣泛用于制作各種人工關(guān)節(jié)、接骨板、骨螺釘與骨折固定針等，也用于制作牙根種植體等，呈現(xiàn)出良好的耐疲勞性能。3、鈦與鈦合金廣泛用于制作各種人工關(guān)節(jié)、接骨板、骨螺釘與骨折金剛石涂覆的膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)頭鈦合金表面離子注入改性金剛石涂覆的膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)頭鈦合金表面離子注入改性4、形狀記憶合金用于制作脊椎側(cè)彎癥矯形器械、牙科器件、血栓過(guò)濾器、血管擴(kuò)張支架、血管栓塞器等。脊椎矯正植入體食管支架血管支架牙齒矯形絲血管和食管引導(dǎo)絲4、形狀記憶合金脊椎矯正植入體食管支架血管支架牙齒矯形絲血管5、貴金屬通常是指金、銀、鉑及其合金。貴金屬耐腐蝕、抗蠕變,對(duì)機(jī)體組織無(wú)毒，刺激性小,導(dǎo)電性好。金合金主要用于口腔科，貴金屬合金還可用于植入形電極與電子裝置等.5、貴金屬導(dǎo)電性好。金合金主要用于口腔科，貴金屬合金還可用于生物醫(yī)學(xué)高分子材料生物醫(yī)學(xué)高分子材料有天然的和合成的兩種。醫(yī)用天然高分子材料：具有優(yōu)越的血液和組織相容性不易引起抗體產(chǎn)生，植入人體后無(wú)刺激性無(wú)毒性反應(yīng)，能促進(jìn)細(xì)胞增殖，加快創(chuàng)口愈合并具有可降解性可被人體吸收，降解產(chǎn)物也無(wú)毒副作用主要用于傷口敷料、藥物緩釋劑、止血棉止血?jiǎng)┑?。合成高分子生物材料：利用聚合方法制備的一?lèi)生物材料。軟性材料常用來(lái)作為人體軟組織如血管、食道和指關(guān)節(jié)等的代用品；合成的硬材料可以用來(lái)作人工硬腦膜、籠架球形的人工心臟瓣膜的球形閥等；液態(tài)的合成材料如室溫硫化硅橡膠可以用來(lái)作注入式組織修補(bǔ)材料。合成高分子材料有可能導(dǎo)致毒性反應(yīng)，其彈性模量低和彈性低常使其不能用于承受較大負(fù)荷的體位的修復(fù)。目前合成高分子生物材料主要用作防噪音耳塞、人造血管、人工晶體、鼓膜修補(bǔ)片等。表1-1中列舉了幾種合成的或改性的天然材料的醫(yī)學(xué)應(yīng)用。生物醫(yī)學(xué)高分子材料凝膠型高分子材料：特殊的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)良的力學(xué)性能，如可承受較大形變能力、生物相容性好、化學(xué)性能穩(wěn)定及良好的可成型性廣泛應(yīng)用于關(guān)節(jié)軟骨、椎間盤(pán)髓核缺損的修復(fù)和角膜接觸鏡等的研制。無(wú)機(jī)生物醫(yī)學(xué)材料：無(wú)毒、與生物體組織有良好的生物相容性、耐腐蝕。包括生物陶瓷、生物玻璃和碳素材料三大類(lèi)，主要用于齒科、骨科修復(fù)和植入材料。惰性生物陶瓷（如氧化鋁、醫(yī)用碳素材料等）：較高的強(qiáng)度，耐磨性能良好，分子中的鍵力較強(qiáng)。生物活性陶瓷（如羥基磷灰石和生物活性玻璃等）：能在生理環(huán)境中逐步降解和吸收，或與生物機(jī)體形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵結(jié)合的特性。無(wú)機(jī)生物材料基本都是脆性材料，容易破裂，發(fā)展方向應(yīng)向開(kāi)發(fā)復(fù)合生物材料以及在金屬基體上加涂無(wú)機(jī)生物陶瓷涂層（薄膜）材料的方面引導(dǎo)。凝膠型高分子材料：生物醫(yī)學(xué)復(fù)合材料：生物醫(yī)學(xué)復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同材料復(fù)合而成的生物醫(yī)學(xué)材料，主要用于修復(fù)或替換人體組織、器官或增進(jìn)其功能以及人工器官的制造。鈷合金和聚乙烯組織的假體常用作關(guān)節(jié)材料；碳-鈦合成材料是臨床應(yīng)用良好的人工股骨頭；高分子材料與生物高分子（如酶、抗源、抗體和激素等）結(jié)合可以作為生物傳感器。生物醫(yī)學(xué)衍生材料：經(jīng)過(guò)特殊處理的天然生物組織形成的生物醫(yī)學(xué)材料無(wú)生物活力的材料，但是由于具有類(lèi)似天然組織的構(gòu)型和功能，在人體組織的修復(fù)和替換中具有重要作用，主要用作皮膚掩膜、血液透析膜、人工心臟瓣膜（如圖1-2所示）等。雜化生物材料：由活體材料和非活體材料組成的復(fù)合體主要包括合成材料與生物體高分子材料或與細(xì)胞的雜化。雜化生物材料主要用于人工胰臟、人工肝臟、人工胸腺、人工腎臟、人工皮和人工血管等。生物醫(yī)學(xué)復(fù)合材料：皮膚骨氣管軟骨心瓣血管肝角膜肌腱膀胱周?chē)窠?jīng)腎生物材料的應(yīng)用

