《仿生材料學(xué)基礎(chǔ)》課件 第四章 天然生物材料與醫(yī)用生物材料

什么是生物材料？生活中見到的性能優(yōu)異的生物材料有哪些？這些生物材料組成是什么？廣義生物材料：一切與生命有關(guān)的材料，不論是合成材料，還是天然材料，均可成為生物材料。主要?dú)w類：天然生物材料；醫(yī)用生物材料天然生物材料天然生物材料天然生物材料天然生物材料相比人工合成材料，天然生物材料具有以下特征:自組織制備，多級(jí)結(jié)構(gòu)，多功能，合成條件溫和，含水率，演化受環(huán)境限制，自愈合性。天然生物材料天然生物材料天然生物材料天然生物材料天然生物材料-分級(jí)結(jié)構(gòu)在生物系統(tǒng)中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與材料設(shè)計(jì)是緊密相連的，在合成材料中，通常存在一個(gè)傳統(tǒng)基礎(chǔ)上的學(xué)科分離，即材料（材料工程）與結(jié)構(gòu)（機(jī)械工程）之間的分離。隼羽的軸心具有一個(gè)皮質(zhì)外殼和一個(gè)多孔的內(nèi)核組成，確保剛性和重量比最佳。隼羽-分級(jí)結(jié)構(gòu)鮑魚殼-分級(jí)結(jié)構(gòu)20-30納米厚的有機(jī)層鮑魚殼：壓縮破壞力為185N,壓縮強(qiáng)度約為52MPa貝殼是如何將力學(xué)性能低劣的脆性材料碳酸鈣(文石晶片形式)點(diǎn)石成金變?yōu)槌?jí)強(qiáng)韌復(fù)合材料的呢？脆性材料裂紋問題脆性材料之所以脆的一個(gè)原因是裂紋直線傳播，速度快，路程短，容易釀成災(zāi)難性事故。貝殼的分級(jí)結(jié)構(gòu)的力學(xué)效應(yīng)之一是將裂紋的傳播路徑變成嵌套的之字形，從而大大增加了裂紋擴(kuò)展阻力，增加了裂紋擴(kuò)展所消耗的能量，實(shí)現(xiàn)了脆性材料的強(qiáng)韌化。鮑魚殼-分級(jí)結(jié)構(gòu)珍珠母子層由文石(碳酸鈣)晶片層構(gòu)成，晶片厚度0.5μm鮑魚殼的分級(jí)結(jié)構(gòu)是其具有卓越機(jī)械性能的關(guān)鍵所在：納米級(jí)別的有機(jī)層-鮑魚殼結(jié)構(gòu)的最底層是一個(gè)厚度大約在20-30納米的有機(jī)層，這層不僅起到粘合劑的作用，還能夠提供一定的韌性，使得整個(gè)結(jié)構(gòu)不易于因?yàn)橛捕兊么嗳?。方解石多形體的單晶體存在-有機(jī)層之上是由方解石（CaCO3）多形體構(gòu)成的單晶體，這些單晶體像磚塊一樣排列組合，形成了鮑魚殼的主體結(jié)構(gòu)。磚-砂漿結(jié)構(gòu)-這些“磚塊”之間由有機(jī)物質(zhì)充當(dāng)“砂漿”，連接起來，提供了更高的強(qiáng)度和韌性，使得殼體即使在受到撞擊時(shí)也不容易碎裂。多尺度的結(jié)構(gòu)-從微觀到宏觀，鮑魚殼展現(xiàn)出多層次的結(jié)構(gòu)特征，每個(gè)級(jí)別的結(jié)構(gòu)都為殼體的整體性能做出貢獻(xiàn)，例如在宏觀級(jí)別上，殼體的曲線形狀能夠分散力量，增加其整體的承受能力。自我增強(qiáng)機(jī)制-在受到應(yīng)力時(shí)，鮑魚殼中的微裂紋能夠通過其分級(jí)結(jié)構(gòu)中的能量耗散機(jī)制來自我限制其擴(kuò)展，這大大提高了其整體的抗斷裂能力。巨骨舌魚鱗片的分級(jí)結(jié)構(gòu)天然生物材料-分級(jí)結(jié)構(gòu)多級(jí)結(jié)構(gòu)互鎖，保證外殼堅(jiān)硬且盡可能減少材料利用量，做到輕質(zhì)高強(qiáng)度甲殼素甲殼類外殼分級(jí)結(jié)構(gòu)乙酰氨基葡萄糖節(jié)肢動(dòng)物甲殼包含一個(gè)礦化的硬質(zhì)組分，表現(xiàn)出脆性斷裂，以及一個(gè)較軟的有機(jī)組分。脆性組分按照一種稱為Bouligand布林根結(jié)構(gòu)的螺旋形模式排列。生物材料在幾個(gè)到許多不同的長度尺度上表現(xiàn)出層級(jí)性，這取決于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度?？梢猿Ｒ?guī)地探測(cè)到分子級(jí)別。天然生物材料-分級(jí)結(jié)構(gòu)骨骼-分級(jí)結(jié)構(gòu)骨骼中，有機(jī)組分的構(gòu)建塊是膠原蛋白，它是一個(gè)直徑約為1.5納米的三螺旋結(jié)構(gòu)。這些原纖維膠原蛋白分子與礦物相（羥基磷灰石，一種鈣磷酸鹽）相互夾雜，形成纖維，這些纖維反過來又卷曲成交替方向的螺旋體。

骨單位是骨骼的基本構(gòu)建塊。有機(jī)相和礦物相之間的體積分?jǐn)?shù)大約是60/40，這使得骨骼無疑是一個(gè)復(fù)雜的層級(jí)結(jié)構(gòu)生物復(fù)合材料。還有另一個(gè)復(fù)雜性層級(jí)結(jié)構(gòu)，羥基磷灰石晶體是小片狀的，直徑大約70-100納米，厚度約為2-4納米，它們最初在膠原蛋白纖維之間的間隙處形成。骨骼的七級(jí)層次結(jié)構(gòu)如下：第一層級(jí)

-膠原蛋白分子的分子排列，三條α-螺旋鏈相互纏繞形成原纖維膠原蛋白分子。第二層級(jí)

-礦化的膠原纖維，由原纖維膠原蛋白分子和礦物羥基磷灰石組成，形成直徑約100納米的膠原纖維。第三層級(jí)

-膠原纖維進(jìn)一步組裝成板狀結(jié)構(gòu)中的定向排列，稱為層片。骨骼-分級(jí)結(jié)構(gòu)第四層級(jí)

-膠原纖維形成的層片，厚度為5-7微米。第五層級(jí)-層片組裝成同心圓柱體，即骨單位，也稱為Bouligand結(jié)構(gòu)。第六層級(jí)-在光學(xué)顯微鏡下可見結(jié)構(gòu)，包括有中心血管通道的骨單位和多孔性的松質(zhì)骨。第七層級(jí)

-整個(gè)骨骼結(jié)構(gòu)，包括骨單位和松質(zhì)骨的整體排列。天然生物材料-分級(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度和韌性取決于層級(jí)中的層次以及層級(jí)的總數(shù)。可以從兩個(gè)角度來看待這個(gè)問題：第一個(gè)角度是從納米尺度開始考察一個(gè)生物結(jié)構(gòu)的機(jī)械性質(zhì)，并且逐級(jí)向上測(cè)試；（以點(diǎn)代面模型）第二個(gè)角度是測(cè)量宏觀性質(zhì)，但改變系統(tǒng)中層級(jí)的數(shù)量。（涉及自相似性，俄羅斯套娃模式）分級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)材料機(jī)械性能影響天然生物材料-頂級(jí)進(jìn)化雀尾螳螂蝦螯錘1.熱力學(xué)第二定律，在一個(gè)孤立系統(tǒng)內(nèi)，熵總是傾向于增加.這表明過程的不可逆性和自然過程的方向性。2.當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到熱力學(xué)平衡時(shí)，熵將達(dá)到最大值，此時(shí)系統(tǒng)內(nèi)不再有宏觀的能量轉(zhuǎn)換。這個(gè)原理適用于所有能量轉(zhuǎn)換過程，包括生物過程和化學(xué)反應(yīng)。如果將t定義為時(shí)間，一個(gè)系統(tǒng)將隨著時(shí)間的推移而接近平衡狀態(tài)。dS/dt>03.在封閉系統(tǒng)中，當(dāng)自由能最小化時(shí)，系統(tǒng)達(dá)到平衡。天然生物材料-功能特性自適應(yīng)性是生物系統(tǒng)的獨(dú)特特征之一，也是適應(yīng)環(huán)境的能力。在生長過程中，生物系統(tǒng)積極響應(yīng)外部刺激，形成具有改進(jìn)功能的結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)。天然生物材料-自適應(yīng)性例如骨骼的外部形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由作用在其上的外部應(yīng)力決定的。松質(zhì)骨的內(nèi)部結(jié)構(gòu)沿著主應(yīng)力軌跡進(jìn)行適應(yīng)性變化，隨后皮質(zhì)骨的外部也會(huì)發(fā)生次級(jí)變化，通常變得更厚更密以抵抗外部載荷。在肌肉的發(fā)展中也觀察到了這種適應(yīng)性。天然生物材料-進(jìn)化與趨同性另一個(gè)例子是魚類和一些哺乳動(dòng)物（如穿山甲）的鱗片。在魚類中，鱗片是礦物質(zhì)和膠原的混合物，而穿山甲的鱗片是角質(zhì)蛋白的。它們都有相同的目的：柔韌的皮膚裝甲。例：爬行動(dòng)物（鳥類）、哺乳動(dòng)物（蝙蝠）和昆蟲獨(dú)立發(fā)展出飛行的能力。翅膀是獨(dú)立進(jìn)化出來，輕質(zhì)高強(qiáng)的材料特性趨同。蛋白質(zhì)和幾丁質(zhì)角蛋白質(zhì)陶瓷復(fù)合材料：這些是生物材料中礦物成分占主導(dǎo)的，如貝殼、牙齒、骨頭、硅藻和海綿的刺。聚合物復(fù)合材料：這類材料的例子包括哺乳動(dòng)物的蹄、韌帶和肌腱、絲綢和節(jié)肢動(dòng)物外骨骼。彈性體：這些典型的生物材料可以經(jīng)受大的拉伸（或應(yīng)變）。皮膚、肌肉、血管、身體中的軟組織以及單個(gè)細(xì)胞都屬于這一類。多孔材料：典型的是輕質(zhì)材料，如羽毛、喙內(nèi)部、松質(zhì)骨和木材。

