2025年材料專業(yè)考研生物材料專項訓(xùn)練（附答案）考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。下列每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的。）1.下列哪種材料在體內(nèi)可被完全降解吸收，且降解產(chǎn)物通常無毒無害？A.316L不銹鋼B.聚乳酸（PLA）C.氧化鋁陶瓷D.硅橡膠2.生物相容性主要評價材料與生物體相互作用后產(chǎn)生的何種反應(yīng)？A.材料的力學(xué)性能變化B.體外化學(xué)穩(wěn)定性C.對生理功能的長期影響D.材料表面的光潔度3.用于制造人工關(guān)節(jié)時，首選鈦合金的原因之一是其具有？A.極高的彈性模量B.良好的耐磨性和高強(qiáng)度比C.優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱性D.易于進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)4.羥基磷灰石（HA）作為生物陶瓷，其主要優(yōu)點是？A.力學(xué)強(qiáng)度高，耐磨損B.具有良好的生物活性和骨傳導(dǎo)性C.耐化學(xué)腐蝕，使用壽命長D.降解速率快，適合臨時植入5.下列哪種生物材料表面改性方法主要目的是提高其血液相容性，減少血栓形成？A.增加材料表面粗糙度B.表面涂覆肝素C.引入親水基團(tuán)D.提高材料的降解速率6.3D生物打印技術(shù)在組織工程中的應(yīng)用，其主要挑戰(zhàn)之一是？A.打印速度不夠快B.難以精確控制細(xì)胞在三維空間中的排列C.打印成本過高D.所用材料種類有限7.生物材料在體內(nèi)的降解過程，通常不會直接引發(fā)的是？A.體積收縮B.物理性能下降C.新的組織結(jié)構(gòu)形成D.產(chǎn)生酸性降解產(chǎn)物8.下列哪種材料不適合作為藥物遞送載體，因為它與人體組織的生物相容性較差？A.聚乙二醇（PEG）B.聚乳酸（PLA）C.明膠D.聚氯乙烯（PVC）9.骨水泥在骨組織工程中應(yīng)用，其主要作用是？A.作為細(xì)胞生長的模板支架B.提供即刻的固定和支撐C.直接促進(jìn)骨再生D.作為藥物緩釋載體10.智能生物材料是指能夠?qū)μ囟ù碳ぷ龀鲰憫?yīng)并產(chǎn)生可測量反應(yīng)的生物材料，下列哪項不屬于常見的刺激類型？A.光照B.溫度C.酸堿度D.化學(xué)成分二、填空題（每空2分，共20分。）1.評價金屬材料生物相容性通常需要進(jìn)行體外細(xì)胞毒性測試和體內(nèi)植入實驗，以評估其對__________、__________和__________的影響。2.氧化鋯陶瓷因其高強(qiáng)韌性、低密度和優(yōu)異的__________，常用于制造高檔人工牙冠和關(guān)節(jié)假體。3.高分子生物材料根據(jù)降解性能可分為__________材料和__________材料。4.生物材料與血液接觸時，為避免凝血反應(yīng)，常追求達(dá)到__________狀態(tài)。5.組織工程支架材料需要具備良好的生物相容性、__________、__________和適當(dāng)?shù)目讖浇Y(jié)構(gòu)。6.表面改性是改善生物材料性能的重要手段，例如通過__________處理可以提高鈦合金的骨結(jié)合能力。7.藥物遞送載體材料需要具備能夠控制__________釋放的能力，以實現(xiàn)靶向治療或延長療效。8.仿生骨水泥通常指以天然骨骼礦物為基體，加入有機(jī)增強(qiáng)劑（如__________）復(fù)合而成的水泥類生物材料。9.3D生物打印技術(shù)中，常用的打印“墨水”包括細(xì)胞懸液、__________和生物墨水基質(zhì)等。10.