新材料概論生物材料

生物醫(yī)學(xué)材料2022年12月17日122.1.生物醫(yī)學(xué)材料概論生物醫(yī)學(xué)材料(BiomedicalMaterials)

★生物醫(yī)學(xué)工程的重要分支

★生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、材料學(xué)的交叉學(xué)科

★生物醫(yī)學(xué)工程的物質(zhì)基礎(chǔ)32.1.1生物材料和生物醫(yī)學(xué)材料的定義生物材料(Biomaterial)生物醫(yī)學(xué)材料(BiomedicalMaterial)－－其定義隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而演變4生物材料(Biomaterials)

“植入活體內(nèi)或與活體結(jié)合而設(shè)計(jì)的與活體系統(tǒng)不起藥物反應(yīng)的惰性物質(zhì)”

－－1960‘s，ClemsonUniv.,USA特征：人造、非生命、醫(yī)用、生物相容2.1.1生物材料和生物醫(yī)學(xué)材料的定義5無藥物反應(yīng)－－－生物材料與藥物的區(qū)別惰性－－－化學(xué)穩(wěn)定、生物穩(wěn)定

隨著生物材料的發(fā)展，該定義已明顯不適應(yīng)生物材料的功能與范疇的飛速發(fā)展

－－－載藥生物材料、生物活性材料2.1.1生物材料和生物醫(yī)學(xué)材料的定義6指用于替代、修復(fù)組織器官的天然或人造材料。7假肢骨釘骨板人造髖關(guān)節(jié)8

載藥生物材料(藥物緩釋材料)

在材料(最常見的是修復(fù)材料)中復(fù)合治療藥物，植入人體后緩慢釋放，進(jìn)行輔助治療2.1.1生物材料和生物醫(yī)學(xué)材料的定義9帶藥涂層心血管支架經(jīng)過膨脹后的帶藥支架帶藥涂層在0.9%NaCl溶液中的藥物釋放10生物活性材料(Bio-activeMaterial)

植入后，按照預(yù)先設(shè)計(jì)進(jìn)行生物降解或與生物系統(tǒng)發(fā)生一定作用，促使生理功能的恢復(fù)

