生物材料學(xué)教學(xué)大綱

1、生物材料學(xué)一、課程說(shuō)明課程編號(hào)：070219Z10課程名稱：生物材料學(xué) / Biomaterial Science課程類別：專業(yè)教育課程學(xué)時(shí)/學(xué)分：24/1.5 先修課程：材料科學(xué)基礎(chǔ)適用專業(yè)：材料化學(xué)教材、教學(xué)參考書(shū)：1.阮建明主編.生物材料學(xué).北京：科學(xué)出版社.2004年，2007年；2.周長(zhǎng)忍主編.生物材料學(xué).北京：北京大學(xué)出版社.2008年；二、課程設(shè)置的目的意義生物材料學(xué)是為材料和臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)的設(shè)立的拓展知識(shí)體系的專業(yè)選修課，課程的設(shè)置目的是讓學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)生物材料化學(xué)這門交叉學(xué)科的課程，了解材料的性質(zhì)和基本制備技術(shù)以及材料在臨床應(yīng)用中的各種問(wèn)題，課程內(nèi)容將材料性質(zhì)與材料應(yīng)用相結(jié)合，建

2、立材料化學(xué)成分材料制備技術(shù)材料性質(zhì)材料應(yīng)用環(huán)境要求的基本意識(shí)，特別注重生物材料的特點(diǎn)，在材料屬性與臨床應(yīng)用方面建立合理的思維與聯(lián)想，有利于創(chuàng)新性的開(kāi)發(fā)新的生物材料、以及相關(guān)新技術(shù)，為從事生物材料及臨床應(yīng)用研究提供必要基礎(chǔ)。三、課程的基本要求知識(shí)：掌握生物材料學(xué)的基本概念，物質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及與性質(zhì)的關(guān)系，材料的晶體與非晶態(tài)材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與特性，應(yīng)用于生物材料的金屬、合金、陶瓷以及高分子材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與基本性質(zhì)性質(zhì)，生物材料制備新技術(shù)，以及生物材料結(jié)構(gòu)與使用性能基本要求，材料與人體組織間相互作用的基本行為和有關(guān)的科學(xué)問(wèn)題。學(xué)會(huì)從材料的性質(zhì)出發(fā)選擇制備方法，建立材料設(shè)計(jì)的基本思維方式，從組成與結(jié)構(gòu)的關(guān)系

3、分析材料的性能，從獲得的材料的性質(zhì)出發(fā)選擇制備方法，形成生物材料設(shè)計(jì)新材料開(kāi)發(fā)的基本知識(shí)結(jié)構(gòu)。能力：從應(yīng)用的角度開(kāi)發(fā)新材料和選擇制備技術(shù)和方法，將材料的知識(shí)用于解決材料制備的工程問(wèn)題；用材料結(jié)構(gòu)的表征方法進(jìn)行材料性質(zhì)的分析，根據(jù)生命科學(xué)和臨床應(yīng)用要求培養(yǎng)設(shè)計(jì)和研制生物材料的能力；掌握最基本的材料設(shè)計(jì)理念，針對(duì)具體問(wèn)題提出有效的解決方案，提高開(kāi)發(fā)新材料的能力；在材料學(xué)與臨床醫(yī)學(xué)學(xué)科的交叉知識(shí)的討論中培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，提高分析、發(fā)現(xiàn)、研究和解決問(wèn)題的能力； 素質(zhì)：建立材料性質(zhì)應(yīng)用要求光亮的觀念，通過(guò)課程中的分析討論辯論培養(yǎng)分析溝通交流素質(zhì)，建立生物材料設(shè)計(jì)制備到應(yīng)用的思維模式，通過(guò)課程教學(xué)案例的模式，