智能生物材料在醫(yī)療器械中的應(yīng)用前景廣闊，例如可用于制造具有__________功能的藥物釋放系統(tǒng)。三、名詞解釋（每小題4分，共20分。）1.生物相容性2.降解性3.血液相容性4.骨傳導(dǎo)性5.組織工程四、簡答題（每小題6分，共30分。）1.簡述金屬生物材料的主要優(yōu)勢及其在醫(yī)療領(lǐng)域的主要應(yīng)用方向。2.為什么說高分子生物材料需要具備良好的生物降解性？降解行為對植入效果有何影響？3.簡述提高生物材料血液相容性的主要途徑。4.簡述羥基磷灰石（HA）作為生物陶瓷的主要特性及其應(yīng)用原因。5.簡述細(xì)胞在組織工程支架材料中的主要功能需求。五、論述題（每小題10分，共20分。）1.論述材料在體內(nèi)降解過程對周圍組織和植入物性能的影響。2.試述3D生物打印技術(shù)在個性化醫(yī)療和再生醫(yī)學(xué)方面的潛力和挑戰(zhàn)。---試卷答案一、選擇題（每小題2分，共20分。下列每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的。）1.B解析思路：聚乳酸（PLA）是一種可生物降解的熱塑性高分子材料，其在體內(nèi)經(jīng)過酶解等過程逐漸降解為乳酸，最終代謝產(chǎn)物為二氧化碳和水，無毒性，符合可完全降解吸收且產(chǎn)物無害的要求。316L不銹鋼為醫(yī)用不銹鋼，不可降解。氧化鋁陶瓷為生物陶瓷，但通常認(rèn)為不可降解或降解極慢。硅橡膠為高分子材料，部分可降解，但醫(yī)用級硅橡膠通常設(shè)計為長期穩(wěn)定，不易降解。2.C解析思路：生物相容性是一個綜合概念，它描述的是材料植入生物體后，與宿主系統(tǒng)相互作用，能否引起正常的、可接受的生理反應(yīng)，以及是否會對機(jī)體產(chǎn)生長期毒性、致敏、致癌等不良影響。它關(guān)注的是材料對整體生理功能的最終影響，而非單一的力學(xué)、化學(xué)或表面特性。細(xì)胞毒性測試主要關(guān)注急性毒性，血液相容性關(guān)注與血液的相互作用，都是生物相容性的具體評價方面。3.B解析思路：人工關(guān)節(jié)需要承受體重的運(yùn)動負(fù)荷，因此材料必須具備足夠的強(qiáng)度和剛度以抵抗載荷，同時密度不宜過高以免造成額外負(fù)擔(dān)。鈦合金（如Ti-6Al-4V）以其優(yōu)異的強(qiáng)韌性、高比強(qiáng)度（強(qiáng)度/密度比高）、良好的耐腐蝕性（在生理環(huán)境下）以及與骨組織的良好生物相容性而成為制造人工關(guān)節(jié)的理想材料。雖然其彈性模量與骨組織差距較大（導(dǎo)致應(yīng)力遮擋），但其綜合性能是首選原因。4.B解析思路：羥基磷灰石（HA）是人體骨骼的主要無機(jī)成分，化學(xué)成分與天然磷灰石相似。由于其良好的生物相容性和骨傳導(dǎo)性（即能誘導(dǎo)骨組織向其生長并附著），HA生物陶瓷被廣泛用作骨修復(fù)材料、骨水泥、涂層以及組織工程支架的基材，旨在促進(jìn)骨整合和再生。5.B解析思路：肝素是一種天然抗凝血物質(zhì)，能強(qiáng)烈抑制凝血酶和因子Xa的活性，從而阻止血液凝固。將肝素化學(xué)鍵合或物理吸附到生物材料表面，可以賦予材料表面持久的抗凝血能力，有效減少血小板粘附和血栓形成，顯著提高材料的血液相容性，常用于制造血管移植物、血液接觸類器件（如人工心臟瓣膜、血液透析器）。6.B解析思路：3D生物打印組織工程支架時，需要精確控制細(xì)胞在三維空間內(nèi)的位置、密度和分布，以模擬天然組織的結(jié)構(gòu)和功能。細(xì)胞行為（如粘附、增殖、分化、遷移）極易受微環(huán)境（如基質(zhì)成分、力學(xué)信號、鄰近細(xì)胞）影響，而打印過程（如打印參數(shù)、墨水粘度、剪切力）可能對細(xì)胞造成損傷或改變其行為。