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高分子材料與工程研究方向范文1
湖北大學材料科學與工程學院成立于2006年3月，由原化學與材料科學學院和物理與電子科學學院的部分專業組建而成。
學院現有2個湖北省重點學科，包括材料科學與工程一級學科和高分子化學與物理二級學科湖北省重點學科；一個材料科學與工程博士后流動站， 一個材料學博士點，一個材料科學與工程一級學科碩士點和一個高分子化學與物理二級學科碩士點；一個省級重點實驗室，高分子材料湖北省重點實驗室和一個湖北省高分子材料中試基地。
湖北大學材料科學與工程學院，經過多年的建設與發展，在科學研究方面形成了四個穩定而有顯著特色的研究方向：功能性聚合物合金材料、乳液高分子材料、光電功能材料和無鉛鐵電壓電材料。
（來源：文章屋網 ）
高分子材料與工程研究方向范文2
關鍵詞：高分子材料與工程；特色化；人才培養模式；林業院校
中圖分類號：G640 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2015）10-0066-02
隨著科技的不斷進步，各國都在不斷創新和研發新的材料，而每一種新材料的使用，都能夠引起一次技術上的重大變革，而這種變革可能是世界性的?，F代人類社會的“三大支柱”領域分別為材料、能源和信息。正是在這種背景下，高分子材料與工程專業在短短的二十年時間內發展迅速。1998年，教育部調整了高等學校本科專業目錄，將與高分子材料相關的工科類專業統一為高分子材料與工程專業。教育部出臺的專業建設指導精神明確指出，要重點發展高分子材料產業[1]。
東北林業大學高分子材料與工程專業，始建于2000年10月，專業的建立基于東北林業大學木材科學與技術學科在天然高分子材料的加工與利用等條件成熟的基礎上，由我國木材膠黏劑領域知名專家顧繼友教授組織創辦。在十幾年的不斷實踐探索中，建立了具有自己特色的人才培養模式，并依托東北林業大學的發展平臺，明確培養目標，凸顯了林業院校的特色和優勢，培養了一大批兼具知識、能力和實踐動手能力的高素質人才。
一、依托院校優勢，打造品牌專業
東北林業大學創建于1952年，是國家“211工程”和“優勢學科創建平臺”項目重點院校。學校是以林科為發展優勢，以林業工程為辦學特色的綜合性大學。高分子材料與工程專業在建立之初就顯示出專業的優勢，它是在天然高分子開發利用、生物質復合材料、高聚物合成、合成樹脂膠黏劑的開發等領域都較成熟完備的基礎上發展起來的，具有厚基礎的專業優勢。專業發展迅速，于2003年獲批建立“生物材料工程”博士點學科，2006年該學科被評為黑龍江省重點學科，2010年進入“985”優勢學科平臺建設行列，目前是東北林業大學的重點專業。專業涵蓋了膠黏劑、生物質復合材料、天然與合成高分子材料和生物質功能材料四個具有學科優勢和特色的方向。其中膠黏劑是本專業的主要特色，尤其是木質基材料用膠黏劑的研究、開發和推廣方面處于世界先進、國內領先的行列；專業的另一個特色是生物質復合材料的研究，尤其是在木塑復合材料、木質素、蛋白質、淀粉等生物質材料的開發利用方面具有較大優勢。
高分子材料與工程專業為黑龍江省重點專業，教學理念先進，師資力量雄厚，具有豐富的教學管理經驗，本專業有三門課程“膠黏劑與涂料”、“生物質材料”和“材料科學與工程基礎”入選東北林業大學重點課程建設項目。東北林業大學作為林業院校的領跑者，有著林業院校的優勢。為此，東北林業大學高分子材料與工程專業在人才培養模式的制定上以林業院校優勢為依托，支撐學科“生物材料工程”在科研方面以天然高分子為核心，以生物質復合材料、膠黏劑、天然與合成高分子材料以及生物質功能材料四個特色研究方向為重點。與之相適應的專業人才培養模式既注重高分子材料與工程專業的基礎，更體現林業院校相關專業的優勢特色。在近十幾年的人才培養過程中，專業也在不斷的調整修訂人才培養方案，既重基礎，又寬口徑，注重素質和能力培養，突出林業院校品牌專業的特色和優勢。
二、特色化人才培養模式的構建
人才培養模式作為高等院校人才培養活動的實踐規范和基本樣式，是高等院校對本科人才培養目標、培養過程、培養途徑以及培養方法等要素的綜合概括。隨著目前人才市場化程度的日益高漲，如何造就適應社會需要的應用創新型人才是亟待解決的難題[2]。不同的學校、專業應根據人才需求、本身專業特色以及學校優勢等方面探索一條適合自己的人才培養模式，并且要經過一定的實踐檢驗，千萬不能照搬照抄、生搬硬套。