如：BMP/TCP骨修復(fù)材料

(特征：可降解、可誘導(dǎo)成骨)2.1.1生物材料和生物醫(yī)學(xué)材料的定義11“生物醫(yī)學(xué)材材料是用于于取代、修修復(fù)活體組組織的人造造或天然的的材料”－－－1980‘‘s不限制：人人造/天然，體內(nèi)內(nèi)/體外，活性/惰性，長期期/短期范圍圍：醫(yī)用用、生物相相容2.1.1生物材料和和生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料的定定義12牙修復(fù)假體硅膠13除醫(yī)學(xué)中使使用的生物物材料外，，還有大量量應(yīng)用于生生物學(xué)領(lǐng)域域的材料，，如細(xì)胞培培養(yǎng)、蛋白白質(zhì)處理等等，目前也也將其劃入入生物材料料的范疇2.1.1生物材料和和生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料的定定義14152.1.1生物材料和和生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料的定定義BiomaterialsBiologicalMaterialsBiomedicalMaterials特指醫(yī)用材材料其其它生生物學(xué)應(yīng)用用材料16世界上第一一把100%可降解傘，，使用特殊殊的生物降降解材料制制成17納米機(jī)器人人在清理血血管中的有有害堆積物物18OMOM膠膠囊內(nèi)鏡系系統(tǒng)19A、生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料的歷歷史2.1.2生物醫(yī)學(xué)材材料的發(fā)展展20生物醫(yī)學(xué)材材料的應(yīng)用特征：生物醫(yī)學(xué)材材料很少單單獨(dú)使用，，通常是結(jié)結(jié)合在醫(yī)學(xué)學(xué)裝置中替替代發(fā)生病病變或失去去功能的生生命體器官官2.1.2生物醫(yī)學(xué)材材料的發(fā)展展A、生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料的歷歷史21最早的應(yīng)用用可追溯到到公元前3500年棉花纖維、、馬鬃縫合合傷口－－－古埃埃及，BC.3500木片修補(bǔ)顱顱骨缺損－－－墨西西哥印地安安人2.1.2生物醫(yī)學(xué)材材料的發(fā)展展A、生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料的歷歷史222.1.2生物醫(yī)學(xué)材材料的發(fā)展展A、生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料的歷歷史木質(zhì)及石質(zhì)質(zhì)的假牙、、假鼻、假假耳－－－中國國、埃及，，BC.2500黃金修補(bǔ)牙牙缺損－－－中國國、埃及、、羅馬，BC.200023據(jù)文獻(xiàn)記載載1588年，黃金板板修復(fù)顎骨骨1775年，金屬內(nèi)內(nèi)固定骨折折1809年，黃金種種植牙1851年，天然硫硫化橡膠制制作人工牙牙托及顎骨骨2.1.2生物醫(yī)學(xué)材材料的發(fā)展展A、生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料的歷歷史242.1.2生物醫(yī)學(xué)材材料的發(fā)展展A、生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料的歷歷史進(jìn)入20世紀(jì)，高分分子材料的的應(yīng)用帶來來了生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材料的的巨大發(fā)展展－1937年，PMMA用于牙科－1940‘‘s，維尼龍用用于血管修修復(fù)－1958年，滌綸用用于動脈修修復(fù)－1960’’s，PMMA、UHMPE全髖關(guān)節(jié)25自20世紀(jì)50年代，各種種復(fù)雜人工工器官的出出現(xiàn)，標(biāo)志志著生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材料及及人工關(guān)節(jié)節(jié)的發(fā)展進(jìn)進(jìn)入了新的的階段－－生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材料學(xué)學(xué)科與其它它相關(guān)技術(shù)術(shù)的交叉與與滲透更趨趨深入人工心臟瓣瓣膜、人工工肺、人工工腎、人工工心臟、人人工胰……2.1.2生物醫(yī)學(xué)材材料的發(fā)展展A、生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料的歷歷史26B、生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料的典典型應(yīng)用舉舉例-人體的“發(fā)發(fā)動機(jī)”與與支架2.1.2生物醫(yī)學(xué)材材料的發(fā)展展◆人體的“發(fā)發(fā)動機(jī)”27心臟是一個(gè)個(gè)強(qiáng)壯的、、不知疲倦倦、努力工作的強(qiáng)力泵。。心臟之于于身體，如如同發(fā)動機(jī)機(jī)之于汽車。如果按一個(gè)個(gè)人心臟平平均每分鐘鐘跳70次、壽命70歲計(jì)算的話話，一個(gè)人人的一生中中，心臟就就要跳動近近26億次。一旦旦心臟停止止跳動而通通過搶救不不能復(fù)跳，，那就意味味著，一個(gè)個(gè)人的生命命終止了。?！羧梭w的“發(fā)發(fā)動機(jī)”28心臟的跳動動定義著人人類生命的的存在，可可以說是人人類的生命命之根。心臟病是人類健康的頭號殺手手。全世界界1/3的人口死亡亡是因心臟臟病引起的的，而我國國，每年有有幾十萬人人死于心臟臟病?！羧梭w的“發(fā)發(fā)動機(jī)”29◆心臟病與冠冠心病心臟?。╤eartdisease）：是心臟疾病病的總稱，，包括缺血血性心臟病病、風(fēng)濕性心臟臟病、高血壓性心心臟病、先天性心心臟病、心心肌炎等各各種心臟病病。30◆心臟病與冠冠心病冠心病全稱：冠狀動脈脈粥樣硬化化性心臟病病。冠心病定義：是指指冠狀動脈脈粥樣硬化化使血管腔腔狹窄或阻阻塞，導(dǎo)致致心肌缺血血缺氧或壞壞死而引起起的心臟病病。又名缺血性心臟臟病。冠心病，是一種最常常見的心臟病。31◆冠心病圖片片32◆冠心病的的治療目前，冠心心病的治療療分為藥物物治療、外外科手術(shù)和和介入治療療三大類。。藥物治療--基礎(chǔ)外科手術(shù)--傳統(tǒng)介入治療--新型33◆支架與搭搭橋搭橋：就是是在冠狀動動脈狹窄的的近端和遠(yuǎn)遠(yuǎn)端之間建建立一條通通道，使血血液繞過狹狹窄部位而而到達(dá)遠(yuǎn)端端。這種手手術(shù)稱為冠冠狀動脈旁旁路移植術(shù)術(shù)，是在充充滿動脈血血的主動脈脈根部和缺缺血心肌之之間建立起起一條暢通通的路徑，，猶如在山壑江河之上搭起一座大橋而暢通無阻一一樣，因此此有人形象象地將其稱稱為在心臟臟上架起了了“橋梁”，俗稱“搭橋”。34◆搭橋圖圖片35◆支架與搭搭橋血管支架：一種用金屬屬等材料制制成的血管管內(nèi)支撐體體，它具有有良好的可可塑性和幾幾何穩(wěn)定性性，送達(dá)血血管中重度度狹窄的病病變部位后后可以起到到支撐血管管、保障血液暢暢通流動的的作用。36◆血管支架架圖片37◆血管支架架的應(yīng)用與與開發(fā)隨著治療冠冠心病的方方法日益完完善，創(chuàng)傷傷小的支架架治療成為為很多心臟臟病患者的的首選。目前常用于于制作支架架的材料有有醫(yī)用不銹鋼、金屬鉭及鎳鈦合金等。鎂合金支架架的研制已成成為血管支支架開發(fā)的的重點(diǎn)項(xiàng)目目。38◆血管支架架的植入方方法通常支架被被安裝在球球囊導(dǎo)管上上，通過球球囊導(dǎo)管輸輸送到血管管病變處，，由壓力泵泵注入液體體使球囊擴(kuò)擴(kuò)張，進(jìn)而而撐開支架架及病變狹狹窄處的血血管，撤出出球囊導(dǎo)管管，支架永永久置于病病變處，達(dá)達(dá)到擴(kuò)張狹狹窄血管、保持管腔血血流通暢的的目的。