根據(jù)天然生物材料的結(jié)構(gòu)性能不同，可分為如下四類材料趙杰工程仿生教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室第二堂課課堂知識(shí)點(diǎn)回顧生物材料天然生物材料醫(yī)用生物材料如何區(qū)分天然生物材料和醫(yī)用生物材料天然生物材料的結(jié)構(gòu)特性分級(jí)結(jié)構(gòu)、布林根結(jié)構(gòu)骨骼的分級(jí)結(jié)構(gòu)骨骼的七級(jí)層次結(jié)構(gòu)如下：第一層級(jí)

-膠原蛋白分子的分子排列，三條α-螺旋鏈相互纏繞形成原纖維膠原蛋白分子。第二層級(jí)

-礦化的膠原纖維，由原纖維膠原蛋白分子和礦物羥基磷灰石組成，形成直徑約100納米的膠原纖維。第三層級(jí)

-膠原纖維進(jìn)一步組裝成板狀結(jié)構(gòu)的定向排列，形成纖維素結(jié)構(gòu)。骨骼-分級(jí)結(jié)構(gòu)第四層級(jí)

-膠原纖維形成的層片，厚度為5-7微米。第五層級(jí)-層片組裝成同心圓柱體，即骨單位，也稱為Bouligand結(jié)構(gòu)。第六層級(jí)-在光學(xué)顯微鏡下可見結(jié)構(gòu)，包括有中心血管通道的骨單位和多孔性的松質(zhì)骨。第七層級(jí)

-整個(gè)骨骼結(jié)構(gòu)，包括骨單位和松質(zhì)骨的整體排列。骨骼主要由膠原蛋白和羥基磷灰石組成。如果骨骼由50體積%的羥基磷灰石和50體積%的膠原蛋白組成，求算骨骼的密度？已知：羥基磷灰石的密度是3.14克/立方厘米，膠原蛋白的密度是1.03克/立方厘米。課堂習(xí)題如果骨骼由50體積%的羥基磷灰石和50體積%的膠原蛋白組成，求算骨骼的密度？已知：羥基磷灰石的密度是3.14克/立方厘米，膠原蛋白的密度是1.03克/立方厘米。課堂習(xí)題從機(jī)械屬性的角度來看，將人體生物材料分類為“軟”和“硬”類。硬質(zhì)材料構(gòu)成了脊椎動(dòng)物的骨骼、牙齒和指甲，以及節(jié)肢動(dòng)物的外骨骼。"軟"的生物材料構(gòu)成了皮膚、肌肉、內(nèi)臟等。"硬"的生物材料在壓縮時(shí)強(qiáng)度高，但在張力下易碎?！败洝鄙锊牧细m合承受張力；長纖維在壓縮時(shí)傾向于屈曲。一些“硬”礦化生物材料的例子：磷酸鈣（羥基磷灰石-Ca10(PO4)6(OH)2）：構(gòu)成牙齒、骨骼、鹿角；碳酸鈣（CaCO3）（文石）：貝殼、某些爬行動(dòng)物的蛋；方解石：鳥蛋、甲殼類動(dòng)物、軟體動(dòng)物；無定形二氧化硅（SiO2(H2O)n）：海綿的刺細(xì)胞、硅藻；氧化鐵（磁鐵礦-Fe3O4）：奇特海洋蠕蟲（牙齒）中的齒片，細(xì)菌。一些“硬”非生物礦化材料的例子：幾丁質(zhì)：節(jié)肢動(dòng)物和昆蟲的外骨骼；纖維素和木質(zhì)素：植物細(xì)胞壁；角蛋白：鳥喙、角、毛發(fā)、指甲。天然生物材料-軟硬類別膠原蛋白:骨骼和牙本質(zhì)、肌腱、肌肉、血管的有機(jī)成分;彈性蛋白:皮膚，肺，動(dòng)脈壁。一些“軟”生物材料的例子：人體生物材料蛋白質(zhì)脂肪碳水化合物礦物質(zhì)DNA,RNA生物的自愈合：是指生物體在受到傷害后，能夠自發(fā)地啟動(dòng)一系列復(fù)雜的生物化學(xué)和細(xì)胞過程來修復(fù)損傷的能力。這種機(jī)制在所有生物體中都普遍存在，是一種基本的生存策略，允許生物在面對(duì)外部損傷時(shí)保持完整性和功能性。天然生物材料-自愈合桃膠天然生物材料的功能特性無論是從形態(tài)學(xué)的觀點(diǎn)，還是從力學(xué)的觀點(diǎn)來看，天然生物材料都是十分復(fù)雜的。這種復(fù)雜性是長期自然選擇的結(jié)果，是由功能適應(yīng)性所決定的。這種功能適應(yīng)性只能通過進(jìn)化而來，而自然進(jìn)化的趨向是用最少的材料來承擔(dān)最大的外力（最大限度實(shí)現(xiàn)功能）。生物自愈合特點(diǎn)自然發(fā)生：自愈合過程無需外部干預(yù)，是生物體內(nèi)在的生理過程。復(fù)雜性：自愈合機(jī)制涉及多種細(xì)胞類型和生物化學(xué)過程。效率各異：不同生物的自愈合能力不同，某些生物（如某些兩棲動(dòng)物）能夠重生丟失的肢體，而其他生物（如人類）則主要在組織層面上進(jìn)行修復(fù)。舉例：人類肝臟：肝臟具有顯著的再生能力，可以在部分切除后重建其質(zhì)量和功能。病人切除70%肝臟，可以再生及康復(fù)。人的大腦一旦受到損傷，將不可逆恢復(fù)，但在大量鍛煉和自己作用下，可以功能補(bǔ)償。天然生物材料-自愈合自愈合材料是一種“有生命”的材料，是指材料在損傷后，能夠像人類的皮膚一樣自行愈合，恢復(fù)其原有的結(jié)構(gòu)和功能，可以大大延長材料的使用壽命、提高材料的使用安全性、降低材料的維護(hù)成本。愈合機(jī)制：通過物理或化學(xué)機(jī)制來修復(fù)自身的微小裂縫和損傷?？煞譃樾迯?fù)劑添加型、本體型等。修復(fù)劑添加型：這種材料中含有微小的膠囊，當(dāng)材料裂開時(shí)，這些膠囊破裂并釋放出修復(fù)劑，填補(bǔ)裂縫。本體型：材料本身具有通過分子重排或化學(xué)反應(yīng)愈合裂縫的能力。自愈合材料雪花如何實(shí)現(xiàn)特異結(jié)構(gòu)形態(tài)的？自組裝水分子自組織當(dāng)氣溫降低，空中水汽過飽和，便在結(jié)晶核（如塵埃）上開始結(jié)晶，然后逐步長大形成雪花。不管形態(tài)如何，雪花的結(jié)晶始終是水分子結(jié)合的過程。在水分子中，兩個(gè)氫原子在兩側(cè)，一個(gè)氧原子居中，呈現(xiàn)如同人類彎曲的腿部一樣的形態(tài)。而水分子的結(jié)合則是由不同水分子的氧原子與氫原子連接在一起。當(dāng)6個(gè)水分子結(jié)合在一起后，最終會(huì)形成一個(gè)更大的六邊形。以此類推，再形成更大的六邊形。但雪花最常見的形態(tài)并非六邊形，而是六角星。這是因?yàn)樗肿釉诮Y(jié)合時(shí)，六邊形的頂點(diǎn)更為“粗糙”，容易吸引更多的水分子，頂點(diǎn)處成長更快，最終形成了六個(gè)尖尖的角。