在人才培養目標的定位上，我們總結了一些地方院校人才培養的偏差，積極探索出“強化基礎、因材施教、分類培養”的指導思想，考慮到學生的基礎水平，發展方向、內在潛質，按照發展方向和個人選擇的不同對學生進行分類，大致分為就業、繼續深造、出國深造等幾種類型，以此為前提在課程設置、實踐動手能力、畢業論文和設計、教師培養等方面進行適當的改革，使培養出的學生知識結構廣泛，基礎扎實，動手能力強，能在聚合物合成、膠黏劑、生物質復合材料等領域從事生產、開發研究、管理的工程技術人才，探索出一種具有特色的人才培養模式。
三、特色化人才培養的具體措施
（一）規范培養過程，提升教育實力
學科之間的相互影響與滲透逐漸成為發展趨勢，通過各學科之間的彼此滲透，相互關聯成更大的、完整的學科體系[3]。這就要求現代大學教育要有更廣博的知識背景，更敏捷的思維創新能力及開闊的學科視野。只有在大學科平臺上和開放的學習氛圍中采用靈活創新的教育模式，才能完成創新人才培養的目標要求[4]。
為滿足國家林業科技的戰略需求、學校建設高水平特色大學的要求以及社會對不同人才的需求，東北林業大學重點突出“林產”特色，構建相關的學科課程體系。本著厚基礎、寬專業的主導思想，構建學科基礎課；結合專業方向的特色，構建專業基礎課和特色課程；同時完善交叉學科的滲透，構建開放性的選修課程，學生可自由選修，實現資源共享。學校和學科帶頭人廣泛聽取學生意見，制定了一系列切實可行的專業管理制度，加快重點專業建設步伐；加強教師隊伍建設，構建專業教師團隊；聘請國內外專家教授、學者定期在學院及學校范圍內進行專題講座；鼓勵學生進行創新思維訓練，以專業教師牽頭，鼓勵學生自主開發，大膽創新，認真觀察；創建具有自己學科發展特色的高分子材料與工程創新實驗室，建立以專業教師牽頭，本科生為主體的創新訓練團隊，在保證驗證性和設計性實驗教學的基礎上，增加本科生專業技能綜合訓練；從大一新生開始實行“導師制”，提倡因人施教，對學生進行啟發式教育，鼓勵學生開展批判式學習，用與時俱進的思想運用知識，用發散的思維研究知識[5]。
（二）產學研相結合
“產學研結合”是東北林業大學高分子材料與工程專業培養創新型人才的重要途徑?！爱a學結合”是指學生的畢業設計和畢業論文來自于生產實際，學生通過走進工廠、校企合作單位幫助解決生產實際問題。一方面鍛煉了學生實際解決問題的能力，培養了獨立解決問題的意識，凡事不再依賴教師、依賴課本，是完全意義上的實踐；學生通過實習較早地熟悉了工作崗位，積累了工作經驗，對待就業問題不再盲目，縮短了學生適應工作崗位的時間。另一方面，工廠在實際生產中也遇到各種各樣的問題，新鮮血液的注入也為企業解決了遇到的實際問題，節約了用人成本，并在經濟效益方面有所收獲?！把袑W結合”是學生的畢業論文或畢業設計選題大部分來源于指導教師的研究課題，導師的課題研究具有前瞻性及實踐性，學生通過參與導師課題，導師指導學生更直接、更具體，鍛煉了學生的科研能力，對于繼續深造或是出國留學的學生來說鍛煉了他們的創新思維能力和科學素養。結合科研實踐培養專業人才是專業建設大力提倡的，專業教師積極以科研帶動教學，以教學促進科研，學生積極參與教師課題研究工作對學生未來的發展大有裨益。
（三）突出專業實踐特色建設
高分子材料與工程專業的特色是培養學生的實踐能力和較強的創新意識，實踐能力的培養不僅僅在課堂和實驗室，高質量、充分的專業實踐是人才培養必不可少的重要環節。在實踐教學中，學生可以到企業現場觀摩，根據企業現有的生產條件將理論和生產結合，學生將學習的書本知識融會貫通到實踐中，同時在理論的指導下，學生撰寫實習報告反饋實習內容。學校非常重視實踐教學，出臺了一系列的制度方案，健全實習質量保障體系。為此，專業積極拓展實踐基地，依據指導教師的特長進行分工指導，邀請具有培訓經驗的一線工程技術人員進行現場講解和模擬。學生的整個實踐環節與畢業論文和設計緊密結合，實踐過程為論文的撰寫提供第一手資料，也鍛煉了學生解決實際問題的能力?？傊粩嗵剿鞲叩葘W校專業與社會實踐有機結合的長效機制，建立健全校外實踐基地，是學生磨煉意志、增長才干、理論與實踐相結合的重要載體。