皮膚骨氣管軟骨心瓣血管肝角膜肌腱膀胱周?chē)窠?jīng)腎生物材料的應(yīng)生物材料的應(yīng)用生物材料的應(yīng)用應(yīng)用材料種類(lèi)骨骼系統(tǒng)關(guān)節(jié)置換體（髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)）固定骨折部位的骨板骨水泥骨缺損修復(fù)人工肌腱和韌帶用于補(bǔ)牙的牙科植入體心血管系統(tǒng)血管彌補(bǔ)心臟瓣膜導(dǎo)尿管器官人工心臟皮膚修復(fù)樣板人工腎臟心-肺機(jī)感覺(jué)器官耳蝸置換眼內(nèi)鏡角膜接觸鏡角膜繃帶Ti、Ti-Al-V合金、不銹鋼、聚乙烯不銹鋼、Co-Cr合金聚甲基丙烯酸甲酯羥基磷灰石Teflon,DacronTi、Al、Ca、磷酸鹽滌綸,特氟隆(聚四氟乙烯),聚氨酯再生組織、不銹鋼、C硅橡膠、聚四氟乙烯、聚氨酯聚氨酯硅-膠原質(zhì)復(fù)合材料纖維素、聚丙烯腈硅橡膠鉑電極聚甲基丙烯酸甲酯、硅橡膠、水凝膠硅-丙烯酸樹(shù)脂、水凝膠膠原質(zhì)、水凝膠表1-1合成材料和改性的天然材料的醫(yī)學(xué)應(yīng)用應(yīng)用材料種類(lèi)骨骼系統(tǒng)表1-1合成材料和改性的天然材料的醫(yī)學(xué)人造心臟瓣膜人工心臟瓣膜是可植入心臟內(nèi)代替心臟瓣膜(主動(dòng)脈瓣,肺動(dòng)脈瓣,三尖瓣,二尖瓣),能使血液?jiǎn)蜗蛄鲃?dòng),具有天然心臟瓣膜功能的人工器官。人造心臟瓣膜人工心臟瓣膜是可植入心臟內(nèi)代替心臟瓣膜(主動(dòng)脈瓣假牙1960年，當(dāng)人們初步解決了金屬陶瓷相互匹配的問(wèn)題后，烤瓷熔附金屬工藝（PFM）誕生了。它克服了單純瓷材料本身強(qiáng)度不足的缺點(diǎn)，兼有瓷的美觀(guān)與金屬的強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)不茍言笑的美國(guó)總統(tǒng)華盛頓，仔細(xì)觀(guān)察這位總統(tǒng)的肖像，你會(huì)發(fā)覺(jué)，這位美國(guó)總統(tǒng)的嘴巴，永遠(yuǎn)都是緊閉著！原因是他滿(mǎn)口假牙。假牙1960年，當(dāng)人們初步解決了金屬陶瓷相互匹配的問(wèn)題后，烤人造血管ascularprosthesis一種修復(fù)和替代生物血管的假體。由于與血液直接接觸使用，必須滿(mǎn)足血液相容性的要求，即有抗凝血性和不影響血液的組成和性質(zhì)人造血管ascularprosthesis一種修復(fù)和替代人工聽(tīng)小骨假體采用增強(qiáng)含微孔羥基磷灰石(HA)陶瓷制成人工聽(tīng)小骨假體，在語(yǔ)言頻率范圍，平均提高病人的聽(tīng)力20-30dB，在特定語(yǔ)言頻率范圍提高45～60dB。人工聽(tīng)小骨假體采用增強(qiáng)含微孔羥基磷灰石(HA)陶瓷制成人工聽(tīng)美容整形韓國(guó)“美女”都是人造的？美容整形韓國(guó)“美女”都是人造的？隆鼻材料自身組織硅橡膠聚四氟乙烯優(yōu)點(diǎn)：最具有組織親和力缺點(diǎn)：從自身提取易留疤優(yōu)點(diǎn)：塑形容易，一次性手術(shù)就可同時(shí)抬高鼻梁和鼻尖。缺點(diǎn)：形成的纖維包裹會(huì)收縮，會(huì)出現(xiàn)手術(shù)痕跡，鼻尖易發(fā)紅，少數(shù)人有過(guò)敏現(xiàn)象。優(yōu)點(diǎn)：比硅橡膠軟，鼻尖無(wú)發(fā)紅現(xiàn)象，遠(yuǎn)期固定性好，無(wú)痕跡。缺點(diǎn)：因固化性能好，拆除困難，價(jià)格比硅橡膠高。隆鼻材料自身組織硅橡膠聚四氟乙烯優(yōu)點(diǎn)：最具有組織親和力優(yōu)點(diǎn)：隆下巴材料硅膠假體價(jià)格低廉、輕易雕刻，在臨床使用上最為常用

