生物醫(yī)學(xué)材料-課件

第七章生物醫(yī)學(xué)材料第七章生物醫(yī)學(xué)材料1本章內(nèi)容生物醫(yī)學(xué)材料的用途、基本特性及分類12３金屬生物醫(yī)學(xué)材料生物醫(yī)用材料市場(chǎng)發(fā)展概況生物醫(yī)用高分子材料4組織工程用生物材料5生物材料的制備6陶瓷生物醫(yī)學(xué)材料7本章內(nèi)容生物醫(yī)學(xué)材料的用途、基本特性及分類12３金屬生物醫(yī)學(xué)2生物醫(yī)學(xué)材料的用途、基本特性及分類第一節(jié)第一節(jié)3生物醫(yī)學(xué)材料-課件4生物醫(yī)學(xué)材料-課件5人造牙齒第一節(jié)生物醫(yī)學(xué)材料的用途、基本特性及分類人造牙齒第一節(jié)生物醫(yī)學(xué)材料的用途、基6人造血管第一節(jié)生物醫(yī)學(xué)材料的用途、基本特性及分類人造血管第一節(jié)生物醫(yī)學(xué)材料的用途、基7人工心臟瓣膜第一節(jié)生物醫(yī)學(xué)材料的用途、基本特性及分類人工心臟瓣膜第一節(jié)生物醫(yī)學(xué)材料的用途、基8心臟起搏器第一節(jié)生物醫(yī)學(xué)材料的用途、基本特性及分類心臟起搏器第一節(jié)生物醫(yī)學(xué)材料的用途、基9生物醫(yī)學(xué)材料的研究?jī)?nèi)容生物體生理環(huán)境、組織內(nèi)容、器官生理功能及其替代方法。具有特種生理功能的生物醫(yī)學(xué)材料的合成、改性、加工成型以及材料的特種生理功能與其結(jié)構(gòu)關(guān)系。材料與生物體的細(xì)胞、組織、血液、體液、免疫、內(nèi)分泌等生理系統(tǒng)的相互作用以及養(yǎng)活材料毒副作用的對(duì)策。材料滅菌、消毒、醫(yī)用安全性評(píng)價(jià)方法與標(biāo)準(zhǔn)以及醫(yī)用材料與制品生產(chǎn)管理與國(guó)家管理法規(guī)。第一節(jié)生物醫(yī)學(xué)材料的用途、基本特性及分類生物醫(yī)學(xué)材料的研究?jī)?nèi)容生物體生理環(huán)境、組織內(nèi)容、器官生理功能10生物醫(yī)學(xué)材料的分類按化學(xué)組成和來源分類無機(jī)醫(yī)用生物材料天然醫(yī)用生物材料合成高分子醫(yī)用生物材料復(fù)合醫(yī)用生物材料第一節(jié)生物醫(yī)學(xué)材料的用途、基本特性及分類生物醫(yī)學(xué)材料的分類按化學(xué)組成和來源分類無機(jī)醫(yī)用生物材料第一節(jié)11按用途分類醫(yī)療用生物材料醫(yī)用生物材料藥用生物材料第一節(jié)生物醫(yī)學(xué)材料的用途、基本特性及分類生物醫(yī)學(xué)材料的分類用在人體上以醫(yī)療為目的與人體不接觸或短暫接觸的材料。如：一次性注射器、導(dǎo)液管等。長(zhǎng)期與人體接觸的材料。如：人工臟器、人造血漿、醫(yī)用粘合劑等。在藥物制劑加工中添加的除五藥以外的非治療性物質(zhì)，即藥用輔料。按用途分類醫(yī)療用生物材料第一節(jié)生物醫(yī)學(xué)材料的用途、基本特12按在人體中的應(yīng)用部位分類硬組織材料軟組織材料心血管材料血液代用材料分離透析材料第一節(jié)生物醫(yī)學(xué)材料的用途、基本特性及分類生物醫(yī)學(xué)材料的分類按在人體中的硬組織材料第一節(jié)生物醫(yī)學(xué)材料的用途、基本13按使用要求分類非植入性材料植入性材料血液接觸性材料降解、吸收性材料第一節(jié)生物醫(yī)學(xué)材料的用途、基本特性及分類生物醫(yī)學(xué)材料的分類按使用要求分類非植入性材料第一節(jié)生物醫(yī)學(xué)材料的用途、14第一節(jié)生物醫(yī)學(xué)材料的用途、基

本特性及分類生物醫(yī)學(xué)材料基本要求化學(xué)穩(wěn)定性其它要求生物相容性力學(xué)條件第一節(jié)生物醫(yī)學(xué)材料的用途、基