自組裝自組裝溫度，濕度，超飽和度等因素對(duì)自組裝結(jié)晶體形狀影響顯著自組裝指基本結(jié)構(gòu)單元(分子，納米材料，微米或更大尺度的物質(zhì)），自發(fā)形成有序結(jié)構(gòu)的一種組裝技術(shù)。在自組裝的過程中，基本結(jié)構(gòu)單元在基于非共價(jià)鍵的相互作用下自發(fā)的組織或聚集為一個(gè)穩(wěn)定、具有一定規(guī)則幾何外觀的結(jié)構(gòu)。特性：非共價(jià)鍵、自發(fā)性組裝吉布斯自由能變化△G=△H-T△S，可以根據(jù)△G的大小判斷化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行?！鱃>0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行；△G=0，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；△G<0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。自組裝體的能量比較低，熵值增加，自組裝是個(gè)不好散能量的自發(fā)過程。自組裝的驅(qū)動(dòng)力包括：氫鍵、范德華力、靜電吸引、化學(xué)鍵合等自組裝自組裝主要分成兩類：靜態(tài)自組裝和動(dòng)態(tài)自組裝靜態(tài)自組織：靜態(tài)自組裝是處于整體或局部平衡且不耗散能量的系統(tǒng)。動(dòng)態(tài)自組裝：當(dāng)系統(tǒng)在耗散能量時(shí)，基本結(jié)構(gòu)單元在相互作用下組織或聚集為一個(gè)穩(wěn)定、具有一定規(guī)則幾何外觀的結(jié)構(gòu)。核糖體結(jié)晶結(jié)構(gòu)兩親性納米纖維微米金屬結(jié)構(gòu)細(xì)胞聚集于生長魚群動(dòng)態(tài)聚集自組裝問題：牛奶為什么是乳白色？牛奶所含的酪蛋白、鈣離子、磷酸鹽在水中聚集在一起，形成稱為酪蛋白膠束的微小顆粒。照射到酪蛋白膠束上的光線會(huì)發(fā)生折射和散射，從而讓牛奶在白光下呈現(xiàn)白色。自組裝舉例脂質(zhì)體(Liposomes)是由磷脂雙分子成所構(gòu)成雙層囊泡結(jié)構(gòu)，具有與皮膚細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)相同。脂質(zhì)體載藥性能自組裝的環(huán)境可以調(diào)節(jié)自組裝的相互作用。自組裝中使用邊界和組裝模板尤其重要，模板可以減少缺陷和實(shí)現(xiàn)控制結(jié)構(gòu)。自組裝生物材料領(lǐng)域，自組裝無處不在，從原子作用、細(xì)胞形成，分裂DNA、RNA到蛋白質(zhì)折疊。DNA組裝通常與有機(jī)基質(zhì)（如蛋白質(zhì)和多糖）相結(jié)合形成復(fù)合材料。礦化物質(zhì)對(duì)于提供生物系統(tǒng)的抗壓強(qiáng)度至關(guān)重要，而生物聚合物主要負(fù)責(zé)抗張強(qiáng)度。礦物質(zhì)和生物聚合物的結(jié)合導(dǎo)致了生物材料的形成，這些材料在硬度、韌性和各向異性方面的機(jī)械性能是量身定制的。礦物質(zhì)的形成涉及成核和生長，兩者都由生物組分介導(dǎo)。有機(jī)基質(zhì)以多種方式介導(dǎo)成核：提供成核位點(diǎn)以及控制多形體。文石的快速生長方向是c方向，并且形成了長針狀結(jié)晶。在珍珠母中，這種生長通過有機(jī)層的周期性沉積進(jìn)行調(diào)控。在骨骼中，HAP晶體在膠原纖維的間隙中成核，生長也受到調(diào)控它們達(dá)到納米級(jí)大小：長40-60納米，寬20-30納米，幾納米厚的小板狀晶體就是這樣形成的。生物礦化在生物礦化過程中，礦物的成核通常發(fā)生在過飽和溶液中。在非理想溶液中，組分的活性不等于它們的摩爾分?jǐn)?shù)。根據(jù)拉烏爾定律（Raoult'slaw），如下成核的臨界值由溶解度積常數(shù)決定，溶解度積常數(shù)是在一定溫度下，溶液中某種離子產(chǎn)物的濃度乘積達(dá)到一定值時(shí)，溶液成為飽和溶液，繼續(xù)增加任何一種離子的濃度就會(huì)導(dǎo)致這種離子的過量部分以沉淀的形式從溶液中分離出來。在生物礦化過程中，當(dāng)溶液的離子濃度乘積超過溶解度積常數(shù)時(shí)，就會(huì)發(fā)生成核，從而形成固態(tài)礦物質(zhì)生物礦化為了提高溶解度積常數(shù)（KSP），不必同時(shí)增加兩個(gè)組分的濃度；只需提高其中一個(gè)組分的濃度就足夠了。晶體在成核之后的形狀由兩個(gè)因素決定：表面能的各向異性和生長動(dòng)力學(xué)。在生物礦化中，這兩個(gè)因素通常受到生物分子如蛋白質(zhì)的影響，這些蛋白質(zhì)可以特異性地結(jié)合到特定的晶面上，并改變這些面的表面能和附著能量。這樣，生物系統(tǒng)可以精確地控制礦物質(zhì)的形成和最終形態(tài)，以適應(yīng)其生理功能的需求。生物礦化生物礦物質(zhì)主要分為三大類：磷酸鹽、碳酸鹽和硅酸鹽。羥基磷灰石（HAP）（哺乳動(dòng)物和魚類）碳酸鈣（貝殼、節(jié)肢動(dòng)物、珊瑚）硅酸鹽（硅藻、海綿）生物礦物質(zhì)蛋白質(zhì)脂肪100%人體生物材料生物組織的有機(jī)成分：主要包括形成蛋白質(zhì)的多肽（如膠原蛋白、角蛋白等）和多糖（如幾丁質(zhì)、纖維素）。含有剛性、晶體纖維的蛋白質(zhì)（例如膠原蛋白、角蛋白）。含有無定形、長鏈分子的蛋白質(zhì)（例如彈性蛋白、彈力蛋白等）羥基磷灰石（Hydroxyapatite），化學(xué)式為Ca?(PO?)?(OH)，是一種在自然界中廣泛存在的礦物質(zhì)，尤其是在骨和牙齒中。它是最主要的無機(jī)成分，賦予骨骼和牙齒硬度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。羥基磷灰石的特性化學(xué)組成：羥基磷灰石由鈣、磷和氫氧基團(tuán)組成，是一種鈣磷鹽。結(jié)構(gòu)：具有六方晶系結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)出高度的結(jié)晶性。生物相容性：由于其化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)與人體骨骼和牙齒中的礦物質(zhì)非常相似，具有極佳的生物相容性。人工制備方法：水熱法、微乳液法、模板法、仿生合成法等。醫(yī)美：羥基磷灰石微球羥基磷灰石結(jié)構(gòu)：DNA是一個(gè)雙螺旋結(jié)構(gòu)，由兩條互補(bǔ)的鏈組成，每條鏈由磷酸、五碳糖（脫氧核糖）和四種堿基（腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶）組成。這些成分通過磷酸二酯鍵連接形成鏈狀結(jié)構(gòu)，而堿基通過氫鍵相互配對(duì)，形成DNA的雙鏈結(jié)構(gòu)。功能：DNA是遺傳信息的主要存儲(chǔ)介質(zhì)，決定了個(gè)體的遺傳特征。它控制細(xì)胞的所有功能，包括生長、分化、復(fù)制和代謝。在細(xì)胞分裂過程中復(fù)制自身，確保遺傳信息能夠傳遞給下一代。脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）是遺傳信息的分子存儲(chǔ)庫。DNA包含合成功能性生物分子（如蛋白質(zhì)、RNA和細(xì)胞組分）所需的基因。RNA的功能是存儲(chǔ)和傳遞遺傳信息。DNA和RNA脫氧核糖核酸核糖核酸胸腺嘧啶尿嘧啶RNA（核糖核酸）結(jié)構(gòu)：RNA通常是單鏈結(jié)構(gòu)，由磷酸、五碳糖（核糖）和四種氮基（腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶）組成。RNA的結(jié)構(gòu)比DNA更多樣，可以形成復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)。類型和功能：信使RNA（mRNA）：攜帶從DNA復(fù)制來的遺傳信息到核糖體，指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。（2023年度生理學(xué)與醫(yī)學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)）轉(zhuǎn)移RNA（tRNA）：在蛋白質(zhì)合成過程中，負(fù)責(zé)將特定的氨基酸運(yùn)輸?shù)胶颂求w，并按照mRNA的指示放置在正確的位置。核糖體RNA（rRNA）：構(gòu)成核糖體的主要成分，核糖體是蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所。遺傳信息的傳遞：RNA在DNA指令下合成，然后指導(dǎo)蛋白質(zhì)的生產(chǎn)。在某些病毒中，RNA甚至直接承擔(dān)遺傳信息的角色。DNA和RNA氨基酸和多肽是構(gòu)成蛋白質(zhì)的基本單位，對(duì)于生物體的結(jié)構(gòu)和功能至關(guān)重要。氨基酸（Aminoacid），是含有堿性氨基和酸性羧基的有機(jī)化合物。羧酸碳原子上的氫原子被氨基取代后形成的化合物。非極性：甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、蛋氨酸非帶電極性：絲氨酸、蘇氨酸、半胱氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、脯氨酸芳香族：苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸帶正電荷：賴氨酸、精氨酸、組氨酸帶負(fù)電荷：天冬氨酸、谷氨酸自然界中500余種氨基酸，人體中僅發(fā)現(xiàn)20種多肽是由少量氨基酸通過肽鍵連接而成的鏈狀結(jié)構(gòu)。肽鍵是一種特殊的化學(xué)鍵，由氨基酸的羧基和相鄰氨基酸的氨基之間形成。這些多肽鏈由于同一鏈或不同鏈上的氨基酸之間形成的鍵（氫鍵、范德華力和共價(jià)鍵）而獲得特殊的配置。兩種最常見的配置是α-螺旋和β-折疊DNA和RNA蛋白質(zhì)是生命體內(nèi)一類非常重要的大分子，由氨基酸通過肽鍵連接而成的長鏈聚合物。它們?cè)诩?xì)胞和生物體的結(jié)構(gòu)、功能和調(diào)節(jié)方面起著至關(guān)重要的作用。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)可分為：一級(jí)結(jié)構(gòu)：氨基酸的線性序列。二級(jí)結(jié)構(gòu)：氨基酸鏈的局部折疊，如α-螺旋和β-折疊。三級(jí)結(jié)構(gòu)：整個(gè)多肽鏈的三維折疊，由氫鍵、疏水作用、離子鍵和范德華力等維持。四級(jí)結(jié)構(gòu)：兩個(gè)或多個(gè)多肽鏈（亞單位）的結(jié)合形式。所有蛋白質(zhì)都具有一級(jí)結(jié)構(gòu)，但并非所有蛋白質(zhì)都進(jìn)展到更高級(jí)的結(jié)構(gòu)，特別是四級(jí)結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)在熱、輻射、酸堿性影響下，會(huì)發(fā)生蛋白質(zhì)變性，失去活性。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)蛋白，是一類特殊的蛋白質(zhì)，在生物體內(nèi)主要承擔(dān)支撐和形成細(xì)胞及其組織結(jié)構(gòu)的角色。人體中的韌帶、骨、細(xì)胞骨架、指甲特點(diǎn)：具有較為穩(wěn)定和重復(fù)的二級(jí)和三級(jí)結(jié)構(gòu)，從而賦予它們足夠的強(qiáng)度和韌性，以維持細(xì)胞和組織的結(jié)構(gòu)完整性。結(jié)構(gòu)蛋白含有剛性、晶體纖維的蛋白質(zhì)（例如膠原蛋白、角蛋白）。