體骨

異體下頜骨

不存在排異，但需要另外手術(shù)取骨，增加患者的痛苦。

不需要特別雕刻，但由于供體有限，且排異系數(shù)偏高，臨床上很少應(yīng)用。

隆下巴材料硅膠假體價(jià)格低廉、輕易雕刻，在臨床使用上最為常用乳房修復(fù)

乳腺腫瘤

美容整形

始于1962年常用的硅膠材料乳房修復(fù)乳腺腫瘤常用的硅膠材料生物降解材料生物降解支架：植入組織后，材料通過(guò)體液溶解吸收或被代謝系統(tǒng)排出體外，最終使缺損的部位完全被新生的組織所取代靶向藥物載體：納米級(jí)粒子包裹的智能藥物進(jìn)入人體后，可主動(dòng)搜索并攻擊癌細(xì)胞或修補(bǔ)損傷組織。生物降解材料生物降解支架：植入組織后，材料通過(guò)體液溶解吸收或3D打印技術(shù)3D打?。?Dprinting），即快速成形技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印技術(shù)3D打?。?Dprinting），即快速成形技3D打印原理3D打印機(jī)3D打印機(jī)將虛擬的數(shù)字化三維模型直接轉(zhuǎn)變成了實(shí)體模型3D打印原理3D打印機(jī)建筑行業(yè)3D打印案例建筑行業(yè)3D打印案例3D打印房產(chǎn)銷(xiāo)售領(lǐng)域應(yīng)用建筑外觀(guān)模型打印3D打印房產(chǎn)銷(xiāo)售領(lǐng)域應(yīng)用3D打印房產(chǎn)銷(xiāo)售領(lǐng)域應(yīng)用個(gè)性家裝設(shè)計(jì)及建筑戶(hù)型模型打印3D打印房產(chǎn)銷(xiāo)售領(lǐng)域應(yīng)用建筑行業(yè)3D打印案例建筑行業(yè)3D打印案例工業(yè)設(shè)計(jì)3D打印案例工業(yè)設(shè)計(jì)3D打印案例時(shí)裝設(shè)計(jì)3D打印案例時(shí)裝設(shè)計(jì)3D打印案例日常用品3D打印案例日常用品3D打印案例玩具打印3D打印案例玩具打印3D打印案例生物３D打印