本特性及分類生物醫(yī)學(xué)材料基15生物醫(yī)學(xué)材料基本要求--生物相容性血液相容性：無溶血、凝血反應(yīng)等組織相容性：對(duì)人體無毒、無刺激、無致畸、致敏、致突變或致癌作用；在體內(nèi)不被排斥，無炎癥，無壞死，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(yīng)，最好能與骨形成化學(xué)結(jié)合，具有生物活性；生物降解吸收性：材料在活體環(huán)境中可發(fā)生速度能控制的降解，并能在一定時(shí)間內(nèi)自行吸收代謝或排泄。這類材料用于只需要暫時(shí)存在體內(nèi)最終應(yīng)降解消失的醫(yī)療中，吸收型縫合線，藥物緩釋基材料，人造血漿等。第一節(jié)生物醫(yī)學(xué)材料的用途、基本特性及分類生物醫(yī)學(xué)材料基本要求--生物相容性血液相容性：無溶血、凝血16生物醫(yī)學(xué)材料基本要求

----化學(xué)穩(wěn)定性耐體液侵蝕，不產(chǎn)生有害降解產(chǎn)物；不產(chǎn)生吸水膨潤(rùn)、軟化變質(zhì)；自身不變化。第一節(jié)生物醫(yī)學(xué)材料的用途、基本特性及分類生物醫(yī)學(xué)材料基本要求

17生物醫(yī)學(xué)材料基本要求

-----力學(xué)條件

足夠的靜態(tài)強(qiáng)度，如抗彎、抗壓、拉伸、剪切等；具有適當(dāng)?shù)膹椥阅Ａ亢陀捕龋荒推?、摩擦、磨損、有潤(rùn)滑性能。第一節(jié)生物醫(yī)學(xué)材料的用途、基本特性及分類生物醫(yī)學(xué)材料基本要求

18生物醫(yī)學(xué)材料基本要求

------其它要求良好的空隙度，體液及軟硬組織易于長(zhǎng)入；易加工成形，使用操作方便；熱穩(wěn)定好，高溫消毒不變質(zhì)等性能。第一節(jié)生物醫(yī)學(xué)材料的用途、基本特性及分類生物醫(yī)學(xué)材料基本要求

19金屬生物醫(yī)學(xué)材料第二節(jié)金屬生物醫(yī)學(xué)材料第二節(jié)20金屬生物醫(yī)學(xué)材料它們主要用于骨和牙等硬組織修復(fù)和替換，心血管和軟組織修復(fù)以及人工器官制造中的結(jié)構(gòu)元件。金屬生物醫(yī)用材料必須是一類生物惰性材料，應(yīng)具有:

良好的力學(xué)性能及相關(guān)的物理性質(zhì)

優(yōu)良的抗生理腐蝕性

優(yōu)良的組織相容性已應(yīng)用于臨床的醫(yī)用金屬材料主要有:

不銹鋼、鈷基合金和鈦基合金等三大類。第二節(jié)金屬生物醫(yī)學(xué)材料金屬生物醫(yī)學(xué)材料它們主要用于骨和牙等硬組織修復(fù)和替換，心血管21不銹鋼依其顯微組織的特點(diǎn)可分為:奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、沉淀硬化不銹鋼等類型※耐蝕性隨含碳量的降低和含鉻量的增加而提高；※提高含碳量，形成馬氏體組織，有利于提高硬度；※目前主要用于醫(yī)療器械。鐵素體和馬氏體不銹鋼主要成分是Fe、Cr、C第二節(jié)金屬生物醫(yī)學(xué)材料不銹鋼依其顯微組織的特點(diǎn)可分為:奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、22骨科：各種人工關(guān)節(jié)和骨折內(nèi)固定器；口腔科：鑲牙、矯正和牙根種植等各種器件;心血管科：傳感器的外殼與導(dǎo)線、介入性治療導(dǎo)絲與血管內(nèi)支架等。奧氏體不銹鋼較好的耐蝕性；具有高的塑性，易于加工變形制成各種形狀，無磁性，韌性好；較好的生物相容性和綜合力學(xué)性能，得到廣泛應(yīng)用。性能第二節(jié)金屬生物醫(yī)學(xué)材料骨科：各種人工關(guān)節(jié)和骨折內(nèi)固定器；奧氏體不銹鋼較好的耐蝕性；23第二節(jié)金屬生物醫(yī)學(xué)材料不銹鋼的應(yīng)用醫(yī)用不銹鋼鑷子醫(yī)用不銹鋼針頭第二節(jié)金屬生物醫(yī)學(xué)材料不銹鋼的應(yīng)用醫(yī)用不銹鋼鑷子醫(yī)用不銹鋼24鈷基合金20世紀(jì)70年代20世紀(jì)60年代20世紀(jì)50年代20世紀(jì)30年代研制出鍛造鈷鉻鉬鎢鐵合金和MP35N鈷鉻鉬鎳合金，并在臨床中得到應(yīng)用研制出鍛造鈷鉻鎢鎳合金和鍛造鈷鉻鉬合金，并應(yīng)用于臨床成功地制成人工髖關(guān)節(jié)用于制作接骨板、骨釘?shù)裙潭ㄆ餍怠虮炔讳P鋼耐蝕性好◎耐磨性是所有醫(yī)用金屬材料中最好的◎植入人體時(shí)不產(chǎn)生明顯的組織反應(yīng)第二節(jié)金屬生物醫(yī)學(xué)材料鈷基合金20世紀(jì)70年代20世紀(jì)60年代20世紀(jì)50年代2025第二節(jié)金屬生物醫(yī)學(xué)材料鈷基合金應(yīng)用整形外科：用于制造人工髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)以及接骨板、骨釘、關(guān)節(jié)扣釘?shù)刃呐K外科：用于制造人工心臟瓣膜等

