功能陶瓷部分第4章生物醫(yī)學材

主要內(nèi)容4.1生物醫(yī)學材料的發(fā)展概況4.2生物材料必須具備的條件4.3醫(yī)用金屬材料4.4生物陶瓷的特點及其分類惰性生物陶瓷表面活性生物陶瓷吸收性生物陶瓷生物復合材料現(xiàn)在是1頁\一共有101頁\編輯于星期三生物材料是指以醫(yī)療為目的，用于人體組織和器官的修復并代行其功能的材料。生物材料的種類很多。一般可分為天然材料和人工材料兩大類。人工材料又可分為金屬生物醫(yī)學材料、生物陶瓷材料、生物醫(yī)用高分子材料以及它們的復合材料。生物材料現(xiàn)在是2頁\一共有101頁\編輯于星期三①替代損害的器官或組織；如人造心臟瓣膜、假牙、人工血管等；

②改善或恢復器官功能；如隱型眼鏡、心臟起搏器等；

③用于治療過程；如介入性治療血管內(nèi)支架、用于血液透析的薄膜、藥物載體等生物醫(yī)學材料的用途現(xiàn)在是3頁\一共有101頁\編輯于星期三4/5/202334.1生物醫(yī)學材料的發(fā)展概況生物材料的開發(fā)和利用可追溯到3500年前，那時的古埃及人就開始利用棉纖維、馬鬃作縫合線縫合傷口；印第安人則使用木片修補受傷的顱骨。2500年前，中國和埃及的墓葬中就發(fā)現(xiàn)有假牙、假鼻和假耳。人類很早就用黃金來修復缺損的牙齒，并沿用至今。1588年人們用黃金板修復顎骨。1775年就有用金屬固定體內(nèi)骨折的記載。1851年發(fā)明了天然橡膠的硫化方法后，有人采用硬膠木制作了人工牙托的顎骨。1886年用鋼片和鍍鎳鋼治療骨折，自此人工器官比較廣泛應用于臨床生物材料在20世紀80年代高速發(fā)展現(xiàn)在是4頁\一共有101頁\編輯于星期三生物醫(yī)學材料的分類按材料的物質(zhì)屬性劃分：生物醫(yī)學材料醫(yī)用金屬材料醫(yī)用生物陶瓷醫(yī)用高分子材料醫(yī)用復合材料現(xiàn)在是5頁\一共有101頁\編輯于星期三按材料的用途進行分類：生物醫(yī)學材料口腔醫(yī)用材料硬組織修復與替換材料(用于骨骼和關(guān)節(jié)等)軟組織修復與替代材料(用于皮膚、肌肉、心、肺、胃等)醫(yī)療器械材料現(xiàn)在是6頁\一共有101頁\編輯于星期三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—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材料—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—促使人工心臟向臨床應用跨越一大步可形成假生物內(nèi)膜的編織滌綸管—人工血管向?qū)嵱没w躍?，F(xiàn)在是7頁\一共有101頁\編輯于星期三4.2生物醫(yī)學材料的基本要求材料與機體組織發(fā)生的兩種反應：活體系統(tǒng)材料材料反應宿主反應包括生物環(huán)境對材料的腐蝕、降解、磨損和性質(zhì)退化，甚至破壞。包括局部和全身反應，如炎癥、細胞毒性、凝血、過敏、致癌、畸形和免疫反應等?，F(xiàn)在是8頁\一共有101頁\編輯于星期三①對人體無毒、無刺激、無致畸、致敏、致突變或致癌作用；②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，最好能與骨形成化學結(jié)合，具有生物活性；③無溶血、凝血反應等。

(一)生物相容性4.2生物材料必須具備的條件現(xiàn)在是9頁\一共有101頁\編輯于星期三

(二)化學穩(wěn)定性①耐體液侵蝕，不產(chǎn)生有害降解產(chǎn)物；②不產(chǎn)生吸水膨潤、軟化變質(zhì)；③自身不變化等?，F(xiàn)在是10頁\一共有101頁\編輯于星期三(三)力學條件①足夠的靜態(tài)強度，如抗彎、抗壓、拉伸、剪切等；②具有適當?shù)膹椥阅Ａ亢陀捕?；③耐疲勞、摩擦、磨損、有潤滑性能。

