功能陶瓷部分生物醫(yī)學(xué)材

1、功能陶瓷部分生物醫(yī)學(xué)材主要內(nèi)容主要內(nèi)容4.1 4.1 生物醫(yī)學(xué)材料的發(fā)展概況生物醫(yī)學(xué)材料的發(fā)展概況 4.2 4.2 生物材料必須具備的條件生物材料必須具備的條件4.3 4.3 醫(yī)用金屬材料醫(yī)用金屬材料4.4 4.4 生物陶瓷的特點及其分類生物陶瓷的特點及其分類 惰性生物陶瓷惰性生物陶瓷 表面活性生物陶瓷表面活性生物陶瓷 吸收性生物陶瓷吸收性生物陶瓷 生物復(fù)合材料生物復(fù)合材料 生物材料生物材料替代損害的器官或組織；替代損害的器官或組織； 如人造心臟瓣膜、假牙、人工血管等；如人造心臟瓣膜、假牙、人工血管等； 改善或恢復(fù)器官功能；改善或恢復(fù)器官功能； 如隱型眼鏡、心臟起搏器等；如隱型眼鏡、心臟起搏器

2、等； 用于治療過程；用于治療過程； 如介入性治療血管內(nèi)支架、用于血液透析的如介入性治療血管內(nèi)支架、用于血液透析的 薄膜、藥物載體等薄膜、藥物載體等 生物醫(yī)學(xué)材料的用途生物醫(yī)學(xué)材料的用途4.1 4.1 生物醫(yī)學(xué)材料的發(fā)展概況生物醫(yī)學(xué)材料的發(fā)展概況 生物醫(yī)學(xué)材料的分類生物醫(yī)學(xué)材料的分類v按材料的物質(zhì)屬性劃分：按材料的物質(zhì)屬性劃分：生物醫(yī)學(xué)材料生物醫(yī)學(xué)材料醫(yī)用金屬材料醫(yī)用金屬材料醫(yī)用生物陶瓷醫(yī)用生物陶瓷醫(yī)用高分子材料醫(yī)用高分子材料醫(yī)用復(fù)合材料醫(yī)用復(fù)合材料v按材料的用途進(jìn)行分類：按材料的用途進(jìn)行分類：生物醫(yī)學(xué)材料生物醫(yī)學(xué)材料口腔醫(yī)用材料口腔醫(yī)用材料硬組織修復(fù)與替換材料硬組織修復(fù)與替換材料(用于骨骼和關(guān)

3、節(jié)等用于骨骼和關(guān)節(jié)等)軟組織修復(fù)與替代材料軟組織修復(fù)與替代材料(用于皮膚、肌肉、心、肺、胃等用于皮膚、肌肉、心、肺、胃等)醫(yī)療器械材料醫(yī)療器械材料生物材料是研制人工器官及一些重要醫(yī)療技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)，生物材料是研制人工器官及一些重要醫(yī)療技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)，綜觀人工器官及醫(yī)療裝置的發(fā)展史，每一種新型生物材料綜觀人工器官及醫(yī)療裝置的發(fā)展史，每一種新型生物材料的發(fā)現(xiàn)都引起了人工器官及醫(yī)療技術(shù)的飛躍。的發(fā)現(xiàn)都引起了人工器官及醫(yī)療技術(shù)的飛躍。生物惰性醫(yī)用硅橡膠生物惰性醫(yī)用硅橡膠人工耳、人工鼻、人工頜骨等人工耳、人工鼻、人工頜骨等血液相容性較好的各向同性碳被復(fù)材料血液相容性較好的各向同性碳被復(fù)材料碟片式機械心臟

4、瓣膜碟片式機械心臟瓣膜血液親和性及物理機械性能較好的聚氨酯嵌段共聚物血液親和性及物理機械性能較好的聚氨酯嵌段共聚物促使促使人工心臟向臨床應(yīng)用跨越一大步人工心臟向臨床應(yīng)用跨越一大步可形成假生物內(nèi)膜的編織滌綸管可形成假生物內(nèi)膜的編織滌綸管人工血管向?qū)嵱没w躍。人工血管向?qū)嵱没w躍。4.2 生物醫(yī)學(xué)材料的基本要求生物醫(yī)學(xué)材料的基本要求材料與機體組織發(fā)生的兩種反應(yīng)：材料與機體組織發(fā)生的兩種反應(yīng)：活體系統(tǒng)活體系統(tǒng)材料材料材料反應(yīng)材料反應(yīng)宿主反應(yīng)宿主反應(yīng)包括生物環(huán)境對材料的腐蝕、降解、磨包括生物環(huán)境對材料的腐蝕、降解、磨損和性質(zhì)退化，甚至破壞。損和性質(zhì)退化，甚至破壞。包括局部和全身反應(yīng)，如炎癥、細(xì)胞毒性、

5、凝包括局部和全身反應(yīng)，如炎癥、細(xì)胞毒性、凝血、過敏、致癌、畸形和免疫反應(yīng)等。血、過敏、致癌、畸形和免疫反應(yīng)等。對人體無毒、無刺激、無致畸、致敏、致突變或致癌對人體無毒、無刺激、無致畸、致敏、致突變或致癌作用；作用；生物相容性好，在體內(nèi)不被排斥，無炎癥，無慢性感染生物相容性好，在體內(nèi)不被排斥，無炎癥，無慢性感染，種植體不致引起周圍組織產(chǎn)生局部或全身性反應(yīng)，最，種植體不致引起周圍組織產(chǎn)生局部或全身性反應(yīng)，最好能與骨形成化學(xué)結(jié)合，具有生物活性；好能與骨形成化學(xué)結(jié)合，具有生物活性；無溶血、凝血反應(yīng)等。無溶血、凝血反應(yīng)等。 (一一)生物相容性生物相容性 (二二)化學(xué)穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性耐體液侵蝕，不產(chǎn)生有害

