东海大学(医疗药品)重庆医科大学药学院选修课生物医用材料考试题

5

楼教师办公室王驰老师处，请亲自交去并签字。

题目一：人工胰

一、人工胰的概念：

能模拟胰腺生理分泌功能 的人工胰是维持完善的血糖调节以治疗糖尿病的有效手段。新型

人工胰装置包括传感器和 泵两部分。植人体内的传感器能即时检测患者所需胰岛素的剂

量，然后驱动泵向体内输入 适量药剂，以帮助患者完成糖代谢。安装人工胰装置后，糖尿

病患者便可不必每天接受胰 岛素注射，也省去了频繁化验血糖值的麻烦。它能够像医生一

样判断人体需要的精确剂量 ，按需给药。人工胰是用人工方法取代正常胰腺内分泌功能的

一种机械装置，由微机控创 。人工胰是糖尿病患者的胰岛素分泌不足时的一种补充。

二、人工胰的基本构造：

1

、高度智能化的胰岛素泵

2

、全自动动态血糖测定仪

三、人工胰的基本工作方法：

1

、其接头可与任何一款胰岛素泵专用输注导管接口连接。

2

、能直接自动输注追加量。

3

、可直接与计算机连接下载泵内全部数据。

4

、

可与专配的小型血糖测试仪融为一体，

测定的 血糖值立即自动输入泵内，

并立即显示在泵的视窗上，

7

秒内泵会自动显示出你目前的血糖值是否达到目标血糖范围，

是否低于或高于目标范围。

如果低血糖

或高血糖，泵会立即计算出来并推荐你需要补充或减少多少追加量。< /p>

四、人工胰的基本工作原理：

1

、血糖监测方法（采用葡萄糖氧化酶化学法）

（

1

）将针型的葡萄糖感受器插入皮下组织，由感受器前端的测 试头自动检测

（

2

）测试头由半透膜、 葡萄糖氧化酶与微电极组成。通过测试头前端的葡萄糖氧化酶与

人体液中的葡萄糖发生化 学反应生成的电信号进行检测

（

3

）< /p>

动态血糖仪内的记录器每

10

秒从测试头接受一次电信号，

将

5

分钟的值平均后转换

成血糖值存贮在动态血糖 仪内，每天可贮存

288

个血糖测定值

（

4

）需要测定外周血糖校正，每个测试头可用

3

天。三天后将这些数据通过仪器上的红

外线接口输入计算机，便可获取每天的血糖变化图 与统计数据，血糖测定的数据不能即测

即得。

（

5

）血糖存储值：可连续存贮共

14

天的（

4

千余个）血糖数据（还可存贮进餐、运动、

入睡、工作等情 况）

。血糖测试范围

40

—

400mg/dl

，与外周指血血糖测定数据相关系数

为

0.92

。

2

、胰岛素泵是一个输注胰岛素的装置，它是由患 者（通常在医生的指导下）自己根据血

糖的波动情况，

在胰岛素泵内设置 好个体化的基础率输注程序、

进食前追加剂量输注程序，

开启后自动输注 、由患者自己操作使用的小型精密仪器。目前所有的胰岛素泵都还不能自

动感知使用者体 内血糖的水平，也不能自动将血糖控制到正常，患者必须不断地检测血糖

来校正、调整胰 岛素泵所输出地胰岛素剂量，从而使血糖水平正常化。目前的胰岛素泵还

不是全自动的“ 人工胰”