現(xiàn)在是11頁\一共有101頁\編輯于星期三(四)其它要求①良好的空隙度，體液及軟硬組織易于長入；②易加工成形，使用操作方便；③熱穩(wěn)定好，高溫消毒不變質(zhì)等性能。

現(xiàn)在是12頁\一共有101頁\編輯于星期三4.3金屬生物醫(yī)學材料在生物醫(yī)學材料中，金屬材料應用最早，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和替換、心血管和軟組織修復以及人工器官制造的主要材料?；瘜W周期表中的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?，F(xiàn)在是13頁\一共有101頁\編輯于星期三不銹鋼鈷基合金鈦基合金形狀記憶合金貴金屬純金屬鉭、鈮、鉻4.3金屬生物醫(yī)學材料現(xiàn)在是14頁\一共有101頁\編輯于星期三4.3.1不銹鋼鐵基耐蝕合金（一般由鐵、鉻、鎳、鉬、錳、硅組成），易加工、價格低廉。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)療儀器和手術(shù)器械?，F(xiàn)在是15頁\一共有101頁\編輯于星期三表1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的增加而提高。不銹鋼現(xiàn)在是16頁\一共有101頁\編輯于星期三3Cr13和4Crl3型馬氏體不銹鋼用于醫(yī)療器械，如刀、剪、制血鉗、針頭等。

00Cr18Ni10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;在口腔科常用于鑲牙、矯形和牙根種植等器件的制作。不銹鋼的醫(yī)學應用：現(xiàn)在是17頁\一共有101頁\編輯于星期三4.3.2鈷（Co）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（比不銹鋼高40倍）和耐磨性，綜合力學性能和生物相容性良好，可通過精密鑄造成形狀復雜的精密修復體性能特點：鈍化膜更穩(wěn)定，耐蝕性更好，而且其耐磨性是所有醫(yī)用金屬材料中最好的，植入體內(nèi)不會產(chǎn)生明顯的組織反應。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)）人工骨及骨科內(nèi)處固定器件的制造齒科修復中的義齒，各種鑄造冠、嵌體及固定橋的制造心血管外科及整形科等由于其價格較高，加工困難，應用尚不普及?，F(xiàn)在是18頁\一共有101頁\編輯于星期三現(xiàn)在是19頁\一共有101頁\編輯于星期三表2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)較低現(xiàn)在是20頁\一共有101頁\編輯于星期三CoCrMo合金醫(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?，F(xiàn)在是21頁\一共有101頁\編輯于星期三4.3.3鈦（Ti）基合金臨床應用廣泛，其質(zhì)輕、比強度高、力學性質(zhì)接近人骨、強度遠低于純鈦，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。抗斷裂強度較低，耐磨性能不盡人意，加工困難。冶煉及成型工藝復雜，要求條件較高。主要用于：修補顱骨，制成鈦網(wǎng)或鈦箔用于修復腦膜和腹膜、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、手術(shù)器械、醫(yī)療儀器頜人工假肢等?，F(xiàn)在是22頁\一共有101頁\編輯于星期三（三）鈦基合金Ti為難熔稀有金屬，熔點1762℃，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，是較佳的金屬生物醫(yī)學材料。TiNi合金具有優(yōu)良的形狀記憶效應。Ti合金的強度可達到很高的水平，比強度是不銹鋼的3.5倍；Ti與氧反應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。在生理環(huán)境下，Ti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。Ti合金的磨損與應力腐蝕較明顯?，F(xiàn)在是23頁\一共有101頁\編輯于星期三頭顱微型鋼板現(xiàn)在是24頁\一共有101頁\編輯于星期三具有一定形狀的固體材料，在某一低溫下進行一定限度以內(nèi)的變形后，通過加熱到這種材料固有的某一臨界溫度以上時，材料又恢復到初始形狀的現(xiàn)象，稱為形狀記憶效應具有形狀記憶效應的材料稱為形狀記憶材料4.3.4形狀記憶合金現(xiàn)在是25頁\一共有101頁\編輯于星期三單程全程雙程初始形狀低溫變形加熱冷卻三種形式形狀記憶效應的現(xiàn)在是26頁\一共有101頁\編輯于星期三記憶效應優(yōu)良、抗疲勞、耐磨損、抗腐蝕、生物相容性好等一系列的優(yōu)點。缺點：加工困難，成本高