6、降解產(chǎn)物；耐體液侵蝕，不產(chǎn)生有害降解產(chǎn)物；不產(chǎn)生吸水膨潤、軟化變質(zhì)；不產(chǎn)生吸水膨潤、軟化變質(zhì)；自身不變化等。自身不變化等。(三三)力學(xué)條件力學(xué)條件 足夠的靜態(tài)強度，如抗彎、抗壓、拉足夠的靜態(tài)強度，如抗彎、抗壓、拉伸、剪切等；伸、剪切等； 具有適當(dāng)?shù)膹椥阅Ａ亢陀捕?；具有適當(dāng)?shù)膹椥阅Ａ亢陀捕龋?耐疲勞、摩擦、磨損、有潤滑性能。耐疲勞、摩擦、磨損、有潤滑性能。 (四四)其它要求其它要求 良好的空隙度，體液及軟硬組織易于長入；易加良好的空隙度，體液及軟硬組織易于長入；易加工成形，使用操作方便；工成形，使用操作方便； 熱穩(wěn)定好，高溫消毒不變質(zhì)等性能。熱穩(wěn)定好，高溫消毒不變質(zhì)等性能。 4.3 金屬生物醫(yī)學(xué)

7、材料金屬生物醫(yī)學(xué)材料在生物醫(yī)學(xué)材料中，金屬材料應(yīng)用最早，已有數(shù)百年的歷史。唐代就用銀汞合金（主要成份：汞、銀、銅、錫、鋅）來補牙。醫(yī)用金屬材料是指一類用作生物材料的金屬或合金，又稱外科用金醫(yī)用金屬材料是指一類用作生物材料的金屬或合金，又稱外科用金屬材料屬材料。它是一類生物惰性材料，除具有較高的機械強度和抗疲勞性能，具有良好的生物力學(xué)性能及相關(guān)的物理性質(zhì)外，還必須具有優(yōu)良的抗生理腐蝕性、生物相容性、無毒性和簡易可行及確切的手術(shù)操作技術(shù) .該材料是臨床應(yīng)用最廣泛的承力植入材料該材料是臨床應(yīng)用最廣泛的承力植入材料，由于有較高的強度和韌性，已成為骨和牙齒等硬組織修復(fù)和替換、心血管和軟組織修復(fù)以及人工器

8、官制造的主要材料?；瘜W(xué)周期表中的大部分金屬不符合生物材料的要求大部分金屬不符合生物材料的要求，僅有小部分或經(jīng)處理過的可用于臨床。目前在臨床使用的醫(yī)用金屬材料主要有不銹鋼、鈷基合金和鈦基合金三大類，另外還有記憶合金、貴金屬以及純金屬鉭、鈮和鋯等。不銹鋼不銹鋼鈷基合金鈷基合金鈦基合金鈦基合金形狀記憶合金形狀記憶合金貴金屬貴金屬純金屬鉭、鈮、鉻純金屬鉭、鈮、鉻4.3 金屬生物醫(yī)學(xué)材料金屬生物醫(yī)學(xué)材料4.3.1 不銹鋼不銹鋼鐵基耐蝕合金（一般由鐵、鉻、鎳、鉬、錳、硅組成），易加工、鐵基耐蝕合金（一般由鐵、鉻、鎳、鉬、錳、硅組成），易加工、價格低廉價格低廉 。一般不銹鋼制成多種形體，如針、釘、髓內(nèi)針、齒

9、冠、三棱一般不銹鋼制成多種形體，如針、釘、髓內(nèi)針、齒冠、三棱釘?shù)绕骷腿斯ぜ袤w而用于臨床，不銹鋼還用于制作各種醫(yī)釘?shù)绕骷腿斯ぜ袤w而用于臨床，不銹鋼還用于制作各種醫(yī)療儀器和手術(shù)器械。療儀器和手術(shù)器械。表表1 幾種主要的不銹鋼的組成、性能和組織幾種主要的不銹鋼的組成、性能和組織鐵素體和馬氏體不銹鋼的耐蝕性隨含碳量的降低和含鉻量鐵素體和馬氏體不銹鋼的耐蝕性隨含碳量的降低和含鉻量的增加而提高。的增加而提高。不銹鋼不銹鋼3Cr13和和 4Crl3型馬氏體不銹鋼用于醫(yī)療器械，如刀、剪型馬氏體不銹鋼用于醫(yī)療器械，如刀、剪、制血鉗、針頭等。、制血鉗、針頭等。 00Cr18Ni10型奧氏體不銹鋼可制作各種人工

10、關(guān)節(jié)型奧氏體不銹鋼可制作各種人工關(guān)節(jié)和骨折內(nèi)固定器和骨折內(nèi)固定器;在口腔科常用于鑲牙、矯形和牙在口腔科常用于鑲牙、矯形和牙根種植等器件的制作。根種植等器件的制作。不銹鋼的醫(yī)學(xué)應(yīng)用：不銹鋼的醫(yī)學(xué)應(yīng)用：4.3.2 鈷（鈷（Co）基合金）基合金 含有較高的鉻和鉬，又稱鈷鉻鉬合金，具有極為優(yōu)異的耐腐蝕性（比不含有較高的鉻和鉬，又稱鈷鉻鉬合金，具有極為優(yōu)異的耐腐蝕性（比不銹鋼高銹鋼高40倍）和耐磨性，綜合力學(xué)性能和生物相容性良好，可通過精密倍）和耐磨性，綜合力學(xué)性能和生物相容性良好，可通過精密鑄造成形狀復(fù)雜的精密修復(fù)體鑄造成形狀復(fù)雜的精密修復(fù)體性能特點：鈍化膜更穩(wěn)定，耐蝕性更好，而且其耐磨性是所有醫(yī)用金