含有無定形、長鏈分子的蛋白質(zhì)（例如彈性蛋白、彈力蛋白等）角蛋白是一大類蛋白質(zhì)，常見于脊椎動(dòng)物的皮膚、毛、發(fā)、角、毛、蹄；角蛋白含有大量的半胱氨酸以及交聯(lián)的酩氨酸殘基。按物種可將角蛋白分為哺乳動(dòng)物角蛋白、鳥角蛋白和爬蟲類角蛋白三大類。趙杰工程仿生教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室生物的自愈合：是指生物體在受到傷害后，能夠自發(fā)地啟動(dòng)一系列復(fù)雜的生物化學(xué)和細(xì)胞過程來修復(fù)損傷的能力。這種機(jī)制在所有生物體中都普遍存在，是一種基本的生存策略，允許生物在面對(duì)外部損傷時(shí)保持完整性和功能性。桃膠課堂知識(shí)點(diǎn)回顧自組裝指基本結(jié)構(gòu)單元(分子，納米材料，微米或更大尺度的物質(zhì)），自發(fā)形成有序結(jié)構(gòu)的一種組裝技術(shù)。在自組裝的過程中，基本結(jié)構(gòu)單元在基于非共價(jià)鍵的相互作用下自發(fā)的組織或聚集為一個(gè)穩(wěn)定、具有一定規(guī)則幾何外觀的結(jié)構(gòu)。特性：非共價(jià)鍵、自發(fā)性組裝課堂知識(shí)點(diǎn)回顧吉布斯自由能變化△G=△H-T△S，可以根據(jù)△G的大小判斷化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行?！鱃>0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行；△G=0，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；△G<0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。自組裝體的能量比較低，熵值增加，自組裝是個(gè)不好散能量的自發(fā)過程。自組裝的驅(qū)動(dòng)力包括：氫鍵、范德華力、靜電吸引等課堂知識(shí)點(diǎn)回顧通常與有機(jī)基質(zhì)（如蛋白質(zhì)和多糖）相結(jié)合形成復(fù)合材料。課堂知識(shí)點(diǎn)回顧結(jié)構(gòu)：DNA是一個(gè)雙螺旋結(jié)構(gòu)，由兩條互補(bǔ)的鏈組成，每條鏈由磷酸、五碳糖（脫氧核糖）和四種堿基（腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶）組成。這些成分通過磷酸二酯鍵連接形成鏈狀結(jié)構(gòu)，而堿基通過氫鍵相互配對(duì)，形成DNA的雙鏈結(jié)構(gòu)。功能：DNA是遺傳信息的主要存儲(chǔ)介質(zhì)，決定了個(gè)體的遺傳特征。它控制細(xì)胞的所有功能，包括生長、分化、復(fù)制和代謝。在細(xì)胞分裂過程中復(fù)制自身，確保遺傳信息能夠傳遞給下一代。脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）是遺傳信息的分子存儲(chǔ)庫。DNA包含合成功能性生物分子（如蛋白質(zhì)、RNA和細(xì)胞組分）所需的基因。RNA的功能是存儲(chǔ)和傳遞遺傳信息。DNA和RNA課堂知識(shí)點(diǎn)回顧蛋白質(zhì)是生命體內(nèi)一類非常重要的大分子，由氨基酸通過肽鍵連接而成的長鏈聚合物。它們?cè)诩?xì)胞和生物體的結(jié)構(gòu)、功能和調(diào)節(jié)方面起著至關(guān)重要的作用。蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)可分為四級(jí)：大分子由氨基酸鏈組成存在于身體中的每一個(gè)細(xì)胞參與身體的大多數(shù)功能和生命過程氨基酸的順序由DNA決定蛋白質(zhì)的特點(diǎn)由氨基酸鏈組成：蛋白質(zhì)是由氨基酸鏈組成的大分子。這些鏈條是蛋白質(zhì)的基本骨架，氨基酸之間通過肽鍵連接。分類：蛋白質(zhì)和肽類化合物可以根據(jù)鏈中氨基酸的數(shù)量進(jìn)行分類：肽：少于50個(gè)氨基酸。二肽：2個(gè)氨基酸。三肽：3個(gè)氨基酸。多肽：超過10個(gè)氨基酸。蛋白質(zhì)：通常包含50個(gè)或更多氨基酸，典型的蛋白質(zhì)由100至10,000個(gè)氨基酸連接而成。合成：蛋白質(zhì)鏈的合成基于體內(nèi)特定的DNA序列。DNA中的基因編碼特定的氨基酸序列，這些序列通過轉(zhuǎn)錄和翻譯過程合成對(duì)應(yīng)的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)組成蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)可分為：一級(jí)結(jié)構(gòu)：氨基酸的線性序列。二級(jí)結(jié)構(gòu)：氨基酸鏈的局部折疊，如α-螺旋和β-折疊。三級(jí)結(jié)構(gòu)：整個(gè)多肽鏈的三維折疊，由氫鍵、疏水作用、離子鍵和范德華力等維持。四級(jí)結(jié)構(gòu)：兩個(gè)或多個(gè)多肽鏈（亞單位）的結(jié)合形式。蛋白質(zhì)所有蛋白質(zhì)都具有一級(jí)結(jié)構(gòu)，但并非所有蛋白質(zhì)都進(jìn)展到更高級(jí)的結(jié)構(gòu)，特別是四級(jí)結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)在熱、輻射、酸、堿、鹽等影響下，會(huì)發(fā)生蛋白質(zhì)變性，失去活性。初級(jí)結(jié)構(gòu)不會(huì)因變性而改變。3-5min口感最好，細(xì)菌已殺死蛋白質(zhì)在人體中扮演著多種關(guān)鍵的角色，其主要功能包括：催化生物化學(xué)反應(yīng)：作為酶，蛋白質(zhì)加速身體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)，是生命活動(dòng)不可或缺的部分。結(jié)構(gòu)和支持：某些蛋白質(zhì)，如肌蛋白和角蛋白，為細(xì)胞和組織提供結(jié)構(gòu)支持。例如，角蛋白存在于頭發(fā)、皮膚和指甲中。運(yùn)動(dòng)：肌肉中的蛋白質(zhì)，如肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白，負(fù)責(zé)肌肉收縮和運(yùn)動(dòng)。調(diào)節(jié)生理過程：荷爾蒙蛋白，如胰島素，參與調(diào)控生理過程。運(yùn)輸和儲(chǔ)存：蛋白質(zhì)如血紅蛋白運(yùn)輸氧氣和二氧化碳。鐵蛋白和鐵蛋白則負(fù)責(zé)儲(chǔ)存和運(yùn)輸鐵。免疫防御：免疫系統(tǒng)中的抗體是蛋白質(zhì)，它們識(shí)別并中和外來病原體，如細(xì)菌和病毒。信號(hào)傳遞：蛋白質(zhì)參與細(xì)胞間的信號(hào)傳遞，確保細(xì)胞間的正確通訊。蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂質(zhì)的區(qū)別葡萄糖脂肪酸氨基酸結(jié)構(gòu)蛋白，是一類特殊的蛋白質(zhì)，在生物體內(nèi)主要承擔(dān)支撐和形成細(xì)胞及其組織結(jié)構(gòu)的角色。人體中的韌帶、骨、細(xì)胞骨架、指甲特點(diǎn)：具有較為穩(wěn)定和重復(fù)的二級(jí)和三級(jí)結(jié)構(gòu)，從而賦予它們足夠的強(qiáng)度和韌性，以維持細(xì)胞和組織的結(jié)構(gòu)完整性。結(jié)構(gòu)蛋白含有剛性、晶體纖維的蛋白質(zhì)（例如膠原蛋白、角蛋白）。含有無定形、長鏈分子的蛋白質(zhì)（例如彈性蛋白、彈力蛋白等）第二部分：結(jié)構(gòu)蛋白的類型角蛋白：發(fā)現(xiàn)于頭發(fā)、皮膚和指甲中的蛋白質(zhì)。肌蛋白：存在于肌肉組織中，促進(jìn)肌肉收縮。膠原蛋白：組成結(jié)締組織，如皮膚、骨骼和肌腱。彈性蛋白：賦予組織彈性，特別是在血管和某些皮膚組織中。角蛋白含有大量的半胱氨酸以及交聯(lián)的酩氨酸殘基。按物種可將角蛋白分為哺乳動(dòng)物角蛋白、鳥角蛋白和爬蟲類角蛋白三大類。角蛋白（Keratin）是一種纖維狀蛋白質(zhì)，廣泛存在于人類和其他動(dòng)物的外皮組織中，如頭發(fā)、指甲、皮膚和動(dòng)物的羽毛、蹄子、和角。是上皮細(xì)胞的主要結(jié)構(gòu)成分，負(fù)責(zé)保護(hù)細(xì)胞免受損傷或應(yīng)激。角蛋白氨基酸組成：角蛋白的結(jié)構(gòu)由長鏈氨基酸組成，富含硫含量較高的氨基酸如半胱氨酸。這些氨基酸鏈形成α-螺旋（α-helix）或β-折疊（β-sheet）結(jié)構(gòu)。二級(jí)結(jié)構(gòu)：α-角蛋白（如發(fā)現(xiàn)于頭發(fā)和指甲中）呈螺旋結(jié)構(gòu)，而β-角蛋白（如鳥類羽毛和爬行動(dòng)物鱗片中）則呈扁平折疊結(jié)構(gòu)。多聚合：?jiǎn)我宦菪Y(jié)構(gòu)的角蛋白鏈通過二硫鍵（由半胱氨酸的硫原子形成）相互連接，形成更大的纖維狀結(jié)構(gòu)。角蛋白結(jié)構(gòu)：角蛋白角蛋白的性質(zhì)：機(jī)械強(qiáng)度：角蛋白的纖維結(jié)構(gòu)賦予其極高的機(jī)械強(qiáng)度和耐用性，使它們成為理想的保護(hù)性結(jié)構(gòu)。不溶性：角蛋白在水中幾乎不溶解，這一特性有助于形成防水的保護(hù)層?；瘜W(xué)穩(wěn)定性：角蛋白對(duì)大多數(shù)生物化學(xué)反應(yīng)表現(xiàn)出較高的抵抗性，使其在化學(xué)和物理應(yīng)激下保持穩(wěn)定。彈性：尤其是頭發(fā)中的角蛋白表現(xiàn)出一定的彈性，這種彈性是由其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵決定的。角蛋白肌蛋白的定義：肌蛋白（Myosin）是一類馬達(dá)蛋白，廣泛存在于所有類型的肌肉細(xì)胞中。它在肌肉收縮過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，特別是與另一種蛋白質(zhì)肌動(dòng)蛋白（Actin）相互作用，推動(dòng)肌肉纖維的滑動(dòng)和收縮。肌蛋白肌蛋白的性質(zhì)：ATP酶活性：肌蛋白具有ATP酶活性，能夠分解ATP釋放能量，這是肌肉收縮的能量來源。形態(tài)多樣性：存在多種類型的肌蛋白，各自在不同類型的肌肉（如骨骼肌、平滑肌和心?。┲邪缪萁巧?。動(dòng)力學(xué)特性：肌蛋白的動(dòng)力學(xué)特性使其能夠通過“行走”在肌動(dòng)蛋白纖維上產(chǎn)生力和運(yùn)動(dòng)。調(diào)控機(jī)制：肌蛋白的活動(dòng)受到多種調(diào)控機(jī)制的影響，包括鈣離子濃度和肌動(dòng)蛋白的聚合狀態(tài)。模仿肌蛋白的材料是指材料的設(shè)計(jì)和制造受到生物肌蛋白的啟發(fā)，旨在在非生物系統(tǒng)中復(fù)制肌蛋白的能力，如在肌肉收縮中轉(zhuǎn)換化學(xué)能為機(jī)械能。仿肌蛋白特性的材料類型：生物工程肌肉纖維：使用基因工程方法制造的蛋白質(zhì)或細(xì)胞，可以模擬自然肌肉的行為。這些生物工程肌肉纖維可以在特定條件下收縮或放松。仿生聚合物：某些特殊設(shè)計(jì)的聚合物能夠響應(yīng)刺激（如電流、溫度變化或化學(xué)物質(zhì)）而改變形狀或體積，類似于肌肉的收縮和放松。形狀記憶合金：這類合金能夠記住其原始形狀，在加熱或其他外部刺激作用下返回到預(yù)定形狀，模仿肌肉的運(yùn)動(dòng)。軟體機(jī)器人技術(shù)：軟體機(jī)器人使用柔軟、可伸縮的材料制成，其運(yùn)動(dòng)方式模仿生物肌肉的柔韌性和適應(yīng)性。電活性聚合物：這些材料可以在電場(chǎng)的影響下產(chǎn)生機(jī)械響應(yīng)，模擬肌肉的電刺激響應(yīng)。仿肌蛋白材料機(jī)器人