形狀記憶功能獲得Ti-Ni基形狀記憶合金Ti-Ni合金通過在1000℃左右固溶后，在400℃進行時效處理，再淬火得到馬氏體?，F(xiàn)在是27頁\一共有101頁\編輯于星期三特點：奇特的形狀記憶功能、質(zhì)輕、磁性微弱、強度較高、耐疲勞性能、高回彈性和生物相容性好等。缺點：加工困難，成本高

應用：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；其高回彈性能順應管道的彎曲，對人體刺激小?？谇豢疲河眠@種材料做成的種植牙具有齒槽骨切口小，固定牢靠等優(yōu)點。骨科：人工關(guān)節(jié)，斷骨連接、彎曲脊柱矯正。血管外科：治療主動脈瘤、冠狀動脈和椎動脈狹窄等。Ti-Ni基形狀記憶合金現(xiàn)在是28頁\一共有101頁\編輯于星期三形狀記憶合金血栓過濾器醫(yī)學應用：牙齒矯形絲、血栓過濾器、動脈瘤夾、接骨板等（Ti-Ni合金）現(xiàn)在是29頁\一共有101頁\編輯于星期三NiTi記憶合金自擴張式氣管內(nèi)支架醫(yī)學應用：現(xiàn)在是30頁\一共有101頁\編輯于星期三醫(yī)學應用：“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，使失去進食功能的食道癌患者提高了生活質(zhì)量。消化道內(nèi)支架血管內(nèi)支架膽道內(nèi)支架現(xiàn)在是31頁\一共有101頁\編輯于星期三醫(yī)學應用：現(xiàn)在是32頁\一共有101頁\編輯于星期三緊固件

待連接管室溫下形狀記憶合金套管，內(nèi)徑比待連接管外徑小約4%液N2中擴管約8%

待連接管從兩端插入室溫套管收縮形成緊固密封件現(xiàn)在是33頁\一共有101頁\編輯于星期三EL1Ti6Al4V鈦基合金制作的骨釘和骨板鈦基合金的醫(yī)學應用：廣泛用于制作各種人工關(guān)節(jié)、牙床、人工心臟瓣膜、頭蓋骨修復等方面?，F(xiàn)在是34頁\一共有101頁\編輯于星期三4.3.5貴金屬（noblemetal）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)定的物理和化學性能、優(yōu)異的加工特性、對人體組織無毒副作用、刺激小等優(yōu)良的生物學性能。主要用于口腔科的齒科修復，也可用于小型植入式電子醫(yī)療器械?，F(xiàn)在是35頁\一共有101頁\編輯于星期三4.3.6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長。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、頜面修復體、義齒及外科手術(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?，F(xiàn)在是36頁\一共有101頁\編輯于星期三4.3.7純金屬鈮（Nb）性能和應用范圍與鉭非常相似，用于修補顱骨和制作醫(yī)療器械。但由于來源困難，價格昂貴，使用受到限制，主要用于制造髓內(nèi)釘?shù)取，F(xiàn)在是37頁\一共有101頁\編輯于星期三4.3.8純金屬鉻（Cr）化學性能與金屬鈦相似，耐蝕性能、加工性能、穩(wěn)定性和生物相容性都很好，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)用鉻可與鈦等同使用，但其價格較貴，在臨床中較難推廣?，F(xiàn)在是38頁\一共有101頁\編輯于星期三醫(yī)用金屬材料的性能及應用材料性能主要應用不銹鋼鈷系合金金合金鎳鉻合金鈦合金鉭生物適應性差耐腐蝕；生物相容性良好耐腐蝕耐腐蝕耐腐蝕性良好耐腐蝕，與生物體系親和性好人工骨、人工關(guān)節(jié)牙科材料人工牙人工牙人工關(guān)節(jié)基干紗布、縫合線現(xiàn)在是39頁\一共有101頁\編輯于星期三生物陶瓷——主要是用于人體硬組織修復和重建的生物醫(yī)學陶瓷材料。

