生物材料的分類及性能詳解演示文稿

生物材料的分類及性能詳解演示文稿第一頁，共四十四頁。優(yōu)選生物材料的分類及性能第二頁，共四十四頁。電、光、聲傳導(dǎo)功能。如心臟起博器、人工晶狀體、耳蝸等填充功能。如整容手術(shù)用填充體等第三頁，共四十四頁。2.1.2根據(jù)生物材料的降解性，可分為：全生物降解高分子材料，如聚羥基丁酸酯（PHB)、聚環(huán)己內(nèi)酯（PCL)、蛋白質(zhì)、微生物多糖等。生物破壞高分子材料，如添加淀粉的聚苯乙烯、聚乙烯等。第四頁，共四十四頁。不可降解的生物無機材料，如具有生物親和作用的生物金屬材料和生物陶瓷材料，具有生物惰性陶瓷、生物活性陶瓷，生物活性陶瓷在生物體內(nèi)基本不被吸收，但能促進種植生物體周圍新骨生成，并與骨組織形成牢固的化學(xué)鍵。第五頁，共四十四頁。2.1.3按其應(yīng)用可分為生物醫(yī)學(xué)材料；生物包裝材料；其他生物應(yīng)用材料。

第六頁，共四十四頁。生物醫(yī)學(xué)材料指的是一類具有特殊性能、特種功能，用于人工器官、外科修復(fù)、理

療康復(fù)、診斷、治療疾患，而對人體組織不會產(chǎn)生不良影響的材料。第七頁，共四十四頁?，F(xiàn)在各種合成材料和天然高分子材料、金屬和合金材料、陶瓷和碳素材料以及各種復(fù)合材料，其制成產(chǎn)品已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于臨床和科研。

第八頁，共四十四頁。第九頁，共四十四頁。2.1.4根據(jù)材料的用途，這些材料又可以分為：（1）生物惰性（bioinert）、（2）生物活性（bioactive）或生物降解（biodegradable）材料。第十頁，共四十四頁。這些材料通過長期植入、短期植入、表面修復(fù)分別用于硬組織和軟組織修復(fù)與替換。生物醫(yī)用材料由于直接用于人體或與人體健康密切相關(guān)，對其使用有嚴格要求。（1）首先，生物醫(yī)用材料應(yīng)具有良好的血液相容性和組織相容性；（2）要求耐生物老化。即對長期植入的材料，其生物穩(wěn)定性要好；第十一頁，共四十四頁。（3）對于暫時植入的材料，耍求在確定時間內(nèi)降解為可被人體吸收或代謝的無毒單體或片斷；（4）還要求物理和力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；（5）易于加工成型、價格適當；（6）便于消毒滅茵、無毒無熱源、不致癌不致畸也是必須考慮的。

對于不同用途的材料，其要求各有側(cè)重。第十二頁，共四十四頁。用作人工骨骼的鈦或鈦合金生物醫(yī)學(xué)材料第十三頁，共四十四頁。第十四頁，共四十四頁。

無機非金屬生物材料分類

按成分性質(zhì)分：生物陶瓷材料，如單晶/多晶氧化鋁、羥基磷灰石生物玻璃，如45S5玻璃生物玻璃陶瓷醫(yī)用骨水泥，-TCP復(fù)合無機材料,HA+-TCP，碳纖維增強無機骨水泥第十五頁，共四十四頁。按來源分：天然鈣化物鈣化的貝殼、珍珠合成無機材料如-TCP人工骨（復(fù)合無機材料）衍生材料凍干骨片第十六頁，共四十四頁。按照生物環(huán)境中發(fā)生的生物化學(xué)反應(yīng)水平分類：生物惰性材料氧化鋁熱解碳氧化鋯氧化硅生物活性無機材料羥基磷灰石生物玻璃活性玻璃陶瓷第十七頁，共四十四頁。生物可降解無機材料可溶性鋁酸鈣陶瓷、β-TCP陶瓷生物醫(yī)用無機納米材料納米氧化鐵羥基磷灰石超微粉第十八頁，共四十四頁。2.1.6分類特點（1）更好的防水性能以淀粉為原料的主要問題是其容易吸水。為了達到更好的防水效果，需要與其它天然或是合成的可降解聚合物混合，或者添加不同來源的添加劑。