4、培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)和綜合思考的意識(shí)，形成不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展素質(zhì)。四、教學(xué)內(nèi)容章節(jié)教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)分配講學(xué)(含研討)教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn)教學(xué)方案設(shè)計(jì)（含教學(xué)方法、教學(xué)手段）第一章緒論 (Introduction)1.1生物材料的發(fā)展背景1.2生物材料的基本性質(zhì)1.3 生物材料學(xué)基本構(gòu)成1.4 材料與臨床醫(yī)學(xué)的聯(lián)系問(wèn)題 (Q/A)2生物材料學(xué)學(xué)科的發(fā)展和研究?jī)?nèi)容。專業(yè)學(xué)科間的距離與 隔閡。結(jié)合臨床應(yīng)用討論生物材料學(xué)的發(fā)展沿革，學(xué)科間公共知識(shí)體系的建立材料學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、生物學(xué)知識(shí)的介紹與討論第二章材料的基本結(jié)構(gòu)與特性2.1原子結(jié)合2.2晶體結(jié)構(gòu)與納米結(jié)構(gòu)2.3非晶及復(fù)合材料結(jié)構(gòu)2.4材料中的缺陷2.5力學(xué)性能2.

5、6表面特性2.7材料結(jié)構(gòu)與性能分析檢測(cè)方法與技術(shù)問(wèn)題 (Q/A)4力學(xué)性能表面特性，材料結(jié)構(gòu)與性能分析檢測(cè)方法與技術(shù)，材料性能與構(gòu)成元素的關(guān)聯(lián)，材料性能與微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系。不同性質(zhì)材料的晶體結(jié)構(gòu)與非晶結(jié)構(gòu)，材料中的缺陷。教學(xué)思路：材料微觀結(jié)構(gòu)引入材料晶體與非晶體的基本概念；用原子結(jié)合能表現(xiàn)材料的強(qiáng)度性能；用位錯(cuò)和缺陷表現(xiàn)材料性能 差距。教學(xué)模式：課前導(dǎo)學(xué)（前修課知識(shí)歸納與思考題）；3學(xué)時(shí)課程講授；1學(xué)時(shí)典型結(jié)構(gòu)分析。第三章金屬植入材料3.1不銹鋼材料3.2鈷基合金3.3鈦及鈦合金3.4齒科金屬3.5金屬植入體的腐蝕3.6 金屬基新材料研究問(wèn)題 (Q/A)4不銹鋼材料成分，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，金屬生物

6、材料的基本性質(zhì)，鈷基生物醫(yī)用材料的制備方法與技術(shù)，材料在動(dòng)物體環(huán)境中表面和結(jié)構(gòu)變化。金屬元素與人體軟硬組織的差別。生物力學(xué)相容性。高性能（力學(xué)性能）的疲勞因素。教學(xué)思路：結(jié)合臨床應(yīng)用需求討論金屬性質(zhì)的材料的性能，以及可能的應(yīng)用失敗，材料的仿生設(shè)計(jì)與制備的可能性。教學(xué)模式：課前導(dǎo)學(xué)（前修課知識(shí)歸納與思考題）；3學(xué)時(shí)課程講授；1學(xué)時(shí)金屬基新材料的 研究。第四章陶瓷植入材料4.1陶瓷的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系4.2生物惰性陶瓷4.3生物活性陶瓷4.4生物玻璃陶瓷問(wèn)題 (Q/A)2陶瓷材料生物活性與生物惰性，陶瓷材料結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，功能陶瓷材料的應(yīng)用問(wèn)題。陶瓷構(gòu)成元素與生物 活性間的 關(guān)系。教學(xué)思路：對(duì)比骨組織構(gòu)

7、成討論陶瓷材料的生物活性與生物惰性；由元素因素討論陶瓷材料的骨性結(jié)合與界面生物礦化。教學(xué)模式：課前導(dǎo)學(xué)（前修課知識(shí)歸納與思考題）；2學(xué)時(shí)課程講授。第五章高分子植入材料5.1高分子聚合與加工5.2結(jié)構(gòu)改變和溫度對(duì)高分子材料性能的影響5.3聚合物植入材料5.4高強(qiáng)熱塑性植入材料5.5高分子材料老化變質(zhì)特征5.6 功能高分子材料5.7復(fù)合材料問(wèn)題 (Q/A)3對(duì)比人體軟組織蛋白質(zhì)氨基酸引入高分子材料，從高分子材料聚合度、結(jié)晶度、分子量等結(jié)構(gòu)因素表征高分材料的性能與結(jié)構(gòu)關(guān)系。高分子材料聚合度與結(jié)晶度與材料生物性質(zhì)以及生物降解性的內(nèi)在因素。材料的應(yīng)變弛豫與應(yīng)力弛豫。教學(xué)思路：從單體分子和分子鏈和結(jié)合引入

