面力学性能各有什么优缺点？ （1）复合材料界面力学性能标准可归纳为两大类：一是常规材料力学实验法 如 短梁弯曲、层间剪切。二是单丝模型法 如 单丝拔脱实验法 断片实验法 界面粘接能测试。 （2）单丝模型法：即用单纤维埋在基体中制样，考察外力作用下的界面破坏过程。 优点：排除了其它非主要的因素的干扰，直接研究纤维与基体的界面。 缺点：试验材料与实际材料性能相差较远。 宏观力学性能测试：

优点：方法简单易行，试验材料性能与实际材料性能很接近。 缺点：材料在常规宏观力学性能测试中的破坏不完全是界面破坏过程，而是多种破坏因素综合结果，不利于研究界面的微观破坏过程。

第七章

1.简述生物材料的定义及其发展现状。

（1）生物材料也称为生物医用材料，是一种能对机体的细胞、组织和器官进行诊断、治疗、替代、修复、诱导再生或增进其功能的材料。狭义上讲，生物材料只包括长期与生物体相接触的或植入生物体内起某种生物功能的天然或人工合成材料；广义上讲，生物材料还包括用于医学治疗方面的生物材料，如医学诊断试剂、药物释放材料、一次性临床使用材料及其与之相关的各种原材料等。

（2）①惰性生物材料阶段：惰性生物材料是指对人体组织化学惰性，其物理机械和功能特性与组织匹配，使材料在应用过程中不致产生不利于功能发挥和对其它组织影响的反应，特别是与组织接触或短时间不产生炎症或凝血现象，无急性毒性或刺激反应，一般无补体激活产生的免疫反应的一类功能材料。这类材料的应用基于对材料本身性能的全面了解，是人类最早、最广泛应用的生物材料。

②生物材料生物化阶段：随着材料科学、医学的发展，以及先进仪器设备的发明，带动了生物材料的发展。集中表现在发现新型生物材料，以及更多关注惰性生物材料所制成的人工器官和医疗器械在使用过程中与组织或血液产生的界面反应，也即材料在使用过程中逐渐生物化。

③组织工程支架材料阶段：材料生物化毕竟不能改变材料的基本结构，这为材料的长期使用留下隐患，同时器官(尤其是组织)是一个复杂的系统，不可能用单一无活性的材料来模仿其全部或大部分功能。因此在器官(或组织)供体来源非常有限的情况下，如何在体外培养出正常的组织供手术使用，是医学界和生物医学工程学界追求的目标之一。组织工程的出现和发展为这一目标的实现提供了可能。

2.简述材料的生物相容性及其主要影响因素。 （1）定义

材料在特定的环境中引起恰当的宿主反应的能力。 （2）影响因素

①材料因素：本体化学、表面化学、表面粗糙度、表面能、表面电荷、化学稳定性、降解产物的化学特性、降解产物的物理特性；

②装置因素：大小、形状、弹性模量/刚性；

③宿主因素：种类、组织类型及位置、年龄、性别、健康状况、给药状态； ④系统因素：操作技术、植入组织附件、感染。 3.什么是组织工程和细胞外基质？

（1）组织工程是近十年发展起来的一门新兴学科，它是应用生命科学和工程的原理与方法，研究、开发用于修复、增进或改善人体各种组织或器官损伤后功能和形态的新学科，作为生物医学工程的一个重要分支，是继细胞生物学和分子生物学之后，生命科学发展史上又一个新的里程碑。

（2）细胞外基质(extracellular matrixc,ECM),是由动物细胞合成并分泌到胞外、分布在细胞表面或细胞之间的大分子, 主要是一些多糖和蛋白, 或蛋白聚糖。这些物质构成复杂的网架结构，支持并连接组织结构、调节组织的发生和细胞的生理活动。细胞外基质是动物组织的一部分, 不属于任何细胞。它决定结缔组织的特性，对于一些动物组织的细胞具有重要作用。

4.蛋白质在材料表面的吸附取决于哪些影响因素？

材料的表面性能、蛋白质性能及蛋白质与表面作用的效率。

5.为何细胞在材料表面的黏附对组织再生以及植入物的修复效果起着关键作用？

细胞外基质ECM是细胞发挥功能的环境，细胞指导ECM的合成，ECM提供细胞所需的力学和化学信息，但细胞必须与ECM黏附，才能进行迁移、分化的增殖。细胞和ECM之间的黏附以各种方式影响着细胞的功能发挥。细胞一旦与ECM黏附就会产生应答，其应答反应取决于细胞类型、ECM的组成结构及瞬时状态。其应答方式有改变细胞自身形状、迁移、增殖、分化甚至修正活性等。粘附细胞的ECM不仅保持组成结构，还利用细胞表面受体将结构化配体、信号肽、蛋白酶及其抑制剂的信息传导至所黏附细胞的内部。ECM还充当生长因子和细胞因子的储存库，在适当的时候释放出来，向邻近的细胞提供这些因子。

6.生物材料表界面的表征主要有哪些方法？简述之。

接触角分析、福利叶变换红外光谱（FTIR）、X射线电子谱、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和原子力显微镜（AFM）等。 具体见书P256-260

7.细胞与材料表面之间的相互作用主要有哪些？简述之。

（1）细胞黏附：细胞在生物材料表面的黏附是材料生物医学应用的关键，也是诱发组织整合及组织重建的基础。细胞的增殖直接跟与之接触的材料表面的生物特异性密切相关，基材的表面能量是影响哺乳动物细胞黏附的重要因素。