生物陶瓷的類型和特點惰性生物陶瓷材料可吸收生物材料生物活性陶瓷可治療癌癥的生物陶瓷4.4生物陶瓷的特點及其分類現(xiàn)在是40頁\一共有101頁\編輯于星期三生物陶瓷活性生物陶瓷：可被吸收的生物降解陶瓷：在生物體內(nèi)與組織幾乎不發(fā)生反應或反應很小。如：氧化鋁陶瓷、碳、氧化鋯陶瓷、氮化硅陶瓷等。在生理環(huán)境下與組織界面發(fā)生作用，形成化學鍵結(jié)合。如：羥基磷灰石等陶瓷及生物活性玻璃，生物活性微晶玻璃。在生物體內(nèi)可被逐漸降解，被骨組織吸收，是一種骨的重建材料。如：磷酸三鈣等。惰性生物陶瓷：現(xiàn)在是41頁\一共有101頁\編輯于星期三生物陶瓷的特點具有良好的機械強度、硬度，而且在體內(nèi)難溶解，不易腐蝕變質(zhì)，熱穩(wěn)定性好，便于加熱消毒，耐磨性好，不易產(chǎn)生疲勞現(xiàn)象，滿足種植學的要求陶瓷的組成范圍比較寬，可根據(jù)實際應用的要求設計組成，控制性能變化陶瓷成型容易，可根據(jù)使用要求，制成各種形態(tài)和尺寸，如顆粒型、柱形、管形；致密型或多孔型；制成牙根、關(guān)節(jié)、長骨、頜骨、顱骨等現(xiàn)在生物陶瓷的加工已日漸成熟現(xiàn)在是42頁\一共有101頁\編輯于星期三各類生物材料比較材料特性金屬高分子陶瓷生物相容性不太好較好很好耐侵蝕性除貴金屬外，多數(shù)不耐侵蝕，表面易變質(zhì)化學性能穩(wěn)定，耐侵蝕化學性能穩(wěn)定，耐侵蝕，不易氧化、水解或降解耐熱性較好，耐熱沖擊受熱易變形，易老化熱穩(wěn)定性好強度很高差很高耐磨性不太好，磨損產(chǎn)物易污染周圍組織不耐磨耐磨性好，有一定潤滑性能加工及成型性能非常好，可加工成任意形狀，延展性良好可加工性好，有一定韌性塑形性好，脆性大，無延展性現(xiàn)在是43頁\一共有101頁\編輯于星期三4.4.1惰性生物陶瓷4.4.2表面活性生物陶瓷4.4.3吸收性生物陶瓷4.4.4生物復合材料4.4生物陶瓷及其分類現(xiàn)在是44頁\一共有101頁\編輯于星期三4.4.1惰性生物陶瓷