彈性蛋白（Elastin）是一種高度彈性的蛋白質(zhì)，它賦予多種組織，如皮膚、肺、動(dòng)脈等，能夠在受到拉伸后恢復(fù)原形的能力。它是細(xì)胞外基質(zhì)的主要成分之一，與膠原蛋白一起工作，為組織提供結(jié)構(gòu)和彈性。彈性蛋白高度彈性：彈性蛋白能夠在拉伸后恢復(fù)其原始形狀，類似于橡膠耐久性：彈性蛋白非常穩(wěn)定，具有很高的耐久性。它能夠在人體內(nèi)持續(xù)多年工作而不降解。水解難度：彈性蛋白對(duì)于許多蛋白質(zhì)分解酶具有抵抗力，這意味著它在體內(nèi)不易被水解。富含非極性氨基酸：彈性蛋白富含如丙氨酸和纈氨酸這樣的非極性氨基酸，這些氨基酸有助于蛋白質(zhì)的彈性特性。交聯(lián)結(jié)構(gòu)：彈性蛋白分子之間存在交聯(lián)結(jié)構(gòu)，增加了其穩(wěn)定性和彈性。這種交聯(lián)是通過共價(jià)鍵完成的，特別是通過名為脫氨賴氨酸（Desmosine）和異脫氨賴氨酸（Isodesmosine）的特殊氨基酸。組織分布：彈性蛋白在人體中分布廣泛，但尤其集中在需要高度彈性和可伸展性的組織中彈性蛋白的性質(zhì)：彈性蛋白的主要功能：提供彈性：彈性蛋白賦予組織伸展和回彈的能力，類似于一個(gè)生物彈簧。這種特性對(duì)于各種組織結(jié)構(gòu)至關(guān)重要，特別是對(duì)于那些經(jīng)常伸展和收縮的組織，如肺部、動(dòng)脈和皮膚。維持結(jié)構(gòu)完整性：在肺和血管這類組織中，彈性蛋白幫助維持形狀和結(jié)構(gòu)完整性，即使在頻繁的伸展和壓縮過程中。減少能量消耗：通過在物理活動(dòng)中存儲(chǔ)和釋放能量，彈性蛋白減少了肌肉和其他組織在維持正常生理功能時(shí)所需的能量。血管功能：在血管中，彈性蛋白使動(dòng)脈能夠在心臟泵血時(shí)伸展，并在心臟舒張時(shí)幫助血管回彈，維持血壓和血流的穩(wěn)定性。組織修復(fù)：在組織損傷后，彈性蛋白參與維持和修復(fù)受損組織的原始形狀和功能。彈性蛋白膠原蛋白（Collagen），或稱膠原，是哺乳動(dòng)物體內(nèi)含量最豐富的蛋白質(zhì)之一，約占總蛋白質(zhì)的20%。它是人體極其關(guān)鍵的蛋白質(zhì)類型，主要分布在結(jié)締組織中，如皮膚、骨骼、肌腱、韌帶和血管等。與植物不同，植物組織中不含有膠原蛋白。隨著年齡的增長，膠原蛋白的生成減少以及現(xiàn)有膠原蛋白的降解，導(dǎo)致皮膚彈性下降，形成皺紋。膠原蛋白彈性蛋白吃豬蹄能補(bǔ)充膠原蛋白？答案：不能，但常吃能長胖，會(huì)把皮膚撐起來原因：膠原蛋白大分子，不會(huì)被口服吸收，會(huì)被分解為氨基酸。膠原蛋白多糖多糖（Polysaccharides）：是由許多單糖單位通過糖苷鍵連接而成的長鏈碳水化合物。通常遵循(C?H??O?)?的基本公式，其中n的取值范圍為40至3000,它們?cè)谏矬w中扮演重要的結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)能作用。在植物（纖維素）和動(dòng)物（幾丁質(zhì)）中，作為結(jié)構(gòu)性多糖的纖維素和幾丁質(zhì)扮演著至關(guān)重要角色。纖維素（Cellulose）：是植物細(xì)胞壁的主要成分，由幾百至幾千個(gè)β(1→4)連接的D-葡萄糖單元的線性鏈（糖苷鍵）組成的多糖。其化學(xué)通式為(C6H10O5)n纖維素纖維素的基本特征：化學(xué)結(jié)構(gòu)：纖維素是由β-D-葡萄糖單元通過β-1,4-糖苷鍵連接而成的直鏈多糖。每個(gè)葡萄糖單元之間的這種特定鍵合方式使得纖維素具有很高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。不可溶性：在自然狀態(tài)下，纖維素不溶于水和大多數(shù)有機(jī)溶劑，這是因?yàn)槔w維素分子之間存在大量的氫鍵，使得纖維素形成緊密的纖維狀結(jié)構(gòu)。生物合成：纖維素由植物細(xì)胞通過特定的生物合成途徑制造。在細(xì)胞壁中，纖維素微纖維與其他物質(zhì)（如木質(zhì)素和半纖維素）交互作用，提供機(jī)械支持和保護(hù)。生物降解性：雖然纖維素具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，但它可以被某些微生物和真菌的纖維素酶降解。纖維素幾丁質(zhì)（Chitin），甲殼素定義：幾丁質(zhì)是一種天然的多糖，是一種含氮的多糖，由多數(shù)經(jīng)N-乙酰修飾的D-葡糖胺及少數(shù)D-葡糖胺形成線性的聚合物昆蟲、甲殼類動(dòng)物（如螃蟹、龍蝦）的主要成分。結(jié)構(gòu)：由N-乙酰葡糖胺單元通過β-(1,4)-糖苷鍵連接而成。結(jié)構(gòu)上類似于纖維素，但每個(gè)葡萄糖單元的羥基被乙酰胺基團(tuán)取代。屬性：幾丁質(zhì)具有良好的生物相容性、生物可降解性和非毒性。，不易溶于水。幾丁質(zhì)分子結(jié)構(gòu)(C8H13O5N)n，純幾丁質(zhì)（100%乙?；┰谧匀唤缰胁⒉淮嬖?。幾丁質(zhì)傾向于與其N-去乙?；苌餁ぞ厶切纬晒簿畚?。當(dāng)乙酰胺基團(tuán)的比例超過50%（通常為70-90%）時(shí)，這種共聚物被稱為幾丁質(zhì)。殼聚糖（Chitosan）定義：殼聚糖是幾丁質(zhì)經(jīng)過部分脫乙?；幚砗蟮玫降漠a(chǎn)物。它是自然界中第二豐富的多糖。結(jié)構(gòu)：由脫乙酰的N-乙酰葡糖胺單元和未脫乙酰的N-乙酰葡糖胺單元混合組成。它的結(jié)構(gòu)使得殼聚糖比原始的幾丁質(zhì)更易溶于水。屬性：殼聚糖具有生物活性，包括抗菌、抗真菌和抗腫瘤特性。它還具有良好的成膜性、吸濕性和可加工性。殼聚糖結(jié)構(gòu)比較幾丁質(zhì)殼聚糖纖維素幾丁質(zhì)（Chitin）：與纖維素結(jié)構(gòu)相似，但每個(gè)葡萄糖單元的一個(gè)羥基被乙酰胺基團(tuán)取代。它是動(dòng)物界中的一種重要的結(jié)構(gòu)性多糖，特別是在某些昆蟲和海洋生物的外骨骼和結(jié)構(gòu)中。N-乙酰葡糖胺（N-acetylglucoseamine）：幾丁質(zhì)的單體，具有特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)，使得幾丁質(zhì)具有高強(qiáng)度和耐久性。結(jié)構(gòu)與功能：纖維素和幾丁質(zhì)作為多糖，其獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)使它們?cè)谏矬w中承擔(dān)關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)功能。課堂練習(xí)Collagenfibrilswitha200nmdiameteraresubjectedtotension.Thefibrilsareknowntoyieldatastressof200MPa.WhatistheloadthatanAchillestendoncantake,ifthediameteris1.5cm?直徑為200納米的膠原蛋白纖維受到拉伸。已知這些纖維在200兆帕斯卡（MPa）的應(yīng)力下開始屈服（Shen等，2008年）。如果跟腱的直徑為1.5厘米，那么它能承受的負(fù)荷是多少？Collagenfibrilswitha200nmdiameteraresubjectedtotension.Thefibrilsareknowntoyieldatastressof200MPa.WhatistheloadthatanAchillestendoncantake,ifthediameteris1.5cm?應(yīng)力和應(yīng)變是描述材料在受力時(shí)行為的兩個(gè)基本概念應(yīng)力是一個(gè)描述導(dǎo)致變形的力大小的量。應(yīng)力通常定義為單位面積上的力。當(dāng)力拉動(dòng)物體并導(dǎo)致其伸長時(shí)，例如松緊帶的拉伸，我們將這種應(yīng)力稱為拉伸應(yīng)力。受壓的物體或介質(zhì)會(huì)變形。描述這種變形的量稱為應(yīng)變。應(yīng)力定義為變形力F與被變形物體的截面積A的比率。

