生物材料及人工器官作业
第 2 章
1、有大量的文献涉及控制血液与材料的相互作用。通过查阅文献，详细了解人体血栓形成的机理, 描述由材料引发的血栓形成的途径, 这些途径之间有联系吗？有怎样的联系？ （1）血栓形成的机理：
血液中某些成份析出、粘集，血液发生凝固，形成固体的过程，称为血栓形成。所形成的固体，称为血栓。血栓形成包括血小板血栓和凝固性血栓两种。
①血小板血栓：
血小板发生粘附、变形、聚集而形成的血栓，灰白色，又称白色血栓。 ②凝固性血栓：
凝血因子被激活，最终导致纤维蛋白原变成纤维蛋白，网罗大量的红细胞及其它血细胞，血液凝固，形成块状固体（血栓），呈红色，故又称红色血栓。 ③凝固性血栓形成的基本过程：
内源性凝固系统 外源性凝固系统 血浆凝血因子+血小板因子 血浆凝血因子+组织因子 Ca2+Ca2+
血浆凝血酶原激活物 组织凝血酶原激活物
凝血酶原 凝血酶 Ca2+
纤维蛋白原 纤维蛋白
网络血细胞 血栓 （2）生物材料表面血栓形成的主要途径示意图:
生 物 材 料
凝血因子活化途径（内源性凝血）血小板活化途径 外源性凝血 FⅫ（接触因子）活化蛋白粘附红细胞粘附
FⅪ,FⅨ,FⅩ,FⅩⅢ活化血小板粘附红细胞溶血、释放 纤维蛋白沉积血小板变形、释放、聚集 血栓
2、人工心脏的组成？泵的分类及特点？ （1）人工心脏的组成：
① 血泵：
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形状容积、血流动力、溶凝、力学、老化、噪声、协调。按搏动方式分为脉动式和非脉动式；按形状分为容积式和叶片式。
② 监测与控制系统：监控内容包括血泵的功能(驱动压力、搏出量、回流量等)、驱动装置的运行指标、生理参数（心率、心搏出量、心室压力、心房压力、呼吸数、血液PO2、血液PCO2等）。
③ 驱动装置：为血泵的搏动提供动能,有叶动式、气动式、电动式、磁力驱动式。 ④ 能源供给装置：有交流电源、电池、核能源和生物能源之分。 （2）泵的分类：
①按搏动方式分：脉动式（搏动式）、非脉动式（平流式）。 ②非脉动与人生理血流状态不同，因此按血泵形状分： 容积式如囊式、膜式（脉动式）
按血泵形状分离心血泵（脉动、非脉动） 叶片式
轴流血泵（脉动、非脉动） （3）泵的特点：
①容积式血泵的优缺点:
优点：脉动式，与人的正常生理结构相适应，有利于脏器的血液微循环灌注。 缺点：体积大，结构复杂，不易植入体内；必须有管路连接体内外，故易感染；关键部件瓣和膜易损坏，且是血栓易形成的部位；能耗大。
②叶片式血泵的优缺点:
优点：不需要单向阀门，结构比较简单，体积小，流量大，效率高，易植入体内；与血液接触面积小，抗血栓性能好；因可植入，感染问题可得到较好解决；耐久性好；功耗低；易于操作；价格较低。
缺点：非仿生；叶片高速旋转，对血液成份可能造成破坏；长期密封困难。
3、心脏起搏器、主动脉内气囊反搏、动力性心肌成形术、骨骼肌心脏辅助，它们辅助心脏工作的原理？ （1）心脏起搏器：
是一种通过发放电脉冲，刺激心脏使之激动-收缩，以模拟心脏的冲动发生和传导等电生理功能，治疗由于某些心律失常所致的心脏机能障的医用电子仪器。 （2）主动脉内气囊反搏：
①原理：用一根带有气囊的导管插入主动脉内，配合病人的心脏的收缩与舒张进行抽吸与加压，帮助心脏工作。分为收缩抽吸和舒张加压两个阶段；