接骨板人工髖關(guān)節(jié)第二節(jié)金屬生物醫(yī)學(xué)材料鈷基合金應(yīng)用整形外科：用于制造人工髖26鈦基合金Ti密度小，比強(qiáng)度（強(qiáng)度／密度之比）高，是不銹鋼的3.5倍；Ti與氧反應(yīng)形成的氧化膜致密穩(wěn)定，有很好的鈍化作用，因此，Ti合金具有很強(qiáng)的耐蝕性；對(duì)人體毒性小，密度小，彈性模量接近于天然骨，純鈦與鈦合金植入物很少與周圍組織反應(yīng)，采用鈦基合金則有利于進(jìn)一步提高植入金屬材料的性能。各種人工關(guān)節(jié)，接骨板，牙根種植體，牙床，人工心臟瓣膜，頭蓋骨修復(fù)等應(yīng)用第二節(jié)金屬生物醫(yī)學(xué)材料鈦基合金Ti密度小，比強(qiáng)度（強(qiáng)度／密度之比）高，是不銹鋼的27人造髖關(guān)節(jié)的頭桿部分從股骨上端插進(jìn)金屬桿，桿頭有一個(gè)金屬頭，它嵌在粘于髖骨窩中的一個(gè)塑料臼中。人造髖關(guān)節(jié)的頭桿部分28生物醫(yī)學(xué)材料-課件29生物醫(yī)學(xué)材料-課件30人工關(guān)節(jié)感染示意圖肉芽和膿液人工關(guān)節(jié)骨水泥人工關(guān)節(jié)感染示意圖肉芽和膿液人工關(guān)節(jié)骨水泥31第二節(jié)金屬生物醫(yī)學(xué)材料銀汞合金主要成分:銀、錫、銅、鉛第二節(jié)金屬生物醫(yī)學(xué)材料銀汞合金32固定骨頭的螺絲和夾板第二節(jié)金屬生物醫(yī)學(xué)材料固定骨頭的螺絲和夾板第二節(jié)金屬生物醫(yī)學(xué)材料33陶瓷生物醫(yī)學(xué)材料第三節(jié)陶瓷生物醫(yī)學(xué)材料第三節(jié)34陶瓷是經(jīng)高溫處理工藝所制成的無機(jī)非金屬材料

生物陶瓷結(jié)構(gòu)中包含著鍵結(jié)合力很大的離子鍵和共價(jià)鍵，所以它不僅具有良好的機(jī)械強(qiáng)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，耐磨性能好，不易產(chǎn)生疲勞現(xiàn)象；陶瓷成形容易，可以根據(jù)使用要求，制成各種形態(tài)和尺寸；隨著加工裝備及技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在陶瓷的切削、研磨、拋光等已是成熟的工藝。第三節(jié)陶瓷生物醫(yī)學(xué)材料陶瓷是經(jīng)高溫處理工藝所制成的無機(jī)非金屬材料生物陶瓷結(jié)構(gòu)中包35

