生物材料現(xiàn)代研究方法-引言1課件

1、生物材料現(xiàn)代研究方法Modern Research Methods of Biomaterials西南交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第一章 緒論材料研究方法的含義材料研究方法的分類應(yīng)用示例課程簡介生物醫(yī)用材料(Biomedical materials), 簡稱生物材料(Biomaterials), 是用來對生物體進(jìn)行診斷、治療、修復(fù)或替換其病損、器官或增進(jìn)其功能的材料。生物材料其定義隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而演變Any material, natural or man Any material, natural or man-made, that made, that comprises whole or

2、 part of a living comprises whole or part of a living structure or a biomedical device which structure or a biomedical device which performs, augments, or replaces a performs, augments, or replaces a function that has been lost through function that has been lost through disease or injury.工藝Processi

3、ng結(jié)構(gòu)structure-性能property化學(xué)成分Chemical composition顯微結(jié)構(gòu)Microstructure工藝Processing結(jié)構(gòu)structure性能property性能PropertiesIntrinsicMaterials SelectionCeramicFabrication晶體結(jié)構(gòu)Crystal Structure()(特征Characterization)材料的微結(jié)構(gòu)對于力學(xué)性能上的影響Effect of Microstructure on Mechanical Propertyf d-1/2 d-grain size50m10mabMechanica

4、l test: fa fb Mechanical propertyMicroscopic analysis: da db Microstructure 多晶樣品的光學(xué)顯微鏡圖片OM images of two polycrystalline samples.？范圍和特征Scale and Characterization TechniquesXRD,TEM,STM SEMOMGrain IGrain IIValveTurbochargeLarge defects, voids, inclusions by OM; grain and size distribution by either OM

5、 and SEM depending scale; Grain boundary and interface by TEM, Crystal structure by XRD and TEM斷裂方式的鑒別Identification of Fracture Mode4mIntergranular fracture20mIntragranular fractureCracksCracksPoresGrain boundary光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡OM and SEM50m5mGrowthstepOM - 2DSEM 3DBaTiO3掃描隧道顯微鏡STM - Seeing AtomsSTM i

6、mage showing single-atom defect in iodine（碘） adsorbate lattice on platinum（鉑）. 2.5nm scanIron on copper (111)2、研究方法分類材料分析研究方法的種類： 化學(xué)成分分析、結(jié)構(gòu)測定、圖像分析分析儀器 顯微鏡：顯微組織觀察 衍射儀：測定結(jié)構(gòu) 譜儀：分析成分分析儀器主要可分為三個單元 激發(fā)源 分析器 檢測器化學(xué)成分分析結(jié)構(gòu)測定衍射方法: X射線衍射 （X-Ray Diffraction， XRD）;電子衍射（Transmission Electron Microscopy， TEM）光譜方法: 紅

7、外光譜;拉曼光譜;紫外光譜顯微鏡: 光學(xué)顯微鏡掃描電鏡;透射電鏡結(jié)構(gòu)分析 盧瑟福背散射是通過探測樣品表面區(qū)靶核彈性散射的離子束進(jìn)行分析。應(yīng)用于材料表面與薄膜結(jié)構(gòu)分析。圖像分析表面分析掃描電子顯微鏡下，具有生物活性的多孔金屬： 生物組織可長入，提高界面機(jī)械固定作用。 降低彈性模量，提高力學(xué)相容性。3、應(yīng)用示例Application評價方法： 微區(qū)拉曼設(shè)備，其激發(fā)波長為514.5nm，激光束斑為5um； 傅立葉紅外圖譜設(shè)備； XPS； 采用AMBIOS XP-2表面輪廓儀來檢測薄膜的厚度與線輪廓； 表面接觸角測試及表面能計算； 血小板粘附； 內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)。編號刻蝕時間掩膜孔尺寸（長 x 寬）含氫碳