39◆球囊的工工作過程40◆血管支架架的介入過過程41◆血管支架架介入前后后的對比42◆血管支架架介入前后后的對比43心臟病病高發(fā)發(fā)人群群年齡大大于45歲的男性、大于于55歲的女性吸煙者者高血壓壓患者者糖尿病病患者者高膽固固醇血血癥患者有家族族遺傳病病史者肥胖者者缺乏運(yùn)運(yùn)動或或工作作緊張張者44◆心臟臟病認(rèn)認(rèn)識的的三個(gè)個(gè)誤區(qū)區(qū)瘦人不不會得得心臟臟病--引發(fā)心心臟病病的因因素很很多不吃肉肉就不不會得得心臟臟病--葷素菜菜搭配配、粗粗細(xì)糧糧結(jié)合合預(yù)防心心臟病病是中中老年年人的的事--許多心心臟病病患者者在兒兒童時(shí)時(shí)期在動脈脈血管管內(nèi)壁上上會出出現(xiàn)一一些紫紫色條條紋，，就是是日后后形成動動脈粥粥樣硬硬化斑斑塊的的基礎(chǔ)礎(chǔ)。45◆預(yù)防防心臟臟病大大家要要牢記記減肥--平衡飲飲食和和鍛煉煉少吃蛋蛋黃--膽固醇醇高多運(yùn)動動--快走的的效果果最好好戒煙--戒煙2～3年后風(fēng)險(xiǎn)正正常注意飲飲食--低脂飲食適量飲飲酒--1周喝3～9杯酒為宜當(dāng)心糖糖尿病病--糖尿病病患者是普通人人的4倍?？刂魄榍榫w—特別是是突發(fā)發(fā)事件件46472.1.3生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料的的基本本性能能要求求48A、生物物功能能性(Biofunctionability)B、生物物相容容性(Biocompatibility)C、生物物安全全性(BiologicalSafety)2.1.3生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料的的基本本性能能要求求49A、生物物醫(yī)學(xué)學(xué)材料料的生生物功功能性性2.1.3生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料的的基本本性能能要求求50生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料的的生物物功能能性是是指生生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料在在植入入后行行使功功能的的能力力，或或?yàn)閳?zhí)執(zhí)行功功能，，其自自身和和植入入位置置應(yīng)當(dāng)當(dāng)滿足足的適適當(dāng)?shù)牡奈锢砝砘瘜W(xué)學(xué)要求求2.1.3生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料的的基本本性能能要求求A、生物物醫(yī)學(xué)學(xué)材料料的生生物功功能性性51生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料能能否有有效行行使功功能，，除與與其自自身物物理化化學(xué)性性質(zhì)相相關(guān)外外，還還和其其所處處的生生物環(huán)環(huán)境相相關(guān)2.1.3生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料的的基本本性能能要求求A、生物物醫(yī)學(xué)學(xué)材料料的生生物功功能性性52物理、、化學(xué)學(xué)性能能要求求★人人工心心臟瓣瓣膜－－－耐耐磨、、耐蝕蝕★顱顱骨修修復(fù)材材料－－－強(qiáng)強(qiáng)度、、導(dǎo)熱熱性★齒齒科修修復(fù)材材料－－－硬硬度、、耐磨磨、導(dǎo)導(dǎo)熱性性★血血管修修復(fù)材材料－－－柔柔性、、化學(xué)學(xué)穩(wěn)定定性★骨骨修修復(fù)材材料－－－－硬度度、強(qiáng)強(qiáng)度、、彈性性模量量…………2.1.3生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料的的基本本性能能要求求A、生物物醫(yī)學(xué)學(xué)材料料的生生物功功能性性5354B、生物物醫(yī)學(xué)學(xué)材料料的生生物相相容性性2.1.3生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料的的基本本性能能要求求55生物相相容性性是指指生命命體組組織與與非生生命材材料產(chǎn)產(chǎn)生合合乎要要求的的反應(yīng)應(yīng)(生物學(xué)學(xué)行為為)的一種種性能能，決決定于于材料料與活活體間間的相相互作作用2.1.3生物醫(yī)學(xué)材料料的基本性能能要求B、生物醫(yī)學(xué)材材料的生物相相容性562.1.3生物醫(yī)學(xué)材料料的基本性能能要求B、生物醫(yī)學(xué)材材料的生物相相容性材料與活體間相互作用宿主反應(yīng)材料反應(yīng)57宿主反應(yīng)：包括局部和全全身反應(yīng)，其其結(jié)果導(dǎo)致對對機(jī)體的毒副副作用和機(jī)體體對材料的排排斥2.1.3生物醫(yī)學(xué)材料料的基本性能能要求B、生物醫(yī)學(xué)材材料的生物相相容性炎癥、細(xì)胞毒毒性、凝血、、溶血、刺激激性、致敏、、致癌、致誘誘變、致畸、、免疫反應(yīng)等等58材料反應(yīng)：主要來自生物物環(huán)境對材料料的腐蝕和降降解，可能使使材料性質(zhì)腐腐蝕變化，甚甚至破壞2.1.3生物醫(yī)學(xué)材料料的基本性能能要求B、生物醫(yī)學(xué)材材料的生物相相容性59生物醫(yī)學(xué)材料料植入人體后后，其宿主反反應(yīng)和材料反反應(yīng)必須保持持在可接受的的水平2.1.3生物醫(yī)學(xué)材料料的基本性能能要求B、生物醫(yī)學(xué)材材料的生物相相容性60材料的生物相相容性與其使使用的環(huán)境和和條件密切相相關(guān)與血液直接接接觸的材料主主要考察其與與血液的相互互作用，稱為為血液相容性與肌肉、骨骼骼、皮膚等長長期接觸材料料的生物相容容性，稱為組織相容性2.1.3生物醫(yī)學(xué)材料料的基本性能能要求B、生物醫(yī)學(xué)材材料的生物相相容性61C、生物醫(yī)學(xué)材材料的生物安安全性2.1.3生物醫(yī)學(xué)材料料的基本性能能要求62采用生物學(xué)方方法檢測材料料對受體的毒毒副作用，從從而預(yù)測該材材料在醫(yī)學(xué)實(shí)實(shí)際應(yīng)用中的的安全性包括：材料對對受體局部組組織、血液和和整體的反應(yīng)應(yīng)，對受體的的遺傳效應(yīng)等等2.1.3生物醫(yī)學(xué)材料料的基本性能能要求C、生物醫(yī)學(xué)材材料的生物安安全性631992年，ISO制定頒布了醫(yī)醫(yī)用裝置的生生物學(xué)評價(jià)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)－－－ISO10993－19921997年，中國醫(yī)療療器械生物學(xué)學(xué)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)GB/T16886采用了國際標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)2.1.3生物物醫(yī)醫(yī)學(xué)學(xué)材材料料的的基基本本性性能能要要求求B、生生物物醫(yī)醫(yī)學(xué)學(xué)材材料料的的生生物物相相容容性性642.1.4生物物醫(yī)醫(yī)學(xué)學(xué)材材料料的的分分類類65A、按按材材料料化化學(xué)學(xué)組組份份劃劃分分B、按按材材料料來來源源劃劃分分C、按按使使用用要要求求劃劃分分D、按按應(yīng)應(yīng)用用部部位位及及功功能能劃劃分分2.1.4生物物醫(yī)醫(yī)學(xué)學(xué)材材料料的的分分類類66(1)、無無機(jī)機(jī)生生物物醫(yī)醫(yī)學(xué)學(xué)材材料料(2)、金金屬屬及及合合金金生生物物醫(yī)醫(yī)學(xué)學(xué)材材料料(3)、高高分分子子生生物物醫(yī)醫(yī)學(xué)學(xué)材材料料(4)、復(fù)復(fù)合合生生物物醫(yī)醫(yī)學(xué)學(xué)材材料料(5)、生生物物功功能能材材料料2.1.4生物物醫(yī)醫(yī)學(xué)學(xué)材材料料的的分分類類A、按按材材料料化化學(xué)學(xué)組組份份劃劃分分67無機(jī)機(jī)生生物物醫(yī)醫(yī)學(xué)學(xué)材材料料(InorganicBiomedicalMaterials)又稱稱為為生生物物陶陶瓷瓷(Bioceramics)如生生物物玻玻璃璃、、生生物物玻玻璃璃陶陶瓷瓷、、氧氧化化鋁鋁陶陶瓷瓷、、氧氧化化鋯鋯陶陶瓷瓷、、碳碳素素材材料料、、羥羥基基磷磷灰灰石石、、磷磷酸酸鈣鈣陶陶瓷瓷等等2.1.4生物物醫(yī)醫(yī)學(xué)學(xué)材材料料的的分分類類A、按按材材料料化化學(xué)學(xué)組組份份劃劃分分68金屬屬及及合合金金生生物物醫(yī)醫(yī)學(xué)學(xué)材材料料(MetallicBiomedicalMaterials)主要要為為不不銹銹鋼鋼、、鈷鈷基基合合金金、、鈦鈦及及鈦鈦合合金金等等2.1.4生物物醫(yī)醫(yī)學(xué)學(xué)材材料料的的分分類類A、按按材材料料化化學(xué)學(xué)組組份份劃劃分分69高分分子子生生物物醫(yī)醫(yī)學(xué)學(xué)材材料料(PolymericBiomedicalMaterials)亦稱稱為為醫(yī)醫(yī)用用高高分分子子材材料料(PolymersforMedicalUses)如聚聚硅硅氧氧烷烷、、聚聚氨氨酯酯、、聚聚甲甲基基丙丙烯烯酸酸甲甲酯酯、、聚聚醚醚、、聚聚砜砜、、聚聚四四氟氟乙乙烯烯、、聚聚丙丙烯烯晴晴、、聚聚碳碳酸酸酯酯、、聚聚乳乳酸酸………2.1.4生物物醫(yī)醫(yī)學(xué)學(xué)材材料料的的分分類類A、按按材材料料化化學(xué)學(xué)組組份份劃劃分分70復(fù)合合生生物物醫(yī)醫(yī)學(xué)學(xué)材材料料(BiomedicalComposite)多種種不不同同類類型型材材料料復(fù)復(fù)合合而而成成的的生生物物相相容容性性材材料料2.1.4生物物醫(yī)醫(yī)學(xué)學(xué)材材料料的的分分類類A、按按材材料料化化學(xué)學(xué)組組份份劃劃分分71根據(jù)據(jù)應(yīng)應(yīng)用用目目的的和和性性能能要要求求的的不不同同，，復(fù)復(fù)合合組組份份及及構(gòu)構(gòu)成成方方式式多多種種多多樣樣2.1.4生物物醫(yī)醫(yī)學(xué)學(xué)材材料料的的分分類類A、按按材材料料化化學(xué)學(xué)組組份份劃劃分分72復(fù)合合體體系系：：有機(jī)機(jī)/有機(jī)機(jī)復(fù)復(fù)合合有機(jī)機(jī)/無機(jī)機(jī)復(fù)復(fù)合合無機(jī)機(jī)/無機(jī)機(jī)復(fù)復(fù)合合金屬屬/無機(jī)機(jī)復(fù)復(fù)合合2.1.4生物物醫(yī)醫(yī)學(xué)學(xué)材材料料的的分分類類A、按按材材料料化化學(xué)學(xué)組組份份劃劃分分73復(fù)合合方方式式：：表面面復(fù)復(fù)合合整體體復(fù)復(fù)合合多層層復(fù)復(fù)合合2.1.4生物物醫(yī)醫(yī)學(xué)學(xué)材材料料的的分分類類A、按按材材料料化化學(xué)學(xué)組組份份劃劃分分74復(fù)合合目目的的：：增強(qiáng)強(qiáng)改性性功能能化化2.1.4生物物醫(yī)醫(yī)學(xué)學(xué)材材料料的的分分類類A、按按材材料料化化學(xué)學(xué)組組份份劃劃分分75典型型復(fù)復(fù)合合生生物物醫(yī)醫(yī)學(xué)學(xué)材材料料舉舉例例1、聚聚砜砜、、聚聚乙乙烯烯、、聚聚甲甲基基丙丙烯烯酸酸甲甲酯酯用用碳碳纖纖維維、、陶陶瓷瓷粉粉末末等等增增強(qiáng)強(qiáng)后后用用于于制制備備人人工工關(guān)關(guān)節(jié)節(jié)、、人人工工齒齒根根、、骨骨水水泥泥等等2.1.4生物物醫(yī)醫(yī)學(xué)學(xué)材材料料的的分分類類A、按按材材料料化化學(xué)學(xué)組組份份劃劃分分76典型型復(fù)復(fù)合合生生物物醫(yī)醫(yī)學(xué)學(xué)材材料料舉舉例例2、碳碳纖纖維維增增強(qiáng)強(qiáng)無無定定形形碳碳制制作作人人工工心心臟臟瓣瓣膜膜2.1.4生物物醫(yī)醫(yī)學(xué)學(xué)材材料料的的分分類類A、按按材材料料化化學(xué)學(xué)組組份份劃劃分分77典型型復(fù)復(fù)合合生生物物醫(yī)醫(yī)學(xué)學(xué)材材料料舉舉例例3、鈦鈦合合金金基基涂涂層層類類金金剛剛石石碳碳制制作作人人工工心心臟臟瓣瓣膜膜2.1.4生物物醫(yī)醫(yī)學(xué)學(xué)材材料料的的分分類類A、按按材材料料化化學(xué)學(xué)組組份份劃劃分分78典型型復(fù)復(fù)合合生生物物醫(yī)醫(yī)學(xué)學(xué)材材料料舉舉例例4、聚聚乳乳酸酸/磷酸酸三三鈣鈣復(fù)復(fù)合合可可生生物物降降解解人人骨骨修修復(fù)復(fù)材材料料2.1.4生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料的的分類A、按材料料化學(xué)組組份劃分分79典型復(fù)合合生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材料料舉例5、鈦合金金表面噴噴涂羥基基磷灰石石制作人人工骨、、人工關(guān)關(guān)節(jié)2.1.4生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料的的分類A、按材料料化學(xué)組組份劃分分80典型復(fù)合合生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材料料舉例6、BMP/TCP復(fù)合可生生物降解解人骨修修復(fù)材料料2.1.4生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料的的分類A、按材料料化學(xué)組組份劃分分81典型復(fù)合合生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材料料舉例7、TCP/PLLA/骨髓基質(zhì)質(zhì)干細(xì)胞胞復(fù)合可可生物降降解人骨骨修復(fù)材材料2.1.4生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料的的分類A、按材料料化學(xué)組組份劃分分82鈦合金基基/類金剛石石涂層人人工心瓣瓣上：雙雙葉冀型型瓣下：鉤鉤碟瓣83生物功能能材料(BiologicallyFunctionalMaterials)采用物理理或化學(xué)學(xué)的方法法將生物物活性分分子如酶酶、抗體體、抗原原、多糖糖類、酯酯類、藥藥物及細(xì)細(xì)胞等固固定在材材料表面面或內(nèi)部部，構(gòu)成成具有生生理功能能的生物物醫(yī)學(xué)材材料2.1.4生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料的的分類A、按材料料化學(xué)組組份劃分分84該類材料料是活體體材料與與非活體體材料雜雜化組成成的新型型復(fù)合生生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料，，也稱為為雜化生物物醫(yī)學(xué)材材料2.1.4生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料的的分類A、按材料料化學(xué)組組份劃分分85肝素化處處理的各各類高分分子材料料抗凝血血導(dǎo)管、、插管、、分流管管，在臨臨床上已已廣泛采采用2.1.4生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料的的分類A、按材料料化學(xué)組組份劃分分86骨髓基質(zhì)質(zhì)干細(xì)胞胞種植TCP/PLLA可生物降降解、可可骨誘導(dǎo)導(dǎo)生長骨骨修復(fù)材材料2.1.4生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