11、屬材料中最好的，植入體內(nèi)不會產(chǎn)生明顯的組織反應(yīng)。臨床上主要用于臨床上主要用于人工關(guān)節(jié)（特別是人體中受載荷最大的髖關(guān)節(jié)）人工關(guān)節(jié)（特別是人體中受載荷最大的髖關(guān)節(jié)）人工骨及骨科內(nèi)處固定器件的制造人工骨及骨科內(nèi)處固定器件的制造齒科修復(fù)中的義齒，各種鑄造冠、嵌體及固定橋的制造齒科修復(fù)中的義齒，各種鑄造冠、嵌體及固定橋的制造心血管外科及整形科等心血管外科及整形科等由于其價格較高，加工困難，應(yīng)用尚不普及。由于其價格較高，加工困難，應(yīng)用尚不普及。表表2 幾種主要的鈷基合金的組成、性能和組織幾種主要的鈷基合金的組成、性能和組織口腔、骨板、骨釘、人工髖關(guān)節(jié)口腔、骨板、骨釘、人工髖關(guān)節(jié)較低較低CoCrMo合金合金

12、醫(yī)用鈷基合金更適用于體內(nèi)承載條件苛刻的長期植入件。醫(yī)用鈷基合金更適用于體內(nèi)承載條件苛刻的長期植入件。4.3.3 鈦（鈦（Ti）基合金）基合金 臨床應(yīng)用廣泛，其質(zhì)輕、比強度高、力學(xué)性質(zhì)接近人骨、強臨床應(yīng)用廣泛，其質(zhì)輕、比強度高、力學(xué)性質(zhì)接近人骨、強度遠(yuǎn)低于純鈦，耐疲勞、耐蝕性均優(yōu)于不銹鋼和鈷基合金，度遠(yuǎn)低于純鈦，耐疲勞、耐蝕性均優(yōu)于不銹鋼和鈷基合金，且生物相容性和表面活性好，是較為理想的一種植入材料。且生物相容性和表面活性好，是較為理想的一種植入材料?？箶嗔褟姸容^低，耐磨性能不盡人意，加工困難。冶煉及成型抗斷裂強度較低，耐磨性能不盡人意，加工困難。冶煉及成型工藝復(fù)雜，要求條件較高。工藝復(fù)雜，要求

13、條件較高。主要用于：修補顱骨，制成鈦網(wǎng)或鈦箔用于修復(fù)腦膜和腹膜、人工骨、關(guān)節(jié)、牙和主要用于：修補顱骨，制成鈦網(wǎng)或鈦箔用于修復(fù)腦膜和腹膜、人工骨、關(guān)節(jié)、牙和矯形物、人工心臟瓣膜支架、人工心臟部件和腦止血夾、口腔頜面矯形頜修補、手矯形物、人工心臟瓣膜支架、人工心臟部件和腦止血夾、口腔頜面矯形頜修補、手術(shù)器械、醫(yī)療儀器頜人工假肢等。術(shù)器械、醫(yī)療儀器頜人工假肢等。（三）鈦基合金（三）鈦基合金Ti為難熔稀有金屬，熔點為難熔稀有金屬，熔點1762，密度小、比強度高，密度小、比強度高；Ti合金對人體毒性小，密度小，彈性模量接近于天然骨，合金對人體毒性小，密度小，彈性模量接近于天然骨，是較佳的金屬生物醫(yī)學(xué)材料

14、。是較佳的金屬生物醫(yī)學(xué)材料。TiNiTiNi合金具有優(yōu)良的形狀記合金具有優(yōu)良的形狀記憶效應(yīng)。憶效應(yīng)。Ti合金的強度可達(dá)到很高的水平，比強度是不銹合金的強度可達(dá)到很高的水平，比強度是不銹 鋼的鋼的3.5倍；倍；Ti與氧反應(yīng)形成的氧化膜致密穩(wěn)定，有很好的鈍與氧反應(yīng)形成的氧化膜致密穩(wěn)定，有很好的鈍 化作用，具有很強的耐蝕性。化作用，具有很強的耐蝕性。 在生理環(huán)境下，在生理環(huán)境下，Ti合金的均勻腐蝕很小，不會發(fā)合金的均勻腐蝕很小，不會發(fā) 生點蝕、縫隙腐蝕和晶間腐蝕。生點蝕、縫隙腐蝕和晶間腐蝕。Ti合金的磨損與應(yīng)力腐蝕較明顯。合金的磨損與應(yīng)力腐蝕較明顯。頭顱微型鋼板4.3.4 形狀記憶合金形狀記憶合金

15、單程全程雙程初始形狀低溫變形加 熱冷 卻n 缺點：加工困難，成本高缺點：加工困難，成本高 Ti-Ni基形狀記憶合金基形狀記憶合金Ti-Ni合金通過在合金通過在1000左右固溶后，在左右固溶后，在400進(jìn)行時效處理，再淬火得到馬氏體。進(jìn)行時效處理，再淬火得到馬氏體。n缺點：加工困難，成本高缺點：加工困難，成本高 n應(yīng)用：n管腔狹窄的治療（喉氣管狹窄、食管狹窄、膽道狹窄、尿道狹窄及閉鎖等）：支架安入管腔狹窄的部位后，能將狹窄管腔撐開，并與管壁相貼緊，固定好；其生物相容性好，長期安放對黏膜無明顯損傷；其高回彈性能順應(yīng)管道的彎曲，對人體刺激小。n口腔科：用這種材料做成的種植牙具有齒槽骨切口小，固定牢靠