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(xué)性能穩(wěn)定，耐侵蝕化學(xué)性能穩(wěn)定，耐侵蝕，不易氧化、水解耐熱性較好，耐熱沖擊受熱易變形，易老化熱穩(wěn)定性好，耐熱沖擊強(qiáng)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(rùn)滑性能加工及成形性能非常好，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，無延展性第三節(jié)陶瓷生物醫(yī)學(xué)材料各類生物材料比較材料特性金屬高分子陶瓷生物不太好較好很好36根據(jù)生物陶瓷材料與生物體組織的關(guān)系，可以把它們分為三類：惰性生物陶瓷這種生物陶瓷在生物體內(nèi)與組織幾乎不發(fā)生反應(yīng)或反應(yīng)很小，例如氧化鋁陶瓷和藍(lán)寶石、碳、氧化鋯陶瓷、氮化硅陶瓷等；活性生物陶瓷在生理環(huán)境下與組織界面發(fā)生作用，形成化學(xué)鍵結(jié)合，系骨性結(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；可被吸收生物降解陶瓷這類陶瓷在生物體內(nèi)可被逐漸降解，被骨組織吸收，是一種骨的重建材料，例如磷酸三鈣等。第三節(jié)陶瓷生物醫(yī)學(xué)材料根據(jù)生物陶瓷材料與生物體組織的關(guān)系，可以把它們分為三類：惰性37各種生物陶瓷在臨床上的應(yīng)用人工肌鍵和韌帶種植齒、牙齒增高Al2O3陶瓷、生物活性玻璃及生物活性微晶玻璃、磷酸鹽陶瓷PLA-碳纖維復(fù)合材料Al2O3陶瓷、氟聚合物/金屬基復(fù)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Al2O3陶瓷、穩(wěn)定ZrO2陶瓷、具有生物活性的表面涂層的相應(yīng)材料等耳鼻喉代用材料能承受負(fù)載的矯形材料，用在骨科、牙科及頜面上第三節(jié)陶瓷生物醫(yī)學(xué)材料聚乳酸各種生物陶瓷在臨床上的應(yīng)用人工肌鍵和韌帶種植齒、牙齒增高Al38生物玻璃、羥基磷灰石高凝血，摩擦系數(shù)小多用Al2O3陶瓷人工心臟瓣膜可供組織長(zhǎng)入的涂層（心血管、矯形、牙修復(fù)）骨的充填料磷酸鈣及磷酸鈣鹽粉末或顆粒脊椎外科生物活性玻璃或生物活性玻璃陶瓷眼各種生物陶瓷在臨床上的應(yīng)用第三節(jié)陶瓷生物醫(yī)學(xué)材料生物玻璃、羥基磷灰石高凝血，摩擦系數(shù)小多用Al2O3陶瓷人工39惰性生物材料——氧化鋁陶瓷視制造方法的不同，用于生物醫(yī)學(xué)的氧化鋁分為:單晶氧化鋁、多晶氧化鋁和多孔氧化鋁三種；就多晶氧化鋁而言，只有高純度（>99.5%）、高密度（≥3.90g/cm3)、晶粒細(xì)小且均勻（平均晶粒尺寸<7μm)的氧化鋁陶瓷才能顯示出Al2O3作為生物陶瓷的優(yōu)越性，即優(yōu)良的生物相容性、摩擦系數(shù)小、耐磨損、抗疲勞、耐腐蝕等特性；同多晶氧化鋁陶瓷相比，單晶氧化鋁陶瓷的力學(xué)性能更為突出，單晶氧化鋁在C軸方向具有相當(dāng)高的抗彎強(qiáng)度（1300MPa），因而臨床上應(yīng)用于負(fù)重大、耐磨要求高的部位，但其加工比較困難。第三節(jié)陶瓷生物醫(yī)學(xué)材料惰性生物材料——氧化鋁陶瓷視制造方法的不同，用于生物醫(yī)學(xué)的氧40采用多孔氧化鋁則可較好的解決氧化鋁陶瓷與骨頭結(jié)合不好的問題，把氧化鋁陶瓷制成多孔形態(tài)，使骨組織長(zhǎng)入其孔隙而使植入體固定，保證了植入物與骨頭的良好結(jié)合。但這樣會(huì)降低陶瓷的機(jī)械強(qiáng)度，多孔氧化鋁陶瓷的強(qiáng)度隨空隙率的增加而急劇降低。因此，只能用于不負(fù)重或負(fù)重輕的部位；為改善多孔氧化鋁陶瓷植入體的強(qiáng)度，可采用將金屬與氧化鋁復(fù)合的方法，在金屬表面形成多孔性氧化鋁薄層，這種復(fù)合材料既能保證強(qiáng)度、又能形成多孔性。氧化鋁的幾個(gè)問題：1、與骨不發(fā)生化學(xué)結(jié)合，時(shí)間一長(zhǎng)，與骨的固定會(huì)發(fā)生松馳；2、機(jī)械強(qiáng)度不十分高；等等…第三節(jié)陶瓷生物醫(yī)學(xué)材料采用多孔氧化鋁則可較好的解決氧化鋁陶瓷與骨頭結(jié)合不好的問題，41碳素材料碳素材料質(zhì)輕而且具有良好的潤(rùn)滑性和抗疲勞特性，彈性模量與致密度與人骨的大致相同；碳材料的生物相容性好，特別是抗凝血性佳，與血細(xì)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；碳素材料在人體內(nèi)不發(fā)生反應(yīng)和溶解，生物親和良好，耐蝕，對(duì)人體組織的力學(xué)刺激小。