生物材料制備與加工

前言

　　國家已將生命科學(xué)和新材料科學(xué)列為21世紀(jì)重點發(fā)展的領(lǐng)域，而生物材料學(xué)作為生命科學(xué)和材料科學(xué)的前沿性交叉學(xué)科，更是優(yōu)先發(fā)展的重點。根據(jù)社會發(fā)展的需要，特別是生物醫(yī)學(xué)工程、組織工程和藥物釋放等交叉學(xué)科技術(shù)的迅速發(fā)展形成對專業(yè)人才的迫切需求，北京化工大學(xué)依托“材料學(xué)”國家重點學(xué)科，于2004年在全國率先設(shè)置了生物功能材料本科專業(yè)。目前缺乏適合新專業(yè)的教材，編者針對生物功能材料工科專業(yè)的教學(xué)需求，結(jié)合近年來為“高分子材料科學(xué)與工程”和“生物功能材料”兩個專業(yè)本科生開設(shè)“生物材料制備與加工”課程所整理的講義文稿，收集并整理、歸納了相關(guān)專題的文獻(xiàn)、書籍和網(wǎng)頁報道信息，并基于多年國內(nèi)外研究和教學(xué)工作經(jīng)驗編著此書?！　∩锊牧系暮铣?、制備與成型加工是決定生物材料成功應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，因此本書力圖結(jié)合材料科學(xué)和生物應(yīng)用的相關(guān)知識，突出材料的設(shè)計、制備與加工的方法，并列舉一些實例加強(qiáng)理解。在第1章中重點介紹了生物材料的一般要求、功能及選擇要求、制備與加工要求及其滅菌；第2章中重點介紹了天然生物高分子材料中典型天然多糖——甲殼素和殼聚糖以及天然蛋白——膠原蛋白和明膠的提取和改性方法；第3章中除了介紹合成生物高分子材料的一般制備方法外，重點介紹了生物硅橡膠、聚氨酯彈性體、丙烯酸酯樹脂、生物降解性聚酯、聚酸酐、聚膦腈、聚氨基酸等生物材料的制備及改性方法；第4章中除了介紹生物高分子材料一般的成型加工方法外，還重點介紹了典型生物橡膠、生物塑料、生物纖維的成型加工，以及聚合物載體藥物制劑、高分子生物功能膜、組織工程支架的制備方法；第5章中介紹了生物無機(jī)材料制備與加工的一般路徑及氧化物陶瓷、羥基磷灰石陶瓷、多孔生物陶瓷等制備與成型方法；第6章中重點介紹了鎳鈦合金的制備與加工方法；第7章中介紹了生物材料表面改性方法。本書可作為生物功能材料專業(yè)和材料科學(xué)領(lǐng)域其它專業(yè)、生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的高年級本科生和研究生教材，也可供相關(guān)科技人員閱讀參考。書中各章后所附思考題可供學(xué)生練習(xí)，附有參考文獻(xiàn)供進(jìn)一步閱讀。教師可以根據(jù)不同學(xué)科方向，對學(xué)生進(jìn)行選擇性和重點性教學(xué)。　　本書共7章，其中第1章由石淑先編寫，第2章由石淑先和黃雅欽編寫，第3章由石淑先和蔡晴編寫，第4章和第5章由石淑先編寫，第6章由石淑先、夏宇正和劉永榮編寫，第7章由陳曉農(nóng)編寫。全書由石淑先統(tǒng)稿。　　在本書編寫過程中，得到了“北京市高等教育精品教材立項項目”和“北京化工大學(xué)教材建設(shè)項目”基金的資助；也得到了北京化工大學(xué)周亨近教授的關(guān)懷、鼓勵和指導(dǎo)，并對全書進(jìn)行了審閱；同時還得到了北京化工大學(xué)各級領(lǐng)導(dǎo)和材料科學(xué)與工程學(xué)院生物材料系全體同仁的鼓勵和幫助以及化學(xué)工業(yè)出版社的大力支持，在此一并向他們表示誠摯謝意。同時對書中所引用資料的作者表示感謝?！　∮捎诒緯婕岸鄬W(xué)科交叉，內(nèi)容廣泛，加之生物材料發(fā)展迅速，新成果不斷涌現(xiàn)，以及作者學(xué)術(shù)水平所限，因此在編寫本書過程中難免存在缺點與不當(dāng)之處，敬請同行專家和使用本書的師生指正。