16、等優(yōu)點。n骨科：人工關(guān)節(jié)，斷骨連接、彎曲脊柱矯正。n血管外科：治療主動脈瘤、冠狀動脈和椎動脈狹窄等。 Ti-Ni基形狀記憶合金基形狀記憶合金形狀記憶合金血栓過濾器醫(yī)學(xué)應(yīng)用：醫(yī)學(xué)應(yīng)用：牙齒矯形絲、血栓過濾器、動脈瘤牙齒矯形絲、血栓過濾器、動脈瘤夾、接骨板等（夾、接骨板等（Ti-Ni合金）合金）NiTi記憶合金自擴張式氣管內(nèi)支架 醫(yī)學(xué)應(yīng)用：醫(yī)學(xué)應(yīng)用：醫(yī)學(xué)應(yīng)用：醫(yī)學(xué)應(yīng)用： “鈦鎳合金”食道架能在喉部膨脹成新的食道。必要時只要向食道里加上冰塊，“食道”又會遇冷收縮，從而可輕易取出，使失去進(jìn)食功能的食道癌患者提高了生活質(zhì)量。醫(yī)學(xué)應(yīng)用：醫(yī)學(xué)應(yīng)用：緊固件緊固件 待連接管待連接管 待連接管從兩端插入待連接管從

17、兩端插入 室溫室溫EL1Ti6Al4V鈦基合金制作的骨釘和骨板鈦基合金制作的骨釘和骨板鈦基合金的醫(yī)學(xué)應(yīng)用：鈦基合金的醫(yī)學(xué)應(yīng)用：廣泛用于制作各種人工關(guān)節(jié)、牙床、人工心臟瓣膜、廣泛用于制作各種人工關(guān)節(jié)、牙床、人工心臟瓣膜、頭蓋骨修復(fù)等方面。頭蓋骨修復(fù)等方面。4.3.5 貴金屬（貴金屬（noble metal） 是一種金屬或合金，如金子具有極高的抗氧是一種金屬或合金，如金子具有極高的抗氧化性和抗腐蝕性。貴金屬具有獨特穩(wěn)定的物化性和抗腐蝕性。貴金屬具有獨特穩(wěn)定的物理和化學(xué)性能、優(yōu)異的加工特性、對人體組理和化學(xué)性能、優(yōu)異的加工特性、對人體組織無毒副作用、刺激小等優(yōu)良的生物學(xué)性能?？棢o毒副作用、刺激小等優(yōu)

18、良的生物學(xué)性能。主要用于口腔科的齒科修復(fù)，也可用于小型主要用于口腔科的齒科修復(fù)，也可用于小型植入式電子醫(yī)療器械。植入式電子醫(yī)療器械。4.3.6 純金屬鉭（純金屬鉭（Ta）具有良好的抗生理腐蝕性和可塑性，獨特的表面負(fù)電性具有良好的抗生理腐蝕性和可塑性，獨特的表面負(fù)電性使其具有優(yōu)良的抗血栓性能和生物相容性，還有很高的使其具有優(yōu)良的抗血栓性能和生物相容性，還有很高的抗缺口裂紋能力。植入骨內(nèi)能和周圍的新骨形成骨性結(jié)抗缺口裂紋能力。植入骨內(nèi)能和周圍的新骨形成骨性結(jié)合；植入軟組織中，肌肉等組織可依附在鉭條上正常生合；植入軟組織中，肌肉等組織可依附在鉭條上正常生長。長。退火后的純鉭很軟，可加工成板、帶、箔、

19、絲等使用。主要退火后的純鉭很軟，可加工成板、帶、箔、絲等使用。主要用作接骨板、顱骨板、骨螺釘、種植牙根、頜面修復(fù)體、義用作接骨板、顱骨板、骨螺釘、種植牙根、頜面修復(fù)體、義齒及外科手術(shù)縫線和縫合針；齒及外科手術(shù)縫線和縫合針； 鉭網(wǎng)可用于肌肉缺損修補；鉭鉭網(wǎng)可用于肌肉缺損修補；鉭絲和箔用于縫合修補受損的神經(jīng)、肌腱和血管；鉭還可以用絲和箔用于縫合修補受損的神經(jīng)、肌腱和血管；鉭還可以用于血管內(nèi)支架及人工心臟、植入型電子裝置；鉭的同位素可于血管內(nèi)支架及人工心臟、植入型電子裝置；鉭的同位素可用于放射治療。只是由于鉭的資源少、價格較高，使其推廣用于放射治療。只是由于鉭的資源少、價格較高，使其推廣受很大限制。

20、受很大限制。4.3.7 純金屬鈮（純金屬鈮（Nb） 性能和應(yīng)用范圍與鉭非常相似，用于修性能和應(yīng)用范圍與鉭非常相似，用于修補顱骨和制作醫(yī)療器械。但由于來源困補顱骨和制作醫(yī)療器械。但由于來源困難，價格昂貴，使用受到限制，主要用難，價格昂貴，使用受到限制，主要用于制造髓內(nèi)釘?shù)取Ｓ谥圃焖鑳?nèi)釘?shù)取?.3.8 純金屬鉻（純金屬鉻（Cr）化學(xué)性能與金屬鈦相似，耐蝕性能、加化學(xué)性能與金屬鈦相似，耐蝕性能、加工性能、穩(wěn)定性和生物相容性都很好，工性能、穩(wěn)定性和生物相容性都很好，主要用于人工骨和修補顱骨，可加工成主要用于人工骨和修補顱骨，可加工成各種板、帶、線材在臨床上使用。醫(yī)用各種板、帶、線材在臨床上使用。醫(yī)用鉻

21、可與鈦等同使用，但其價格較貴，在鉻可與鈦等同使用，但其價格較貴，在臨床中較難推廣。臨床中較難推廣。醫(yī)用金屬材料的性能及應(yīng)用醫(yī)用金屬材料的性能及應(yīng)用材材 料料性性 能能主要應(yīng)用主要應(yīng)用不銹鋼不銹鋼鈷系合金鈷系合金金合金金合金鎳鉻合金鎳鉻合金鈦合金鈦合金鉭鉭生物適應(yīng)性差生物適應(yīng)性差耐腐蝕；生物相容性良好耐腐蝕；生物相容性良好耐腐蝕耐腐蝕耐腐蝕耐腐蝕耐腐蝕性良好耐腐蝕性良好耐腐蝕，與生物體系親和性耐腐蝕，與生物體系親和性好好人工骨、人工關(guān)節(jié)人工骨、人工關(guān)節(jié)牙科材料牙科材料人工牙人工牙人工牙人工牙人工關(guān)節(jié)基干人工關(guān)節(jié)基干紗布、縫合線紗布、縫合線生物陶瓷生物陶瓷主要是用于人體硬組織修復(fù)和重建主要是用于人