知識(shí)點(diǎn)提示：趙杰工程仿生教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室生物的自愈合：是指生物體在受到傷害后，能夠自發(fā)地啟動(dòng)一系列復(fù)雜的生物化學(xué)和細(xì)胞過程來修復(fù)損傷的能力。這種機(jī)制在所有生物體中都普遍存在，是一種基本的生存策略，允許生物在面對(duì)外部損傷時(shí)保持完整性和功能性。桃膠課堂知識(shí)點(diǎn)回顧自組裝指基本結(jié)構(gòu)單元(分子，納米材料，微米或更大尺度的物質(zhì)），自發(fā)形成有序結(jié)構(gòu)的一種組裝技術(shù)。在自組裝的過程中，基本結(jié)構(gòu)單元在基于非共價(jià)鍵的相互作用下自發(fā)的組織或聚集為一個(gè)穩(wěn)定、具有一定規(guī)則幾何外觀的結(jié)構(gòu)。特性：非共價(jià)鍵、自發(fā)性組裝課堂知識(shí)點(diǎn)回顧吉布斯自由能變化△G=△H-T△S，可以根據(jù)△G的大小判斷化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行?！鱃>0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行；△G=0，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；△G<0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。自組裝體的能量比較低，熵值增加，自組裝是個(gè)不好散能量的自發(fā)過程。自組裝的驅(qū)動(dòng)力包括：氫鍵、范德華力、靜電吸引等課堂知識(shí)點(diǎn)回顧通常與有機(jī)基質(zhì)（如蛋白質(zhì)和多糖）相結(jié)合形成復(fù)合材料。課堂知識(shí)點(diǎn)回顧結(jié)構(gòu)：DNA是一個(gè)雙螺旋結(jié)構(gòu)，由兩條互補(bǔ)的鏈組成，每條鏈由磷酸、五碳糖（脫氧核糖）和四種堿基（腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶）組成。這些成分通過磷酸二酯鍵連接形成鏈狀結(jié)構(gòu)，而堿基通過氫鍵相互配對(duì)，形成DNA的雙鏈結(jié)構(gòu)。功能：DNA是遺傳信息的主要存儲(chǔ)介質(zhì)，決定了個(gè)體的遺傳特征。它控制細(xì)胞的所有功能，包括生長、分化、復(fù)制和代謝。在細(xì)胞分裂過程中復(fù)制自身，確保遺傳信息能夠傳遞給下一代。脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）是遺傳信息的分子存儲(chǔ)庫。DNA包含合成功能性生物分子（如蛋白質(zhì)、RNA和細(xì)胞組分）所需的基因。RNA的功能是存儲(chǔ)和傳遞遺傳信息。DNA和RNA課堂知識(shí)點(diǎn)回顧蛋白質(zhì)是生命體內(nèi)一類非常重要的大分子，由氨基酸通過肽鍵連接而成的長鏈聚合物。它們?cè)诩?xì)胞和生物體的結(jié)構(gòu)、功能和調(diào)節(jié)方面起著至關(guān)重要的作用。蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)可分為四級(jí)：大分子由氨基酸鏈組成存在于身體中的每一個(gè)細(xì)胞參與身體的大多數(shù)功能和生命過程氨基酸的順序由DNA決定蛋白質(zhì)的特點(diǎn)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)可分為：一級(jí)結(jié)構(gòu)：氨基酸的線性序列。二級(jí)結(jié)構(gòu)：氨基酸鏈的局部折疊，如α-螺旋和β-折疊。三級(jí)結(jié)構(gòu)：整個(gè)多肽鏈的三維折疊，由氫鍵、疏水作用、離子鍵和范德華力等維持。四級(jí)結(jié)構(gòu)：兩個(gè)或多個(gè)多肽鏈（亞單位）的結(jié)合形式。蛋白質(zhì)多糖多糖（Polysaccharides）：是由許多單糖單位通過糖苷鍵連接而成的長鏈碳水化合物。通常遵循(C?H??O?)?的基本公式，其中n的取值范圍為40至3000,它們?cè)谏矬w中扮演重要的結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)能作用。在植物（纖維素）和動(dòng)物（幾丁質(zhì)）中，作為結(jié)構(gòu)性多糖的纖維素和幾丁質(zhì)扮演著至關(guān)重要角色。纖維素（Cellulose）：是植物細(xì)胞壁的主要成分，由幾百至幾千個(gè)β(1→4)連接的D-葡萄糖單元的線性鏈（糖苷鍵）組成的多糖。其化學(xué)通式為(C6H10O5)n纖維素幾丁質(zhì)（Chitin），甲殼素定義：幾丁質(zhì)是一種天然的多糖，是一種含氮的多糖，由多數(shù)經(jīng)N-乙酰修飾的D-葡糖胺及少數(shù)D-葡糖胺形成線性的聚合物昆蟲、甲殼類動(dòng)物（如螃蟹、龍蝦）的主要成分。結(jié)構(gòu)：由N-乙酰葡糖胺單元通過β-(1,4)-糖苷鍵連接而成。結(jié)構(gòu)上類似于纖維素，但每個(gè)葡萄糖單元的羥基被乙酰胺基團(tuán)取代。屬性：幾丁質(zhì)具有良好的生物相容性、生物可降解性和非毒性。，不易溶于水。幾丁質(zhì)分子結(jié)構(gòu)(C8H13O5N)n，殼聚糖（Chitosan）定義：殼聚糖是幾丁質(zhì)經(jīng)過部分脫乙?；幚砗蟮玫降漠a(chǎn)物。它是自然界中第二豐富的多糖。結(jié)構(gòu)：由脫乙酰的N-乙酰葡糖胺單元和未脫乙酰的N-乙酰葡糖胺單元混合組成。它的結(jié)構(gòu)使得殼聚糖比原始的幾丁質(zhì)更易溶于水。屬性：殼聚糖具有生物活性，包括抗菌、抗真菌和抗腫瘤特性。它還具有良好的成膜性、吸濕性和可加工性。殼聚糖結(jié)構(gòu)比較幾丁質(zhì)殼聚糖纖維素課堂練習(xí)Collagenfibrilswitha200nmdiameteraresubjectedtotension.Thefibrilsareknowntoyieldatastressof200MPa.WhatistheloadthatanAchillestendoncantake,ifthediameteris1.5cm?直徑為200納米的膠原蛋白纖維在200兆帕斯卡（MPa）的應(yīng)力下開始屈服（屈服應(yīng)力）。如果跟跟腱的直徑為1.5厘米，那么它能承受的屈服負(fù)荷是多少？Collagenfibrilswitha200nmdiameteraresubjectedtotension.Thefibrilsareknowntoyieldatastressof200MPa.WhatistheloadthatanAchillestendoncantake,ifthediameteris1.5cm?知識(shí)點(diǎn)=3.75×109=2×108