精確控制細(xì)胞在復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)中的活性和命運(yùn)是當(dāng)前3D打印技術(shù)應(yīng)用于組織工程面臨的核心挑戰(zhàn)。7.C解析思路：生物材料在體內(nèi)降解時，會發(fā)生物理形態(tài)變化（如體積收縮、重量減輕、表面粗糙化）和化學(xué)成分變化（如降解產(chǎn)物釋放、結(jié)構(gòu)崩解）。這些變化可能導(dǎo)致材料本身力學(xué)性能的下降（如強(qiáng)度降低），并可能引發(fā)周圍組織的炎癥反應(yīng)（如果降解產(chǎn)物有毒性或降解速率過快）。然而，降解過程本身并不直接導(dǎo)致新的、成熟的組織結(jié)構(gòu)在材料內(nèi)部形成，組織的形成是細(xì)胞與降解材料相互作用、通過增殖、分化和基質(zhì)分泌等復(fù)雜生物學(xué)過程實現(xiàn)的。8.D解析思路：聚乙二醇（PEG）因其良好的生物相容性、水溶性、低免疫原性和低毒性，常被用作藥物遞送載體的外殼或修飾劑，以提高穩(wěn)定性和生物利用度。聚乳酸（PLA）是可降解的合成高分子，可用于制造緩釋載體。明膠是天然蛋白質(zhì)，具有良好的生物相容性和可降解性，也用作藥物載體。聚氯乙烯（PVC）是一種廣泛使用的塑料，但其生物相容性較差，在體內(nèi)可能釋放有害物質(zhì)（如增塑劑），且不易降解，通常不用于直接接觸人體的藥物遞送載體。9.B解析思路：骨水泥（如PMMA）是一種快速固化材料，能在植入時提供即刻的固定作用，將植入物（如人工關(guān)節(jié)、骨釘棒）牢固地固定在預(yù)定位置，這對于維持手術(shù)穩(wěn)定性和恢復(fù)力學(xué)功能至關(guān)重要。它本身不具備誘導(dǎo)骨再生的能力（屬于骨替代材料或骨填充材料），細(xì)胞支架材料才承擔(dān)此功能。10.D解析思路：智能生物材料是指能夠感知外界特定刺激（如光、熱、電、磁、pH、應(yīng)力、化學(xué)物質(zhì)等）并作出可預(yù)測的、可測量的響應(yīng)（如形狀變化、性能改變、釋放物質(zhì)等）的材料。化學(xué)成分本身通常不是智能生物材料所響應(yīng)的“刺激”，而是材料對外界刺激做出響應(yīng)后的狀態(tài)或功能體現(xiàn)。二、填空題（每空2分，共20分。）1.生理功能；免疫；安全性解析思路：生物相容性評估的核心是確保材料不會對宿主的正常生理功能產(chǎn)生干擾，不會引發(fā)異常的免疫反應(yīng)（如排斥、過敏），并且長期使用是安全的，不會產(chǎn)生毒性、致癌等風(fēng)險。2.生物相容性解析思路：氧化鋯陶瓷具有優(yōu)異的生物相容性，這是其作為生物醫(yī)用材料（如牙科修復(fù)體、骨科植入物）的關(guān)鍵原因之一。此外，它還具有高強(qiáng)韌性、低密度、良好的耐磨性和美觀性（顏色可調(diào)）。3.可降解；不可降解解析思路：根據(jù)材料在體內(nèi)能否被酶或體液逐步降解而消失，高分子生物材料可分為可生物降解高分子材料（如PLA,PGA,PCL）和不可生物降解高分子材料（如聚乙烯,聚丙烯,聚四氟乙烯）。選擇哪種材料取決于植入物的預(yù)期用途（如需要逐漸被身體替代的組織工程支架選用可降解材料，需要長期固定作用的選用不可降解材料）。4.血液相容性解析思路：血液相容性是指生物材料與血液接觸時，能夠保持血液成分和生理功能的穩(wěn)定，不引起血液凝固、血栓形成或產(chǎn)生其他不良反應(yīng)的狀態(tài)。追求達(dá)到血液相容性狀態(tài)是血液接觸類醫(yī)療器械（如人工心臟瓣膜、血管支架、血液透析器）設(shè)計的重要目標(biāo)。5.可生物降解性；力學(xué)性能解析思路：組織工程支架材料需要能被身體逐漸吸收（可生物降解性），以避免長期異物殘留。同時，它必須具備足夠的力學(xué)強(qiáng)度和剛度，在植入初期能夠承擔(dān)一定的生理負(fù)荷，并為新生組織提供支撐（力學(xué)性能）。