這類陶瓷長期處于生理環(huán)境中而幾乎不發(fā)生化學變化，即使發(fā)生輕微的化學或力學的降解作用，降解的濃度也相當?shù)牡?，而且在鄰近活組織處易被人體天然而有規(guī)律的機理所控制。主要包括：氧化鋁陶瓷、碳化物陶瓷、氧化鋯、碳素材料應用：外科矯形手術(shù)的假體、心血管裝置等?，F(xiàn)在是45頁\一共有101頁\編輯于星期三(一)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，機械強度較大。惰性生物陶瓷材料缺點：①與骨不發(fā)生化學結(jié)合，長時間后與骨的固定會發(fā)生松弛；②機械強度不高；③楊氏模量過高(380GPa)；④摩擦系數(shù)、磨耗速度較大?，F(xiàn)在是46頁\一共有101頁\編輯于星期三為什么是多孔狀？現(xiàn)在是47頁\一共有101頁\編輯于星期三措施：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。改善：將金屬與氧化鋁復合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，多孔氧化鋁陶瓷的強度隨空隙率的增加而急劇降低。只能用于不負重或負重輕的部位?，F(xiàn)在是48頁\一共有101頁\編輯于星期三(二)碳素材料(玻璃碳材、熱解碳、低溫氣相沉積碳)優(yōu)點：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；生物相容性好，特別是抗凝血性佳，與血細胞中的元素相容性極好，不影響血漿中的蛋白質(zhì)和酶的活性。在人體內(nèi)不發(fā)生反應和溶解，生物親和性良好，耐蝕，對人體組織的力學刺激小。

現(xiàn)在是49頁\一共有101頁\編輯于星期三三種主要類型的碳素材料：1)玻璃碳材：通過加熱預先成型的固態(tài)聚合物使易揮發(fā)組分揮發(fā)掉而制得。玻璃碳制品特點：密度低，耐磨性和化學穩(wěn)定性好，但強度與韌性較低，只能用于力學性能要求不高的場合。現(xiàn)在是50頁\一共有101頁\編輯于星期三2)熱解碳(LTI碳)：將甲烷、丙烷等碳氫化合物通入硫化床中，在1000-2400℃