料的的分類A、按材料料化學(xué)組組份劃分分87骨形態(tài)發(fā)發(fā)生蛋白白BMP復(fù)合TCP/PLLA可生物降降解、可可誘導(dǎo)成成骨的骨骨修復(fù)材材料2.1.4生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料的的分類A、按材料料化學(xué)組組份劃分分88(1)、天然生生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料(2)、合成生生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料2.1.4生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料的的分類B、按材料料來源劃劃分89天然生物物材料(NaturalBiologicalMaterials)是來自人人體自身身組織、、同種(如人尸體體)或異種(如動物)同類器官官與組織織的材料料2.1.4生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料的的分類B、按材料料來源劃劃分構(gòu)成機(jī)體體的基本本物質(zhì)如如蛋白質(zhì)質(zhì)、多糖糖和核酸酸核糖以以及由此此而構(gòu)成成的人類類和動物物機(jī)體的的皮膚、、肌肉和和器官都都是高分分子化合合物，因此天然然生物材材料主要要為天然然高分子子材料90(2)、合成生生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料人工制取取的生物物醫(yī)學(xué)材材料，如如硅橡膠膠、聚氨氨酯、中中空纖維維、生物物陶瓷、、醫(yī)用合合金等2.1.4生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料的的分類B、按材料料來源劃劃分91按照使用用要求，，可將生生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料分分為：植入與非非植入材材料血液接觸觸材料一次性使使用材料料與重復(fù)復(fù)使用材材料生物活性性與生物物惰性材材料生物降解解材料與與非生物物降解材材料等2.1.4生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料的的分類C、按材料料使用要要求劃分分92硬組織材材料軟軟組織材材料心心血管材材料血血液代用用材料齒齒科材料料分分離、過過濾材料料膜膜透析材材料………………2.1.4生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料的的分類D、按材料料應(yīng)用部部位及功功能劃分分932.2無機(jī)生物物醫(yī)學(xué)材材料942.2無機(jī)生物物醫(yī)學(xué)材材料無機(jī)生物物醫(yī)學(xué)材材料(InorganicBiomedicalMaterials)是用于醫(yī)醫(yī)學(xué)、具具有生理理功能的的高技術(shù)術(shù)陶瓷，，亦稱為為陶瓷生生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料(CeramicBiomedicalMaterials)或生物陶陶瓷(Bioceramics)95無機(jī)生生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料包包含廣廣闊系系列的的無機(jī)機(jī)非金金屬的的合成成材料料由于無無毒性性、與與活體體組織織有良良好的的生物物相容容性和和耐腐腐蝕性性，越越來越越受到到重視視，是是一類類正飛飛速發(fā)發(fā)展的的生物物醫(yī)學(xué)學(xué)材料料2.2無機(jī)生生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料96根據(jù)無無機(jī)生生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料的的應(yīng)用用特征征，可可以將將其分分為三三種類類型：：(1)、接近近惰性性的生生物陶陶瓷(2)、生物物活性性陶瓷瓷(3)、可生生物降降解或或可吸吸收的的生物物陶瓷瓷2.2無機(jī)生生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料97接近惰惰性的的生物物陶瓷瓷(NearlyBioinertCeramics)在宿主主內(nèi)能能維持持其物物理、、化學(xué)學(xué)和力力學(xué)性性能，，并由由此而而長期期的維維持其其生物物功能能2.2無機(jī)生生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料2.2.1接近惰惰性的的生物物陶瓷瓷98惰性生生物陶陶瓷在在宿主主內(nèi)應(yīng)應(yīng)該是是無毒毒、非非致癌癌、不不過敏敏、不不發(fā)生生炎癥癥常用的的惰性性生物物陶瓷瓷主要要有：：氧化鋁鋁陶瓷瓷、氧氧化鋯鋯陶瓷瓷、單單相鋁鋁酸鈣鈣陶瓷瓷、碳碳素材材料等等2.2無機(jī)生生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料2.2.1接近惰惰性的的生物物陶瓷瓷99惰性生生物陶陶瓷主主要用用作結(jié)結(jié)構(gòu)-支撐植植入體體，如如骨片片、骨骨螺釘釘、髖髖關(guān)節(jié)節(jié)等亦可用用作非非結(jié)構(gòu)構(gòu)-支撐，，如消消毒裝裝置、、給藥藥裝置置等還可廣廣泛用用于牙牙科修修復(fù)材材料2.2無機(jī)生生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料2.2.1接近惰惰性的的生物物陶瓷瓷100下面介介紹幾幾種典典型的的惰性性生物物陶瓷瓷2.2無機(jī)生生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料2.2.1接近惰惰性的的生物物陶瓷瓷1012.2.1.1氧化鋁鋁生物物陶瓷瓷2.2無機(jī)生生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料2.2.1接近惰惰性的的生物物陶瓷瓷102氧化鋁鋁陶瓷瓷(AluminaBioceramics)是指主主晶相相為剛剛玉(-Al2O3，屬六六方晶晶系a=4.758A，c=12.99A)的陶瓷瓷材料料，由由取向向各異異的氧氧化鋁鋁晶粒粒通過過晶界界集合合而成成2.2.1.1氧化鋁鋁生物物陶瓷瓷A、氧化化鋁陶陶瓷的的結(jié)構(gòu)構(gòu)與性性能103多晶氧氧化鋁鋁陶瓷瓷的強(qiáng)強(qiáng)度、、抗疲疲勞性性和斷斷裂韌韌性是是氧化化鋁晶晶粒大大小和和純度度的函函數(shù)粒度小小于4微米、、純度度大于于99.7％的氧氧化鋁鋁，呈呈現(xiàn)良良好的的抗彎彎強(qiáng)度度和抗抗壓強(qiáng)強(qiáng)度2.2.1.1氧化鋁鋁生物物陶瓷瓷A、氧化化鋁陶陶瓷的的結(jié)構(gòu)構(gòu)與性性能美國測測試和和材料料學(xué)會會(ASTM)規(guī)定氧化鋁鋁植入入體中中，Al2O3應(yīng)為99.5％，SiO2和堿金金屬氧氧化物物含量量小于于0.1％104由于-Al2O3中鍵合合具有有極性性，水水分子子的偶偶極子子可被被牢固固地吸吸引在在結(jié)晶晶表面面的電電場中中，在在氧化化鋁表表面形形成一一層穩(wěn)穩(wěn)定的的水分分子膜膜，使使氧化化鋁具具有親親水性性，與生物物體有有優(yōu)良良的親親和性性2.2.1.1氧化鋁鋁生物物陶瓷瓷A、氧化化鋁陶陶瓷的的結(jié)構(gòu)構(gòu)與性性能105由于氧氧化鋁鋁陶瓷瓷表面面親水水性及及極低低的表表面粗粗糙度度和極極高的的表面面能，，導(dǎo)致致分子子的快快速、、強(qiáng)烈烈吸附附，形形成一一層類類液態(tài)態(tài)吸附附層，，阻止止與摩摩擦副副的直直接接接觸，，因而而具有有較低低的摩摩擦系系數(shù)－－應(yīng)應(yīng)用于于人工工關(guān)節(jié)節(jié)的基基礎(chǔ)2.2.1.1氧化鋁鋁生物物陶瓷瓷A、氧化化鋁陶陶瓷的的結(jié)構(gòu)構(gòu)與性性能106人工義義眼應(yīng)應(yīng)用人工義義眼構(gòu)構(gòu)成：：－－藍(lán)藍(lán)寶石石單晶晶光學(xué)學(xué)晶體體－－氧氧化鋁鋁陶瓷瓷支撐撐環(huán)2.2.1.1氧化鋁鋁生物物陶瓷瓷C、氧化化鋁陶陶瓷的的應(yīng)用用107藥物緩緩釋應(yīng)應(yīng)用多孔氧氧化鋁鋁陶瓷瓷藥物物(激素、、疫苗苗)緩釋器器，可可按需需要控控制藥藥物釋釋放量量2.2.1.1氧化鋁鋁生物物陶瓷瓷C、氧化化鋁陶陶瓷的的應(yīng)用用1082.2無機(jī)生生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料2.2.1接近惰惰性的的生物物陶瓷瓷2.2.1.2氧化鋯鋯生物物陶瓷瓷1092.2.1接近惰惰性的的生物物陶瓷瓷2.2.1.2氧化鋯鋯生物物陶瓷瓷氧化鋯鋯陶瓷瓷(ZirconiaBioceramics)是以ZrO2為主要成分的的生物惰性陶陶瓷，其顯著著特征是具有有高斷裂韌性、、高斷裂強(qiáng)度度和低彈性模模量110氧化鋯(ZrO2)具有極高的化化學(xué)穩(wěn)定性和和熱穩(wěn)定性(Tm=2953K)氧化鋯陶瓷在在生理環(huán)境中中呈現(xiàn)惰性，，具有很好的的生物相容性性2.2.1.2氧化鋯生物陶陶瓷A、氧化鋯陶瓷瓷的結(jié)構(gòu)與性性能111純氧化鋯具有有三種同素異異型體，在一一定條件下可可以發(fā)生晶型型轉(zhuǎn)變(相變)2.2.1.2氧化鋯生物陶陶瓷A、氧化鋯陶瓷瓷的結(jié)構(gòu)與性性能112基于氧化鋯陶陶瓷優(yōu)良的生生物相容性、、良好的斷裂裂韌性、高斷斷裂強(qiáng)度和低低彈性模量，，適合制作需承承受高剪切應(yīng)應(yīng)力的人工關(guān)關(guān)節(jié)2.2.1.2氧化鋯生物陶陶瓷C、氧化鋯陶瓷瓷的應(yīng)用113關(guān)于氧化鋯陶陶瓷人工關(guān)節(jié)節(jié)應(yīng)用的三點(diǎn)點(diǎn)爭議：生理環(huán)境中強(qiáng)強(qiáng)度的下降耐磨損損性能的缺陷陷潛在的的放射性問題題2.2.1.2氧化鋯生物陶陶瓷C、氧化鋯鋯陶瓷的的應(yīng)用114自然界中中碳的分分布很廣廣，有單單質(zhì)碳，，但更多多以化合合物形式式存在單質(zhì)碳有有多種同同素異型型體，主主要有金金剛石結(jié)結(jié)構(gòu)、石石墨結(jié)構(gòu)構(gòu)和無定定形結(jié)構(gòu)構(gòu)2.2.1接近惰性性的生物物陶瓷2.2.1.3碳素生物物材料115碳是生物物惰性的的材料，，在人體體中化學(xué)學(xué)穩(wěn)定性性好、無無毒性、、與人體體組織親親和性好好、無排排異反應(yīng)應(yīng)2.2.1接近惰性性的生物物陶瓷2.2.1.3碳素生物物材料116由于無定定形碳獨(dú)獨(dú)特的表表面組成成和表面面結(jié)構(gòu)，，與血液液長期接接觸引起起的凝血血作用非非常小，，不會誘誘發(fā)血栓栓，因而而廣泛應(yīng)應(yīng)用作心心血管材材料2.2.1接近惰性性的生物物陶瓷2.2.1.3碳素生物物材料1172.2.2生物活性性陶瓷2.2無機(jī)生物物醫(yī)學(xué)材材料118生物活性性材料是是一類能能在材料料界面上上誘發(fā)出出特殊生生物反應(yīng)應(yīng)的材料料，這種種反應(yīng)導(dǎo)導(dǎo)致組織織與材料料之間形形成鍵合合2.2無機(jī)生物物醫(yī)學(xué)材材料2.2.2生物活性性陶瓷119生物活性性陶瓷包包括表面面生物活活性陶瓷瓷和可生生物降解解陶瓷兩兩大類2.2無機(jī)生物物醫(yī)學(xué)材材料2.2.2生物活性性陶瓷120生物活性性陶瓷的的組成中中含有能能夠通過過人體正正常新陳陳代謝途途徑進(jìn)行行置換的的鈣、磷磷等元素素，或含含有能與與人體組組織發(fā)生生鍵合的的羥基(OH-)等基團(tuán)2.2無機(jī)生物物醫(yī)學(xué)材材料2.2.2生物活性性陶瓷121常用的生生物活性性陶瓷主主要包括括：生物活性性玻璃及及玻璃陶陶瓷磷酸鈣生生物活性性陶瓷磷酸鈣骨骨水泥磷酸鈣復(fù)復(fù)合人工工骨材料料…………………2.2無機(jī)生物物醫(yī)學(xué)材材料2.2.2生物活性性陶瓷122生物活性性玻璃及及玻璃陶陶瓷最顯顯著的特特征是植植入人體體后，表面狀況況隨時(shí)間間而動態(tài)態(tài)變化，表面形形成生物物活性的的碳酸羥基基磷灰石石(HCA)層，為組織織提供了了鍵合界界面2.2.2生物活性性陶瓷2.2.2.1生物活性性玻璃及及玻璃陶陶瓷123(1)、生物活活性玻璃璃及玻璃璃陶瓷的的組成生物活性性玻璃的的組成主主要為：：SiO2、Na2O、CaO、P2O5等生物活性性玻璃陶陶瓷是在在生物活活性玻璃璃的基礎(chǔ)礎(chǔ)上，控控制晶化化得到的的多晶體體2.2.2生物活性性陶瓷2.2.2.1生物活性性玻璃及及玻璃陶陶瓷124與傳統(tǒng)鈉鈉鈣硅體體系玻璃璃相比，，具有三三大組成成特征：：A、SiO2含量低B、Na2O、CaO含量高C、CaO/P2O5比例高2.2.2生物活性性陶瓷2.2.2.1生物活性性玻璃及及玻璃陶陶瓷125(4)、生物活活性玻璃璃及玻璃璃陶瓷的的臨床應(yīng)應(yīng)用A、45S5生物活性性玻璃：：中耳小骨骨置換頜骨缺損損修復(fù)牙周缺損損修復(fù)骨嵴維護(hù)護(hù)植入體體不引起細(xì)細(xì)胞損傷傷、無降降解產(chǎn)物物、無感感染2.2.2生物活性性陶瓷2.2.2.1生物活性性玻璃及及玻璃陶陶瓷1262.2.2生物活性性陶瓷2.2.2.1生物活性性玻璃及及玻璃陶陶瓷(4)、生物活活性玻璃璃及玻璃璃陶瓷的的臨床應(yīng)應(yīng)用B、Ceravital生物活性性玻璃陶陶瓷：中耳外科科手術(shù)低鈉、鉀鉀生物活活性玻璃璃陶瓷1272.2.2生物活性性陶瓷2.2.2.1生物活性性玻璃及及玻璃陶陶瓷(4)、生物活活性玻璃璃及玻璃璃陶瓷的的臨床應(yīng)應(yīng)用C、磷灰石石-硅灰石活活性玻璃璃－－A-WGC脊椎假體體胸、額骨骨修復(fù)骨缺損修修復(fù)已成功應(yīng)應(yīng)用于數(shù)數(shù)萬名患患者1282.2無機(jī)生物物醫(yī)學(xué)材材料2.2.2生物活性性陶瓷2.2.2.2磷酸鈣生生物活性性陶瓷(CalciumPhosphateBioactiveCeramics，CPC)129磷酸鈣陶陶瓷(CPC)是生物活活性陶瓷瓷材料中中的重要要種類，，目前研研究和應(yīng)應(yīng)用最多多的是羥基磷灰灰石(HA)和磷酸三鈣鈣(TCP)2.2.2生物活性性陶瓷2.2.2.2磷酸鈣生生物活性性陶瓷130磷酸鈣陶陶瓷含有有CaO和P2O5兩種成份份，是構(gòu)構(gòu)成人體體硬組織織的重要要無機(jī)物物質(zhì)植入人體體后，其其表面同同人體組組織可通通過鍵的的結(jié)合，，達(dá)到完完全親和和2.2.2生物活性性陶瓷2.2.2.2磷酸鈣生生物活性性陶瓷131HA在組成和和結(jié)構(gòu)上上與人骨骨和牙齒齒非常相相似，具具有較高高的力學(xué)學(xué)性能，，在人體體生理環(huán)環(huán)境中可可溶解性性較低2.2.2生物活性性陶瓷2.2.2.2磷酸鈣生生物活性性陶瓷132TCP與骨的結(jié)結(jié)合性好好，無排排異反應(yīng)應(yīng)，在水水溶液中中的溶解解程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于HA，能被體液液緩慢降降解、吸吸收，為新骨骨的生長長提供豐豐富的鈣鈣、磷，，促進(jìn)新新骨的生生長2.2.2生物活性性陶瓷2.2.2.2磷酸鈣生生物活性性陶瓷133磷酸鈣生生物陶瓷瓷還包括括可降解解、吸收收的鋅－鈣－－磷氧化化物陶瓷瓷(ZCAP)、硫酸鋅－－磷酸鈣鈣陶瓷(ZSCAP)、磷酸鋁鈣鈣陶瓷(ALCAP)和鐵－鈣－－磷氧化化物陶瓷瓷(FECAP)等2.2.2生物活性性陶瓷2.2.2.2磷酸鈣生生物活性性陶瓷134磷酸鈣化化合物的的分類通通常是按按照具有有的Ca/P原子比(鈣磷比)進(jìn)行，磷磷酸鈣陶陶瓷是具具有不同同鈣磷比比磷酸鈣鈣陶瓷的的總稱2.2.2.2磷酸鈣生生物活性性陶瓷A、磷酸鈣鈣的物理理化學(xué)基基礎(chǔ)1352.2.2.2磷酸鈣生生物活性性陶瓷A、磷酸鈣鈣的物理理化學(xué)基基礎(chǔ)鈣磷比分子式名稱簡寫2.0Ca4O(PO4)2

