自然与人工
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天然生物及其仿生材料
第一节天然生物材料
天然生物材料（biological materials),也就是有生物过程形成的材料，如结构蛋白（胶原纤维、蚕丝等)、生物矿物（骨、牙、贝壳等）和复合纤维（木材，竹等）。

⏹天然生物材料棉、麻、竹、木材等，它们的基本组成其实也就是生物体的元素组成。

⏹以C 、H 、O 、N 最为丰富，含一些较丰富元素Ca 、P 、Cl 、K 等和微量元素Fe 、Cu 、Zn 、Mn 等。

⏹
这些元素以一定的相互作用结合在一起。

天然生物材料的成分
天然生物材料的特性
天然生物材料的特征
——成分简单结构复杂
天然生物材料是由为数不多的几种基本化合物构成的。

水、核苷酸（4种）、氨基酸（20种）、糖和生物矿物（4类）。

生物材料结构的复杂性主要表现在这几种基本化合
物的组装方式。

天然生物材料具有空间上的分级
结构。

分级结构指在不同尺度上，
结构的组装规则不同。

天然生物材料的特征
——界面过渡
通常从一种材料向另一种材料的变化（如从骨头到软骨）是在一个渐变的界面中发生，这有利于降低连接处的易损性。

天然生物材料的特征
——自组装与生物矿物
由无序到有序，自下而上的自组装过程广泛地存在于天然生物材料的形成过程中，并且起着重要的作用，生物矿化贯穿生物材料中无机相形成的全过程。

天然生物材料的特征
——复合特征
复合材料的优良性能由其组
分的复合来保证。

生存下来的
天然生物其结构都符合环境要
求，并达到合理优化的水平。

组成单元的层次结构在植物界
和动物界非常普遍。

植物的细
胞和动物的骨骼均可视为生物
材料的增强“纤维”。

无论从形态学还是从力学观点看，生物材料都十分复杂。

这种复杂性是基于功能适应性长期自然选择的结果。

一个器官对其功能的适应性只能由实践进化而来，而自然进化的趋势是用最少的材料来承担最大的外力。

天然生物材料的特征
——功能适应性
天然生物材料的特征
——创伤愈合性
生物材料的创伤愈合性。

生物材料的显著特点之一是具有再生功能，受到损伤破坏以后基体能自行修补创伤。

细胞能在材料上爬行，这种爬行运动是伤口愈合、人体植入材料修复等功能的基础。

谢谢各位！。