熱解、沉積而得。沉積層的厚度一般為1mm。

全熱解碳雙葉瓣人工心臟瓣膜彈性模量為20GPa，抗彎強度高達275-620MPa，韌性好，韌性比氧化鋁陶瓷高25倍?，F(xiàn)在是51頁\一共有101頁\編輯于星期三3)低溫氣相沉積碳(ULTI碳)：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，其膜厚一般在1μm左右。特點：高密度和高強度，但僅作為薄的涂層材料使用。UTLI涂層與金屬的結(jié)合強度高，涂層的耐磨性良好，成為制造人工機械心臟瓣膜的理想材料?，F(xiàn)在是52頁\一共有101頁\編輯于星期三心臟起搏器人造骨關(guān)節(jié)現(xiàn)在是53頁\一共有101頁\編輯于星期三4.4.2表面活性生物陶瓷這類生物陶瓷的表面可與生理環(huán)境發(fā)生選擇性的化學反應，所形成的界面能保護移植物并防止降解，它們的化學成分與骨頭等相似，具有良好的化學親和性。特點：生物相容性優(yōu)良，能與骨形成骨性結(jié)合界面，結(jié)合強度高，穩(wěn)定性好，植入骨內(nèi)具有誘導細胞生長的趨勢，逐步參與代謝，甚至完全與生物體骨和齒結(jié)合成一體主要包括：羥基磷灰石陶瓷及生物活性玻璃等磷酸鹽材料?，F(xiàn)在是54頁\一共有101頁\編輯于星期三生物活性陶瓷1、羥基磷灰石：分子式為Ca10(PO4)6(OH)2，簡稱HA。因為HA占人體骨組成的70％-97％，所以修復骨組織HA較金屬和聚合物具有更好的效果：HA植入骨組織后，在體液的作用下，鈣和磷會游離出材料表面，被機體組織所吸收，并能與人體骨骼組織形成化學鍵結(jié)合，生長出新的組織。因此，羥基磷灰石陶瓷是目前公認的具有良好的生物相容性，并具有骨引導性，即生物活性的陶瓷材料?，F(xiàn)在是55頁\一共有101頁\編輯于星期三生物活性陶瓷的突出特點：隨著修復時間的延長，種植體表面形成與骨組織能夠化學鍵結(jié)合的生物羥基磷灰石(HCA)。HCA在化學組成和微觀結(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，具有極好的耐久力和抗疲勞性能，從而在與骨的界面結(jié)合中發(fā)揮作用?；瘜W式(Ca,M)10(PO4,Co3,X)6(OH,F,Cl)2M:Mg,Na,K或Sr,Pb,BaX:HPO42-,SO42-,硼酸鹽等現(xiàn)在是56頁\一共有101頁\編輯于星期三2、生物活性玻璃(生物活性微晶玻璃)：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學鍵結(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。在臨床實踐上，生物玻璃已成功地用于做聽骨、胯骨脊椎及骨的填充物。現(xiàn)在是57頁\一共有101頁\編輯于星期三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，使新生骨與生物活性陶瓷材料直接相連，當骨內(nèi)的磷灰石與種植體表面磷灰石直接接觸時，兩者形成化學鍵，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。現(xiàn)在是58頁\一共有101頁\編輯于星期三HAP制備方法水溶液法pH=8～10pH=8pH=7水熱法200℃現(xiàn)在是59頁\一共有101頁\編輯于星期三固相反應法水蒸氣水蒸氣水蒸氣1000℃1000℃現(xiàn)在是60頁\一共有101頁\編輯于星期三HAP應用人造齒根：成功率＞95%人造頜骨：HAP多孔體人造鼻軟骨皮膚內(nèi)移植骨填充材料牙膏添加劑人工中耳通氣管材料金屬種植體涂層現(xiàn)在是61頁\一共有101頁\編輯于星期三羥基磷灰石生物陶瓷羥基磷灰石涂層鈦基牙種植體是一種安全、方便的聽小骨缺損替代品，適用于因炎癥(如慢性化膿性中耳炎)或外傷等病癥造成聽小骨缺損、畸形的患者作聽小骨置換手術(shù)。HA生物陶瓷聽小骨置換假體現(xiàn)在是62頁\一共有101頁\編輯于星期三必須提高羥基磷灰石陶瓷力學性能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,可用來制備各種硬組織植入材料。然而,目前這類骨植入材料因強度偏低,尤其是脆性太大尚難應用于人體承載部位。現(xiàn)在是63頁\一共有101頁\編輯于星期三金屬增強:Ti、FeCr、Ag、不銹鋼使用高強的第二相進行增韌預燒增韌加入燒結(jié)助劑促進燒結(jié)陶瓷增強：ZrO2、Al2O3，Si3N4高分子增強提高羥基磷灰石陶瓷力學性能的途徑現(xiàn)在是64頁\一共有101頁\編輯于星期三炭材料在生物方面的應用炭在生物化學方面，屬惰性材料。在生物力學上，它能適應許多具體使用的要求，承受一定載荷。它與其它的生物材料相比，特別應當提出的是炭材料的彈性模量與骨匹配良好，對疲勞加載不很敏感。由于炭質(zhì)輕，在人體中具有較優(yōu)良的生理相容性，表面狀態(tài)和材料結(jié)構(gòu)的可設計性，一定程度上能自潤滑，因而是人類器官代用品良好材料之一。

現(xiàn)在是65頁\一共有101頁\編輯于星期三炭材料在生物方面的應用德國馬克斯-普朗克協(xié)會下屬固體研究所與美國、澳大利亞和意大利同行合作研究出人造肌肉纖維，它以近年來倍受人們注目的納米碳管為成份，其伸縮性和靈敏度超過迄今的任何人造材料，這種人造肌肉纖維不僅適用于人體的移植和修復手術(shù)，還可作為未來機器人的運動構(gòu)件，被譽為21世紀醫(yī)學材料。炭材料和微生物關(guān)系的研究，實驗證明，炭纖維固定微生物的能力比其他材料(尼龍、聚乙烯等)高得多?，F(xiàn)在是66頁\一共有101頁\編輯于星期三CNTs作為增強劑所具有的優(yōu)良的力學特性sp2雜化的碳碳鍵是自然界最強的化學鍵之一，強度比其他纖維高200倍，可以經(jīng)受約100萬個大氣壓壓力而不破裂，比類似的纖維高二個數(shù)量級：軸向楊氏模量：200GPa～4000GPa軸向彎曲強度：14GPa軸向壓縮強度：100GPa如此高的模量使其斷裂過程具有一定塑性，不是脆性的；現(xiàn)在是67頁\一共有101頁\編輯于星期三