碳材料在1967年被開發(fā)并用做生物材料第三節(jié)陶瓷生物醫(yī)學(xué)材料碳素材料碳素材料質(zhì)輕而且具有良好的潤(rùn)滑性和抗疲勞特性，彈性模42根據(jù)不同的生產(chǎn)工藝，可得到不同結(jié)構(gòu)的碳素材料，主要的類型有三種：玻璃碳材料通過加熱預(yù)先成型的因態(tài)聚合物使易揮發(fā)組分揮發(fā)掉而制得。材料的斷面厚度一般小于7mm；將甲烷、丙烷等碳?xì)浠衔锿ㄈ肓蚧仓?，?000~2400℃熱解、沉淀而得。沉積層的厚度一般為1mm；熱解碳（LTI碳）用電弧等離子體濺射或電子束加熱碳源而制取的各向同性的碳薄膜，其膜厚度一般在1μm左右低溫氣相沉積碳根據(jù)不同的生產(chǎn)工藝，可得到不同結(jié)構(gòu)的碳素材料，主要的類型有三43碳素材料是用于心血管系統(tǒng)修復(fù)的理想材料，至今世界上已有近百萬患者植入了LTI碳材的人工心臟瓣膜。碳纖維與聚合物相復(fù)合的材料可用于制作人工肌鍵、人工韌帶、人工食道等；玻璃碳、熱解碳可用于制作人工牙根和人工骨等。碳素材料是用于心血管系統(tǒng)修復(fù)的理想材料，缺點(diǎn)是機(jī)體內(nèi)長(zhǎng)期存在會(huì)發(fā)生碳離子擴(kuò)散，對(duì)周圍組織造成染色，但尚未發(fā)現(xiàn)由此引發(fā)的對(duì)機(jī)體的不良影響。應(yīng)用碳素材料是用于心血管系統(tǒng)修復(fù)的理想材料，至今世界上已有近百萬44可吸收生物陶瓷一種暫時(shí)性骨代替材料，植入人體后材料逐漸被吸收，同時(shí)新生骨逐漸長(zhǎng)入而替代之，這種效應(yīng)稱之為降解效應(yīng)，具有降解效應(yīng)的陶瓷材料稱為可吸收生物陶瓷；主要應(yīng)用為臉部和額部的骨缺損、填補(bǔ)牙周的空洞，還可作為藥物的載體；最早應(yīng)用的生物降解材料是石膏，石膏的相容性雖好，但吸收速度太快，通常在新骨未長(zhǎng)成就消耗殆盡而造成塌陷?？晌丈锾沾梢环N暫時(shí)性骨代替材料，植入人體后材料逐漸被吸收45生物活性陶瓷包括各種生物活性玻璃及羥基磷灰石等磷酸鹽材料；羥基磷灰石（Ca10(PO4)6(OH)2）簡(jiǎn)稱HA，因?yàn)镠A占人體骨組成的70-97%，所以修復(fù)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，通過外延生長(zhǎng)和骨產(chǎn)生牢固的化學(xué)鍵結(jié)合，即骨性結(jié)合；在生物體中，與骨組織形成緊密的化學(xué)鍵結(jié)合層，這種鍵結(jié)合層能阻擋種植體材料被腐蝕，具有極好的耐久力抗疲勞性能。第三節(jié)陶瓷生物醫(yī)學(xué)材料生物活性陶瓷包括各種生物活性玻璃及羥基磷灰石等磷酸鹽材料；第46生物活性玻璃陶瓷又稱為生物活性微晶玻璃，這是一類含有磷灰石微晶相的陶瓷材料；這類材料能與自然骨形成化學(xué)鍵結(jié)合；生物活性玻璃陶瓷的制備工藝較簡(jiǎn)單，首先是通過混料和熔化得到均質(zhì)玻璃熔體，然后根據(jù)對(duì)制品性能的要求選擇不同的成型方式制成植入體，如澆注成型法、粉末燒結(jié)法；在臨床實(shí)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；磷灰石層與骨的結(jié)合，是生物活性材料的本質(zhì)。第三節(jié)陶瓷生物醫(yī)學(xué)材料生物活性玻璃陶瓷又稱為生物活性微晶玻璃，這是一類含有磷灰石微47可治療癌癥的生物陶瓷例如:由LiFe3O5和α-Fe2O3與Al2O3-SiO2-P2O5玻璃體復(fù)合材料制得的高密度玻璃具有熱磁性。將上述玻璃微珠注射在腫瘤的周圍，并置于頻率10kHz、磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)500Oe的交變磁場(chǎng)中，通過磁滯損失，使腫瘤部位加熱到43℃以上，達(dá)到有效治療癌癥，并且骨組織的功能和形狀均得到恢復(fù)。生物陶瓷不僅可用來替代損傷的組織，還可以通過原位殺死癌細(xì)胞，消除被損傷的組織使其康復(fù)，而不必切除受損害的組織；生物陶瓷的生物相容性與鐵磁性，可作為治療癌的熱源.第三節(jié)陶瓷生物醫(yī)學(xué)材料可治療癌癥的生物陶瓷例如:由LiFe3O5和α-Fe2O48生物醫(yī)用高分子材料第四節(jié)生物醫(yī)用高分子材料第四節(jié)49