內(nèi)容概要

本書是北京市高等教育精品教材立項項目。全書共分為7章，分別是：緒論、天然生物高分子材料的制備、合成生物高分子材料的制備、生物高分子材料的成型加工、生物無機(jī)材料的制備與加工、生物金屬材料的制備與加工、生物材料表面改性。全書將材料科學(xué)和生物應(yīng)用的相關(guān)知識緊密結(jié)合，突出了材料的設(shè)計、制備與加工的方法，并在文中穿插了一些實例以進(jìn)一步加強(qiáng)理解。各章后分別附有思考題和參考文獻(xiàn)，以方便讀者學(xué)習(xí)自檢和查閱。教師可以根據(jù)不同學(xué)科方向，對學(xué)生進(jìn)行選擇性和重點型教學(xué)。     本書可作為生物功能材料專業(yè)和材料科學(xué)領(lǐng)域其它專業(yè)、生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的高年級本科生和研究生教材，也可供相關(guān)科技人員閱讀參考。

書籍目錄

第1章　緒論 　1.1　生物材料概述 　　1.1.1　生物材料的概念 　　1.1.2　生物材料的發(fā)展 　　1.1.3　生物材料的分類 　　1.1.4　生物材料的研究與實施 　1.2　生物材料的要求 　　1.2.1　生物材料的一般要求 　　1.2.2　生物材料的功能要求及選擇要求 　　1.2.3　生物材料及制品的制備與加工要求 　　1.2.4　生物材料的滅菌 　1.3　常用生物材料及其應(yīng)用 　　1.3.1　生物金屬材料 　　1.3.2　生物高分子材料 　　1.3.3　生物無機(jī)材料 　　1.3.4　生物復(fù)合材料 　　1.3.5　生物衍生及組織工程支架材料 　思考題 　參考文獻(xiàn) 第2章　天然生物高分子材料的制備 　2.1　概述 　2.2　甲殼素和殼聚糖 　　2.2.1　甲殼素和殼聚糖的性質(zhì) 　　2.2.2　甲殼素的制備 　　2.2.3　殼聚糖的制備 　　2.2.4　高黏度殼聚糖的制備 　　2.2.5　高脫乙酰度殼聚糖的制備 　　2.2.6　水溶性殼聚糖的制備 　　2.2.7　低聚殼聚糖的制備 　　2.2.8　磁性殼聚糖的制備 　　2.2.9　甲殼素或殼聚糖的化學(xué)改性方法 　　2.2.10　甲殼素或殼聚糖的酰化改性 　　2.2.11　甲殼素或殼聚糖的醚化改性 　　2.2.12　甲殼素或殼聚糖的酯化改性 　　2.2.13　幾種醫(yī)用殼聚糖衍生物的分子設(shè)計 　2.3　膠原蛋白和明膠 　　2.3.1　膠原蛋白和明膠的結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 　　2.3.2　膠原蛋白的制備 　　2.3.3　明膠的制備 　　2.3.4　膠原蛋白和明膠的應(yīng)用 　　思考題 　　參考文獻(xiàn) 第3章　合成生物高分子材料的制備 　3.1　概述 　　3.1.1　合成生物高分子材料的分類 　　3.1.2　合成生物高分子材料的制備與加工要求 　3.2　合成生物高分子材料的一般制備方法 　　3.2.1　自由基聚合 　　3.2.2　離子聚合 　　3.2.3　開環(huán)聚合 　　3.2.4　縮合聚合 　　3.2.5　生物合成 　　3.2.6　高分子材料的功能化 　3.3　乙烯基類高分子材料 　　3.3.1　概述 　　3.3.2　超高分子量聚乙烯的制備 　　3.3.3　聚乙烯醇的制備 　　3.3.4　聚N?乙烯基吡咯烷酮的制備 　　3.3.5　聚丙烯酰胺的制備 　　3.3.6　聚丙烯腈及其碳纖維的制備 　3.4　有機(jī)硅生物材料 　　3.4.1　概述 　　3.4.2　有機(jī)聚硅氧烷的一般制備方法 　　3.4.3　高溫硫化硅橡膠的制備 　　3.4.4　室溫硫化硅橡膠的制備 　　3.4.5　醫(yī)用硅橡膠的滅菌 　3.5　聚氨酯彈性體 　　3.5.1　聚氨酯彈性體合成的原材料 　　3.5.2　聚氨酯彈性體的一般制備方法 　　3.5.3　聚氨酯的改性 　3.6　丙烯酸酯樹脂 　　3.6.1　單體及聚合 　　3.6.2　聚甲基丙烯酸甲酯 　　3.6.3　聚甲基丙烯酸羥乙酯 　　3.6.4　聚α?氰基丙烯酸酯 　3.7　生物降解性聚酯 　　3.7.1　可降解生物材料 　　3.7.2　脂肪族聚酯的一般制備方法 　　3.7.3　典型化學(xué)合成生物降解聚酯聚乳酸的制備 　　3.7.4　聚酯衍生物的分子設(shè)計及其制備 　　3.7.5　微生物法聚羥基脂肪酸酯的制備 　3.8　聚酸酐 　　3.8.1　概述 　　3.8.2　聚酸酐的合成方法 　　3.8.3　聚酸酐的分類 　　3.8.4　聚酸酐的穩(wěn)定性 　　3.8.5　聚酸酐的降解 　　3.8.6　藥物釋放體系的制備 　3.9　聚膦腈 　　3.9.1　概述 　　3.9.2　單體的制備 　　3.9.3　聚二氯磷腈的制備 　　3.9.4　聚膦腈的制備 　　3.9.5　聚膦腈?zhèn)然墓δ芑磻?yīng) 　　3.9.6　聚膦腈的改性 　　3.9.7　生物可降解聚膦腈的降解機(jī)理 　　3.9.8　展望 　3.10　聚氨基酸 　　3.10.1　概述 　　3.10.2　氨基酸聚合物的分類 　　3.10.3　氨基酸聚合物的合成方法 　　3.10.4　展望 　　思考題 　　參考文獻(xiàn) 第4章　生物高分子材料的成型加工 第5章　生物無機(jī)材料的制備與加工 第6章　生物金屬材料的制備與加工 第7章　生物材料表面改性