22、體硬組織修復(fù)和重建 的生物醫(yī)學(xué)陶瓷材料。的生物醫(yī)學(xué)陶瓷材料。 生物陶瓷的類型和特點生物陶瓷的類型和特點惰性生物陶瓷材料惰性生物陶瓷材料可吸收生物材料可吸收生物材料生物活性陶瓷生物活性陶瓷可治療癌癥的生物陶瓷可治療癌癥的生物陶瓷4.4 4.4 生物陶瓷的特點及其分類生物陶瓷的特點及其分類生物生物陶瓷陶瓷活性生物陶瓷：活性生物陶瓷：可被吸收的生物可被吸收的生物降解陶瓷：降解陶瓷：在生物體內(nèi)與組織幾乎不發(fā)生反應(yīng)或反應(yīng)在生物體內(nèi)與組織幾乎不發(fā)生反應(yīng)或反應(yīng)很小。很小。如：氧化鋁陶瓷、碳、氧化鋯如：氧化鋁陶瓷、碳、氧化鋯 陶瓷、氮化硅陶瓷等。陶瓷、氮化硅陶瓷等。在生理環(huán)境下與組織界面發(fā)生作用，形成化在生理

23、環(huán)境下與組織界面發(fā)生作用，形成化學(xué)鍵結(jié)合。學(xué)鍵結(jié)合。如：羥基磷灰石等陶瓷及生物活性玻如：羥基磷灰石等陶瓷及生物活性玻 璃，生物活性微晶玻璃。璃，生物活性微晶玻璃。在生物體內(nèi)可被逐漸降解，被骨組織吸在生物體內(nèi)可被逐漸降解，被骨組織吸收，是一種骨的重建材料。收，是一種骨的重建材料。如：磷酸三鈣等。如：磷酸三鈣等。惰性生物陶瓷：惰性生物陶瓷：4.4 4.4 生物陶瓷及其分類生物陶瓷及其分類惰性生物陶瓷惰性生物陶瓷( (一一) )氧化鋁陶瓷氧化鋁陶瓷優(yōu)點：生物相容性良好，在人體內(nèi)穩(wěn)定性高，機械優(yōu)點：生物相容性良好，在人體內(nèi)穩(wěn)定性高，機械 強度較大。強度較大。惰性生物陶瓷材料惰性生物陶瓷材料缺點：缺點：

24、與骨不發(fā)生化學(xué)結(jié)合，長時間后與骨的固定與骨不發(fā)生化學(xué)結(jié)合，長時間后與骨的固定 會發(fā)生松弛；會發(fā)生松弛；機械強度不高；機械強度不高；楊氏模量過高楊氏模量過高(380GPa)(380GPa)；摩擦系數(shù)、磨耗速度較大。摩擦系數(shù)、磨耗速度較大。措施：采用多孔氧化鋁措施：采用多孔氧化鋁 把氧化鋁陶瓷制成多孔質(zhì)形態(tài)，使骨組織長把氧化鋁陶瓷制成多孔質(zhì)形態(tài)，使骨組織長 入其孔隙而使植入體固定，保證植入物與骨入其孔隙而使植入體固定，保證植入物與骨 頭的良好結(jié)合。頭的良好結(jié)合。改善：改善：將金屬與氧化鋁復(fù)合將金屬與氧化鋁復(fù)合 在金屬表面形成多孔性氧化鋁薄層在金屬表面形成多孔性氧化鋁薄層缺點：降低陶瓷的機械強度，多

25、孔氧化鋁陶瓷的強缺點：降低陶瓷的機械強度，多孔氧化鋁陶瓷的強 度隨空隙率的增加而急劇降低。度隨空隙率的增加而急劇降低。 只能用于不負(fù)重或負(fù)重輕的部位。只能用于不負(fù)重或負(fù)重輕的部位。( (二二) )碳素材料碳素材料(玻璃碳材、熱解碳、低溫氣相沉積碳玻璃碳材、熱解碳、低溫氣相沉積碳) 優(yōu)點：優(yōu)點：質(zhì)輕且具有良好的潤滑性和抗疲勞特性；質(zhì)輕且具有良好的潤滑性和抗疲勞特性；彈性模量和致密度與人骨大致相同；彈性模量和致密度與人骨大致相同；生物相容性好，特別是抗凝血性佳，與血細(xì)胞中的元生物相容性好，特別是抗凝血性佳，與血細(xì)胞中的元素相容性極好，不影響血漿中的蛋白質(zhì)和酶素相容性極好，不影響血漿中的蛋白質(zhì)和酶

26、的活性。的活性。在人體內(nèi)不發(fā)生反應(yīng)和溶解，生物親和性良好，在人體內(nèi)不發(fā)生反應(yīng)和溶解，生物親和性良好， 耐蝕，對人體組織的力學(xué)刺激小。耐蝕，對人體組織的力學(xué)刺激小。 三種主要類型的碳素材料：三種主要類型的碳素材料：1)1)玻璃碳材：通過加熱預(yù)先成型的固態(tài)聚合物使易玻璃碳材：通過加熱預(yù)先成型的固態(tài)聚合物使易 揮發(fā)組分揮發(fā)掉而制得。揮發(fā)組分揮發(fā)掉而制得。玻璃碳制品玻璃碳制品特點：特點：密度低，耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性好，但強度與韌性較低，只能用于力密度低，耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性好，但強度與韌性較低，只能用于力學(xué)性能要求不高的場合。學(xué)性能要求不高的場合。2)2)熱解碳熱解碳(LTI(LTI碳碳) )：將甲烷、丙