3D打印出人體器官？這或許在20年前根本不能想象，如今卻有可能通過(guò)3D生物打印機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。使用特定的“生物墨水”－細(xì)胞，打印出具有功能性的人體組織，最終實(shí)現(xiàn)人體器官的打印。近日，美國(guó)維克森林大學(xué)的科學(xué)家成功利用3D打印技術(shù)打印人體細(xì)胞的生物可降解支架，而后利用支架培育耳朵和鼻子等仿真度極高的面部器官，例如耳朵和鼻子。生物３D打印3D打印出人體器官？這或許在20年前根概念

生物3D打印可根據(jù)研究者的需要，用生物材料和細(xì)胞打印各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的支架和組織器官模型，從而為材料科學(xué)、組織工程、干細(xì)胞和癌癥等領(lǐng)域研究者提供新的研究工具。概念生物3D打印可根據(jù)研究者的需要，用生物材料和細(xì)胞生物材料與生命質(zhì)量ppt課件3D生物打印技術(shù)種子細(xì)胞與支架材料同時(shí)構(gòu)建的實(shí)現(xiàn)

由傳統(tǒng)的噴墨打印機(jī)獲得靈感：將打印機(jī)的“墨水盒”內(nèi)按需裝入配比好的混入種子細(xì)胞的液態(tài)材料，組成“生物墨水”；從而從打印機(jī)的噴頭中同時(shí)噴出種子細(xì)胞和支架材料。3D生物打印技術(shù)種子細(xì)胞與支架材料同時(shí)構(gòu)建的實(shí)現(xiàn)3D生物打印技術(shù)同時(shí)打印器官內(nèi)不同組分的實(shí)現(xiàn)

