生物材料表界面课程的必要性及设计示范

生物医用材料（或生物材料）是用来对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的材料，是当代材料学科的重要分支。生物医用材料涉及学科广泛，学科交叉较深，其不仅是研究人工器官和医疗器械的重要基础，且对材料科学和生命科学等相关学科的发展有重要的促进作用。生物材料的发展综合体现了材料学、生物学、医学和化学等多个领域科学与工程技术的水平。同时，生物医用材料产业作为材料科学、生物技术、临床医学的前沿和重点发展领域，以及整个生物医学工程的基础，已发展为整个经济体系中最具活力的产业之一。

近年来，各大高校为了培养生物医用材料方面的专业人才，纷纷开设了《生物材料学》课程，主要讲授各类生物医用材料的特点、相关理论以及应用。该课程的内容大多注重讲解材料的本体性能，却鲜有涉及材料的表界面性能。那么生物材料的表界面性能与普通材料的界面性能相比有什么特殊性呢？开设一门专门讲授生物材料表界面相关知识的课程又有哪些必要性呢？针对这些问题，本文将详细阐述《生物材料表界面》课程设立的必要性，并提供课程设计示范。

1 设立《生物材料表界面》课程的必要性

生物材料是一类很特殊的功能材料，其对材料的第一要求是生物相容性，第二是生物功能性。由于生物材料在应用过程中大多与人体环境直接或间接接触，因此，除了本体需具备基本的力学性能要求以外，其生物相容性和功能性从很大程度上取决于其与人体环境的界面性能。

当前多数高校所设立的《生物材料学》课程，大多按照生物材料的类别进行分章讲解，例如，按照材料的种类分为：生物医用高分子材料、生物陶瓷材料、医用金属材料等；或按照材料功能分类：骨科材料、心血管植入材料、整形外科材料、眼科材料等。这些课程多注重材料的本体性能，很少针对界面问题展开系统讲解。

生物材料表界面涉及多学科高度交叉，从最基础的材料表界面物理化学理论、表面功能化所涉及的各类化学反应和表征方法、表面与生物环境接触时所涉及的各类生物学反应、到从临床的角度提出生物材料的界面功能需求和设计，其中涵盖化学、物理化学、生物学、医学等多学科的理论知识，且需融会贯通，应通过系统性的课程设计，形成独立的教材和课程。

随着国民生活水平的提升以及材料技术的进步，医疗器械已经成为大健康领域中不可或缺的重要组成部分，为国家带来了巨大的经济效益和社会效益。然而，医疗器械中的很多关键性核心技术仍依赖进口，其中器械表面处理或涂层技术就是典型的例子。虽然器械表面涂层是细分领域，但其涉及面极广，是几乎所有植介入器械不可或缺的工艺环节。此外，器械的表面由于在应用的过程中与人体环境直接发生作用，因此是器械的关键组成，决定了器械应用的成败。然而，国内产业化的医用涂层技术却十分匮乏，是限制医疗器械全国产化的一个关键卡脖子技术。在过去十年，国内医用涂层市场几乎全部被进口产品垄断。造成该局面的一个重要原因是国内缺少生物材料表界面细分领域的专业人才。虽然一些高校都设立了生物材料、生物医学工程等相关专业，却缺少专门针对生物材料表界面的系统性教学。

综上几点，《生物材料表界面》应是一门独立于《生物材料学》的专门课程，是整个生物材料领域基础知识链条中不可或缺的重要一环，通过该课程所培养的专业人才更是生物材料和医疗器械领域急需补充的。

2 《生物材料表界面》课程内容设计

该课程在生物功能材料专业和生物医学工程专业应设置为专业必修课，建议36课时，每个星期2个课时。该课程目前尚无公开的教材或讲义，本文基于相关教学积累，提供课程内容设计和课时分配建议。如表1所示。

表1 《生物材料表界面》课程内容及课时分配章节 教学内容 课时分配第一章 生物材料表界面概论生物材料表界面概论，了解课程学习的重要意义 2第二章 材料表界面理论基础材料表界面物理化学基本理论、各类生物材料表面物理化学性能特征 4第三章 材料与蛋白质的相互作用材料表面蛋白质吸附基本理论、表征方法、血浆蛋白质吸附与各类宿主反应 8第四章 材料与细胞和组织的相互作用材料表面与细胞相互作用基本理论、表征方法、材料表面与细胞的相互作用与组织工程和组织修复的相关性6第五章 材料表面改性及表征方法各类材料表面物理和化学改性方法、表面物理和化学性能表征方法 8第六章 生物功能材料表面改性策略针对抗凝血材料、抗菌材料、组织工程材料、组织修复材料的表面生物功能改性策略8

文章来源：《功能材料与器件学报》 网址: http://www.gnclyqjxb.cn/qikandaodu/2021/0320/563.html