×

π×10-14=π×10-14=2×108

×

π×10-14×3.75×109=2.355×104N在這里，為了簡(jiǎn)便書寫，中間都不寫單位方法一：F=A

×S假設(shè)跟腱和膠原纖維應(yīng)力為均值，總體的應(yīng)力也是200Mpa=

π×0.56×10-4Totalload：F=2×108×π×0.56×10-4

F=2.35×104

N方法一：方法二：跟腱是人體中最長和最強(qiáng)大的肌腱,可以承受7000N(牛頓)的力量；因此，我們測(cè)算的這個(gè)可能是牛跟腱!!145醫(yī)用生物材料生物醫(yī)學(xué)材料的發(fā)展概況生物材料的分類及性能醫(yī)用金屬材料醫(yī)用高分子材料其他生物醫(yī)學(xué)材料生物醫(yī)學(xué)材料的安全性生物材料的發(fā)展趨勢(shì)146生物醫(yī)學(xué)材料發(fā)展概況生物醫(yī)學(xué)材料是生物醫(yī)學(xué)科學(xué)中的最新分支學(xué)科，是生物、醫(yī)學(xué)、化學(xué)和材料科學(xué)交叉形成的邊緣學(xué)科。具體涉及到化學(xué)、物理學(xué)、高分子化學(xué)、高分子物理學(xué)、生物物理學(xué)、生物化學(xué)、生理學(xué)、藥物學(xué)、基礎(chǔ)與臨床醫(yī)學(xué)等很多學(xué)科。ISO定義，生物醫(yī)學(xué)材料（BiomedicalMaterials），它是指“以醫(yī)療為目的，用于與組織接觸以形成功能的無生命的材料”。另有定義是：具有天然器官組織的功能或天然器官部分功能的材料。147生物材料的開發(fā)和利用可追溯到3500年前，那時(shí)的古埃及人就開始利用棉纖維、馬鬃作縫合線縫合傷口；印第安人則使用木片修補(bǔ)受傷的顱骨。2500年前，中國和埃及的墓葬中就發(fā)現(xiàn)有假牙、假鼻和假耳。悲慘世界，法國，用人的牙齒作假牙。1588年人們用黃金板修復(fù)顎骨。1775年就有用金屬固定體內(nèi)骨折的記載。生物醫(yī)學(xué)材料發(fā)展概況當(dāng)前存在難題：

排異、器官來源、法律、倫理等。因此醫(yī)學(xué)界對(duì)生物醫(yī)學(xué)材料和人工器官的要求日益增加。器官移植、跨性別、跨物種生物醫(yī)學(xué)材料發(fā)展概況生物醫(yī)用材料與生物體（尤其是人體）直接接觸，這些材料的性能對(duì)其在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用至關(guān)重要。生物醫(yī)用材料的關(guān)鍵性能介紹：生物相容性生物活性、生物惰性細(xì)胞相容性可降解性生物相容性（Biocompatibility）定義：生物相容性指的是材料與生物體接觸時(shí)不引發(fā)不良反應(yīng)的能力。這包括不誘發(fā)免疫反應(yīng)、炎癥反應(yīng)或任何形式的毒性反應(yīng)。重要性：生物相容性是醫(yī)用材料最重要的性質(zhì)之一，尤其對(duì)于長期植入體內(nèi)的材料。不良的生物相容性可能導(dǎo)致植入物失敗、組織損傷甚至更嚴(yán)重的系統(tǒng)性健康問題。生物相容性細(xì)胞相容性（Cytocompatibility）定義：材料對(duì)細(xì)胞的影響，包括細(xì)胞粘附、增殖和分化。重要性：細(xì)胞相容性對(duì)于組織工程和再生醫(yī)學(xué)中的材料至關(guān)重要，它決定了材料能否支持新組織的形成。細(xì)胞相容性生物惰性（BiologicalInertness）定義：生物惰性材料在與生物體接觸時(shí)，幾乎不與之發(fā)生任何化學(xué)或生物反應(yīng)。它們旨在被身體接受而不激發(fā)免疫、炎癥或其他不良反應(yīng)。應(yīng)用：生物惰性材料用于需要長期植入體內(nèi)但不需要與組織結(jié)合或促進(jìn)組織生長的應(yīng)用，如某些類型的心臟瓣膜、血管植入物和一些植入式電子設(shè)備。特點(diǎn)：這類材料的主要特點(diǎn)是穩(wěn)定性和持久性。它們不會(huì)分解或在體內(nèi)環(huán)境中顯著改變。生物惰性材料通常被設(shè)計(jì)為最小化身體對(duì)其的反應(yīng)。生物活性（BiologicalActivity）定義：生物活性材料能夠與生物體（特別是人體組織）產(chǎn)生積極的相互作用。這能夠促進(jìn)細(xì)胞附著、增殖和分化，甚至能夠促進(jìn)新組織的形成。應(yīng)用：生物活性材料廣泛應(yīng)用于組織工程、骨修復(fù)和骨再生、牙科植入物等領(lǐng)域。例如，生物活性玻璃和某些類型的陶瓷能夠與骨組織結(jié)合，促進(jìn)骨組織的再生和愈合。特點(diǎn)：這類材料通常具有表面特性，可以促進(jìn)細(xì)胞的生物響應(yīng)。它們可以與周圍組織形成強(qiáng)的化學(xué)鍵結(jié)合。生物活性和生物惰性153按生物材料的屬性分類：天然生物材料—再生纖維、膠原、透明質(zhì)酸、甲殼素等。合成高分子生物材料—硅橡膠、聚氨脂及其嵌段共聚物、滌綸、尼龍、聚丙烯腈、聚烯烴醫(yī)用金屬材料—不銹鋼、鈦及鈦合金、鈦鎳記憶合金等無機(jī)生物醫(yī)學(xué)材料—碳素材料、生物活性陶瓷、玻璃材料雜化生物材料—指來自活體的天然材料與合成材料的雜化，如膠原與聚乙烯醇的交聯(lián)雜化等復(fù)合生物材料—用碳纖維增強(qiáng)的塑料，用碳纖維或玻璃纖維增強(qiáng)的生物陶瓷、玻璃等生物材料的分類及性能154