無論是林業院校還是各類地方高校，都在努力地積極探索高分子材料與工程專業特色化人才培養的模式，東北林業大學在特色化人才培養方面也在不斷實踐中，既結合了傳統的專業優勢，又不斷挖掘新思路、新方法、新觀念，這是知識經濟時代對人才培養的需要，也是林業院校人才培養的需求。
參考文獻：
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高分子材料與工程研究方向范文3
關鍵詞 現代高分子科學 創新意識 教學改革
中圖分類號：TQ311 文獻標識碼：A
隨著科學技術的不斷進步，越來越多的領域中都采用高分子材料來取代原來的金屬和無機非金屬材料，使得高分子材料在工業、軍事及人們的衣食住行等領域都受到了廣泛的應用。而高分子材料的制備及加工成型離不開高分子科學的基本原理和方法，因此，高分子科學成為目前化學領域最熱門的學科方向之一。高分子科學作為一門將化學、材料結合在一起的交叉學科，滲透到各個學科和行業。隨著高性能高分子材料的不斷開發，高分子材料在各種不同領域的應用也越來越廣泛，生產企業及社會對高分子學科方向的高素質復合型人才的需求也越來越大。《現代高分子科學》是我?；瘜W專業碩士研究生的一門重要的專業學位必修課程，是一門將《高分子化學》與《高分子物理》的基本原理和方法結合在一起的綜合性高分子課程，主要內容包括高分子合成的基本理論和方法、聚合反應機理以及高分子材料加工的基本原理及應用等，其中以高分子化學的講授為主。課程內容多、理論性強、抽象概念和數學推導繁多，且仍處于不斷豐富和發展中，致使理論教學面臨嚴峻挑戰。
近年來，科技的發展促使新型的高性能高分子材料不斷出現，產品更新換代速率加快，要求從事高分子學科的技術人員具備更強的綜合能力及較高的創新性思想。因此在本課程的理論教學中，繼續采用傳統的高分子科學教學體系，很難適應現代社會發展對復合型、創新性人才培養的要求。在這種形勢下，必須對高分子科學的教學內容進行改革，加強對學生創新能力以及分析和解決實際問題能力的培養，才能適應社會發展對人才培養的需要，達到培養高素質創新型人才的目的。本文介紹了我校在《現代高分子科學》教學內容和教學方法等方面的具體改革措施，根據我?；瘜W專業的特點確定教學內容，并結合高分子學科領域最新科研進展及工業生產實際講授高分子的基本合成方法、反應機理及加工成型的基本原理和應用，其目的是使學生牢固掌握并靈活運用高分子科學的基本原理和方法，為在高分子材料相關領域從事研發和解決實際工程問題奠定堅實的基礎。
1根據專業特點，合理安排教學內容
現代高分子科學的主要內容涵蓋了高分子化學以及高分子物理的重要知識點，包括高分子的合成方法、反應機理、聚合物的結晶及力學性能等。概念多，公式多，反應機理及動力學模型多，內容抽象，再加上課堂教學總學時偏少，要將所有重要知識點講清講透的難度非常大。因此，在教學過程中如何根據本?；瘜W專業的特點合理安排課程內容成為本課程教學改革要解決的首要問題。對于課程的重點、難點及成熟理論可適當詳細講解，而對于聚合實施方法等相對容易的內容，則可以讓學生自學，從而可以實現在有限的時間內把重點、難點內容講深講透的目的，增強教學效果。例如，在高分子化學的內容中，縮聚和自由基聚合是兩大類聚合反應的代表，同時也是后續一些專業選修課程的理論基礎，因此對其這兩類聚合反應的機理及反應動力學可進行重點講解。另外，也可重點介紹與我?；瘜W專業精細化工研究方向關系密切的知識點，例如定向配位聚合、連鎖聚合中的陰離子聚合等。
2實行互動式、形象化教學，提高學習興趣
現代高分子科學是在有機化學的基礎上緊密結合數學、物理等學科的一門理論性學科。同時，它也是一門實踐性非常強的學科，其內容包括許多合成反應機理和反應動力學模型。在學習過程中，同學們普遍表示很難理解那些比較枯燥的推理過程。因此，在教學過程中如何提高同學們的學習興趣，增強其求知欲，變被動學習為主動學習，是在課程教學過程中需要解決的重要問題之一。