27、烷等碳?xì)浠衔锿ǎ簩⒓淄椤⒈榈忍細(xì)浠衔锿?入硫化床中，在入硫化床中，在1000-24001000-2400 熱解、沉積而得。沉積層的厚熱解、沉積而得。沉積層的厚 度一般為度一般為1mm1mm。 全熱解碳雙葉瓣人工心臟瓣膜全熱解碳雙葉瓣人工心臟瓣膜彈性模量為彈性模量為20GPa20GPa，抗彎強度高達(dá)抗彎強度高達(dá)275275-620MPa620MPa，韌性好，韌性比氧化鋁陶瓷韌性好，韌性比氧化鋁陶瓷高高2525倍。倍。3)3)低溫氣相沉積碳低溫氣相沉積碳(ULTI(ULTI碳碳) )： 用電弧等離子體濺射或電子束加熱碳源制取的各向同用電弧等離子體濺射或電子束加熱碳源制取的各向同性的碳薄膜，其

28、膜厚一般在性的碳薄膜，其膜厚一般在1m1m左右。左右。特點：特點：高密度和高強度，但僅作為薄的涂層材料使用。高密度和高強度，但僅作為薄的涂層材料使用。UTLIUTLI涂層與涂層與金屬的結(jié)合強度高，涂層的耐磨性良好，成為制造人金屬的結(jié)合強度高，涂層的耐磨性良好，成為制造人工機械心臟瓣膜的理想材料。工機械心臟瓣膜的理想材料。人造骨關(guān)節(jié)表面活性生物陶瓷表面活性生物陶瓷及生物活性玻璃等磷酸鹽材料及生物活性玻璃等磷酸鹽材料生物活性陶瓷生物活性陶瓷1、羥基磷灰石：、羥基磷灰石：分子式為分子式為Ca10(PO4)6(OH)2，簡稱，簡稱HA。因為因為HA占人體骨組成的占人體骨組成的70-97，所以修復(fù)骨組織

29、，所以修復(fù)骨組織HA較金屬和聚合物具有更好的效果：較金屬和聚合物具有更好的效果：HA植入骨組織后，植入骨組織后，生物活性陶瓷的突出特點：生物活性陶瓷的突出特點：隨著修復(fù)時間的延長，種植體表面形成與骨組織能隨著修復(fù)時間的延長，種植體表面形成與骨組織能夠化學(xué)鍵結(jié)合的生物羥基磷灰石夠化學(xué)鍵結(jié)合的生物羥基磷灰石(HCA)(HCA)。HCA在化學(xué)組成和微觀結(jié)構(gòu)上與骨的無機組成相同，在化學(xué)組成和微觀結(jié)構(gòu)上與骨的無機組成相同， HCA結(jié)合層能阻擋種植體材料被腐蝕，具有極好的耐結(jié)合層能阻擋種植體材料被腐蝕，具有極好的耐久力和抗疲勞性能，從而在與骨的界面結(jié)合中發(fā)揮作久力和抗疲勞性能，從而在與骨的界面結(jié)合中發(fā)揮作

30、用。用?；瘜W(xué)式化學(xué)式(Ca,M)10(PO4,Co3,X)6(OH,F,Cl)2M: Mg, Na, K或或Sr, Pb, BaX: HPO42-, SO42-, 硼酸鹽等硼酸鹽等 2、生物活性玻璃、生物活性玻璃(生物活性微晶玻璃生物活性微晶玻璃)： 是含有磷灰石微晶相的陶瓷材料。是含有磷灰石微晶相的陶瓷材料。Na2O-CaO-SiO2-P2O5系列玻璃能與自然骨形成化系列玻璃能與自然骨形成化學(xué)鍵結(jié)合，這是首次發(fā)現(xiàn)人造材料能與自然骨形成學(xué)鍵結(jié)合，這是首次發(fā)現(xiàn)人造材料能與自然骨形成鍵結(jié)合。鍵結(jié)合。在臨床實踐上，生物玻璃已成功地用于做聽骨、胯在臨床實踐上，生物玻璃已成功地用于做聽骨、胯骨脊椎及骨的

31、填充物。骨脊椎及骨的填充物。生物活性材料的本質(zhì)：通過磷灰石層與骨結(jié)合生物活性材料的本質(zhì)：通過磷灰石層與骨結(jié)合人造磷灰石與生物骨的磷灰石的結(jié)構(gòu)較為相近，使新人造磷灰石與生物骨的磷灰石的結(jié)構(gòu)較為相近，使新生骨與生物活性陶瓷材料直接相連，當(dāng)骨內(nèi)的磷灰石生骨與生物活性陶瓷材料直接相連，當(dāng)骨內(nèi)的磷灰石與種植體表面磷灰石直接接觸時，兩者形成化學(xué)鍵，與種植體表面磷灰石直接接觸時，兩者形成化學(xué)鍵，從而減少了生命材料與非生命材料之間的界面能，使從而減少了生命材料與非生命材料之間的界面能，使界面結(jié)合良好。界面結(jié)合良好。pH=810pH=8pH=7200水蒸氣水蒸氣水蒸氣水蒸氣水蒸氣水蒸氣10001000羥基磷灰石

32、生物陶瓷羥基磷灰石生物陶瓷羥基磷灰石涂層鈦基牙種植體羥基磷灰石涂層鈦基牙種植體是一種安全、方便的聽小骨缺損是一種安全、方便的聽小骨缺損替代品，適用于因炎癥替代品，適用于因炎癥(如慢性如慢性化膿性中耳炎化膿性中耳炎)或外傷等病癥造或外傷等病癥造成聽小骨缺損、畸形的患者作聽成聽小骨缺損、畸形的患者作聽小骨置換手術(shù)。小骨置換手術(shù)。 HA生物陶瓷聽小骨置換假體生物陶瓷聽小骨置換假體必須提高羥基磷灰石陶瓷力學(xué)性能必須提高羥基磷灰石陶瓷力學(xué)性能人工合成的羥基磷灰石粉末具有優(yōu)良人工合成的羥基磷灰石粉末具有優(yōu)良的生物相容性和生物活性的生物相容性和生物活性,可用來制備各種可用來制備各種硬組織植入材料。然而硬組織