A收缩抽吸：在心室收缩之前的瞬间，控制装置抽气，致使气囊收缩，主动脉压力下降，留出主动脉空间，心脏射血进入主动脉。气囊产生抽吸作用，即使天然心脏收缩不大，
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也会有足够的血液射出，减小天然心脏的能耗，使之得到保护与休息。
B 舒张加压：在心室舒张之前的瞬间，气囊突然充气（体外经导管压入气体），排开一定的血液，使主动脉的压力增大，心脏出口处压力增高，冠状动脉和其它几个动脉分支灌注压增大，血液被压入这些动脉，使心肌缺血得到缓解，其它血管的血液供应也得到改善，心搏出量上升，并对脑及上肢的供血也得到改善，休克得以缓解。这一充气扩张过程也叫做“反搏”。
（3）动力性心肌成形术骨骼肌心脏辅助：
应用带神经血管蒂的背阔肌包裹心室，包裹、代替或修补无功能或功能低下的心肌。同时植入心脏肌肉刺激系统，在该系统的脉冲刺激下，移植的背阔肌转化为耐疲劳肌肉，并在起搏器的带动下与心室同步收缩，增强心脏的收缩功能，限制心室的继续扩张，从而达到长期辅助心脏，治疗慢性心力衰竭的目的。
4、查阅文献,了解人工心脏及心脏辅助装置的研究。这是一个活跃的研究领域吗? 你发现研究的重点是什么?
是一个活跃的研究领域，但是由于还存在一些问题，如抗血栓性能的提高；机械性能的改进，实现生理性调控；植入后感染；能源；长期性、永久性植入。因此，目前的研究重点主要集中在小型化，微型化，同时具有高供血效能；无线自动控制，体内外无连线，根据身体需要自动调控生理参数；不凝血，不老化，不腐蚀，经久耐用；安全可靠的控制系统和能源供应；完全植入式心脏和心室辅助装置( VAD)和全人工心脏（TAH）等。
第 3 章
1、 说明笼球瓣、笼碟瓣、斜碟瓣、双叶瓣的特点。 （1）笼球瓣：
①优点：构造简单、启闭稳定、耐久性好。
②缺点：中心血流受阻，为周围血流型，即血流必须绕过阻塞体，从其周边通过。球瓣前后有涡流，跨瓣压差高，溶血，瓣架高，易造成左心室流出道梗塞，心肌接触笼架后易产生期前收缩，常出现心律失常，不宜植入小心室与主动脉较小的病人。血栓栓塞率较高，目前基本已被弃用。 （2）笼碟瓣：
①优点：阀体为碟形、瓣架较低，质量比较轻、耐久性比较好。
②缺点：跨瓣压差大、属于周围血流型，血流动力学性能差，血栓栓塞率高，溶血多，伴有瓣柱折断、碟片磨损甚至脱落的危险。 （3）斜碟瓣：
①优点：铰链代替笼架，重量较轻，体积较小, 轻巧；半中心血流型, 血流经过阻力
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较小, 血流动力学性能较好，耐久性好。
②缺点：铰链可能折断；血栓问题仍没有很好解决。 （4）双叶瓣：
①优点：属中心血流型，血流动力学好，其血流动力学状况优于以往所有的机械瓣。瓣叶运动灵活，有效瓣口面积较大，跨瓣压差小，血栓栓塞率低。广泛采用。
②缺点：两个瓣叶运动不同步；关闭性能不够理想；铰链处机械加工困难；抗凝问题仍没有彻底解决。
2、 目前机械瓣使用的材料主要有哪些？ （1）制造人工机械心脏瓣膜的材料：
主要有金属、聚合物和碳素材料。金属主要有钛合金、钴合金如CoCrMo合金(stellite合金)；聚合物包括有机硅橡胶、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚四氟乙烯（PTFE/ Teflon）；碳素材料有低温各向同性碳（LTIC）、超低温各向同性碳（ULTI）、金属基体上沉积类金刚石梯度薄膜。