此外，適當(dāng)?shù)目讖浇Y(jié)構(gòu)（促進(jìn)血管化和營養(yǎng)物質(zhì)輸送）、孔隙率（影響力學(xué)性能和細(xì)胞滲透）以及表面化學(xué)性質(zhì)（影響細(xì)胞粘附和增殖）也是關(guān)鍵要求。6.磷酸鈣沉淀（或HAp涂層）解析思路：鈦合金表面通常具有氧化鈦（TiO2）層，其生物相容性尚可，但骨結(jié)合能力（骨整合）相對較弱。通過陽極氧化、等離子噴涂磷酸鈣（HAp）粉末等方法，可以在鈦合金表面形成一層富含鈣磷的類骨礦物涂層。這層涂層具有優(yōu)異的生物相容性和骨活性，能與骨組織直接發(fā)生化學(xué)鍵合（骨長入），從而顯著提高鈦合金的骨結(jié)合能力。7.藥物解析思路：藥物遞送載體材料的核心功能之一是安全有效地包裹和控制載入的藥物。這意味著材料需要具備良好的阻隔性能，防止藥物在體外或非靶部位過早釋放，同時要能夠按照預(yù)定程序（如時間依賴性、刺激響應(yīng)性）或在特定部位（如腫瘤部位）控制藥物的釋放速率和總量，以達(dá)到治療目的。8.膠原蛋白解析思路：仿生骨水泥是模仿天然骨骼的組成和結(jié)構(gòu)而設(shè)計的骨修復(fù)材料。天然骨骼由無機(jī)礦物相（主要是羥基磷灰石）和有機(jī)相（主要是膠原蛋白）組成。仿生骨水泥通常以可降解的磷酸鈣類物質(zhì)（如HA或β-TCP）作為無機(jī)基體，加入天然或合成的高分子材料（如膠原蛋白）作為有機(jī)增強(qiáng)劑，以期獲得類似天然骨骼的性能和生物學(xué)行為。9.生膠（或生物墨水基材）解析思路：3D生物打印的組織工程“墨水”是一種能夠承載細(xì)胞并能在打印過程中保持穩(wěn)定性的生物相容性流體。它通常由細(xì)胞懸液和一種或多種生膠（或稱生物墨水基材）組成。生膠可以是水凝膠（如海藻酸鈉、明膠、殼聚糖）、合成聚合物溶液或其他能提供粘度和結(jié)構(gòu)支撐的物質(zhì)，其性質(zhì)需要精心調(diào)控以適應(yīng)打印過程并支持細(xì)胞生存。10.自適應(yīng)/響應(yīng)性解析思路：智能生物材料在醫(yī)療器械中的高級應(yīng)用之一是制造能夠根據(jù)生理環(huán)境變化或外部指令自主調(diào)整其性能或行為的裝置。例如，制造藥物釋放系統(tǒng)，使其能在檢測到特定病灶環(huán)境（如pH、溫度、酶濃度升高）或接收外部刺激（如光、磁場）時，精確控制藥物的釋放時間和數(shù)量，實現(xiàn)更精準(zhǔn)、高效的治療。三、名詞解釋（每小題4分，共20分。）1.生物相容性：指材料植入或與生物體接觸時，能夠與周圍組織和體液環(huán)境相互作用，不引起嚴(yán)重的急性或慢性毒性反應(yīng)、免疫排斥反應(yīng)、炎癥反應(yīng)或致癌性，并能承受一定的力學(xué)負(fù)荷，最終達(dá)到預(yù)期功能的性能總稱。2.降解性：指生物材料在生物體內(nèi)或體液環(huán)境中，通過酶解、水解、氧化等化學(xué)反應(yīng)或物理過程，逐漸分解、崩解為小分子或無定形物質(zhì)的過程。降解性是可降解生物材料的重要特征，其降解速率和產(chǎn)物性質(zhì)對植入效果有重要影響。3.血液相容性：指生物材料與血液接觸時，能夠維持血液各成分的穩(wěn)定和生理功能，不引起血液凝固、血栓形成、溶血、凝血或血管活性物質(zhì)釋放等不良反應(yīng)的性能。是血液接觸類醫(yī)療器械（如人工心臟瓣膜、血管移植物、血液透析器）必須具備的關(guān)鍵性能。4.骨傳導(dǎo)性：指某些生物材料（通常是生物陶瓷或復(fù)合材料）能夠?qū)⑵渥陨淼奈锢硇阅埽ㄖ饕菑椥阅Ａ浚﹤鲗?dǎo)給相鄰的骨組織，并誘導(dǎo)骨組織向該材料內(nèi)部生長、附著和整合的能力。具有骨傳導(dǎo)性的材料可以作為骨移植替代物或骨固定材料，促進(jìn)骨修復(fù)和愈合。