“興趣是學習最好的老師”。只有當學生帶著濃厚的興趣去學習，才會使“要我學”變為“我要學”，學生才會主動探索看上去比較枯燥理論的內在聯系和思考所遇到的問題[4-5]。把枯燥的理論與豐富多彩的圖片以及直觀生動的動畫或視頻結合在一起，有利于激發學生的求知欲望和學習興趣。例如，在講解“緒論”部分時，首先讓大家介紹一下平時的衣食住行中與高分子有關的物質，簡單介紹其特點及對人類生活及國民經濟的影響，并準備一些相關產品的圖片，如汽車輪胎、碳酸飲料瓶、微波爐餐具等，讓同學們對高分子及其應用有初步了解，激發同學們的學習興趣。
另外，為了進一步提高課堂教學效果以及學生的學習效率，可以采用一些比較具體、形象的內容來代替平淡的文字描述。例如，可以采用成語典故“成也蕭何，敗也蕭何”來介紹聚合實施方法，以本體聚合為基礎，比較各種不同聚合實施方法的優缺點。本體聚合的最大問題是在反應后期體系粘度會快速增加，導致反應釜內的聚合熱難以排出，從而出現自動加速效應，易引起爆聚等問題；而在溶液聚合中，通過添加一定量的溶劑來解決體系粘度大和聚合熱難以排出的問題。但加入溶劑也會帶來一些新的問題，例如由于反應物濃度降低而引起聚合速率下降、聚合效率降低，而且溶劑的回收也會造成生產成本的增加，那么這個溶劑就是所謂的“蕭何”。引入類似的典故，可以將書本中某些枯燥乏味的反應機理等內容轉變為能引起學生興趣的內容，進一步加深學生對重點和難點內容的理解。
3結合學科最新進展，穿插介B高分子科學研究的熱門領域
在課堂教學中，不僅要把書本上的知識傳授給學生，還要讓學生了解和掌握本學科的發展動向及趨勢。因此，任課教師必須不斷更新自己的知識，密切追蹤本學科的世界前沿，掌握其最新發展動向，從而在課堂教學的過程中穿插介紹高分子科學領域的熱門方向，激發學生進一步學習的熱情。例如，在介紹定向配位聚合的相關內容時，可介紹由于定向聚合催化劑而獲得諾貝爾化學獎的科學家齊格納、納塔發現定向聚合的過程。然后可進一步引深介紹由于發現導電高分子而于2000年獲得諾貝爾化學獎的白川英樹、黑格爾以及狄米德。并結合近年剛獲得諾貝爾化學獎的超分子化學，介紹目前高分子領域發展的新方向，比如超分子與高分子的自組裝、藝術性高分子等，讓學生對本學科領域的前沿和熱門領域有一個初步的了解，擴大學生的視野和知識面，提高其綜合能力。
4結束語
在課堂教學改革中，對教學內容和教學方法的改革是其中最重要的手段之一?，F代高分子科學課程作為我?；瘜W專業研究生一門非常重要的必修學位課，其理論性非常強，包含許多非常抽象且難以理解的概念，因此，任課教師需要不斷優化課堂教學內容，結合多種教學手段，從而提高課堂教學的生動性和交互性，將學生的被動學習變為主動學習，為真正培養高素質的復合型、創新型人才奠定堅實的基礎。
基金項目：長沙理工大學研究生教研教改項目（編號：JG2015YB11，JG2014ZD04）。
作者簡介：張躍飛（1974-），男，湖南邵東人，博士，教授，主要從事高分子科學相關課程的教學及高性能高分子材料的研究。
參考文獻
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高分子材料與工程研究方向范文4
【關鍵詞】塑料材料，導熱性能，填充材料
Abstract： This article is read in the literature， newspapers and network retrieval， based on the analysis and summarization of characteristics， understand， conductive plastic material application， development， through the application of field data and the present situation of plastic heat conduction material. Study on dynamic thermal plastic material in the present stage of our country， to obtain the relevant theories and related data. The thermal conductive plastic materials are increasingly focused on environmental protection， green， efficient direction.