超高的韌性，理論最大延伸率可達20％,具有很大的回彈性,經(jīng)受彎曲時不會出現(xiàn)斷裂而僅僅其六邊形及圓柱形狀發(fā)生變化；密度僅為鋼的1／6；耐強酸，強堿，在空氣中973K以下基本不氧化，真空中1400oC仍具有熱穩(wěn)定性；現(xiàn)在是68頁\一共有101頁\編輯于星期三原位沉積法制備HAp/CNTs復合粉體Ca2+-s-CNTss-CNTsCa(NO3)2

1%SDSsolution(NH4)2HPO4AmorphousprecipitateEthanolwashinganddryingCNTsHAp/CNTscompositepowdersHydrothermaltreatment現(xiàn)在是69頁\一共有101頁\編輯于星期三原位沉積法制備HAp/CNTs復合粉體水熱處理前后，復合粉體的XRD譜圖現(xiàn)在是70頁\一共有101頁\編輯于星期三水熱處理20h后，復合粉體的TEM形貌短棒狀晶體長約40-60nm直徑約15-25nm現(xiàn)在是71頁\一共有101頁\編輯于星期三熱壓燒結(jié)制備HAp/CNTs復相陶瓷1200℃熱壓燒結(jié)樣品的XRD譜圖

現(xiàn)在是72頁\一共有101頁\編輯于星期三熱壓燒結(jié)樣品斷口SEM照片－

2wt%CNTs/HAp

機械球磨混合復合粉體現(xiàn)在是73頁\一共有101頁\編輯于星期三SDS改性，原位沉積復合粉體KIC=3.66MPa.m1/2

HAp=0.8～1/2

現(xiàn)在是74頁\一共有101頁\編輯于星期三4.4.3可吸收生物陶瓷降解效應——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，該效應稱為降解效應。具有降解效應的陶瓷材料——可吸收生物陶瓷。主要應用：臉部和額部的骨修復，填補牙周的空洞，還可作為藥物的載體?！锝到獠牧现饕ǎ毫蛩徕}、磷酸三鈣、各種鈣磷酸鹽。吸收性生物陶瓷的特點：其溶解作用可由正常的新陳代謝過程控制。能在合適的時間內(nèi)完成特定的功能要求。其吸收過程不會顯著地妨礙被正常的健康組織所取代的過程?，F(xiàn)在是75頁\一共有101頁\編輯于星期三石膏石膏的相容性雖好，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。β-TCP移植后手術(shù)后8年β-磷酸三鈣化學式為Ca3(PO4)2，簡稱β-TCP。現(xiàn)在是76頁\一共有101頁\編輯于星期三β-TCP的降解過程一般主要分為以下幾個方面:①材料的晶界被侵蝕，使其變成粒子被吸收。②材料天然溶解形成新的表面相。③新陳代謝的因素，如吞噬細胞的作用，導致材料的降解吸收。現(xiàn)在是77頁\一共有101頁\編輯于星期三這類材料的優(yōu)點為：生物相容性好，機械強度高，不發(fā)生排斥作用、高可靠性、高功能性等。包括：生物陶瓷在金屬上的涂層、碳在金屬或高分子物質(zhì)上的涂層及各種復合材料。4.4.4生物復合材料現(xiàn)在是78頁\一共有101頁\編輯于星期三可治療癌癥的生物陶瓷

如：由LiFe3O5和a-Fe2O3與Al2O5-SiO2-P2O5玻璃體復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β射線的生物陶瓷也可用于治療癌癥。如：Al2O5-SiO2-P2O5玻璃體復合材料，可以