（2）蛋白质吸附：是细胞与生物材料表面相互作用的中介，细胞在材料表面黏附受材料表面吸附的蛋白质控制。

（3）细胞识别：是生物体的一种自我保护，也是机体产生移植排斥的根本原因。

8.细胞与材料表面之间相互作用的影响因素主要有哪些？ （1）表面化学性能 （2）表面蛋白吸附能力 （3）表面自由能 （4）表面亲疏水能力 （5）表面电荷性能 （6）表面生物活性 （7）表面拓扑结构 具体见书P262-264

9.生物材料的表面修饰主要有哪些方法？简述之。

（1）表面固定蛋白对生物材料进行表面修饰

（2）表面固定氨基酸及其衍生物对生物材料进行表面修饰 （3）表面固定多肽对生物材料进行表面修饰

（4）表面固定细胞生长因子对生物材料进行表面修饰 （5）表面固定酶类对生物材料进行表面修饰 （6）利用微模型技术对生物材料进行表面修饰 （7）人工骨和人工关节表面修饰 具体见书P265-270

10.生物材料表面的拓扑结构对细胞黏附有何影响？

人工ECM的拓扑结构会改变细胞表面的应力分布，从而改变细胞的形态。研究表明，不管是材料表面吸附蛋白质还是整联蛋白调节细胞的黏连，细胞的形态都是控制细胞生长和凋亡的重要因素。同时，人工ECM的拓扑结构还能影响细胞的定向、迁移及细胞骨架的排列能力。进一步研究显示，细胞在细微构型或特意设计的拓扑结构上的生长良好，从而更加证明了人工ECM表面拓扑结构对细胞生长的作用。而细胞的表型在一定程度上也依赖于人工ECM与细胞核结构间的相互作用。

第八章

1.纳米材料的表界面有哪些基本特征？试举例说明与普通材料相比的不同之处。

2.纳米粒子的成核生成过程有什么特征？如何用表面化学手段控制纳米粒子的形态？

3.纳米粒子的稳定性取决于哪些因素？谈谈提高纳米粒子稳定性的主要方法。 （1）①纳米粒子周围的双电层②胶体粒子电子转移动力学③胶体成核和纳米离子稳定性（不确定）

（2）书P285-289

4.什么是粒子表面的纳米工程？主要有哪些方面？ (1)书P289

(2)a.聚合物涂层

①通过聚合过程表面修饰 ②自组装的聚合物层 b.无机和复合物的涂层 ①沉淀和表面反应 ②纳米粒子的控制组装 c.生物大分子层

5.简述如何用粒子表面的纳米工程技术构筑有机/有机、有机/无机和无机/无机核壳粒子。试述它们在材料领域中的应用。

6.简述自组装的定义。

所谓自组装（self-assembly），是指基本结构单元(分子，纳米材料，微米或更大尺度的物质）自发形成有序结构的一种技术。在自组装的过程中，基本结构单元在基于非共价键

的相互作用下自发的组织或聚集为一个稳定、具有一定规则几何外观的结构。自组装过程并不是大量原子、离子、分子之间弱作用力的简单叠加，而是若干个体之间同时自发的发生关联并集合在一起形成一个紧密而又有序的整体，是一种整体的复杂的协同作用。

7.纳米结构的半导体薄膜有哪些制备方法？试比较各自的优、缺点。 （1）由胶态悬浮体制备薄膜 （2）化学溶液沉积方法 （3）电化学沉积方法 （4）自组装层 优缺点见书301-305

8.什么是电致变色和光致变色效应？从材料结构角度，讨论提高电致变色和光致变色效应的措施。

（1）①电致变色：电致变色是指材料的光学属性（反射率、透过率、吸收率等）在外加电场的作用下发生稳定、可逆的颜色变化的现象，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。具有电致变色性能的材料称为电致变色材料，用电致变色材料做成的器件称为电致变色器件。②光致变色：光致变色是指一个化合物A，在适当波长的光辐照下，可进行特定的化学反应或物理效应，获得产物B，由于结构的改变导致其吸收光谱（颜色）发生明显的变化, 而在另一波长的光照射或热的作用下，产物B又能恢复到原来的形式。如下式所示：

（2）书P305-308

9.简述光电流产生的原理和光催化机理，结合实例阐述选用纳米结构材料的优势和作用机理。

（1）①光电流：金属物体在光的照射下发射电子，使金属带正电的现象叫光电效应。发射出的电子叫光电子。很多光电子形成的电流叫光电流。要金属发射电子的条件是：入射光的频率必须大于金属的极限频率。当有光电子发出后，光电流的强度跟入射光强度成正比。 ②光催化机理：光催化是通过光触媒起作用的反应。光触媒是一种在光的照射下，自身不起变化，却可以促进化学反应的物质，利用自然界存在的光能转换成为化学反应所需的能量，来产生催化作用。

使用TiO2作为光催化剂，完成光催化过程共含7个可能的步骤：由光子形成荷电体；荷电体重新结合释放热；由一个夹带空穴引起的氧化途径的发生；由一个导带电子引起的还原途径的发生；进一步的热和光催化反应，产生矿物化产品；在悬挂的表面间捕捉一个导带电

3+

子产生Ti；在表面的钛团簇上捕捉一个价带空穴。 （2）书P311-312

10.什么是光敏化？光敏化半导体薄膜有何潜在的应用价值？

（1）有些物质不能直接吸收某种波长的光，即对光不敏感，但若在体系中加入另外一种物质，该物质能吸收这种光辐射，并把光的能量传递给反应物，使反应物能够发生化学反应。所加入的这种物质就称为光敏剂，这样的反应称为光敏化反应。利用光敏化，即将光活性化

合物化学吸附或物理吸附于纳米半导体表面，可扩大激发波长范围，达到在可见光区的光谱响应范围，从而能增加光催化反应的效率。 （2）书P313-315