5.組織工程：是一門綜合性學(xué)科，旨在利用生命科學(xué)和材料科學(xué)的基本原理，通過構(gòu)建具有特定功能的組織替代物（如支架、細(xì)胞、生長因子等），修復(fù)、替換或再生受損組織、器官，以恢復(fù)其結(jié)構(gòu)和功能。四、簡答題（每小題6分，共30分。）1.金屬生物材料的主要優(yōu)勢包括：優(yōu)異的力學(xué)性能，特別是高強(qiáng)度、高韌性、高耐磨性，能承受較大的生理負(fù)荷；良好的耐腐蝕性，能在生理環(huán)境下保持穩(wěn)定；與骨或軟組織的生物相容性良好（如鈦合金）；加工成型性好，可制成各種復(fù)雜形狀的植入物。主要應(yīng)用方向：制造人工關(guān)節(jié)（髖、膝、肩）、人工牙齒（種植體）、骨固定板/釘、血管支架、心臟瓣膜、內(nèi)固定物（如接骨板、髓內(nèi)釘）等。2.高分子生物材料需要具備良好的生物降解性，是因為植入體內(nèi)的醫(yī)療器械通常有壽命期限。對于需要逐漸被身體替代或吸收的植入物（如組織工程支架、某些藥物緩釋載體），材料降解提供了移除異物的途徑，避免了長期異物殘留可能引發(fā)的炎癥、免疫反應(yīng)或繼發(fā)并發(fā)癥。降解過程產(chǎn)生的降解產(chǎn)物也需要是無毒或低毒的。降解速率需要適宜，過快可能導(dǎo)致植入物過早失去支撐或固定作用，過慢則可能成為永久性植入物或在移除前引起問題。因此，良好的生物降解性是確保植入物達(dá)到預(yù)期功能并安全移除（或自然吸收）的關(guān)鍵。3.提高生物材料血液相容性的主要途徑包括：表面改性，如涂覆抗凝血物質(zhì)（肝素）、引入親水基團(tuán)、增加表面負(fù)電荷、仿生表面設(shè)計（如模擬內(nèi)皮細(xì)胞層）等，以減少血小板粘附和血栓形成；材料選擇，選用本身生物相容性好的材料，如醫(yī)用不銹鋼、鈦合金、鈷鉻合金、陶瓷、某些高分子（如PTFE、硅橡膠）等；優(yōu)化材料表面形貌，如通過特殊處理增加表面粗糙度或形成微納米結(jié)構(gòu)，可能有助于改善血液流動和細(xì)胞行為；添加生物分子，如在材料表面固定生長因子、細(xì)胞因子或抗凝血蛋白等，以調(diào)節(jié)界面生物環(huán)境。4.羥基磷灰石（HA）作為生物陶瓷的主要特性包括：化學(xué)成分與人體骨骼無機(jī)相基本一致，具有高度的生物相容性和骨生物活性（骨傳導(dǎo)性）；化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在生理環(huán)境下不易降解或溶解；具有良好的生物惰性，不易引發(fā)排異反應(yīng)；可以通過多種方法制備成不同形態(tài)（粉末、塊體、涂層等）；與骨組織有化學(xué)鍵合能力，能促進(jìn)骨整合。應(yīng)用原因：利用其與骨組織的天然親和性，HA生物陶瓷可作為骨移植替代材料（用于填充骨缺損）、骨修復(fù)材料、人工關(guān)節(jié)/牙科的涂層材料，以及組織工程支架的基體材料，旨在促進(jìn)骨愈合、骨再生和穩(wěn)定的固定。5.細(xì)胞在組織工程支架材料中的主要功能需求包括：提供增殖和分化的空間與微環(huán)境；通過增殖、遷移和分化，產(chǎn)生新的組織細(xì)胞，形成功能性的組織替代物；分泌細(xì)胞外基質(zhì)（ECM），與支架材料結(jié)合形成新的組織結(jié)構(gòu)；通過細(xì)胞間的相互作用和信號傳導(dǎo)，調(diào)控組織的形態(tài)和功能構(gòu)建；與周圍宿主組織進(jìn)行整合，恢復(fù)組織的生理功能；在植入后存活并維持活性。五、論述題（每小題10分，共20分。）1.生物材料在體內(nèi)的降解過程對周圍組織和植入物性能的影響是多方面的。對植入物的影響：材料的物理性能隨降解而下降，可能導(dǎo)致植入物（如骨固定釘、支架）的強(qiáng)度降低、剛度減小，