被激發(fā)或發(fā)射β射線。現(xiàn)在是79頁\一共有101頁\編輯于星期三各種生物陶瓷在臨床上的應用：1)能承受負載的矯形材料，用在骨科、牙科及頜面上如：Al2O3陶瓷、穩(wěn)定ZrO2陶瓷、具有生物活性的表面涂層(生物微晶玻璃、生物活性玻璃)的相應材料等

2)種植齒、牙齒增高如：Al2O3陶瓷、氟聚合物／金屬基復合材料、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3)耳鼻喉代用材料如：Al2O3陶瓷、生物活性玻璃及生物活性微晶玻璃、磷酸鹽陶瓷4)人工肌腱和韌帶

如：PLA-碳纖維復合材料現(xiàn)在是80頁\一共有101頁\編輯于星期三5)人工心臟瓣膜如：熱解碳涂層(抗凝血，摩擦系數(shù)小)6)可供組織長人的涂層(心血管、矯形、牙、額面修復)如：多孔Al2O3陶瓷7)骨的充填料

如：磷酸鈣及磷酸鈣鹽粉末或顆粒8)脊椎外科

如：生物活性玻璃或生物活性玻璃陶瓷9)義眼

如：生物玻璃、多孔羥基磷灰石現(xiàn)在是81頁\一共有101頁\編輯于星期三人工髖關(guān)節(jié)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

，使其耐磨性較金屬與金屬的配合強10倍。現(xiàn)在是82頁\一共有101頁\編輯于星期三應用：人工關(guān)節(jié)表面生物涂層特點:自1998年始，上海硅酸鹽所對人工髖關(guān)節(jié)用真空等離子噴涂鈦和羥基磷灰石涂層進行研制，現(xiàn)已進入涂層生產(chǎn)階段。科技成果獲國家發(fā)明三等獎、上海市科學進步二等獎。真空等離子噴涂鈦和羥基磷灰石涂層的主要性能指標達國際先進水平。2003年至今已完成人工髖臼、股骨柄涂層10000余件供臨床應用，社會和經(jīng)濟效益均比較顯著。人工關(guān)節(jié)生物涂層現(xiàn)在是83頁\一共有101頁\編輯于星期三應用：人工牙表面生物涂層特點：上海硅酸鹽研究所從八十年代末開始研究鈦合金噴涂生物活性玻璃人工齒根，經(jīng)過多年研究開發(fā)出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的工藝和配方并制備出性能優(yōu)良的生物活性玻璃涂層人工牙根,并與上海市第六人民醫(yī)院等單位合作開展臨床實驗，共進行了近500例臨床植入實驗，取得了良好的結(jié)果。生物活性玻璃涂層人工牙根現(xiàn)在是84頁\一共有101頁\編輯于星期三納米生物材料“納米蜜蜂”，這個“小蜜蜂”能背著“蜂毒肽”炸藥包直達患處從而將癌細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航和識別癌細胞作用的蛋白質(zhì)聚乙二醇現(xiàn)在是85頁\一共有101頁\編輯于星期三納米生物材料—靶向藥物載體現(xiàn)在是86頁\一共有101頁\編輯于星期三過程工程所制備出納米晶自組裝體抗癌藥物載體碳酸鈣納米晶自組裝體現(xiàn)在是87頁\一共有101頁\編輯于星期三納米生物材料----磁性熒光復合材料Yu,S.-Y.;Zhang,H.-J.;Yu,J.-B.;Wang,C.;Sun,L.-N.;Shi,W.-D.Langmuir

2007,23,7836.

現(xiàn)在是88頁\一共有101頁\編輯于星期三TheendThankyou!!現(xiàn)在是89頁\一共有101頁\編輯于星期三復習題：什么是超導材料？它有哪些基本特性？超導材料的主要應用有哪些？什么是高溫超導陶瓷？畫出并說明其Hc-Tc曲線.什么是介電、鐵電、壓電、熱釋電陶瓷？他們的性質(zhì)、原理、應用導電陶瓷本征半導體、雜質(zhì)半導體，pn結(jié)什么是PTC、NTC、CTR半導體陶瓷？畫出其電阻隨溫