醫(yī)用金屬材料在生物醫(yī)學(xué)材料中，金屬材料應(yīng)用最早，已有數(shù)百年的歷史。唐代就用銀汞合金（主要成份：汞、銀、銅、錫、鋅）來補(bǔ)牙。醫(yī)用金屬材料是指一類用作生物材料的金屬或合金，又稱外科用金屬材料。它是一類生物惰性材料，除具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和抗疲勞性能，具有良好的生物力學(xué)性能及相關(guān)的物理性質(zhì)外，具有優(yōu)良的抗生理腐蝕性、生物相容性、無毒性和簡(jiǎn)易可行及確切的手術(shù)操作技術(shù)。155該材料是臨床應(yīng)用最廣泛的承力植入材料，由于有較高的強(qiáng)度和韌性，已成為骨和牙齒等硬組織修復(fù)和替換、心血管和軟組織修復(fù)以及人工器官制造的主要材料?；瘜W(xué)周期表中的大部分金屬不符合生物材料的要求，僅有小部分或經(jīng)處理過的可用于臨床。目前在臨床使用的醫(yī)用金屬材料主要有不銹鋼、鈷基合金和鈦基合金三大類，另外還有記憶合金、貴金屬以及純金屬鉭、鈮和鋯等。常用醫(yī)用金屬材料不銹鋼鈷（Co）基合金鈦（Ti）基合金形狀記憶合金貴金屬醫(yī)用金屬材料不銹鋼鐵基耐蝕合金（一般由鐵、鉻、鎳、鉬、錳、硅組成），易加工、價(jià)格低廉。不銹鋼的耐蝕性和屈服強(qiáng)度可以通過冷加工而提高，避免疲勞斷裂。一般不銹鋼制成多種形體，如針、釘、髓內(nèi)針、齒冠、、三棱釘?shù)绕骷腿斯ぜ袤w而用于臨床，不銹鋼還用于制作各種醫(yī)療儀器和手術(shù)器械。生物環(huán)境下可釋放鎳離子，對(duì)某些人可能有過敏反應(yīng)。耐腐蝕性一般質(zhì)量較重，輕便性差158鈷（Co）基合金含有較高的鉻和鉬，又稱鈷鉻鉬合金，具有極為優(yōu)異的耐腐蝕性（比不銹鋼高40倍）和耐磨性，綜合力學(xué)性能和生物相容性良好，可通過精密鑄造成形狀復(fù)雜的精密修復(fù)體，有硬、中、軟三種類型。臨床上主要用于人工關(guān)節(jié)（特別是人體中受載荷最大的髖關(guān)節(jié)）人工骨及骨科內(nèi)處固定器件的制造齒科修復(fù)中的義齒，各種鑄造冠、嵌體及固定橋的制造心血管外科及整形科等由于其價(jià)格較高，加工困難，應(yīng)用尚不普及。161鈦（Ti）基合金臨床應(yīng)用廣泛，其輕質(zhì)高強(qiáng)、力學(xué)性質(zhì)接近人骨、耐疲勞、耐蝕性均優(yōu)于不銹鋼和鈷基合金，且生物相容性和表面活性好，是較為理想的一種植入材料?？箶嗔褟?qiáng)度較低，耐磨性差，加工困難。冶煉及成型工藝復(fù)雜，要求條件較高。主要用于：修補(bǔ)顱骨，制成鈦網(wǎng)或鈦箔用于修復(fù)腦膜和腹膜、人工骨、關(guān)節(jié)、牙和矯形物、人工心臟瓣膜支架、人工心臟部件和腦止血夾、口腔頜面矯形頜修補(bǔ)、手術(shù)器械、醫(yī)療儀器頜人工假肢等。形狀記憶合金（ShapeMemoryAlloys）在醫(yī)用材料領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用，主要得益于它們獨(dú)特的形狀記憶和超彈性特性。這些合金能在經(jīng)歷形變后恢復(fù)其原始形狀，特別是在溫度變化的作用下。心血管支架：形狀記憶合金，特別是鎳鈦合金（Nitinol），廣泛用于心血管支架。可在低溫下被壓縮，便于通過血管。到達(dá)目標(biāo)位置后，體溫會(huì)使其回復(fù)到原始形狀，從而擴(kuò)張血管。動(dòng)脈瘤夾：動(dòng)脈瘤是血管壁的異常膨脹，形狀記憶合金制成的夾子可以用來封閉這些膨脹的血管部分，防止其破裂。骨科植入物：在骨科手術(shù)中，如髖關(guān)節(jié)置換或脊柱融合手術(shù)中，形狀記憶合金的植入物可以用來穩(wěn)定骨骼結(jié)構(gòu)。由于其良好的生物相容性和力學(xué)性能，這些植入物能夠更好地與骨骼融合。應(yīng)用舉例心血管支架：形狀記憶合金，特別是鎳鈦合金（Nitinol），廣泛用于心血管支架?？稍诘蜏叵卤粔嚎s，便于通過血管。到達(dá)目標(biāo)位置后，體溫會(huì)使其回復(fù)到原始形狀，從而擴(kuò)張血管。心血管支架：形狀記憶合金，特別是鎳鈦合金（Nitinol），廣泛用于心血管支架?？稍诘蜏叵卤粔嚎s，便于通過血管。到達(dá)目標(biāo)位置后，體溫會(huì)使其回復(fù)到原始形狀，從而擴(kuò)張血管。單價(jià)原來價(jià)格2-4萬人民幣直降現(xiàn)在400-600元原因：我國能制造了165形狀記憶合金可以分為三種：?jiǎn)纬逃洃浶?yīng)雙程記憶效應(yīng)全程記憶效應(yīng)

166貴金屬（noblemetal）通常具有極高的抗氧化性和抗腐蝕性。貴金屬具有獨(dú)特穩(wěn)定的物理和化學(xué)性能、優(yōu)異的加工特性、對(duì)人體組織無毒副作用、刺激小等優(yōu)良的生物學(xué)性能。主要用于口腔科的齒科修復(fù)，也可用于小型植入式電子醫(yī)療器械。167醫(yī)用高分子材料低分子：分子量低于一千,如煤、糖、油、水泥、和抗菌素等。中分子：分子量在數(shù)千范圍，如維生素B12等。高分子：分子量在幾萬至幾百萬，如蛋白質(zhì)、棉、毛、木材、松香、橡膠、塑料、合成纖維。醫(yī)用高分子材料：在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用的、尤其能在機(jī)體內(nèi)使用的高分子材料。天然樹脂：如松香、橡膠。合成樹脂：由低分子量的化合物經(jīng)過各種化學(xué)反應(yīng)而制得的高分子量的樹脂狀物質(zhì)，如聚氯乙烯、聚乙烯。塑料主要成分就是合成樹脂。醫(yī)用高分子材料是一類在醫(yī)療領(lǐng)域廣泛使用的合成或天然聚合物。168天然高分子生物材料人類機(jī)體的皮膚、肌肉、組織和器官都是由高分子化合物組成的，天然高分子生物材料是人類最早使用的醫(yī)用材料之一。天然材料具有不可替代的優(yōu)點(diǎn)：功能多樣性、與機(jī)體的相容性、生物可降解性以及對(duì)其進(jìn)行改性與復(fù)合和雜化等研究。目前天然高分子生物材料主要有：天然蛋白質(zhì)材料：膠原蛋白和纖維蛋白兩種天然多糖類材料：纖維素、甲殼素和殼聚糖等169合成高分子材料的組成物（單體，添加劑等）可能向生物環(huán)境釋放，有可能導(dǎo)致毒性反應(yīng)。其彈性模量低和彈性常使其不能用于承受較大負(fù)荷的體位的修復(fù)。合成高分子生物材料可分為：生物不可降解類：硅橡膠、聚氨酯、環(huán)氧樹脂、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸酯水凝膠、聚酸胺和飽和聚酯等。生物可降解類：聚乙烯醇、聚乳酸、聚乙內(nèi)酯、乳酸一乙醇酸共聚物和聚β一羥基丁酸酯等。170硅橡膠硅橡膠是一種由硅（Si）和氧（O）原子組成的聚合物，其基本化學(xué)式可表示為Si-O-SiSi-O-Si。在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，每個(gè)硅原子通常與兩個(gè)氧原子相連，并且可能與其他類型的有機(jī)基團(tuán)如甲基（CH?）或苯基（C?H?）相連。彈性和柔韌性：硅橡膠因其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)而具有卓越的彈性和柔韌性。它能在應(yīng)力作用下伸展，并在去除應(yīng)力后恢復(fù)原狀。耐溫性：硅橡膠能承受極端的溫度變化，從非常低的溫度（通常低至-55°C）到非常高的溫度（高達(dá)+300°C），這使得它適用于各種環(huán)境。數(shù)據(jù)示例：拉伸測(cè)試：硅橡膠在拉伸測(cè)試中表現(xiàn)出高達(dá)700%的伸長率。溫度循環(huán)測(cè)試：在-50°C至250°C的溫度循環(huán)測(cè)試中，硅橡膠保持其物理性能不變，顯示出優(yōu)異的耐溫性。硅橡膠在醫(yī)學(xué)上主要用于粘合劑、導(dǎo)管、整形和修復(fù)外科（人工關(guān)節(jié)、皮膚擴(kuò)張、燒傷的皮膚創(chuàng)面保護(hù)、人工鼻梁、人