指用于生物體或治療過程的高分子材料按來源可分為：天然高分子材料和人工合成高分子材料強(qiáng)度與硬度較低，可作為軟組織替代物；不發(fā)生生理腐蝕；制作上易于成型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)可能會(huì)因體液或血液中的多種離子、蛋白質(zhì)和酶的作用而導(dǎo)致聚合物斷鏈、降解；耐磨損、蠕變等性能也不如金屬材料。第四節(jié)生物醫(yī)用高分子材料

指用于生物體或治療按來源可分為：天然高分子材料和人工合成高50藥物的控制釋放體系藥物釋放體系（DDS-Drugdeliverysystem)

在固定的時(shí)間內(nèi)，按照預(yù)定的方向向體內(nèi)或體內(nèi)某部位釋放藥物，并且在一段時(shí)間內(nèi)使藥物的濃度維持在一定的水平.第四節(jié)生物醫(yī)用高分子材料藥物的控制釋放體系藥物釋放體系（DDS-Drugdeliv51儲(chǔ)存器型DDS：將藥物微粒包裹在高分子膜材里，藥物微粒的大小可根據(jù)使用目的調(diào)整，粒徑可從微米到納米；基材型DDS：將藥物包埋于高分子基材中，此時(shí)藥物的釋放速率和釋放分布可通過基材的形狀、藥物在基材中的分布以及高分子材料的化學(xué)、物理和生物學(xué)特性控制。藥物釋放的類型第四節(jié)生物醫(yī)用高分子材料儲(chǔ)存器型DDS：將藥物微粒包裹在高分子膜材里，藥物微粒的大小52生物醫(yī)學(xué)材料-課件53用于藥物釋放體系的高分子材料常見的水凝膠有聚甲基丙烯酸羥乙酯、聚乙烯醇、聚環(huán)氧乙烷或聚乙二醇等合成材料及一些天然水凝膠；水凝膠的生物相容性好，孔隙分布可控；通常天然高分子（多糖和蛋白質(zhì)）可為酶或微生物降解，而合成高分子的降解是由可水解鍵的斷裂而進(jìn)行的；不同的可生物降解聚合物的降解速度不同，因此，可方便的控制藥物釋放的時(shí)間。常用的有：水凝膠、生物降解聚合物、脂質(zhì)體等第四節(jié)生物醫(yī)用高分子材料用于藥物釋放體系的高分子材料常見的水凝膠有聚甲基丙烯酸羥乙酯54控制釋放的生物活性物質(zhì)半衰期短、毒副作用大的藥物蛋白質(zhì)和多肽藥物基因和疫苗……第四節(jié)生物醫(yī)用高分子材料控制釋放的生物活性物質(zhì)半衰期短、毒副作用大的藥物第四節(jié)生物55控釋藥物的劑型與技術(shù)口服注射制劑植入制劑噴霧劑經(jīng)皮給藥粘膜貼劑……緩釋技術(shù)靶向技術(shù)納米技術(shù)智能控制釋放……第四節(jié)生物醫(yī)用高分子材料控釋藥物的劑型與技術(shù)口服緩釋技術(shù)第四節(jié)生物醫(yī)用高分子材料56用于人工器官和植入體的高分子材料在醫(yī)學(xué)上高分子材料不僅被用來修復(fù)人體損傷的組織和器官，恢復(fù)其功能，而且還可以用來制作人工器官來取代全部或部分功能；用醫(yī)用高分子材料制成的人工心臟可在一定時(shí)間內(nèi)代替自然心臟的功能，成為心臟移植前的一項(xiàng)過渡措施；人工腎可維持腎病患者幾十年的生命；用有機(jī)玻璃修補(bǔ)損傷的顱骨已得到廣泛采用；用高分子材料制的隱形眼鏡片，既矯正了視力又美觀方便。應(yīng)用第四節(jié)生物醫(yī)用高分子材料用于人工器官和植入體的高分子材料在醫(yī)學(xué)上高分子材料不僅被用來57用途材料用途材料肝臟賽璐珞、PHEMA心臟嵌段聚醚氨酯彈性體、硅橡膠肺硅橡膠、聚丙烯空心纖維人工紅血球全氟烴胰臟丙烯酸酯共聚物膽管硅橡膠腎臟鈾氨法等再生纖維素、醋酸纖維素、聚丙烯腈等關(guān)節(jié)、骨超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯、尼龍、硅橡膠腸胃片段硅氧烷類皮膚火棉膠、涂有聚硅酮的尼龍織物、聚酯人工血漿羥乙基淀粉、聚乙烯吡咯酮血管聚酯纖維、聚四氟乙烯、SPEU角膜PMMA、PHEMA、硅橡膠耳及耳膜等硅橡膠、丙烯酸基有機(jī)玻璃、聚乙烯玻璃體硅油（PVC、聚亞胺酯）喉頭聚四氟乙烯、聚硅酮、聚乙烯氣管聚四氟乙烯、聚硅酮、聚乙烯、聚酯纖維面部修復(fù)丙烯酸基有機(jī)玻璃食道聚硅酮、聚氯乙烯（PVC）鼻硅橡膠、聚乙烯乳房硅聚酮腹膜聚硅酮、聚乙烯、聚酯纖維尿道硅橡膠、聚酯纖維縫合線聚亞胺酯醫(yī)學(xué)上應(yīng)用的部分高分子材料用途材料用途材58人工關(guān)節(jié)例如：德國(guó)產(chǎn)品UHMWPE材料ISO5834-2ASTMF648可用為人工關(guān)節(jié)、人工骨骼植入人體極低的能耗……第四節(jié)生物醫(yī)用高分子材料人工關(guān)節(jié)例如：ISO5834-2第四節(jié)生物醫(yī)用高分子材料59人工股骨下部人工膝蓋骨人工脛骨上部臨床應(yīng)用