Keywords： Plasticmaterials； Thermal conductivity； Filling
一、概念
塑料材料是一種聚合物，也被稱為聚合物或大分子，通常被稱為塑料或樹脂。這樣的聚合物是由小分子多具有結構簡單和低分子量的優點，通過共價鍵結合的形式。有不少品種的聚合物，如果只是分類熱的變化，它可以簡單地分為兩類。塑料為我們帶來的方便真的是太多太多了，不用一一例舉看看我們身邊的物質。假如我們離開了塑料將會是什么情況。
二、分類
按用途來分的話，塑料可分為通用塑料、工程塑料和特種工程塑料三種，性能和價格都是按順序逐漸上升的。最常見的是通用塑料，性能也是最普通的，它包括了ABS和PE還有PVC等等，價格在20元/KG左右。然而工程塑料價格較高，一般在20-100元每千克不等。特種工程塑料的話，性能就是相當高級了，幾乎能滿足各種苛刻的要求，其多半運用機、航天飛船、坦克等。
三、導熱性塑料材料導熱塑料材料的研究
大多數的塑料材料是飽和的系統程序，沒有自由電子，熱傳導主要取決于晶格振動，這是一個負荷，它導熱系數是由公式Ks=（1/2）VsLsCv來進行處理。但是，塑料材料的分子鏈大多數是沒有規定相互烏結構的纏結在一起并且相對分子量都較大，因此導致塑料材料不能夠完全進行結晶，所以其中具有一部分非晶的成分；同時，塑料材料的分子質量也有多分散性這一特點，導致分子的大小并不是完全相等的，同樣難以形成一個完整的晶格；并且分子之間鏈振動的存在對聲子進行反復散射，這就是普通塑料材料導熱性能較低的原因。
四、導熱塑料材料的發展趨勢
現在塑料的導熱性能的研究與開發已吸引了許多在世界上的研究興趣，并取得了比較好的塑料材料，熱傳導數學模型取得了很大的進步，在逐漸減少計算誤差和實際誤差，在使用的計算機模擬，使用的熱塑性材料的熱導率影響的分子動力學模擬研究的概念，發揮了重要的作用，由于科學水平的和一起的限制人類對導熱塑料的研究還不是很深入，理論上的研究和探索還需要進一步的挖掘。
20世紀90年代以來，聚合物復合材料導熱系數預測的數學模型研究取得令人滿意的進展，納米復合技術的引入為導熱高分子材料研究提供了新的機遇和挑戰。但是，高導熱聚物本體材料和填充聚物復合材料在導熱機理、應用開發等方面的研究和電材料相比還是有很大差距，所以納米導熱填料、聚合物基體與導熱填料納米復合新技術的研究和開發，聚合物復合材料導熱模型的建立、導熱機理特別是聚合物基體與導熱填料界面的結構與性能對材料導熱性能的影響及導熱通路的形成等應成為導熱功能填充聚合物復合材料的研究方向。
參考文獻：
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高分子材料與工程研究方向范文5
關鍵詞：螺桿分配機頭出口；流道；擠出均勻性；參數化有限元；壓力分布；速度分布
中圖分類號：TP311.5文獻標識碼：A文章編號文章編號：1672-7800（2013）012-0094-04
作者簡介：李卓（1979-），女，博士， 北華大學講師， 研究方向為計算機輔助工程和圖像信號處理；耿麒先（1974-），男，博士， 北華大學副教授，研究方向為CAD/CAE/CAM。
螺桿分配機頭[1-2]是一種高分子材料板片材擠出機頭。在生產寬幅厚板時，優勢尤其明顯，其結構特點是在T型機頭的直歧管內安裝一根旋轉的分配螺桿，既能實現沿機頭軸線方向推進和分配物料，又能將物料均勻擠入機頭狹縫流道進而生產出高分子材料板片材的作用。螺桿分配機頭的產品橫向厚度均勻性調節方法很多，物料入口壓力變化、分配螺桿的轉速改變、口模模唇微調、阻尼塊間隙調整等方法都可以實現對其產品厚度均勻性的調整。螺桿分配機頭分為端部供料和中央供料兩類（如圖1、圖2所示）[3-4]，其分配螺桿根徑在軸線方向逐漸變化。其中，中央供料螺桿分配機頭的分配螺桿從中央向兩端按正反螺紋設計，其根徑為漸變型，但兩段方向相反。
高分子材料與工程研究方向范文6
2生物材料的類型與應用生物材料種類繁多,到目前為止,被詳細研究過的生物材料已經超過一千種,在醫學臨床上廣泛應用的也有幾十種,涉及材料學科各個領域。依據不同的分類標準,可以分為不同的類型。
2.1以材料的生物性能為分類標準根據材料的生物性能,生物材料可分為生物惰性材料、生物活性材料、生物降解材料和生物復合材料四類。