第十九頁，共四十四頁。通過改性和添加劑的作用，這些混合物質(zhì)具有更高或是更低的水汽敏感度和氣密性。熱塑性淀粉含有70%-90%的淀粉，但是其中40%-60%的淀粉卻是許多混合物，添加劑的使用提高了原料的成本。因而，這方面的研究主要是減少添加劑的用量，例如使用新的納米組分而不是淀粉或是改性粘土顆粒。第二十頁，共四十四頁。例如紙張或是卡紙等未經(jīng)改性的纖維素材料具有較差的氣密性和防潮性能，因而除非是干貨，一般很少用來作為外包裝材料。改性的纖維素和纖維素衍生物材料，主要是聚碳酸酯等聚合物用于這一方面還是有些昂貴第二十一頁，共四十四頁。世界上第一把100%可降解傘，使用特殊的生物降解材料制成第二十二頁，共四十四頁。（2）產(chǎn)品多樣聚乳酸(PLA)是人工合成的可生物降解包裝材料的范例。PLA由乳酸單體聚合而成，在不同的食品包裝領(lǐng)域提供不同的性能。

第二十三頁，共四十四頁。PLA可以制成結(jié)晶或是透明的形態(tài)，可以吹膜、注塑以及涂層，既可以單獨使用也可以與其它天然原料制成的聚合物混合使用。例如，PLA經(jīng)常與淀粉混合以提高降解性能、降低成本。第二十四頁，共四十四頁。第三類的可生物降解包裝材料用微生物制成，包括多羥基鏈烷酸酯(PHAs)，而聚羥基丁酸酯(PHB)最為普遍。PHAs目前的價格仍比較高，但是從技術(shù)角度來看，用途會非常廣泛，吹塑、注塑、拉膜、涂層都可以。也可以與熱塑性淀粉等可生物降解材料混合。PHAs用于食品包裝有個有趣的特性那就是水汽透過率非常低，與低密度聚乙烯接近。第二十五頁，共四十四頁。聚乳酸100%生物可分解聚乳酸（PLA）是一種可生物降解的新型高分子材料，以玉米為原料第二十六頁，共四十四頁。最后，這些小顆料被制成包裝袋、泡沫塑料或餐具。國外公司已看好這種新的環(huán)保材料，如可口可樂公司在鹽湖城冬奧會上用了50萬只一次性杯子，全部是用玉米塑料制成的，這種杯子只需40天就在露天環(huán)境下消失得無影無蹤。第二十七頁，共四十四頁。美國一家研究所利用土豆和乳清制成了一種能生物降解的塑料薄膜。其制法是：（1）先用酶將制酪時形成的乳清和廢棄的土豆轉(zhuǎn)化為葡萄糖漿，

第二十八頁，共四十四頁。（2）然后用細菌發(fā)酵成含乳酸的液體。液體中的乳酪經(jīng)電滲析分離出來后，加熱使水分蒸發(fā)，留下的便是可以制薄膜和涂層的聚乳酸分子。第二十九頁，共四十四頁。玉米是一種美味又有營養(yǎng)的淀粉食物，還被廣泛用于制造甜味劑和動物飼料。隨著技術(shù)的進步，將玉米中的糖分提煉出來，經(jīng)過發(fā)酵、蒸餾、萃取，得到制造塑料和纖維的基礎(chǔ)材料，基礎(chǔ)材料再被加工成直徑只有4．57mm的聚交酯(PLa)細微顆料。第三十頁，共四十四頁。這樣制成的塑料薄膜可以制成保鮮袋和代替涂有聚乙烯和防水蠟的包裝材料，最大優(yōu)點是可以分解為對環(huán)境無害的乳酸。第三十一頁，共四十四頁。2.2性能2.2.1生物功能性