依據(jù)彩色噴墨打印機(jī)具有不同顏色的墨盒槽的原理，選擇不同的細(xì)胞、營(yíng)養(yǎng)成分、支架材料等按不同配比裝入不同的色槽，從而構(gòu)成“彩色生物墨水”，實(shí)現(xiàn)按需的組織學(xué)裝配，同時(shí)打印出組織器官內(nèi)的不同組分。3D生物打印技術(shù)同時(shí)打印器官內(nèi)不同組分的實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)可實(shí)現(xiàn)種子細(xì)胞和支架材料的同時(shí)構(gòu)建可實(shí)現(xiàn)同時(shí)打印組織器官內(nèi)的不同組分打印出的細(xì)胞、器官或組織與母體的排斥小，甚至無(wú)排異反應(yīng)?？梢园葱枨笾圃斐龇蟼€(gè)體需求的單個(gè)器官或組織，便于實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)的個(gè)性化需求?？煽焖僦圃焐锝M織或器官，保證生物材料的活性，從而有利于再生醫(yī)藥、器官移植等未來(lái)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?？梢杂行Ы鉀Q移植器官來(lái)源不足的問(wèn)題。優(yōu)勢(shì)可實(shí)現(xiàn)種子細(xì)胞和支架材料的同時(shí)構(gòu)建Organovo公司的科學(xué)家利用3D打印機(jī)打印出肝臟，深0.5mm,寬4mm.它擁有很多與真正肝臟一樣的功能。Organovo公司的科學(xué)家利用3D打印機(jī)打印出肝臟，深0.3D生物打印面臨的難題噴射過(guò)程中的剪切力和液滴的沖擊力會(huì)對(duì)打印細(xì)胞液活性造成沖擊。因此，“生物墨水”的配制必須符合流體力學(xué)的要求。支架材料的可降解性及降解速率。要求所選打印方法對(duì)細(xì)胞既無(wú)毒性，也不會(huì)引起不可逆損傷，在整個(gè)打印過(guò)程中都要求是無(wú)菌化的。打印的構(gòu)建物可以進(jìn)行體外培養(yǎng)、增殖、分化、發(fā)育等后處理過(guò)程。打印時(shí)要保證細(xì)胞的活力和存活率。構(gòu)建的組織器官的再血管化問(wèn)題也非常關(guān)鍵，它是構(gòu)建組織/器官成活的關(guān)鍵，血管可以及時(shí)為種子細(xì)胞提供其成活所必需的營(yíng)養(yǎng)，并且可以排泄代謝廢物。3D生物打印面臨的難題噴射過(guò)程中的剪切力和液滴的沖擊力會(huì)對(duì)打(1)3D打印胎兒日本的Fasotec公司與HirooLadies診所合作推出了胎兒的3D打印服務(wù)。打印時(shí)將基于母親軀干部位的CT或MRI掃描結(jié)果輸入電腦,之后兩種不同的樹(shù)脂將會(huì)開(kāi)始打印3D模型,這項(xiàng)技術(shù)被稱(chēng)為Bio-Texture(生物紋理技術(shù))打印的結(jié)果將是白色的不透明胎兒包裹在母親透明的腹部中。(1)3D打印胎兒日本的Fasotec公司與Hiroo（2）3D打印腎腫瘤大多數(shù)患者都依靠他們的醫(yī)生破譯CT掃描中的黑色，白色和灰色圖像獲取自己腎臟信息。但是如果患者能有自己腎臟的3D模型，那么他們獲取的信息將更加全面清晰。杜蘭大學(xué)泌尿外科接受治療的6例患者在手術(shù)前，已經(jīng)看到了他們腎癌的3D模型。泌尿系腫瘤的部分負(fù)責(zé)人JonathanSilberstein博士提到展示給患者他們的腫瘤位置，以及腫瘤延伸到腎組織中有多深以及我們打算如何手術(shù)移除腫瘤。（2）3D打印腎腫瘤大多數(shù)患者都依靠他們的醫(yī)生破譯CT掃描中3D打印腎腫瘤紫外線(xiàn)激光器使用樹(shù)脂材料(類(lèi)似于塑料)打印腎臟模型。正常腎組織用清晰透明樹(shù)脂打印，腫瘤用紅色樹(shù)脂打印。3D打印腎腫瘤紫外線(xiàn)激光器使用樹(shù)脂材料(類(lèi)似于塑料)打印腎臟（4）3D打印胚胎干細(xì)胞英國(guó)科學(xué)家實(shí)驗(yàn)中用一個(gè)可調(diào)節(jié)“微型閥”制造多層人類(lèi)胚胎干細(xì)胞。改變噴嘴直徑可準(zhǔn)確控制分配細(xì)胞的速度。這些新的打印胚胎細(xì)胞保留了變成其他任何細(xì)胞類(lèi)型的能力。研究人員相信他們最后能用這項(xiàng)技術(shù)培育器官，排除器官捐贈(zèng)的需要以及出現(xiàn)免疫抑制和移植排斥等問(wèn)題的可能性。（4）3D打印胚胎干細(xì)胞英國(guó)科學(xué)家實(shí)驗(yàn)中用一個(gè)可調(diào)節(jié)“微型閥３D打印鈦合金人工膝關(guān)節(jié)３D打印鈦合金人工膝關(guān)節(jié)2011年6月，世界上首例由3D打印技術(shù)制作的人工下頜骨移植手術(shù)在荷蘭進(jìn)行，接受移植的病人是名患骨髓炎的83歲女性。手術(shù)后她的恢復(fù)良好，新的下頜骨并未影響她的進(jìn)食和語(yǔ)言能力3D打印技術(shù)制造的人工下頜骨2011年6月，世界上首例由3D打印技術(shù)制作的人工下頜骨移植借助3D打印技術(shù)英男子重獲完整臉部借助3D打印技術(shù)英男子重獲完整臉部壁虎螃蟹器官再造壁虎螃蟹器官再造