關(guān)節(jié)炎外傷及腫瘤股骨、脛骨、膝蓋骨完整的膝蓋造形術(shù)人工股骨下部人工人工脛骨上部臨床應(yīng)用完整的膝蓋造形術(shù)60人工股骨頭和頸人工髖臼（即關(guān)節(jié)窩、吸盤）人工髖關(guān)節(jié)植入是骨外科及整型外科應(yīng)用中最成功的范例之一，其數(shù)量驚人。全臀關(guān)節(jié)造形術(shù)全臀關(guān)節(jié)造形包括：股骨、吸盤、軸人工髖臼（即關(guān)節(jié)窩、吸盤）人工髖關(guān)節(jié)植入是骨外科及整型外61肩關(guān)節(jié)植入已開展多年，但其市場(chǎng)規(guī)模的發(fā)展不如膝關(guān)節(jié)和臀關(guān)節(jié)快肩關(guān)節(jié)造形術(shù)肩關(guān)節(jié)植入已開展多年，但其市場(chǎng)規(guī)模的發(fā)展不如膝關(guān)節(jié)和臀關(guān)節(jié)快62脊椎骨Thespinegivesthebodystructureandsupportandprotectsthespinalcord.Itisaffectedbyavarietyofpathologieswithacorrespondinghostoftreatmentscervicalthoraciclumbarsacropelvic脊椎骨Thespinegivesthebodyst63目前脊椎固定技術(shù)Newdevices,implantablefromavarietyofapproaches(anterior,posterior,lateral,oblique),continuetoemerge,makingspineoneofthefastestgrowingsegmentsFUSIONIMPLANTS

Lateralviewoftotaldiscreplacement(metal,polymer)Posteriorviewofposteriordynamicnon-fusionsystem(metal,polymer)Axialviewofinterbodyfusionspacerplacement(metal,polymer,bone)Posteriorviewofmetallicfusionhardware(screws,hooks,plates,rods)Posterior(rotated)viewoffacetreplacementdevice(metal)NON-FUSIONIMPLANTS

Lateralviewoffusionconstructwithinterbodyspacers&posteriorhardware目前脊椎固定技術(shù)Newdevices,implantab64IMNailSystemHipFractureCompressionPlateBonefragmentplate骨架固定IMNailSystemHipFractureCom65珊瑚骨修復(fù)材料第四節(jié)生物醫(yī)用高分子材料珊瑚骨修復(fù)材料第四節(jié)生物醫(yī)用高分子材料66組織工程用生物材料

組織和器官損傷或缺陷常規(guī)治療移植(人或異種移植)外科修復(fù)人工假體、機(jī)械裝置第五節(jié)

