2）材料与血液的相互作用过程:
材料与血液接触后的相互作用可分为3个阶段: 第一阶段: 血液与材料相互作用的初期，材 料表面 和血液都发生了变化。一方面，在 材料表面粘附蛋白 质、细胞及其他血液成 分，同时由于材料与水接触以及 蛋白质在 材料表面的粘附引起材料表面的链段发生 重 排，形成新的表面;另一方面，材料与血 液接触引起血 液内凝血、溶纤、补体等系 统的激活以及血细胞功能的 改变。此时的 血液已不同于没有接触材料时的血液。第 一阶段一般为2小时。
• 人体的生理环境： 体温为37℃，由水、电解质、血糖、蛋白质等构成相对稳定的 内环境。 细胞外液的4/5存在于血管外构成组织液，1/5在血管内，即血 浆。 正常人全血的相对密度为1.050-1.060，粘度为4-5（通常以水 的粘度为1作为标准进行计算）。血浆的渗透压约为 313mOsm/L，pH值为7.35-7.45。 模拟人体生理环境的溶液：有机酸、蛋白质、酯、生物原分子 、电解质、溶解氧、氮化合物以及可溶性碳酸盐的NaCl水溶 液，浓度约为0.1mol/L，溶液的pH值约为5.5（±0.2）的溶液 。
B．材料反应
1. 物理机制的反应 a. 摩擦磨损 b．疲劳损伤 c．应力腐蚀引起断裂 d．腐蚀 e．降解及分解 2. 生理反应 a．吸收组织物质 b．酶的降解 c. 钙化
金属植入物表面分子水平的反应
第二节 材料的血液相容性 bloodcompatibility
2.1 材料与血液的相互作用： 1）生物材料可能引起的血液的变化： 生物材料的界面现象（在材料的表面首先 吸附血浆蛋白，包括白蛋白、球蛋白、纤 维蛋白原等）； 溶血、白细胞减少等细胞水平的反映； 凝血系统、纤溶系统激活等血浆蛋白水平 反映； 免疫成分的改变、补体的激活以及血小板 受体的释放等分子水平的反映。 • 适宜的血液相容性材料应不损伤血液成分 和功能。
第三章生物相容性及生物学评价
第一节：生物相容性的基本概念
第二节：材料的血液相容性
第三节：材料的组织相容性
第四节：.1人体生理环境
• 生物学环境：处于生物系统中的生物医用材料周围的情况或 条件，其中包括体液（组织液、血浆等）、有机大
分子、酶、自由基、细胞等多种因素。
磷脂酰胆碱
4） 材料表面引入生物活性物质
• 在外源性材料表面固化某些干扰血液与表面相 互作用的物质可改善其血液相容性。 • 常用的抗凝血剂有肝素、白蛋白和柠檬酸盐。
血液相容性评价及实验方法
血液相容性评价目 前以凝血与溶血作为主要内容。 包括 1）材料表面理化特 性， 2）血浆蛋白的竞争吸附， 3）血小板的粘附与激活， 4）红细 胞、白细胞的粘附、变形与激活， 5）内源性凝固系统的接 触活化， 6）溶纤系统激活。 7）酶激活 8）补体系统激活
血管内皮细胞对于抗凝血起了很重要的作用，可以认为 是一种完美的血液相容性的表面。因此研究者在人工血管 表面覆盖内皮细胞来改善其血液的相容性。 由于材料对白蛋白吸附后不易粘附血小板，则可在表现 覆盖一层白蛋白来对材料进行伪饰，称为白蛋白钝化。 在表面引入磷脂酰胆碱为极性头端来模拟红细胞膜的血 液相容性。
第三阶段: 在此阶段，材料表面 与血液均要 发生变化。材料表面的变化，同样分为良 性 与恶性两种。假内膜表面的上皮化即属 良性变化。恶性 变化指形成肉芽或发生钙 化。
2.2 材料诱发血栓形成的可能机制 材料表面与血液接触后，首先是蛋白质层和 脂质吸附在材料表面上，这些分子发生构象上 的变化，导致血液中各成分发生相互作用； 一方面触发以凝血因子活化为起点的内源性 凝固反应； 另一方面使血小板、红血球等细胞成分附着 于蛋白质表面，被黏附的血小板发生变形，这 些变化使血小板放出能促进凝血系统活化的因 子，产生凝血反应。
组织相容性 定义：材料与组织器官接触时所产生相互反应的
能力。生物材料要求不能被组织所侵蚀，材料与 组织之间应有一种亲和能力。
• 对于骨植入材料具体表现为生物材料和生物体结缔组 织中的胶原结合成为一体，并能保持长时间稳定牢固 的结合。 • 某些材料长期植入机体仍然会对组织细胞产生影响， 甚至诱发肿瘤的发生，只是不同的生物材料制成的人 工器官植入体内诱发肿瘤的潜伏期有所不同而已。 • 生物材料的组织相容性还与材料的形状和表面粗糙程 度有关。
血液相容性
定义：
生物材料与血液接触所产生相互反应的能力 。具有良好血液相容性的材料或器械是在与血液 接触行使其功能时不会引起有害反应