章節(jié)摘錄

　　第1章 緒論　　從古至今，材料一直是人類文明和技術(shù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。進(jìn)入21世紀(jì)，具有特種功能、特殊性能的新材料日益崛起和壯大。新材料是知識密集、技術(shù)密集、附加值高、更新?lián)Q代快、品種豐富、與新技術(shù)密切相關(guān)、多學(xué)科交叉滲透的產(chǎn)物。生物材料作為特種功能材料的一員，其發(fā)展日益受到人們的關(guān)注?！　?.1 生物材料概述　　1.1.1 生物材料的概念　　生物材料（biomaterial），又稱生物醫(yī)用材料（biomedicalmaterial），是和生物系統(tǒng)相作用，用以對生物體進(jìn)行診斷、治療修復(fù)和置換損壞的組織、器官或增進(jìn)其功能的材料。簡單的理解就是直接或問接與人體接觸、處置和診治的相關(guān)材料。它可以是天然產(chǎn)物，也可以是合成材料，或者是它們的結(jié)合，還可以是有生命力的活體細(xì)胞或天然組織與無生命的材料結(jié)合而成的雜化材料。生物材料不同于藥物，它的主要治療目的是不必通過在體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)或新陳代謝來實現(xiàn)，但是可以結(jié)合藥理作用，甚至起藥理活性物質(zhì)的作用。與生物系統(tǒng)直接結(jié)合是生物材料最基本的特征，如直接進(jìn)人體內(nèi)的植入材料，人工心肺、肝、腎等輔助裝置中與血液直接接觸的材料等。除應(yīng)滿足一定的理化性質(zhì)要求外，生物材料還必須滿足生物學(xué)性能要求，即生物相容性要求，這是它區(qū)別于其它功能材料的最重要特征。因此從生物材料的設(shè)計、研究、制造、檢測、動物實驗、人體臨床驗證、上市銷售、售后服務(wù)的大循環(huán)中，始終應(yīng)圍繞一點：以人為本。

圖書封面

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