生物材料現(xiàn)代研究方法引言

生物材料現(xiàn)代研究方法ModernResearchMethodsofBiomaterials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(jiǎn)介生物醫(yī)用材料(Biomedicalmaterials),簡(jiǎn)稱生物材料(Biomaterials),是用來(lái)對(duì)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Anymaterial,naturalormanAnymaterial,naturalorman-made,thatmade,thatcompriseswholeorpartofalivingcompriseswholeorpartofalivingstructureorabiomedicaldevicewhichstructureorabiomedicaldevicewhichperforms,augments,orreplacesaperforms,augments,orreplacesafunctionthathasbeenlostthroughfunctionthathasbeenlostthroughdiseaseorinjury.1、材料研究方法的含義

廣義：技術(shù)路線、實(shí)驗(yàn)技術(shù)、數(shù)據(jù)分析。

狹義：測(cè)試材料組成和結(jié)構(gòu)的儀器、方法。

例如：X射線衍射分析

電子顯微分析

熱分析

光譜分析

表面分析等工藝Processing–結(jié)構(gòu)structure-性能property化學(xué)成分Chemicalcomposition顯微結(jié)構(gòu)Microstructure工藝Processing結(jié)構(gòu)structure性能property性能PropertiesIntrinsicMaterialsSelectionCeramicFabrication晶體結(jié)構(gòu)CrystalStructure()(特征Characterization)材料的微結(jié)構(gòu)對(duì)于力學(xué)性能上的影響EffectofMicrostructureonMechanicalPropertyf

d-1/2d-grainsize50m10ma bMechanicaltest: fa

>

fb

MechanicalpropertyMicroscopicanalysis: da

<dbMicrostructure

多晶樣品的光學(xué)顯微鏡圖片OMimagesoftwopolycrystallinesamples.？？材料結(jié)構(gòu)與研究方法材料結(jié)構(gòu)層次結(jié)構(gòu)：材料系統(tǒng)內(nèi)各組成單元之間的相互聯(lián)系和相互作用方式。范圍和特征ScaleandCharacterizationTechniquesXRD,TEM,STM

SEM OMGrainIGrainIIValveTurbochargeLargedefects,voids,inclusionsbyOM;grainandsizedistributionbyeitherOMandSEMdependingscale;GrainboundaryandinterfacebyTEM,CrystalstructurebyXRDandTEM斷裂方式的鑒別IdentificationofFractureMode4mIntergranularfracture20mIntragranularfractureCracksCracksPoresGrainboundary光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡OMandSEM50m5mGrowthstepOM-2DSEM–3DBaTiO3SEMOM掃描隧道顯微鏡STM-SeeingAtomsSTMimageshowingsingle-atomdefectiniodine（碘）adsorbatelatticeonplatinum（鉑）.2.5nmscanIrononcopper(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(cè)定、圖像分析

分析儀器

顯微鏡：顯微組織觀察

衍射儀：測(cè)定結(jié)構(gòu)

譜儀：分析成分

分析儀器主要可分為三個(gè)單元

激發(fā)源

分析器

檢測(cè)器化學(xué)成分分析:

化學(xué)成分的表征包括元素成分分析和微區(qū)成分分析。所用儀器包括：光譜色譜熱譜表面分析譜原子吸收光譜、質(zhì)譜等（紫外光譜、紅外光譜、熒光光譜、激光拉曼光譜等）（氣相色譜、液相色譜）（差熱分析、熱重分析等）（X射線光電子能譜、俄歇電子能譜、電子探針等）化學(xué)成分分析結(jié)構(gòu)測(cè)定衍射方法:X射線衍射（X-RayDiffraction，XRD）;電子衍射（TransmissionElectronMicroscopy，TEM）光譜方法:紅外光譜;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(guò)探測(cè)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(zhǎng)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(píng)價(jià)方法：

微區(qū)拉曼設(shè)備，其激發(fā)波長(zhǎng)為514.5nm，激光束斑為5um；傅立葉紅外圖譜設(shè)備；XPS；采用AMBIOSXP-2表面輪廓儀來(lái)檢測(cè)薄膜的厚度與線輪廓；表面接觸角測(cè)試及表面能計(jì)算；血小板粘附；內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)。編號(hào)刻蝕時(shí)間掩膜孔尺寸（長(zhǎng)x寬）含氫碳膜40minC2525μmx25μmC5050μmx50μmC100100μmx100μm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(jì)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(jì)結(jié)果內(nèi)皮細(xì)胞的表面形貌4、課程簡(jiǎn)介

本課程全面介紹生物材料的各種研究、測(cè)試方法的原理及應(yīng)用，同時(shí)講述各種分析設(shè)備的組成及原理，重點(diǎn)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(diǎn)、原理，能夠應(yīng)用各種分析方法解決實(shí)際研究中遇到的問(wèn)題，同時(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠正確的分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，了解設(shè)備組成及原理。課程目的CourseObjectives對(duì)于材料的分析技術(shù)有一個(gè)基本的了解Basicunderstandingofmaterials

characterizationtechniques基本組成和功能basiccomponentsandtheirfunctions

分析的普通方法Commonmodesofanalysis

這些技術(shù)的相關(guān)信息和資料Rangeofinformationprovidedbythetechniques

技術(shù)的最近進(jìn)展Recentdevelopmentofthetechniques

應(yīng)用中的重點(diǎn)Emphasisonapplications

典型的例子Typicalexamplesandcasestudies

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(wèn)題？Howtousedifferenttechniquestosolvedifferentproblemsinmanufacturingandresearch分析技術(shù)

光學(xué)顯微鏡Light(optical)microscopy(LM)or(OM)

掃描電子顯微鏡Scanningelectronmicroscopy(SEM)

能量色散譜儀EnergydispersiveX-rayspectroscopy(EDS)X-射線衍線（XRD）X-raydiffraction(XRD)/X-rayfluorescence(XRF)

透射電子顯微鏡Transmissionelectronmicroscopy(TEM)相關(guān)的分析技術(shù)---表面分析技術(shù)

SurfaceCharacterizationTechniques掃描探針顯微鏡Scanningprobemicroscopy(AFM&STM)

俄歇電子能譜Augerelectronspectroscopy(AES)X-射線光電子能譜X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

二次離子質(zhì)譜Secondaryionmassspectroscopy(SIMS)

盧瑟福背散射能譜Rutherfordbackscatteringspectroscopy(RBS)教學(xué)內(nèi)容●引言（2學(xué)時(shí)）●光學(xué)顯微分析技術(shù)（2學(xué)時(shí)）●掃描電子顯微鏡（4學(xué)時(shí)）●透射電子顯微鏡（4學(xué)時(shí)）●掃描探針顯微鏡（4學(xué)時(shí)）●X射線衍射（2學(xué)時(shí)）●紅外吸收光譜法（2學(xué)時(shí)）●Auger電子能譜（4學(xué)時(shí)）●X射線光電子譜(XPS)（4學(xué)時(shí)）●離子散射譜ISS、Rutherford背散射RBS、二次離子質(zhì)譜（SIMS）（4學(xué)時(shí)）1、材料分析測(cè)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，