2.1.1生物惰性材料生物惰性材料是指一類在生物環境中能保持穩定,不發生或僅發生微弱化學反應的生物醫學材料,主要是生物陶瓷類和醫用合金類材料。由于在實際中不存在完全惰性的材料,因此生物惰性材料在機體內也只是基本上不發生化學反應,它與組織間的結合主要是組織長入其粗糙不平的表面形成一種機械嵌聯,即形態結合。生物惰性材料主要包括以下幾類:(1)氧化物陶瓷主要包括氧化鋁陶瓷和氧化鋯陶瓷.氧化鋁陶瓷中以純剛玉及其復合材料的人工關節和人工骨為主,具體包括純剛玉雙杯式人工髖關節;純剛玉—金屬復合型人工股骨頭;純剛玉—聚甲基丙烯酸酯—鈷鉻鉬合金鉸鏈式膝關節,其他人工骨、人工牙根等。(2)玻璃陶瓷該材料主要用來制作部分人工關節。(3)Si3N4陶瓷該類材料主要用來制作一些作為替代用的較小的人工骨,目前還不能用作承重材料。(4)醫用碳素材料它主要被作為制作人工心臟瓣膜等人工臟器以及人工關節等方面的材料。(5)醫用金屬材料該類材料是目前人體承重材料中應用最廣泛的材料,在其表面涂上活性生物材料后可增加它與人體環境的相容性.同時它還能制作各類其他人體骨的替代物。
2.1.2生物活性材料生物活性材料是一類能誘出或調節生物活性的生物醫學材料。但是,也有人認為生物活性是增進細胞活性或新組織再生的性質?，F在,生物活性材料的概念已建立了牢固的基礎,其應用范圍也大大擴充.一些生物醫用高分子材料,特別是某些天然高分子材料及合成高分子材料都被視為生物活性材料.羥基磷灰石是一種典型的生物活性材料。由于人體骨的主要無機質成分為該材料,故當材料植入體內時不僅能傳導成骨,而且能與新骨形成骨鍵合。在肌肉、韌帶或皮下種植時,能與組織密合,無炎癥或刺激反應.生物活性材料主要有以下幾類:
(1)羥基磷灰石,它是目前研究最多的生物活性材料之一,作為最有代表性的生物活性陶瓷—羥基磷灰石(簡稱HAP)材料的研究,在近代生物醫學工程學科領域一直受到人們的密切關注.羥基磷灰石[Ca10(PO4)6(OH)2]是脊椎動物骨和齒的主要無機成分,結構也非常相近,與動物體組織的相容性好、無毒副作用、界面活性優于各類醫用鈦合金、硅橡膠及植骨用碳素材料。因此可廣泛應用于生物硬組織的修復和替換材料,如口腔種植、牙槽脊增高、耳小骨替換、脊椎骨替換等多個方面.另外,在HA生物陶瓷中耳通氣引流管、頜面骨、鼻梁、假眼球以及填充用HA顆粒和抑制癌細胞用HA微晶粉方面也有廣泛的應用.又因為該材料受到本身脆性高、抗折強度低的限制,因此在承重材料應用方面受到了限制.現在該材料已引起世界各國學者的廣泛關注。目前制備多孔陶瓷和復合材料是該材料的重要發展方向,涂層材料也是重要分支之一。該類材料以醫用為目的,主要包括制粉、燒結、性能實驗和臨床應用幾部分。
(2)磷酸鈣生物活性材料這種材料主要包括磷酸鈣骨水泥和磷酸鈣陶瓷纖維兩類.前者是一種廣泛用于骨修補和固定關節的新型材料,有望部分取代傳統的PMMA有機骨水泥.國內研究抗壓強度已達60MPa以上。后者具有一定的機械強度和生物活性,可用于無機骨水泥的補強及制備有機與無機復合型植入材料。
(3)磁性材料生物磁性陶瓷材料主要為治療癌癥用磁性材料,它屬于功能性活性生物材料的一種。把它植入腫瘤病灶內,在外部交變磁場作用下,產生磁滯熱效應,導致磁性材料區域內局部溫度升高,借以殺死腫瘤細胞,抑制腫瘤的發展。動物實驗效果良好。
(4)生物玻璃生物玻璃主要指微晶玻璃,包括生物活性微晶玻璃和可加工生物活性微晶玻璃兩類。目前關于該方向的研究已成為生物材料的主要研究方向之一。
2.1.3生物降解材料所謂可降解生物材料是指那些在被植入人體以后,能夠不斷的發生分解,分解產物能夠被生物體所吸收或排出體外的一類材料,主要包括β-TCP生物降解陶瓷和生物陶瓷藥物載體兩類,前者主要用于修復良性骨腫瘤或瘤樣病變手術刮除后所致缺損,而后者主要用作微藥庫型載體,可根據要求制成一定形狀和大小的中空結構,用于各種骨科疾病。
2.1.4生物復合材料生物復合材料又稱為生物醫用復合材料,它是由兩種或兩種以上不同材料復合而成的生物醫學材料,并且與其所有單體的性能相比,復合材料的性能都有較大程度的提高的材料。制備該類材料的目的就是進一步提高或改善某一種生物材料的性能。該類材料主要用于修復或替換人體組織、器官或增進其功能以及人工器官的制造,它除應具有預期的物理化學性質之外,還必須滿足生物相容性的要求,這里不僅要求組分材料自身必須滿足生物相容性要求,而且復合之后不允許出現有損材料生物學性能的性質。按基材分生物復合材料可分為高分子基、金屬基和陶瓷基三類,它們既可以作為生物復合材料的基材,又可作為增強體或填料,它們之間的相互搭配或組合形成了大量性質各異的生物醫學復合材料,利用生物技術,一些活體組織、細胞和誘導組織再生的生長因子被引入了生物醫學材料,大大改善了其生物學性能,并可使其具有藥物治療功能,已成為生物醫學材料的一個十分重要的發展方向,根據材料植入體內后引起的組織反應類型和水平,它又可分為近于生物惰性的、生物活性的、可生物降解和吸收等幾種類型。人和動物中絕大多數組織均可視為復合材料,生物醫學復合材料的發展為獲得真正仿生的生物材料開辟了廣闊的途徑。
2.2以材料的屬性為分類標準
2.2.1生物醫用金屬材料生物醫用金屬材料是用作生物醫學材料的金屬或合金,又稱外科用金屬材料或醫用金屬材料,是一類惰性材料,這類材料具有高的機械強度和抗疲勞性能,是臨床應用最廣泛的承力植入材料。該類材料的應用非常廣泛,及硬組織、軟組織、人工器官和外科輔助器材等各個方面,除了要求它具有良好的力學性能及相關的物理性質外,優良的抗生理腐蝕性和生物相容性也是其必須具備的條件。醫用金屬材料應用中的主要問題是由于生理環境的腐蝕而造成的金屬離子向周圍組織擴散及植入材料自身性質的退變,前者可能導致毒副作用,后者常常導致植入的失敗。已經用于臨床的醫用金屬材料主要有不銹鋼、鈷基合金和鈦基合金等三大類。此外,還有形狀記憶合金、貴金屬以及純金屬鉭、鈮、鋯等。
2.2.2生物醫用高分子材料醫用高分子材料是生物醫學材料中發展最早、應用最廣泛、用量最大的材料,也是一個正在迅速發展的領域。它有天然產物和人工合成兩個來源,該材料除應滿足一般的物理、化學性能要求外,還必須具有足夠好的生物相容性。按性質醫用高分子材料可分為非降解型和可生物降解型兩類。對于前者,要求其在生物環境中能長期保持穩定,不發生降解、交聯或物理磨損等,并具有良好的物理機械性能。并不要求它絕對穩定,但是要求其本身和少量的降解產物不對機體產生明顯的毒副作用,同時材料不致發生災難性破壞。該類材料主要用于人體軟、硬組織修復體、人工器官、人造血管、接觸鏡、膜材、粘接劑和管腔制品等方面。這類材料主要包括聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、芳香聚酯、聚硅氧烷、聚甲醛等.而可降解型高分子主要包括膠原、線性脂肪族聚酯、甲殼素、纖維素、聚氨基酸、聚乙烯醇、聚己丙酯等。它們可在生物環境作用下發生結構破壞和性能蛻變,其降解產物能通過正常的新陳代謝或被機體吸收利用或被排出體外,主要用于藥物釋放和送達載體及非永久性植入裝置.按使用的目的或用途,醫用高分子材料還可分為心血管系統、軟組織及硬組織等修復材料。用于心血管系統的醫用高分子材料應當著重要求其抗凝血性好,不破壞紅細胞、血小板,不改變血液中的蛋白并不干擾電解質等。
2.2.3生物醫用無機非金屬材料或稱為生物陶瓷。生物醫用非金屬材料,又稱生物陶瓷。包括陶瓷、玻璃、碳素等無機非金屬材料。此類材料化學性能穩定,具有良好的生物相容性。一般來說,生物陶瓷主要包括惰性生物陶瓷、活性生物陶瓷和功能活性生物陶瓷三類。其中惰性生物陶瓷和活性生物陶瓷在前面已經簡要作了介紹,而功能活性生物陶瓷是近年來提出的一個新概念.隨著生物陶瓷材料研究的深入和越來越多醫學問題的出現,對生物陶瓷材料的要求也越來越高。原先的生物陶瓷材料無論是生物惰性的還是生物活性的,強調的是材料在生物體內的組織力學環境和生化環境的適應性,而現在組織電學適應性和能參與生物體物質、能量交換的功能已成為生物材料應具備的條件。因此,又提出了功能活性生物材料的概念。它主要包括以下兩類:(1)模擬性生物陶瓷材料該類材料是將天然有機物(如骨膠原、纖維蛋白以及骨形成因子等)和無機生物材料復合,來模擬人體硬組織成分和結構,以改善材料的力學性能和手術的可操作性,并能發揮天然有機物的促進人體硬組織生長的特性。(2)帶有治療功能的生物陶瓷復合材料該類材料是利用骨的壓電效應能刺激骨折愈合的特點,使壓電陶瓷與生物活性陶瓷復合,在進行骨置換的同時,利用生物體自身運動對置換體產生的壓電效應來刺激骨損傷部位的早期硬組織生長。具體來說是由于腫瘤中血管供氧不足,當局部被加熱到43~45℃時,癌細胞很容易被殺死?，F在最常用的是將鐵氧體與生物活性陶瓷復合,填充在因骨腫瘤而產生的骨缺損部位,利用外加交變磁場,充填物因磁滯損耗而產生局部發熱,殺死癌細胞,又不影響周圍正常組織?，F在,功能活性生物陶瓷的研究還處于探索階段,臨床應用鮮有報道,但其發展應用前景是很光明的。各種不同種類的生物陶瓷的物理、化學和生物性能差別很大,在醫學領域用途也不同.尤其是功能活性陶瓷更有不可估量的發展前途.臨床應用中,生物陶瓷存在的主要問題是強度和韌性較差.氧化鋁、氧化鋯陶瓷耐壓、耐磨和化學穩定性比金屬、有機材料都好,但其脆性的問題也沒有得到解決。生物活性陶瓷的強度則很難滿足人體承力較大部位的需要。
2.2.4生物醫用復合材料此類材料在2.1.4中已有介紹,此處不再詳述
2.2.5生物衍生材料生物衍生材料是由經過特殊處理的天然生物組織形成的生物醫用材
料,也稱為生物再生材料.生物組織可取自同種或異種動物體的組織.特殊處理包括維持組織原有構型而進行的固定、滅菌和消除抗原性的輕微處理,以及拆散原有構型、重建新的物理形態的強烈處理.由于經過處理的生物組織已失去生命力,生物衍生材料是無生命力的材料.但是,由于生物衍生材料或是具有類似于自然組織的構型和功能,或是其組成類似于自然組織,在維持人體動態過程的修復和替換中具有重要作用.主要用于人工心瓣膜、血管修復體、皮膚掩膜、纖維蛋白制品、骨修復體、鞏膜修復體、鼻種植體、血液唧筒、血漿增強劑和血液透析膜等.