磷酸四鈣TTCP1.67Ca10(PO4)6(OH)2

羥基磷灰石HA<1.67Ca10-XH2X(PO4)6(OH)2

無定形磷酸鈣ACP1.5Ca3(PO4)2

磷酸三鈣TCP1.33Ca8H2(PO4)6.5H2O

磷酸八鈣OCP1.0CaHPO4.2H2O

二水磷酸氫鈣DCPD1.0CaHPO4

磷酸氫鈣DCP1.0Ca2P2O7

焦磷酸鈣CPP1.0CaP2O7.2H2O

二水磷酸鈣CPPD0.7Ca7(P5O16)2

磷酸七鈣HCP0.67Ca4H2P6O20

磷酸二氫四鈣TDHP0.5Ca(H2PO4)2.H2O

一水磷酸一鈣MCPM0.5Ca(PO3)2

偏磷酸鈣CMP136醫(yī)學(xué)上使使用得最最多的是是羥基磷磷灰石HA，其晶體體為六方方晶系結(jié)結(jié)構(gòu)，化化學(xué)式為為Ca10(PO4)6(OH)2，理論重重量百分分比為：：Ca－－39.9%P－－18.5%OH－－3.38%其鈣磷比比為1.672.2.2.2磷酸鈣生生物活性性陶瓷A、磷酸鈣鈣的物理理化學(xué)基基礎(chǔ)137各種磷酸酸鈣化合合物高溫溫下的結(jié)結(jié)構(gòu)與其其鈣磷比比、溫度度、加熱熱速度、、氣氛等等因素有有關(guān)合成工藝藝的不同同，也將將影響其其熱特性性(主要是其其熱穩(wěn)定定性)2.2.2.2磷酸鈣生生物活性性陶瓷A、磷酸鈣鈣的物理理化學(xué)基基礎(chǔ)1381、磷酸鈣鈣骨水泥泥的組成成磷酸鈣骨骨水泥是是由一種種或多種種磷酸鈣鈣粉末和和其它含含鈣化合合物粉末末混合，，與適當(dāng)當(dāng)比例的的水或水水溶液形形成的糊糊狀物2.2.2生物活性性陶瓷2.2.2.3磷酸鈣骨骨水泥139磷酸鈣骨骨水泥中中常用的的粉末主主要是：：磷酸四四鈣、二二水磷酸酸氫鈣、、磷酸氫氫鈣、磷磷酸八鈣鈣、磷酸酸三鈣等等2.2.2生物活性性陶瓷2.2.2.3磷酸鈣骨骨水泥140所形成的的糊狀物物在高溫溫或人體體生理環(huán)環(huán)境中反反應(yīng)固化化，并形形成具有有一定強(qiáng)強(qiáng)度的材材料由于各種種磷酸鈣鈣中羥基基磷灰石石最穩(wěn)定定，所以以最終轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為羥羥基磷灰灰石2.2.2生物活性性陶瓷2.2.2.3磷酸鈣骨骨水泥1412、磷酸鈣鈣骨水泥泥的性能能磷酸鈣骨骨水泥最最重要的的性質(zhì)是是其凝結(jié)結(jié)時(shí)間及及強(qiáng)度2.2.2生物活性性陶瓷2.2.2.3磷酸鈣骨骨水泥142影響骨水水泥凝結(jié)結(jié)時(shí)間的的因素主主要是反反應(yīng)活性性和反應(yīng)應(yīng)速度影響骨水水泥強(qiáng)度度的因素素主要是是粉體水水化性能能、粉末末粒度和和固化后后骨水泥泥的空隙隙率等2.2.2生物活性性陶瓷2.2.2.3磷酸鈣骨骨水泥143骨水泥中中空隙率率一般在在45－50％，因此此強(qiáng)度不不高，主主要用作作局部骨骨損傷及及骨缺損損的修復(fù)復(fù)2.2.2生物活性性陶瓷2.2.2.3磷酸鈣骨骨水泥1442.3金屬生物物醫(yī)學(xué)材材料(MetallicBiomedicalMaterials)145金屬生物物醫(yī)學(xué)材材料是指指應(yīng)用于于醫(yī)學(xué)當(dāng)當(dāng)中的金金屬或合合金材料料由于金屬屬材料具具有較高高的強(qiáng)度度和韌性性，適用用于人體體硬組織織的修復(fù)復(fù)2.3金屬生物物醫(yī)學(xué)材材料1462.3.1金屬生物物醫(yī)學(xué)材材料的特特殊要求求2.3金屬生物物醫(yī)學(xué)材材料147A、金屬材材料的耐耐腐蝕問問題植入體內(nèi)內(nèi)的金屬屬材料長長期浸泡泡在體液液(血液、間間質(zhì)液、、淋巴、、骨液)中，體液液中的Na＋、K＋、Ca2＋、Cl－等離子均均可使金金屬產(chǎn)生生腐蝕2.3金屬生物物醫(yī)學(xué)材材料2.3.1金屬生物物醫(yī)學(xué)材材料的特特殊要求求148腐蝕作用用不僅降降低材料料的機(jī)械械性能，，導(dǎo)致斷斷裂，腐腐蝕產(chǎn)物物還對人人體有刺刺激性和和毒性金屬生生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料耐耐腐蝕蝕要求求：腐蝕速速度<0.25m/a2.3金屬生生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料2.3.1金屬生生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料的的特殊殊要求求149B、金屬屬材料料的毒毒性問問題金屬的的毒性性主要要作用用于細(xì)細(xì)胞，，可抑抑制酶酶的活活動，，阻止止酶通通過細(xì)細(xì)胞膜膜擴(kuò)散散和破破壞溶溶酶體體某些金金屬會會引起起過敏敏反應(yīng)應(yīng)2.3金屬生生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料2.3.1金屬生生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料的的特殊殊要求求150純金屬屬的毒毒性與與其在在元素素周期期表中中的位位置有有關(guān)：：II族金屬屬毒性性強(qiáng)III族、IV族(除Pb外)無毒性性I、V和VIII族中，，同族族中原原子量量小的的有毒毒，而而原子子量大大的無無毒2.3金屬生生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料2.3.1金屬生生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料的的特殊殊要求求151有毒的的純金金屬中中加入入某些些金屬屬形成成合金金后，，可以以減小小甚至至消除除毒性性不銹鋼鋼中的的Fe、Co、Ni有毒，，加入入有毒毒的Bi(2%)后毒性性減小小，加加入Cr(2%)后毒性性消失失2.3金屬生生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料2.3.1金屬生生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料的的特殊殊要求求152C、金屬屬材料料的機(jī)機(jī)械性性能人體骨骨和關(guān)關(guān)節(jié)均均需承承受較較大應(yīng)應(yīng)力，，股骨骨抗壓壓強(qiáng)度度143MPa，縱向向彈性性模量量13.8GPa，徑向向彈性性模量量為縱縱向的的1/32.3金屬生生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料2.3.1金屬生生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料的的特殊殊要求求153健康骨骨骼具具有自自行調(diào)調(diào)節(jié)能能力，，不易易損壞壞或斷斷裂。。植入入材料料不具具有自自行調(diào)調(diào)節(jié)能能力，，需要要比自自然骨骨更高高的強(qiáng)強(qiáng)度和和彈性性模量量，一一般要要求強(qiáng)強(qiáng)度不不低于于450MPa2.3金屬生生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料2.3.1金屬生生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料的的特殊殊要求求154D、其它它問題題冶煉工工藝添添加劑劑問題題消毒方方法問問題抗凝血血及溶溶血問問題松動問問題及及多孔孔材料料…………………2.3金屬生生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料2.3.1金屬生生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料的的特殊殊要求求1552.3.2不銹鋼鋼(StainlessSteel)2.3金屬生生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料156不銹鋼鋼作為為生物物醫(yī)學(xué)學(xué)材料料，在在臨床床上已已有多多年實(shí)實(shí)際應(yīng)應(yīng)用，，一般般用作作人工工骨、、人工工關(guān)節(jié)節(jié)、接接骨板板、銷銷釘?shù)鹊?.3金屬生生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料2.3.2不銹鋼鋼(StainlessSteel)157不銹鋼鋼是指指含鉻鉻(Cr)10％以上上的鋼鋼，可可分為為Fe-Cr-C系(典型代代表為為13Cr鋼)和Fe-Cr-Ni-C系(典型代代表為為18-8鋼)，具有有較好好的耐耐腐蝕蝕性和和抗氧氧化能能力2.3金屬生生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料2.3.2不銹鋼鋼(StainlessSteel)158一般情情況下下，F(xiàn)e-Cr-Ni-C系的耐耐腐蝕蝕和抗抗氧化化性能能優(yōu)于于Fe-Cr-C系18-8不銹鋼鋼在有有氯根根存在在時(shí)，，易產(chǎn)產(chǎn)生孔孔蝕、、晶界界腐蝕蝕和應(yīng)應(yīng)力腐腐蝕，，在其其基礎(chǔ)礎(chǔ)上演演化的的316L不銹鋼鋼目前應(yīng)應(yīng)用較較廣2.3金屬生生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料2.3.2不銹鋼鋼(StainlessSteel)1592.3金屬生生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料2.3.2不銹鋼鋼(StainlessSteel)近年開開發(fā)出出的高高性能能復(fù)相相不銹銹鋼25Cr-7Ni-4Mo-N具有奧奧氏體體和鐵鐵素體體組成成的雙雙相結(jié)結(jié)構(gòu)，，抗腐腐蝕能能力強(qiáng)強(qiáng)，抗抗彎強(qiáng)強(qiáng)度高高160不銹鋼鋼的靜靜態(tài)力力學(xué)性性能材料抗彎強(qiáng)度