（2）瓣架、阻塞体（瓣叶）材料：
有硅橡胶(Silicone)、聚四氟乙烯、缩醛树脂(Derline)、钛合金、stellite钴合金、不锈钢、石墨、低温各向同性热解碳涂层、类金刚石涂层、聚氨酯等。缝合环材料：有聚对苯二甲酸乙二醇酯 (涤纶) ，针织物形式；聚四氟乙烯，针织物形式；超低温各向同性碳，涂层形式。
3、 戊二醛处理生物瓣的作用？
（1）戊二醛可使胶原分子交联，能增加生物材料的强度及耐久性，在电子显微镜下观察，能保持胶原的形态和结构。
（2）戊二醛还能封闭抗原基，是抗原性较新鲜组织降低100倍，组织埋藏实验证明经戊二醛处理的生物材料，仅有少量炎细胞浸润，无明显排异反应。 （3）消毒功能。
4、 什么是生物瓣的钙化？钙化是一个复杂的物理、化学和生物化学过程，有大量的研究报告。查阅文献，了解钙化的因素有哪些？ （1）生物瓣的钙化：
主要是钙、磷以结晶形式沉积在生物瓣组织中，导致生物瓣材料弹性、韧性和机械强度发生很大变化，造成生物瓣失灵。钙化沉积物是一种复杂晶格结构的羟基磷灰石样物质。 （2）影响因素：
宿主、血流动力学、瓣膜表面电荷、瓣膜材料、材料应力分布、戊二醛处理、生物瓣表面缺乏完整的内皮细胞、制造工艺与设计等。
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5、 如果你的某位朋友需要置换人工心脏瓣膜（机械瓣或生物瓣），从人工器官的专业角度，你会给他一些什么建议？ （1）机械瓣与生物瓣的优缺点：
①机械瓣：耐久性优异。但是血流动力学效果较生物瓣差；刚性非生物材料，关闭不柔和；易产生血栓栓塞，须终身抗凝；可能造成出血合并症，创伤后大出血；价格较高。
②生物瓣：材料来源易得，造价较低；仿生性强，瓣叶具有柔性，中心血流型，血流阻力小，对血液成份破坏少，血流动力学效果较好；生物材料，血栓率低，一般不必终身抗凝；但是钙化常造成生物瓣失灵；另外，原发性胶原组织退变而引起的瓣叶撕裂、穿孔、或钙化变硬等，致使瓣膜失效。生物瓣的使用寿命多数介于7至10年，其耐久性不如机械瓣。不能用于儿童，不宜用于年轻人。 （2）人工心瓣的选择原则： 患者 年轻患者（45岁以下）服抗凝药无禁忌者 对抗凝治疗有绝对禁忌者 希望妊娠的年轻妇女 者 儿童 边远地区无法进行抗凝治疗与监护者
√ √ 机械瓣 √ 生物瓣 √ √ √ 60岁以上及心脏病严重，估计寿命不会超过15年 第 4 章
1、 你所在的公司准备发展一种聚合物材料作为血管植入物，你是负责进行产品开发的生物医学工程师，你会考虑哪些材料？解释你的选择。 （1）血管植入物需满足的条件：
①具备医用高分子材料的条件：a.在体内不变性，无毒性；b.对人体组织无异物反应；c.不发生癌；d.无抗原性；e.有耐久性，经长期使用，不失去原有的物理性;f.容易加工成型；g.耐受消毒，不变性，不变型；h.价廉；
②富有弹性和伸展性，尽可能的近似机体的血管；
③适当的孔性：a.便于宿主组织长入管壁，使组织覆盖或形成“新内膜”，使人工血管机质化；b.小血管长入，使管壁中间部位生长内皮细胞并得到血液营养供应，防止营养变性；
④良好的抗血栓性；
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