。所以还需要使用者通过多次监测血糖，用经过学习培训的大脑

来指挥与操作胰岛素泵，从而达到几乎正常的血糖水平而又不发生低血糖

五、生物人工胰的制备

1

．生 物人工胰：以琼脂糖

/

聚乙烯醇互穿聚合物网络为免疫隔离膜

< /p>

生物人工胰

,

即把胰岛包被在免疫隔离半透膜中保护使其不 受排斥

,

已进行

了广泛的研究

,

大多数使用海藻酸钠

-

聚赖氨酸作为免疫隔离膜

,

但其选择

渗透性不尽如意。对琼脂糖膜的研究 显示

,

由于其具有高度组织相容性和稳

定性而在移植领域。

2

．开路 型植入式脉冲缓释双路人工胰（泵）

：包括胰岛素接受器，与胰岛

素接受器出口连通的胰岛素贮藏囊，其特征是还有固定速率缓释泵，体外

磁力施压器，含受体外磁力施压器控制的磁动子的磁性脉冲泵，磁性脉冲

泵中有与固定速率缓释泵连通的压力供压囊，与胰岛素贮藏囊出口连通的

脉冲囊。体积小，成本低，可植入体内，操作简单，使用寿命长，患者感

受舒适，可精确地控制血糖，预防糖尿病慢性合并症，延长糖尿病患者的

生命，可在我国广泛使用。

3

．植入型人工胰：法国蒙彼利埃市大学医疗中心，在世界上首次为一胰

岛素依赖型糖尿病患者成功地进行了人工胰腺植入手术。这个人工胰腺主

要由胰岛素泵和血糖监测仪两部分组成。胰岛素泵被植入患者腹腔内的胰

腺位置上，大约有２厘米厚１２厘米长，主要包括一个使用寿命为１０年

的电池和一个浓缩胰岛素储藏器。

题目三：复合人工骨支架材料

一、复合人工骨

是一种使用复合材料制成的人 工骨，基本原理是将具有骨传导能力的材料与具有骨诱

导能力的物质如骨生长因子、骨髓 组织等复合制备成复合人工骨，使它们既具有骨传导作

用，又具有骨诱导作用。

二、生物无机与有机高分子复合骨修复材料

自

70

年代末，羟基磷灰石作为新型生物材料问世以来，已越来越 引起医学界及相关学科

浓厚兴趣。由于羟基磷灰石是由与人体硬组织无机质相近的物质组 成的，因此羟基磷灰石

是骨和牙齿种植中很具潜力的生物材料。由于纯羟基磷灰石脆性较 大，强度较低，所以人

们都在通过各种途径对它进行改性制成复合材料，生物有机高分子 基复合材料，尤其生物

无机与高分子复合材料的出现和发展，为人工器官和人工修复材料 、骨填充材料开发与应

用奠定了坚实的基础。

自然骨是由磷灰石和高分子胶原纤维构成的无机

/

有机复合材料，

具有良好的力学性能。

基

于仿生的概念，人们期望能研制出一种机械强度 和韧性好，弹性模量接近自然骨的生物活

性材料，一些聚合物具有较好的韧性和接近人骨 的弹性模量，但缺乏生物活性。磷酸钙无

机材料是构成人骨无机质的主要成分，因而与自 然骨组织有天然的亲和性，磷酸钙无机材

料生物相容性好，能与周围骨组织形成牢固的键 合，但该种材料的脆性大、抗折强度低和

成型困难。磷酸钙无机材料与高聚物复合，可以 将二者性能充分结合起来，可望得到力学

性能好（强度高、韧性好）

，弹 性模量与人骨相近且具有良好生物相容性和生物活性的骨

修复和重建生物材料。目前常见 的生物无机与有机高分子复合材料主要有：羟基磷灰石

(HA)

、

磷酸三钙

(TCP)

、

A-W

玻璃陶瓷< /p>

(BGC)

和生物玻璃

(BG)

与增强高密度聚乙烯

(HDPE)

、

聚酰胺

(PA)

、聚甲基丙烯酸甲酯

(PMMA)

、聚乳酸

(PLA)

、聚乙醇酸

(PGA)

及聚乳酸和聚乙

醇酸的 共聚物

(PLGA)