3.生物材料的性能評價目前關于生物材料性能評價的研究主要集中在生物相容性方面.因為生物相容性是生物材料研究中始終貫穿的主題.它是指生命體組織對生物材料產生反應的一種性能,該材料既能是非活性的又能是活性的.一般是指材料與宿主之間的相容性,包括組織相容性和血液相容性.現在普遍認為,生物相容性包括兩大原則,一是生物安全性原則,二是生物功能性原則.生物安全性是植入體內的生物材料要滿足的首要性能,是材料與宿主之間能否結合完好的關鍵.關于生物材料生物學評價標準的研究始于20世紀70年代,目前形成了從細胞水平到整體動物的較完整的評價框架.國際標準化組織(ISO)以10993編號了17個相關標準,同時對生物學評價方法也進行了標準化.迫于現代社會動物保護和減少動物試驗的壓力,國際上各國專家對體外評價方法進行了大量的研究,同時利用現代分子生物學手段來評價生物材料的安全性、使評價方法從整體動物和細胞水平深入到分子水平.主要在體外細胞毒性試驗、遺傳性和致癌性試驗以及血液相容性評價方法等方面進行了一些研究.但具體評價方法和指標都未統一,更沒有標準化.隨著對生物材料生物相容性的深入研究,人們發現評價生物材料對生物功能的影響也很重要.關于這一方面的研究主要是體外法。具體來說側重于對細胞功能的影響和分子生物學評價方面的一些研究?？傊?關于生物功能性的原則是提出不久的一個新的生物材料的評價方面,它必將隨著研究的不斷深入而向前發展.而涉及材料的化學穩定性、疲勞性能、摩擦、磨損性能的生物材料在人體內長期埋植的穩定性是需要開展評價研究的一個重要方面。
4生物材料的發展趨勢展望生物材料科學是20世紀新興學科中最耀眼的新星之一?，F在,生物材料科學已成為一門與人類現代醫療保健系統密切相關的邊緣學科。其重要性不僅因為它與人類自身密切相關,還因為它跨越了材料、醫學、物理、生物化學和現代高科技等諸多學科領域?，F在對于該材料的研究已從被動地適應生物環境發展到有目的地設計材料,以達到與生物組織的有機連接。并隨著生命科學和材料科學的發展,生物材料必將走向功能性半生命方向。生物材料的臨床應用已從短期的替換和填充發展成永久性牢固種植,并與其它高科技(如電子技術、信息處理技術)相結合,制備富有應用潛力的醫療器械。生物材料的研究在世界各國也日益受到重視.四年一次的世界生物材料大會代表著國際上生物材料研究的發展動態和目前的水平。分析認為,以下幾個方面是生物材料今后研究發展的幾個主要方向:
(1)發展具有主動誘導、激發人體組織和器官再生修復功能的,能參與人體能量和物質交換產生相互結合的功能性活性生物材料,將成為生物材料研究的主要方向之一。
(2)把生物陶瓷與高分子聚合物或生物玻璃進行二元或多元復合,來制備接近人體骨真實情況的骨修復或替代材料將成為研究的重要方向之一。
(3)制備接近天然人骨形態的、納微米相結合的、用于承重的、多孔型生物復合材料將成為方向之一。
(4)用于延長藥效時間、提高藥物效率和穩定性、減少用量及對機體的毒副作用的藥物傳遞材料將成為研究熱點之一。
(5)血液相容性人工臟器材料的研究也是突破方向之一。
(6)如何能夠制備出納米尺寸的生物材料的工藝以及納米生物材料本身將成為研究熱點之一。