MPa極限抗張強(qiáng)度MPa抗伸長度%退火316L17048040冷加工316L3106552825Cr-7Ni-4Mo-N550－－－－2.3金屬生生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料2.3.2不銹鋼鋼(StainlessSteel)161不銹鋼鋼的耐耐腐蝕蝕性能能和強(qiáng)強(qiáng)度雖雖不如如鈷基基合金金，但但其價(jià)價(jià)格相相對低低廉，，價(jià)格格/性能好好，可可制成成多種種形體體，如如針、、板、、螺釘釘、齒齒冠等等器件件和各各種人人工修修復(fù)體體在各種種金屬屬生物物醫(yī)學(xué)學(xué)材料料中，，目前前不銹銹鋼仍仍然是是應(yīng)用用最廣廣的材材料2.3金屬生生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料2.3.2不銹鋼鋼(StainlessSteel)1622.3.3鈷基合合金(Cobalt-BasedAlloy)2.3金屬生生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料163鈷基合合金是是醫(yī)學(xué)學(xué)上使使用較較早、、應(yīng)用用廣泛泛的一一類非非貴金金屬合合金材材料，，其主主要代代表為為鈷鉻合合金2.3金屬生生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材材料2.3.3鈷基合合金(Cobalt-basedAlloy)164ASTM列出四種鈷基基合金，推薦薦作外科植入入體材料鑄造CoCrMo合金鑄造CoCrNi合金MP35N合金CoNiCrMoWFe合金2.3金屬生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料2.3.3鈷基合金(Cobalt-basedAlloy)165鈷基合金耐腐腐蝕性能是不不銹鋼的40倍，抗疲勞性性能隨晶粒的的增大而下降降，冷加工性性能較差鈷基合金目前前主要用作人人工關(guān)節(jié)及關(guān)關(guān)節(jié)修復(fù)體2.3金屬生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料2.3.3鈷基合金(Cobalt-basedAlloy)1662.3金屬生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料2.3.4鈦及鈦合金(Titanium&TitanicAlloy)167鈦質(zhì)輕、強(qiáng)度度高、彈性模模量低、抗電電化學(xué)腐蝕、、生物相容性性好，是目前前醫(yī)用金屬材材料中較為理理想的材料。。目前應(yīng)用最最多的典型鈦鈦合金為Ti6Al4V2.3金屬生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料2.3.4鈦及鈦合金(Titanium&TitanicAlloy)168不同金屬生物物醫(yī)學(xué)材料比比重對照2.3金屬生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料2.3.4鈦及鈦合金(Titanium&TitanicAlloy)材料Ti6Al4V鈦合金316L不銹鋼CoCrMo合金CoCrMoNi合金比重(g/cm3)4.57.98.39.2169鈦合金的機(jī)械械性能2.3金屬生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料2.3.4鈦及鈦合金(Titanium&TitanicAlloy)性質(zhì)Ti6Al4VTi13Nb13Zr抗張強(qiáng)度，MPa8601030彎曲強(qiáng)度，MPa795900延伸率，％1015面積收縮，％2545170鈦合金比重低低、強(qiáng)度高、、彈性模量與與人骨相差較較小，因而主主要用作人工工骨替代材料料及人工心瓣瓣等人工器官官的基體材料料由于鈦合金抗抗剪切強(qiáng)度較較低，一般不不作為骨螺釘釘、骨片及類類似應(yīng)用2.3金屬生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料2.3.4鈦及鈦合金(Titanium&TitanicAlloy)171鈦合金具有一一定的形狀記憶效應(yīng)應(yīng)(材料變形后，，通過加熱可可恢復(fù)原狀)，因此是矯形形外科、管狀狀器官治療的的理想材料2.3金屬生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料2.3.4鈦及鈦合金(Titanium&TitanicAlloy)1722.3金屬生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料2.3.5其它金屬生物物醫(yī)學(xué)材料173A、鉭：動物試驗(yàn)表明明，鉭具有優(yōu)優(yōu)良的生物相相容性，用于于肌腱神經(jīng)和和血管的縫合合。鉭還可用用作人工骨、、矯形器件等等除金屬鉭外，，金屬鈮絲和和金屬鎢絲亦亦可用作縫合合2.3金屬生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料2.3.5其它金屬生物物醫(yī)學(xué)材料174B、鉑及鉑族貴貴金屬一般以合金形形式使用。由由于其具有很很強(qiáng)的抗腐蝕蝕能力和較低低的電位閾值值，常用作起起搏器端部電電極亦以齒冠、齒齒橋、齒托、、卡環(huán)等形式式用于齒科修修復(fù)中2.3金屬生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料2.3.5其它金屬生物物醫(yī)學(xué)材料175C、稀土永磁合合金稀土永磁合金金一般常用于于磁穴療法等等2.3金屬生物醫(yī)學(xué)學(xué)材料2.3.5其它金屬生物物醫(yī)學(xué)材料1762.4高分子生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材料(PolymericBiomedicalMaterials)177用于修復(fù)損壞壞或發(fā)生病變變而失去功能能的人體組織織和器官、以以及在醫(yī)療診診斷和治療中中使用的天然然或合成的高高分子材料，，稱高分子生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材料，亦稱醫(yī)用高分子材材料(PolymerforMedicalUses,BiomedicalPolymers,PolymersUsedasBiomaterials)2.4高分子生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材料178醫(yī)用高分子材材料是生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材料中發(fā)發(fā)展最早，種種類繁多，應(yīng)應(yīng)用最廣泛，，用量最大的的材料，已形形成材料100多種，制品2000多種2.4高分子生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材料179高分子生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材料必須須具備以下條條件：(1)、良好的生物物功能性(2)、耐生物老化化(3)、生物相容性性好(4)、良好的抗凝凝血性能(5)、易于加工成成型和消毒2.4高分子生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材料180高分子生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材料按照照來源分類，，可以分為：：(1)、天然高分子子材料及生物物衍生材料(2)、合成醫(yī)用高高分子材料(3)、復(fù)合高分子子生物材料2.4高分子生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材料1812.4.1合成醫(yī)用高分分子材料(SyntheticBiomaterialPolymer)2.4高分子生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材料182合成用高分子子材料可分為為如下種類：：(1)、合成非降解解醫(yī)用高分子子材料(2)、生物降解或或吸收醫(yī)用高高分子材料(3)、醫(yī)用水凝膠膠2.4高分子生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材料2.4.1合成醫(yī)用高分分子材料183(1)、合成非降解解醫(yī)用高分子子材料(SyntheticNon-degradableBiomedicalPolymer)2.4高分子生物醫(yī)醫(yī)學(xué)材料2.4.1合成醫(yī)用高分分子材料184利用聚合方法法制備的能夠夠在生物環(huán)境境中長期保持持穩(wěn)定，不發(fā)發(fā)生降解、交交聯(lián)等反應(yīng)的的醫(yī)用高分子子材料2.4.1合成成醫(yī)醫(yī)用用高高分分子子材材料料(1)、合合成成非非降降解解醫(yī)醫(yī)用用高高分分子子材材料料185不存存在在絕絕對對穩(wěn)穩(wěn)定定的的聚聚合合物物，，非非降降解解型型高高分分子子材材料料，，實(shí)實(shí)質(zhì)質(zhì)上上是是降降解解非非常常緩緩慢慢的的聚聚合合物物，，其其本本身身和和降降解解產(chǎn)產(chǎn)物物對對機(jī)機(jī)體體不不產(chǎn)產(chǎn)生生明明顯顯的的毒毒副副作作用用，，在使使用用期期內(nèi)內(nèi)材材料料不不發(fā)發(fā)生生破破壞壞性性變變化化2.4.1合成成醫(yī)醫(yī)用用高高分分子子材材料料(1)、合合成成非非降降解解醫(yī)醫(yī)用用高高分分子子材材料料186合成成