等高分子化合物的复合材料。

HDPE-HA

复合材料随

HA

掺量的增加，

其密度也增 加

,

弹性模量可从

1GPa

提高到

9MPa

，

由于该复合材料的弹性模量处于自然骨

杨氏模 量范围之内，具有极好的力学相容性，并且具有引导新骨形成的功能。

AW

玻璃陶

瓷和生物玻璃增强

HDPE

复合材料具有与

HA

增强

HDPE

复合材料相似的力学性能和生物

学性能

,

复合材料在

37

℃的

SBF

溶液中体外实验研究表明，

在其表面可形成磷灰石层

,

通过

控制和调整

AW

玻璃陶瓷和生物玻 璃的含量，使其满足不同临床应用的需求。聚乳酸具有

良好的生物相容性和可降解性，但 材料还缺乏骨结合能力，对

X

光具有穿透性，不便于临

床 上显影观察。将聚乳酸与

HA

颗粒复合有助于提高材料的初始硬度和刚性，延缓材 料的

早期降解速度

,

便于骨折早期愈合。随着聚乳酸的降 解吸收，

HA

在体内逐渐转化为自然骨

组织，

此外可提高材料对

X-

射线的阻拒

作用，便于临床显影观察。

三、

HA/

胶原复合骨修复材料

胶原是机体生命的最根本的基质，它具有以脯氨酸等中性氨基酸和含有碱性或酸性侧链的

氨基酸蛋白质的结构和特性。选用与自然骨有机质更接近的胶原与

HA< /p>

复合，这样植入材

料就能和受骨的骨胶原末端的胺基和羟基相结合，形成具 有生物活性的化学性结合界面，

从而发挥其正常的生理功能作用。目前研究已证实，胶原 与多孔羟基磷灰石陶瓷复合，其

强度比

HA

陶瓷提高

2~3

倍，胶原膜有利于孔隙内新生骨生长，植入狗的股骨后仅

4

周，

新骨即已充满所有大的孔隙。

胶原与颗粒状

HA

复合已成为克服牙槽嵴萎缩的最理想材料。

HA-

胶原复合材料已得到广泛、深入的研究与开发。

当

HA

与胶原质量比为

4.5

：

1

时，< /p>

HA

形成时间可由

4.5~5h

，缩短到

。研究表明

脱矿胶原基质对溶液中的

C a

、

P

具有诱导吸附作用，并符合传统的成核理论，

胶原表面的

非均相成核可降低

HA

晶核的临界能或表面 能，胶原纤维在溶胶中的出现缩短了

HA

形成

的最初时间 。冷冻干燥后的复合材料

SEM

分析表明，

HA

晶 粒沉积在胶原纤维表面，

胶原

纤维为

HA

的形成提供了成核的模板或成核的位置，并能降低其成核能，对

HA

形成起到

加速作用。复合材料的抗弯强度达

7~12.5Mpa

，

弹性模量为

0.2~1.7GPa

，

HA-

材料的断裂功为

0.51kj/m2

，与< /p>

HA

陶瓷和自然骨相比，高于纯

HA

（

0.07kj/m2

）

，而略

低于自然骨。

四、

n-HA/

聚酰胺复合骨修复材料

羟基磷灰石

(HA)

是构成人体硬组织的 主要无机质，它无毒、无刺激、无任何不良反应，具

有良好的生物相容性和生物活性。其 表面带有极性，与人体细胞、多糖和蛋白质能以氢键

结合，与机体组织有较强的亲和力。 羟基磷灰石不但能起到钙盐沉积的支架作用，而且还

能诱导新骨的形成，能直接和人体软 、硬组织形成键合，在骨骼修复和替换中正在发挥越

来越重要的作用。然而羟基磷灰石生 物陶瓷的脆性和不易于手术赋形等缺点，限制了它在

临床上的广泛应用。为提高羟基磷灰 石的韧性和线型加工性能，可以把羟基磷灰石和高分

子复合，制备新型有良好机械力学性 能和生物活性的可承力的骨修复和替代材料。传统的

复合方法很难实现既提高羟基磷灰石 在复合材料中的含量，同时又保证复合材料两相间的

界面结合和力学强度，因而有必要采 用纳米级羟基磷灰石和聚合物复合，来制备纳米生物

医用复合材料。聚酰胺

(PA)

由于和人体的胶原蛋白在分子结构上十分相似，所以和人体组

织有良好的相容性，是一类优良的医用高分子材料，且具有较高的韧性和强度，在临床有

广泛而长期的应用，如医用缝线、复合人工皮等。由于在其主链上含有许多重复的极性酰

胺基团

(-HN-C=O)

，

以及链两端的极性基团

(-NH2

，

-COOH)

，

因而它是一类极性 聚合物，

与极性的无机磷酸钙材料相容性好。

自然骨中磷灰石含量在

65wt%

左右，

并有序沉淀于胶原基体中 ，

但目前报道的一般合成方

法很难获得一种高

HA

含量的生物活性复合材料。李玉宝等人用常压共溶法制备了磷灰石

/

65wt%

左右 ，接近自然骨

中磷灰石的水平。在复合材料的两相界面间形成了化学键；此种复合材料的 性能，特别是

抗压、抗弯强度和弹性模量与人体皮质骨类似

[24]

。动物实验结果表明：磷灰石

/

聚酰胺复

合材 料具有优异的生物活性和力学性能，与自然骨能形成牢固的生物性的骨键合。在狗的

软组 织中还发现该种材料有诱导软骨的特性，是一种较为理想的新型骨修复材料。

< br>在该复合材料中，

n-HA

含量高于同类产品，因而具有很高的生物活性；

n-HA

在复合材

料中分布均匀；

n-H A

与

PA66

之间既有化学键合又有分子间的相互作用，使复合材 料能

更好地传递外应力，达到既增强又增韧的目的。

n-HA/PA66

复合材料具有良好的生物活

性和力学性能，是一种优良的人工骨材料。该 人工骨材料在骨的愈合、塑形整个过程可持

续给予骨缺损（尤其是大段骨缺损）部位坚强 的力学支持，可缩短住院时间，使成功修复

大段骨缺损的临床愿望得以实现。对经过灭菌 的

n-HA/PA66

复合材料进行毒性测试，溶

血测试 ，刺激测试等，表明

n-HA/PA66

复合材料无毒，无刺激，生物安全性好。 长耳兔

的牙、脊椎、颅骨等植入实验显示，

n-HA/PA66

复合材料具有良好的生物相容性和生物

活性，动物临床试验已完成。临床人体骨修 复研究结果表明，二十余例手术效果优良，并

取得突破性成果。目前，该人工骨正进入临 床使用阶段。