33、植入材料。然而,目前這類骨植入材料因強度目前這類骨植入材料因強度偏低偏低,尤其是脆性太大尚難應(yīng)用于人體承載部位。尤其是脆性太大尚難應(yīng)用于人體承載部位。提高羥基磷灰石陶瓷力學(xué)性能的途徑炭材料在生物方面的應(yīng)用炭材料在生物方面的應(yīng)用炭材料在生物方面的應(yīng)用炭材料在生物方面的應(yīng)用n Ca2+-s-CNTss-CNTsCa(NO3)2 1% SDS solution(NH4)2HPO4Amorphous precipitateEthanol washing and dryingCNTsHAp/CNTs composite powdersHydrothermal treatment 原位沉積法制備HAp/C

34、NTs復(fù)合粉體短棒狀晶體長約40-60 nm直徑約15-25 nm 熱壓燒結(jié)制備HAp/CNTs復(fù)相陶瓷 機械球磨混合復(fù)合粉體 SDS改性，原位沉積復(fù)合粉體 可吸收生物陶瓷可吸收生物陶瓷降解效應(yīng)降解效應(yīng)植人人體后材料逐漸被吸收，同時植人人體后材料逐漸被吸收，同時 新生骨逐漸長入而替代之，該效新生骨逐漸長入而替代之，該效 應(yīng)稱為降解效應(yīng)。應(yīng)稱為降解效應(yīng)。具有降解效應(yīng)的陶瓷材料具有降解效應(yīng)的陶瓷材料可吸收生物陶瓷?？晌丈锾沾?。主要應(yīng)用：臉部和額部的骨修復(fù)，填補牙周的空主要應(yīng)用：臉部和額部的骨修復(fù)，填補牙周的空 洞，還可作為藥物的載體。洞，還可作為藥物的載體。生物降解材料生物降解材料石膏石膏石膏

35、的相容性雖好，但吸收速度太快，通常在新骨石膏的相容性雖好，但吸收速度太快，通常在新骨未長成就消耗殆盡而造成塌陷。未長成就消耗殆盡而造成塌陷。-TCP移植后移植后手術(shù)后手術(shù)后8年年-磷酸三鈣磷酸三鈣化學(xué)式為化學(xué)式為Ca3(PO4)2，簡稱，簡稱-TCP。-TCP-TCP的降解過程一般主要分為以下幾個方面的降解過程一般主要分為以下幾個方面: :材料的晶界被侵蝕，使其變成粒子被吸收。材料的晶界被侵蝕，使其變成粒子被吸收。材料天然溶解形成新的表面相。材料天然溶解形成新的表面相。新陳代謝的因素，如吞噬細(xì)胞的作用，導(dǎo)致材料的降解吸新陳代謝的因素，如吞噬細(xì)胞的作用，導(dǎo)致材料的降解吸收。收。4.4.4 生物復(fù)

36、合材料生物復(fù)合材料可治療癌癥的生物陶瓷可治療癌癥的生物陶瓷 如：由如：由LiFe3O5和和a-Fe2O3與與Al2O5-SiO2-P2O5玻璃玻璃 體復(fù)合材料制得的高密度玻璃，具有熱磁性。體復(fù)合材料制得的高密度玻璃，具有熱磁性。具有耐腐蝕又能發(fā)射具有耐腐蝕又能發(fā)射射線的生物陶瓷也可用于治療癌射線的生物陶瓷也可用于治療癌癥。癥。如：如：Al2O5-SiO2-P2O5玻璃體復(fù)合材料，可以玻璃體復(fù)合材料，可以 被激發(fā)或發(fā)射被激發(fā)或發(fā)射射線。射線。各種生物陶瓷在臨床上的應(yīng)用：各種生物陶瓷在臨床上的應(yīng)用：1)能承受負(fù)載的矯形材料，用在骨科、牙科及頜面上能承受負(fù)載的矯形材料，用在骨科、牙科及頜面上 如：如

37、：Al2O3陶瓷、穩(wěn)定陶瓷、穩(wěn)定ZrO2陶瓷、具有生物活性的表面涂陶瓷、具有生物活性的表面涂 層層(生物微晶玻璃、生物活性玻璃生物微晶玻璃、生物活性玻璃)的相應(yīng)材料等的相應(yīng)材料等 2)種植齒、牙齒增高種植齒、牙齒增高 如：如：Al2O3陶瓷、氟聚合物金屬基復(fù)合材料、生物活性玻陶瓷、氟聚合物金屬基復(fù)合材料、生物活性玻 璃、自固化磷酸鹽水泥和玻璃水泥、活性涂層材料等璃、自固化磷酸鹽水泥和玻璃水泥、活性涂層材料等3)耳鼻喉代用材料耳鼻喉代用材料 如：如：Al2O3陶瓷、生物活性玻璃及生物活性微晶玻璃、陶瓷、生物活性玻璃及生物活性微晶玻璃、 磷酸鹽陶瓷磷酸鹽陶瓷 4)人工肌腱和韌帶人工肌腱和韌帶 如：

