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1 生物材料概述1

1.1 引言1

1.2 生物材料：从过去到现在3

1.3 生物材料的影响9

1.4 生物材料的特点11

1.5 生物材料的分类14

1.5.1 金属生物材料18

1.5.2 陶瓷生物材料19

1.5.3 聚合生物材料19

1.5.4 复合生物材料20

1.6 生物材料的表面修饰20

1.7 生物材料的最新趋势22

1.7.1 纳米生物材料：新一代生物材料22

1.7.2 纳米生物材料合成方法23

1.7.2.1 溶胶凝胶合成法23

1.7.2.2 仿生合成法24

1.7.2.3 组织工程法26

1.8 小结28

术语表29

参考文献32

2 人体生物学基础35

2.1 引言35

2.2 人体的结构与功能35

2.3 化学水平36

2.4 细胞水平37

2.4.1 细胞核38

2.4.2 细胞质39

2.4.3 细胞膜39

2.4.3.1 跨膜运输40

2.5 组织水平41

2.5.1 上皮组织42

2.5.2 结缔组织43

2.5.3 肌肉组织43

2.5.4 神经组织44

2.6 器官水平44

2.6.1 皮肤44

2.6.2 骨46

2.7 系统水平49

术语表51

参考文献54

延伸阅读55

3 生物材料的降解和腐蚀57

3.1 引言57

3.2 表面特性57

3.3 生物材料的降解62

3.4 生物材料的腐蚀63

3.4.1 电化学腐蚀66

3.4.2 裂隙腐蚀66

3.4.3 点状腐蚀66

3.4.4 晶间腐蚀67

3.4.5 应力腐蚀67

3.4.6 摩擦腐蚀68

3.5 腐蚀测试方法68

3.6 植入物的生物相容性70

3.6.1 体外实验方法71

3.6.2 体内实验方法73

3.7 案例研究74

3.8 小结77

术语表77

参考文献78

延伸阅读79

4 生物材料的摩擦学和植入失败81

4.1 引言81

4.2 形变力学82

4.2.1 弹性形变84

4.2.2 塑性形变85

4.3 生物材料的形变分析86

4.4 断裂力学88

4.5 断裂分类91

4.5.1 脆性断裂92

4.5.2 韧性断裂93

4.6 生物材料从脆性断裂到韧性断裂的过渡94

4.7 断裂韧性96

4.8 生物材料的韧性分析100

4.9 疲劳力学104

4.10 生物材料的疲劳分析107

4.11 摩擦学109

4.11.1 摩擦109

4.11.2 磨损111

4.12 生物材料的摩擦学分析114

4.13 案例研究117

4.14 小结119

术语表119

参考文献121

延伸阅读121

5 纳米现象123

5.1 引言123

5.2 纳米现象125

5.2.1 纳米尺度的材料性能126

5.3 纳米材料的合成129

5.3.1 自顶向下法130

5.3.2 自底向上法134

5.4 表征技术139

5.4.1 X射线衍射和散射法140

5.4.2 电子显微镜141

5.4.3 扫描探针显微镜143

5.4.4 光散射技术145

5.4.5 气体吸附测试147

5.5 纳米材料的环境因素与安全因素148

5.6 小结155

术语表155

参考文献157

延伸阅读159

6 金属生物材料161

6.1 引言161

6.2 金属生物材料161

6.2.1 不锈钢163

6.2.2 钴铬合金168

6.2.3 钛及钛合金169

6.2.4 形状记忆合金172

6.2.5 牙科汞合金175

6.2.6 贵金属及其他金属175

6.3 纳米结构金属植入材料176

6.4 案例研究179

6.5 小结183

术语表184

参考文献185

7 陶瓷生物材料187

7.1 引言187

7.2 生物陶瓷187

7.2.1 近惰性生物陶瓷189

7.2.2 多孔生物陶瓷193

7.2.3 生物活性陶瓷194

7.2.3.1 生物活性玻璃195

7.2.3.2 磷酸钙陶瓷197

7.2.4 生物可吸收性陶瓷200

7.3 纳米结构生物陶瓷201