太乙真人以荷花的葉、藕、和絲為新軀，為哪吒再造了身體。后來(lái)的哪吒就是蓮花的化身。

太乙真人以荷花的葉、藕、和絲為新軀，為哪吒再造了身體。后組織工程羅伯特朗格范凱蒂美國(guó)化學(xué)工程師RobertLanger教授和麻省理工大學(xué)醫(yī)學(xué)院的臨床醫(yī)生JosephPVcanti正式提出了組織工程的概念。1987年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院基金會(huì)（NationalScienceFoundation，NSF）在加利福尼亞的LakeTahoe舉行的專(zhuān)家討論會(huì)上明確了組織工程的定義：“組織工程是運(yùn)用工程科學(xué)和生命科學(xué)的原理及方法，從根本上認(rèn)識(shí)正常和病理的哺乳動(dòng)物組織和結(jié)構(gòu)功能的關(guān)系，并研究生物學(xué)的替代物，以恢復(fù)、維持和改進(jìn)組織的生物替代物”.其目標(biāo)是利用細(xì)胞與生物支架材料的復(fù)合培養(yǎng)再生組織與器官,達(dá)到修復(fù)目的組織工程羅伯特朗格范凱蒂美國(guó)化學(xué)工程師RobertLan組織工程的基本原理是從機(jī)體內(nèi)獲得少量的活體組織，用特殊的酶或其他方法將細(xì)胞（又稱(chēng)種子細(xì)胞）從組織中分離出來(lái)并在體外進(jìn)行培養(yǎng)擴(kuò)增，然后將擴(kuò)增的細(xì)胞與具有良好生物相容性、可降解和可吸收的生物材料按一定的比例混合，使細(xì)胞粘附在生物材料上形成細(xì)胞-材料復(fù)合物。將該復(fù)合物植入機(jī)體的組織或器官病損部位，隨著生物材料在體內(nèi)逐漸被降解和吸收，植入的細(xì)胞在體內(nèi)不斷增殖并分泌細(xì)胞外基質(zhì)，最終形成相應(yīng)的組織或器官，達(dá)到修復(fù)創(chuàng)傷和重建功能的目的。組織工程的基本原理是從機(jī)體內(nèi)獲得少量的活體組織，用特殊的酶或生物組織是由細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)（由細(xì)胞分泌的固定在與細(xì)胞連續(xù)的空間里的一組復(fù)合物組成）和信號(hào)系統(tǒng)構(gòu)成。信號(hào)系統(tǒng)通過(guò)不同的基因或極聯(lián)基因活化而起作用，它們分泌或轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物負(fù)責(zé)引導(dǎo)組織構(gòu)建和分化.

細(xì)胞

組織生成↗↖支架生長(zhǎng)因子（信號(hào)）

組織工程三大要素

–細(xì)胞、支架、生長(zhǎng)因子（信號(hào)）

生物組織是由細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)（由細(xì)胞分泌的固定在與細(xì)胞連續(xù)的組織工程支架是指能與組織活體細(xì)胞結(jié)合并能植入生物體的三維結(jié)構(gòu)體，它是組織工程化組織的最基本構(gòu)架，組織工程支架材料最基本的特征是與活體細(xì)胞直接結(jié)合，如直接與成骨細(xì)胞結(jié)合的羥基磷灰石（HAP）、與軟骨細(xì)胞結(jié)合的聚乳酸（PLA）和聚羥基乙酸（PGA）網(wǎng)，與肝細(xì)胞結(jié)合的尼龍網(wǎng)等。除此之外，與生物系統(tǒng)結(jié)合也是組織工程支架材料的基本特征，如直接植入生物體的組織工程化軟骨、骨、肌腱、牙、肺、肝、腎等組織與機(jī)體的結(jié)合等。除應(yīng)滿(mǎn)足各種理化性質(zhì)要求，組織工程支架材料毫無(wú)例外都必須具備細(xì)胞相容性和組織相容性組織工程支架是指能與組織活體細(xì)胞結(jié)合并能植入生物體的三維結(jié)構(gòu)種子細(xì)胞是組織工程研究的基礎(chǔ)，也是制約組織工程發(fā)展的瓶頸。其主要原因是許多組織細(xì)胞（如軟骨細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞）的供體來(lái)源和擴(kuò)增能力均非常有限，無(wú)法通過(guò)取少量組織體外擴(kuò)增細(xì)胞來(lái)構(gòu)建大塊組織，很難實(shí)現(xiàn)“小損傷修復(fù)大缺損”的組織工程基本設(shè)想。隨著研究的不斷發(fā)展，從干細(xì)胞（包括胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞）逐漸進(jìn)入組織工程種子細(xì)胞研究領(lǐng)域，并越來(lái)越成為研究的重點(diǎn)。干細(xì)胞來(lái)源廣，增殖力強(qiáng)，又能定向誘導(dǎo)分化為多種目的細(xì)胞并形成相應(yīng)組織，因此，應(yīng)用干細(xì)胞能夠?qū)崿F(xiàn)“小損傷修復(fù)大缺