指生物材料具備或完成某種生物功能時應(yīng)該具有的一系列性能。

因各種生物材料的用途而異，如：作為緩釋藥物時，藥物的緩釋性能就是其生物功能性第三十二頁，共四十四頁。2.2.2生物相容性

指生物材料有效和長期在生物體內(nèi)或體表行使其功能的能力。用于表征生物材料在生物體內(nèi)與有機體相互作用的生物學(xué)行為。

可概括為材料和活體之間的相互關(guān)系，主要包括血液相容性和組織相容性（無毒性、無致癌性、無熱原反應(yīng)、無免疫排斥反應(yīng)等）。第三十三頁，共四十四頁。2.2.3化學(xué)穩(wěn)定性

耐生物老化性（特別穩(wěn)定）或可生物降解性（可控降解）。材料在活體內(nèi)要有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，能夠長期使用。第三十四頁，共四十四頁。2.2.4力學(xué)性能

材料要有合適的強度、硬度、韌性、塑性等力學(xué)性能以滿足耐磨、耐壓、抗沖擊、抗疲勞、彎曲等醫(yī)用要求。第三十五頁，共四十四頁。2.2.5可加工性

能夠成型、消毒（紫外滅菌、高壓煮沸、環(huán)氧乙烷氣體消毒、酒精消毒等）。第三十六頁，共四十四頁。2.3生物材料機械性能評價(1)醫(yī)用金屬作為受力期間，在人體內(nèi)服役，其受力狀態(tài)及其復(fù)雜，如人工關(guān)節(jié)，每年要承受約3.6×106次、且數(shù)倍于人體重量的載荷沖擊和磨損。第三十七頁，共四十四頁。(2)人體骨的力學(xué)性能因年齡、部位而異，評價骨和材料的機械性能最重要的指標有：抗拉抗壓強度、屈服強度、彈性模量。疲勞極限和斷裂韌性等；第三十八頁，共四十四頁。

彈性模量是生物材料的重要性質(zhì)之一，過高過低都不行。模量相對與骨過高，在應(yīng)力作用下，承受應(yīng)力的金屬和骨將產(chǎn)生不同的應(yīng)變，在金屬與骨的接觸面會出現(xiàn)相對位移，從而造成界面處松動；長時間下，還會造成應(yīng)力屏蔽，引起骨組織的功能退化和吸收。過低，變形較大，起不到固定和支撐作用。第三十九頁，共四十四頁。(3)對于摩擦部位的材料，一般用硬度反映其耐磨性能。第四十頁，共四十四頁。

生物材料和納米生物技術(shù)是國際化，跨學(xué)科，英文出版的關(guān)于生物材料的制備，性能和評價研究的原創(chuàng)性文獻，由美國科研出版社發(fā)行。涵蓋物理，化學(xué)，毒物學(xué)，電化學(xué)，機械和光學(xué)特性的納米材料，生物技術(shù)的應(yīng)用（制藥，藥物輸送系統(tǒng)，化妝品，食品技術(shù)，生物轉(zhuǎn)化，可再生能源和能源儲存，生物傳感，納米藥物，組織工程，植入式醫(yī)療設(shè)備，生物光子學(xué)，納米光動力療法，腫瘤科）。第四十一頁，共四十四頁。2.4金屬、高分子和無機非金屬生物材料的比較：第四十二頁，共四十四頁。2.5生物功能無機非金屬材料的種類及臨床應(yīng)用臨床應(yīng)用種類人工骨人工關(guān)節(jié)人工牙根人工牙冠骨填充材料骨置換材料人造心瓣膜人工肌腱人工氣官Al2O3√√√√ZrO2√√碳