7.4 纳米生物陶瓷的合成和表征201

7.4.1 纳米氧化铝陶瓷的合成和表征202

7.4.2 纳米磷酸钙陶瓷的合成和表征208

7.5 案例研究211

7.6 小结212

术语表213

参考文献214

8 聚合生物材料217

8.1 引言217

8.1.1 聚合过程217

8.1.1.1 加聚217

8.1.1.2 缩聚218

8.1.2 聚合物的类型219

8.1.3 影响聚合物性质的因素221

8.1.3.1 分子质量221

8.1.3.2 分子结构221

8.1.3.3 分子间作用力222

8.1.3.4 聚合物的结晶度223

8.1.4 聚合物的表征224

8.2 聚合物作为生物材料224

8.3 聚合生物材料的分类225

8.4 天然聚合物226

8.4.1 胶原227

8.4.2 明胶228

8.4.3 壳聚糖228

8.5 合成聚合物229

8.5.1 非生物降解合成聚合物229

8.5.1.1 聚甲基丙烯酸甲酯229

8.5.1.2 聚乙烯230

8.5.1.3 聚对苯二甲酸乙二酯230

8.5.2 生物降解合成聚合物230

8.5.2.1 聚乳酸230

8.5.2.2 聚乙交酯231

8.5.2.3 聚乳酸羟基乙酸231

8.6 聚合纳米生物材料231

8.7 聚合纳米纤维加工232

8.7.1 牵引233

8.7.2 模板合成233

8.7.3 自组装237

8.7.4 相分离237

8.7.5 电纺丝：新方法239

8.7.5.1 实验系统240

8.7.5.2 纺丝机理240

8.8 电纺丝聚合纳米纤维支架248

8.8.1 胶原纳米纤维支架248

8.8.2 明胶纳米纤维支架250

8.8.3 壳聚糖纳米纤维支架250

8.8.4 聚乳酸纳米纤维支架251

8.8.5 聚乙交酯纳米纤维支架252

8.8.6 聚乳酸羟基乙酸纳米纤维支架254

8.9 聚合纳米纤维生物医学应用254

8.9.1 医学修复术255

8.9.2 牙齿修复256

8.9.3 伤口敷料256

8.9.4 药物传递258

8.9.5 组织支架259

8.10 小结259

术语表260

参考文献261

9 复合生物材料263

9.1 引言263

9.2 复合生物材料的分类265

9.2.1 纤维复合生物材料265

9.2.2 微粒复合生物材料266

9.3 复合生物材料的生物反应269

9.4 复合生物材料生物医学应用269

9.4.1 骨折修复271

9.4.1.1 接骨板和接骨螺钉273

9.4.2 关节置换术275

9.4.2.1 全髋关节置换术276

9.4.3 骨移植材料278

9.4.4 牙科应用280

9.4.4.1 牙齿修复材料281

9.4.4.2 牙科根管桩282

9.4.4.3 牙科正畸弓丝和托槽283

9.5 纳米复合材料的发展284

9.6 纳米复合物：新一类纳米材料285

9.7 传统纳米复合物286

9.8 仿生纳米复合物288

9.9 组织工程纳米复合物290

9.10 纳米复合物用于输送生长因子292

9.11 小结295

术语表295

参考文献297

10 应用于组织再生的纳米生物材料299

10.1 引言299

10.2 组织工程的概念300

10.3 干细胞的美好愿景301

10.3.1 间充质干细胞302

10.4 纳米生物材料：新一代支架材料304

10.5 支架的特征305

10.6 支架材料的类型306

10.6.1 陶瓷类纳米生物材料307

10.6.2 聚合物类纳米生物材料307

10.7 纳米生物材料用于支架设计308

10.8 组织工程陶瓷纳米生物材料308

10.9 组织工程聚合物纳米生物材料311

10.10 应用于细胞工程的生物材料模板314

10.10.1 化学模板316

10.10.1.1 微接触印刷式模板317

10.10.2 拓扑图形模板320

10.10.2.1 纳米压痕平版印刷术321

10.11 组织工程产品：人工皮肤和人工软骨324

10.12 案例研究326

10.13 小结328

术语表330

参考文献333

索引335