38、如：PLA-碳纖維復(fù)合材料碳纖維復(fù)合材料5)5)人工心臟瓣膜人工心臟瓣膜 如：熱解碳涂層如：熱解碳涂層( (抗凝血，摩擦系數(shù)小抗凝血，摩擦系數(shù)小) )6)6)可供組織長人的涂層可供組織長人的涂層( (心血管、矯形、牙、額面心血管、矯形、牙、額面 修復(fù)修復(fù)) ) 如：多孔如：多孔Al2O3陶瓷陶瓷7)7)骨的充填料骨的充填料 如：磷酸鈣及磷酸鈣鹽粉末或顆粒如：磷酸鈣及磷酸鈣鹽粉末或顆粒8)8)脊椎外科脊椎外科 如：生物活性玻璃或生物活性玻璃陶瓷如：生物活性玻璃或生物活性玻璃陶瓷9)9)義眼義眼 如：生物玻璃、多孔羥基磷灰石如：生物玻璃、多孔羥基磷灰石人工髖關(guān)節(jié)人工髖關(guān)節(jié)其中髖臼用超高分子量聚乙烯

39、制成，股骨多為金屬制品，這種其中髖臼用超高分子量聚乙烯制成，股骨多為金屬制品，這種塑料與金屬的配合塑料與金屬的配合 ，使其耐磨性較金屬與金屬的配合強，使其耐磨性較金屬與金屬的配合強10倍倍。人工關(guān)節(jié)生物涂層人工關(guān)節(jié)生物涂層生物活性玻璃涂層人工牙根生物活性玻璃涂層人工牙根納米生物材料“納米蜜蜂”，這個“小蜜蜂”能背著“蜂毒肽”炸藥包直達(dá)患處從而將癌細(xì)胞殺個殆盡 納米顆粒包裹住針對不同癌癥的藥物，顆粒的外面則是一層具有導(dǎo)航和識別癌細(xì)胞作用的蛋白質(zhì)聚乙二醇納米生物材料靶向藥物載體碳酸鈣納米晶自組裝體碳酸鈣納米晶自組裝體納米生物材料-磁性熒光復(fù)合材料Yu, S.-Y.; Zhang, H.-J.; Y

40、u, J.-B.; Wang, C.; Sun, L.-N.; Shi, W.-D. Langmuir 2007, 23, 7836. 復(fù)習(xí)題：復(fù)習(xí)題：v 什么是超導(dǎo)材料？它有哪些基本特性？超導(dǎo)材料的主要應(yīng)用有哪些？什么是超導(dǎo)材料？它有哪些基本特性？超導(dǎo)材料的主要應(yīng)用有哪些？v 什么是高溫超導(dǎo)陶瓷？畫出并說明其什么是高溫超導(dǎo)陶瓷？畫出并說明其H Hc c-T-Tc c曲線曲線. .v 什么是介電、鐵電、壓電、熱釋電陶瓷？他們的性質(zhì)、原理、應(yīng)用什么是介電、鐵電、壓電、熱釋電陶瓷？他們的性質(zhì)、原理、應(yīng)用v 導(dǎo)電陶瓷導(dǎo)電陶瓷v 本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體，本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體，pnpn結(jié)結(jié)v 什么是什

41、么是PTCPTC、NTCNTC、CTRCTR半導(dǎo)體陶瓷？畫出其電阻隨溫度的變化關(guān)系曲線半導(dǎo)體陶瓷？畫出其電阻隨溫度的變化關(guān)系曲線v 氣敏陶瓷工作原理氣敏陶瓷工作原理v 太陽能電池的工作原理是什么？太陽能電池的工作原理是什么？v 什么是生物材料？它應(yīng)具備哪些必要條件？生物陶瓷及其分類什么是生物材料？它應(yīng)具備哪些必要條件？生物陶瓷及其分類 生物醫(yī)用高分子材料生物醫(yī)用高分子材料用于生物體或治療過程的用于生物體或治療過程的 高分子材料。高分子材料。表表5 常見的可生物降解聚合物常見的可生物降解聚合物生物醫(yī)用高分子材料生物醫(yī)用高分子材料天然高分子材料天然高分子材料人工合成高分子材料人工合成高分子材料優(yōu)點

42、：優(yōu)點：強度與硬度較低，作軟組織替代物的優(yōu)勢是金屬和強度與硬度較低，作軟組織替代物的優(yōu)勢是金屬和陶瓷不能比擬的；不發(fā)生生理腐蝕；高分子材料易陶瓷不能比擬的；不發(fā)生生理腐蝕；高分子材料易于成型。于成型。缺點：缺點：易于發(fā)生老化，可能會因體液或血液中的多種離子、蛋白易于發(fā)生老化，可能會因體液或血液中的多種離子、蛋白質(zhì)和酶的作用而導(dǎo)致聚合物斷鏈、降解；質(zhì)和酶的作用而導(dǎo)致聚合物斷鏈、降解；抗磨損、蠕變等性能也不如金屬材料?？鼓p、蠕變等性能也不如金屬材料。一、用于藥物釋放的高分子材料一、用于藥物釋放的高分子材料 (一一)藥物的控制釋放體系藥物的控制釋放體系(Drug delivery system，

43、DDS) 是指能夠在固定的時間內(nèi)，按照預(yù)定的方向向體內(nèi)或體內(nèi)是指能夠在固定的時間內(nèi)，按照預(yù)定的方向向體內(nèi)或體內(nèi)某部位釋放藥物，并且在一段時間內(nèi)使藥物的濃度維持在某部位釋放藥物，并且在一段時間內(nèi)使藥物的濃度維持在一定的水平。一定的水平。一般給藥方式和控釋藥物方式的藥物濃度與時間的差別：一般給藥方式和控釋藥物方式的藥物濃度與時間的差別：藥物釋放的方式有多種，常見的有藥物釋放的方式有多種，常見的有儲存器型儲存器型DDS基材型基材型DDS 儲存器型儲存器型DDS：是將藥物微粒包裹在高分子膜材里，藥物微粒的大小可根據(jù)是將藥物微粒包裹在高分子膜材里，藥物微粒的大小可根據(jù)使用的目的調(diào)整，粒徑可從微米到納米。使用的目的調(diào)整，粒徑可從微米