1.3 材料在生物体内的反应
材料在生物体内的反应包括两个方面：宿主反应和材料反应。 宿主反应：宿主对植入体材料作出的生理反应，主要包括血液反应 、组织反应。 材料反应：植入体材料在生物环境中发生的各种物理和化学反应。
3）动物实验法 根据植入物不同的应用部位，选择与人体性 质最接近的动物进行植入实验。
。
• 建立了 4类评价及实验方法： 1）材料表面特征表征法 2）体外试验法 3）动物实验法 4）体内试验法：进入临床。
1）材料表面特征表征法
用各种物理化学测试仪 器测定材料的表观物 理 化学性质。 2）体外试验法 让血液与试片接触，观 察试片上血浆蛋白、 血 小板、白细胞、红细胞 等的量和变化情 况
2）材料表面带负电荷： 正常人体血管壁内皮细胞的ε 电位值为负值，血 液中的红细胞，白细胞及血小板等均带负电荷， 因此不易发生粘附。高分子材料表面电荷的正负 由其功能团类型决定，利用这一点，可以进行特 定的设计使材料表面带上负电荷，从而减少血栓 的形成。
3）对表面进行伪修饰，使其不被血液视为异 物，例如材料的血管内皮化、血蛋白钝化 及磷脂样表面等；
1.2 生物相容性定义及分类 1）生物相容性定义
生物材料在宿主的特定环境和部位，与宿主直接 或间接接触时所产生相互反应的能力，是材料能耐 受宿主整个系统作用而保持相对稳定、不被排斥和 破坏的生物学特性。 材料与宿主产生相互作用所涉及生物化学、生 物力学和生物电学三个反应系统。 2）生物相容性分类 生物相容性可以分为两类：组织相容性和血液相容 性
表面成分：例如表面涂覆碳素材料可抗血栓
血管支架表面改性薄膜
无机惰性薄膜提高支架的抗血栓性能 贵 金 属 涂 层
Uncoated
碳 化 物 涂 层
Coated
类金刚石薄膜
类金刚石薄膜血小板粘附与活化
2) 材料的外形与尺寸的影响
材料设计与制备
多学科：涉及材料、力学、有限元 分析、机械、激光加工等
2.4 提高材料血液相容性的技术—表面改性
1）材料性能的影响
本体性能的影响： Ni引起癌变，碳素材料抗血栓性能好，聚氨酯抗凝 血性较好。 表面性能的影响： 表面形貌：表面粗糙度、表面织构、多孔性。 材料表面越粗糙，暴露在血液上的面积越大，凝血 的可能性也就越大，但如果在0,1~2 UM的范围内 存在不均匀结构，可提高材料的抗凝血性能
利用各种物理和化学的方法对材料的表面进行处理 可以提高材料的抗血栓性能（血液相容性）
可以从以下几个方向来考虑：
• 促进伪内膜形成；
• 抑制血小板体系的活化；
• 抑制凝固体系的活化；
• 促进血栓溶解。
几种提高血液相容性的表面改性技术: 1）增加表面亲水性，降低表面与血液成分 的相互作用。
表面的亲水性及自由能对血液成分的吸附，变性等有 密切联系。提高材料表面的亲水性，使表面自由能降 低到接近血管内膜的表面自由能值可取得抗血栓性能。 例如在表面接枝聚乙二醇（PEG）侧链： PEG 与水的低界面自由能，独特的溶液性质和分子构 象，亲水性、表面流动性以及 PEG 的空间稳定效应 使其具有较好的血液相容性。
• 对于一种抗凝血生物材料来说，其表面既 能抑制凝血因子的活化，又能防止血小板 的粘附、释放和聚集，缺一不可。
2.3 材料或器械影响血液相容性的可能 因素 影响血液凝固（血栓形成）有三大要素： 血液化学、血液接触的表面、血液流 动形式。 因此材料或器械影响血液相容性的可能 因素有：
1) 材料的性质: 材料的本体和 表面特性 2)材料或器械的外形与尺寸
第二阶段:
材料与血液的相互作用取决于新形 成的材料 表面与接触材料后的血液。在此期间，材 料表 面继续发生明显的变化。这一变化可 以是良性的变化， 也可能是恶性的变化。 良性变化指材料表面形成惰性表 面，恶性 变化指材料表面形成血栓等。第二阶段血 液也 发生许多变化，还可引起体液及细胞 成分的变化。这一 时期一般为两周。
图2-1 几种植入材料表面在生物材料环境下常见的变化
A．宿主反应
1.局部 a.血液-材料的反应 b.蛋白质的吸收 c.凝结 d.纤维蛋白溶解 e.血小板的粘着，活化，释放 f. 补体系统活化 h. 溶血现象 i.毒性 j.改变了正常的愈合 k.包成囊状 l.外来体的反应 m.感染 o.形成肿瘤 2..全身反应与补体系统 a．形成血栓 b．植入体元素在血液中数量增加 c．高度过敏症 d．淋巴颗粒的传输