8、膜40minC2525 m x 25 mC5050 m x 50 mC100100 m x 100m等離子體刻蝕制備薄膜表面顯微圖形及其性能研究-含氫碳膜顯微圖形表面形貌的結(jié)果 ell R WidgeC25 well Ridge C50well Ridge C100等離子體刻蝕制備薄膜表面顯微圖形及其性能研究-含氫碳膜顯微圖形顯微圖形的表面形貌及線輪廓掃描圖顯微拉曼的結(jié)果含氫碳膜、顯微圖形樣品C25、C50 和 C100的“井”中區(qū)域的拉曼圖譜 等離子體刻蝕制備薄膜表面顯微圖形及其性能研究-含氫碳膜顯微圖形含氫碳膜、樣品C25、C50和C100表面的FTIR圖譜等離子體刻蝕制備薄膜表面顯微圖形

9、及其性能研究-含氫碳膜顯微圖形FTIR的結(jié)果含氫碳膜、樣品C25、C50和C100表面的XPS圖譜等離子體刻蝕制備薄膜表面顯微圖形及其性能研究-含氫碳膜顯微圖形XPS的結(jié)果abdc含氫碳膜C25C50C100等離子體刻蝕制備薄膜表面顯微圖形及其性能研究-含氫碳膜顯微圖形血小板粘附的結(jié)果血小板的數(shù)量統(tǒng)計結(jié)果血小板的表面形貌egfhabcd培養(yǎng)1天培養(yǎng)3天C25C50C100含氫碳膜等離子體刻蝕制備薄膜表面顯微圖形及其性能研究-含氫碳膜顯微圖形內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)結(jié)果內(nèi)皮細(xì)胞的數(shù)量統(tǒng)計結(jié)果內(nèi)皮細(xì)胞的表面形貌4、課 程 簡 介 本課程全面介紹生物材料的各種研究、測試方法的原理及應(yīng)用，同時講述各種分析設(shè)備的組

10、成及原理，重點講述各種分析方法在生物材料研究中的應(yīng)用。學(xué)生掌握各種分析方法的特點、原理，能夠應(yīng)用各種分析方法解決實際研究中遇到的問題，同時通過實驗，學(xué)生能夠正確的分析實驗結(jié)果，了解設(shè)備組成及原理。課程目的Course Objectives對于材料的分析技術(shù)有一個基本的了解Basic understanding of materials characterization techniques基本組成和功能basic components and their functions 分析的普通方法Common modes of analysis 這些技術(shù)的相關(guān)信息和資料Range of informa

11、tion provided by the techniques 技術(shù)的最近進(jìn)展Recent development of the techniques 應(yīng)用中的重點Emphasis on applications 典型的例子Typical examples and case studies 怎樣應(yīng)用不同的技術(shù)解決生產(chǎn)和研究中出現(xiàn)的問題？How to use different techniques to solve different problems in manufacturing and research分析技術(shù) 光學(xué)顯微鏡Light (optical) microscopy (LM)

12、or (OM) 掃描電子顯微鏡Scanning electron microscopy (SEM) 能量色散譜儀Energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) X-射線衍線（XRD）X-ray diffraction (XRD)/X-ray fluorescence (XRF) 透射電子顯微鏡Transmission electron microscopy (TEM)相關(guān)的分析技術(shù)-表面分析技術(shù) Surface Characterization Techniques掃描探針顯微鏡Scanning probe microscopy (AFM & STM) 俄

13、歇電子能譜Auger electron spectroscopy (AES) X-射線光電子能譜X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) 二次離子質(zhì)譜Secondary ion mass spectroscopy (SIMS) 盧瑟福背散射能譜Rutherford backscattering spectroscopy (RBS)教學(xué)內(nèi)容 引言（2學(xué)時） 光學(xué)顯微分析技術(shù)（2學(xué)時） 掃描電子顯微鏡（4學(xué)時） 透射電子顯微鏡（4學(xué)時） 掃描探針顯微鏡（4學(xué)時） X射線衍射（2學(xué)時）紅外吸收光譜法（2學(xué)時）Auger電子能譜（4學(xué)時）X射線光電子譜(XPS)（4學(xué)時）離子散射譜ISS、Rutherford背散射RBS、二次離子質(zhì)譜（SIMS）（4學(xué)時）1、材料分析測試技術(shù)，周 玉, 武高輝編著，哈爾濱 : 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 , 19982.材料研究方法，王培銘;許乾慰主編，北京；科學(xué)出版社20053. IN