8、高分子材料的基本結(jié)構(gòu)；由元素因素討論高分子材料與蛋白質(zhì)氨基酸的相近性。教學(xué)模式：課前導(dǎo)學(xué)（前修課知識(shí)歸納與思考題）；3學(xué)時(shí)課程講授。第六章生物組織對(duì)植入材料的反應(yīng)6.1傷口彌合過(guò)程6.2生物系統(tǒng)對(duì)植入物的反應(yīng)6.3血液相容性6.4基因突變與風(fēng)險(xiǎn)檢查6.5重要蛋白質(zhì)6.6組織的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系問(wèn)題 (Q/A)3著重討論生物體宏觀環(huán)境對(duì)植入材料的作用，材料微觀結(jié)構(gòu)的變化，血液功能細(xì)胞的破壞，免疫體系對(duì)植入材料的 作用。本章難點(diǎn)生物系統(tǒng)對(duì)植入物的相互作用的認(rèn)知。教學(xué)思路：結(jié)合人體環(huán)境和組織與材料的差異，討論材料與人體組織間的相互作用機(jī)理。教學(xué)模式：課前導(dǎo)學(xué)（前修課知識(shí)歸納與思考題）；2學(xué)時(shí)課程講授。1

9、學(xué)時(shí)專題討論：組織工程支架材料。第七章軟組織替代與修復(fù)7.1手術(shù)縫合線，手術(shù)膠7.1人造皮膚7.2頜面外科和軟組織修復(fù)材料7.3心血管替代材料與心臟瓣膜7.4人工器官7.5組織工程用支架材料問(wèn)題 (Q/A)3重點(diǎn)討論不同的生理需要，不同的部位對(duì)材料應(yīng)用要求不同，討論手術(shù)用材料、頜面外科修復(fù)用材料，整容矯形用生物材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與使用。充分理解人體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，特點(diǎn)越鮮明的材料，局限性越突出。教學(xué)思路：結(jié)合人體軟組織和器官修復(fù)組織與材料的差異，討論材料與人體組織間的相互作用機(jī)理。教學(xué)模式：課前導(dǎo)學(xué)（前修課知識(shí)歸納與思考題）；2學(xué)時(shí)課程講授。1學(xué)時(shí)專題討論： 人工心臟的設(shè)計(jì)與材料 因素。第八章硬組織

10、替代與修復(fù)8.1內(nèi)固定材料8.2松質(zhì)骨替代材料8.3脊椎固定裝置8.4人工關(guān)節(jié)8.5電，磁刺激骨缺陷生長(zhǎng)修復(fù)8.6植入體界面問(wèn)題8.7致密骨替代材料問(wèn)題 (Q/A)3以大量的臨床創(chuàng)傷及各種骨組織疾病缺損治療引入具有優(yōu)良力學(xué)性能和生物學(xué)性能修復(fù)材料，著重討論人工關(guān)節(jié)的制備技術(shù)。材料密度、彈性模量等因素與人體骨硬組織的適配性，應(yīng)力遮蔽問(wèn)題以及解決問(wèn)題方法的探討，材料表面結(jié)構(gòu)改變對(duì)生物相容性的改善。教學(xué)思路：結(jié)合人體骨與牙等組織討論各種不同屬性材料材料的應(yīng)用以及局限性。教學(xué)模式：課前導(dǎo)學(xué)（前修課知識(shí)歸納與思考題）；2學(xué)時(shí)課程講授。1學(xué)時(shí)專題討論：生物相容性?？荚囄濉?shí)踐教學(xué)內(nèi)容和基本要求本課程不含實(shí)踐學(xué)時(shí)。六、考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定教學(xué)過(guò)程中采取講授、討論、分析、作業(yè)、課前導(dǎo)學(xué)的方