功能材料合成与制备第十章其它功能材料
01生物医用功能材料02催化功能材料03新能源材料
01生物医用功能材料
1.1生物医用材料定义生物医用材料的应用生物医用材料在“十三五”和“十四五”国家重大科技计划中均有重要布局。我国生物医用材料产品市场份额占医疗器械万亿规模的46%。作为高技术重要组成部分的生物医用材料已进入一个快速发展的新阶段，其市场销售额正以每年16%的速度递增，预计20年内，生物医用材料所占的份额将赶上药物市场，成为一个支柱产业。用于与生命系统接触和发生相互作用的，并能对其细胞、组织和器官进行诊断治疗、替换修复或诱导再生的一类天然或人工合成的特殊功能材料，又称生物材料。生物医用材料目前生物医用材料研究的重点是在保证安全性的前提下寻找组织相容性更好、可降解、耐腐蚀、持久、多用途的生物医用材料。
1.2生物医用材料的基本要求生物芯片典型的生物医用材料生物兼容性好、可降解或可诱导再生的人体软、硬组织替换材料；具有分子识别和特异免疫功能的血液净化材料和装置。骨科生物医用材料生物相容性、特定的力学强度、可靠性、抗磨损性等;与骨组织的结合包括形态结合、生物学结合、生物活性结合、骨性结合等。
1.2生物医用材料的基本要求根据医疗器械是否与血液或组织接触，生物相容性可分为：血液相容性：血液（血浆蛋白、血细胞、血管内皮细胞）对外源性物质或材料产生合乎要求的反应；组织相容性：材料与生物活体组织及体液接触后，不引起细胞、组织的功能下降，组织不发生炎症、癌变以及排异反应等。“适当的宿主反应”指的是生物材料在与组织和体液接触时表现出良好或和谐的行为。（1）生物相容性（1）生物医用材料对人体免疫系统的影响；（2）生物医用材料对各种细胞因子的影响；（3）生物医用材料对细胞生长、凋亡的影响；（4）降解控释材料对人体代谢过程的影响；（5）智能材料对人体信息传递和功能调控的影响；（6）药物控释材料、净化功能材料、组织工程材料的生物相容性评价。生物相容性的新要求，除了目前的ISO10993标准外，新的评价方法包括：材料在特定的应用范围内（如机体的特定部位）表现出的适当的宿主反应。
1.2生物医用材料的基本要求体外实验——InVitro基于拉丁语，意思是在玻璃上。用于评估生物材料在试管或受控人工环境中的生物功能性和生物相容性，即：生物体外的受控环境。体内实验——InVivo基于拉丁语，意思是活着的。生物材料的生物功能和生物相容性实验将在整个生物体的活组织中完成。（2）毒理学测试（低毒）当代生物材料的发展不仅强调材料自身理化性能和生物安全性、可靠性的改善，而且更强调赋予其生物结构和生物功能，以使其在体内调动并发挥机体自我修复和完善的能力，重建或康复受损的人体组织或器官。如聚（α-羟基酸）可以被用作可控药物递送载体，原因是：(a)可以负载足量的药物；(b)药物在基体中均匀分布；(c)药物和基体之间具有足够的结合能力；(d)药物释放可控；(e)在机体温度下可以长时间保持药物的完整结构和活性。（3）生物材料的功能高度依赖于材料的某些特殊性能（4）考虑材料的各种性质———化学、物理和机械性能、降解性、稳定性、可加工性、可灭菌性等。
1.3生物医用材料的分类生物医用材料按性质划分骨、牙、关节、肌腱等骨骼-肌肉系统修复材料皮肤、乳房、食道、呼吸道、膀胱等人工心脏瓣膜、血管、心血管内插管等血液净化膜和分离膜、气体选择性透过膜、角膜接触镜等硬组织材料软组织材料心血管材料医用膜材料齿科材料临床诊断及生物传感器材料药物释放载体材料组织粘合剂和缝线材料……按用途划分生物活性陶瓷生物降解高分子材料医用复合生物材料……具有良好的生物相容性和生物活性，可用于骨科植入物、人工关节等领域，促进骨组织生长和修复。具有生物降解性，可以在人体内逐渐降解，不需要二次手术取出，常用于缝合线、支架等领域，是医用高分子材料的重要方向。强韧化生物复合材料功能性生物复合材料具有良好的机械性能和生物相容性，可用于组织修复和再生具有特定的生物活性成分，具有治疗功能。
1.4生物活性陶瓷活性生物医用材料是一类能在材料界面上引发特殊生物反应的材料。这种反应导致组织和材料之间形成化学键合。该概念是在1969年美国人LarryHench在研究生物玻璃时发现并提出，进而在生物陶瓷领域引入了生物活性概念，开创了新的研究领域。陶瓷生物医用材料包括陶瓷、玻璃、碳素等无机非金属材料。此类材料化学性能稳定，具有良好的生物相容性；根据生理环境中所发生的生物化学反应，生物陶瓷可分为三种类型：生物惰性陶瓷材料、生物活性陶瓷材料以及可吸收的生物陶瓷材料。生物活性陶瓷材料又叫生物降解陶瓷，包括生物表面活性陶瓷和生物吸收性陶瓷。其中生物表面活性陶瓷通常含有羟基，还可做成多孔性，生物组织可长入并同其表面发生牢固的键合。