組織工程用生物材料組織和器官損傷或缺陷常規(guī)治療第五67組織工程的方法以天然、合成或半合成的組織器官進(jìn)行模仿，賦予其功能。第五節(jié)組織工程用生物材料組織工程的方法以天然、合成或半合成的組織第五節(jié)組織工程用68組織工程相關(guān)材料與技術(shù)材料技術(shù)人工細(xì)胞外基質(zhì)大量細(xì)胞分離、培養(yǎng)、保存技術(shù)細(xì)胞生長(zhǎng)因子釋放載體細(xì)胞共培養(yǎng)或分化技術(shù)免疫隔離膜材（水凝膠）細(xì)胞生長(zhǎng)因子生產(chǎn)技術(shù)確?？臻g用膜控制釋放技術(shù)生物降解材料生物系統(tǒng)技術(shù)細(xì)胞組建材料功能評(píng)價(jià)技術(shù)第五節(jié)組織工程用生物材料組織工程相關(guān)材料與技術(shù)材料技69人工皮膚硅橡膠---表皮膜---皮膚內(nèi)層第五節(jié)組織工程用生物材料人工皮膚硅橡膠---表皮膜---皮膚內(nèi)層第五節(jié)組70治療過程Source:IntegraLifeSciencesCorporation治療過程Source:IntegraLifeScienc71Source:IntegraLifeSciencesCorporationSource:IntegraLifeSciencesC72雙層人工皮膚第五節(jié)組織工程用生物材料雙層人工皮膚第五節(jié)組織工程用生物材料73組織工程人工骨缺損修復(fù)示意圖第五節(jié)組織工程用生物材料組織工程人工骨缺損修復(fù)示意圖第五節(jié)組織工程用生物材料74第五節(jié)組織工程用生物材料第五節(jié)組織工程用生物材料75生物材料的制備如何解決材料與人體的相容性第六節(jié)生物材料的制備如何解決材料與人體的相容性第六節(jié)76一、羥基磷灰石生物材料的制備水溶液沉淀法，用于大量制作HA粉體。固相反應(yīng)法，即高溫下通過固相反應(yīng)合成?！檠趸锓ㄖ軇┤軇┓ㄖ苽浞椒ㄋ疅岱ǎ褐苽浯蟮腍A單晶第六節(jié)生物材料的制備一、羥基磷灰石生物材料的制備水溶液沉淀法，固相反應(yīng)法，……烷77二.組織工程支架材料的制備方法目前，有很多的制備方法:1.纖維連接法利用組織工程技術(shù)制得的器官或組織具有生物活性，能很好的與人體相容，具有被取代受損器官的功能。由組織工程制得的器官常常需要制備一個(gè)臨時(shí)性的多孔支架，其功能是指導(dǎo)種植的細(xì)胞或遷移到支架周圍的細(xì)胞生長(zhǎng)或繁殖。利用聚合物的溶解或熔融，將聚乳酸二氯甲烷溶液灌注到聚乙交酯網(wǎng)狀纖維上，經(jīng)熱處理后，制成聚乙交酯增強(qiáng)的網(wǎng)狀支架。此法制成的支架，有較大強(qiáng)度和比表面積，但無法調(diào)節(jié)和控制孔隙率。第六節(jié)生物材料的制備二.組織工程支架材料的制備方法目前，有很多的制備方法:利用組782.溶劑澆鑄和孔隙制取法將細(xì)粉狀氯化鈉分散到聚乳酸氯仿溶液中，然后在玻璃板上澆鑄成膜，用水將氯化鈉提取出來，制成孔隙，溶劑揮發(fā)后得到多孔膜。此法可以控制孔隙率和孔徑。缺點(diǎn)：只能制備膜材，無法獲得三維空間支架。3.層壓膜法用溶劑澆鑄法制成多孔膜后，再將其層壓成具有三維空間支架，然后按設(shè)計(jì)的幾何形狀切割，即按解剖學(xué)制成可降解的聚乳酸或其共聚物支架。用途：軟骨或骨的修復(fù)第六節(jié)生物材料的制備2.溶劑澆鑄和將細(xì)粉狀氯化鈉分散到聚乳酸氯仿溶液中，然后在玻794.熔融膜壓法將聚合物加熱熔融后加壓制成膜材。聚乙丙交酯聚合物用熔融膜壓法制三維多孔性支架時(shí)所用的制孔劑為明膠微球或其它水溶性物質(zhì)。用水提取制孔劑后，得到多孔性支架。此法可用于以聚乙交酯或聚乳酸為原料的支架制備。第六節(jié)生物材料的制備5.纖維增強(qiáng)法設(shè)計(jì)骨再生支架，首先要設(shè)計(jì)三維多孔性、形狀不規(guī)則的聚合物支架，其次要求其具有高強(qiáng)度，能承受骨應(yīng)力，直到長(zhǎng)出新骨。可用溶劑澆鑄法將羥基磷灰石與制孔劑和聚合物溶液混合均勻，然后將溶液揮發(fā)，制成增強(qiáng)的多孔膜，再經(jīng)層壓制成三維多孔結(jié)構(gòu)支架。用羥基磷灰石纖維增強(qiáng)的聚合物多孔支架與未增強(qiáng)的材料相比，其抗壓強(qiáng)度顯著增強(qiáng)。4.熔融膜壓法將聚合物加熱熔融后加壓制成膜材。第六節(jié)生物材806.相分離法將聚合物溶于溶劑，加入活性分子，冷卻后形成液-液相，急冷，令其固化，再升華除去溶劑，可得到含有活性因子的多孔性支架。相分離法是制備支架的一種新方法。支架中引入的活性物質(zhì)植入人體后進(jìn)行釋放，對(duì)組織的生長(zhǎng)和細(xì)胞的功能都有巨大作用，制造多孔性聚乳酸支架時(shí)為了使活性物質(zhì)避免化學(xué)、高溫的惡劣環(huán)境，可采用本法。7.原位聚合法在需要原位修補(bǔ)損傷部位（如手術(shù)進(jìn)行中）時(shí)，可將單體置于損傷處進(jìn)行聚合。為制成多孔性固化材料，可在聚合體進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)時(shí)加入氯化鈉，形成的孔道能使組織長(zhǎng)入，為了促進(jìn)骨的生長(zhǎng)，可加入β－三磷酸鈣或其它骨誘導(dǎo)劑。聚富馬酸丙稀酯是生物降解材料，待新骨生長(zhǎng)后材料逐漸降解并從體內(nèi)排除。第六節(jié)生物材料的制備6.相分離法將聚合物溶于溶劑，加入活性分子，冷卻后形成液-液81三.金屬表面生物活化醫(yī)用材料的制備第六節(jié)生物材料的制備由于醫(yī)用金屬材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與骨組織相差很大，通常不能像生物活性材料那樣與骨組織發(fā)生化學(xué)鍵性結(jié)合，此外，由于金屬與骨組織的彈性模量相差懸殊，植入體生物力學(xué)相容性欠佳，易產(chǎn)生應(yīng)力集中和骨吸收不良后果。為了賦予金屬材料以生物活性，常用各種工藝技術(shù)進(jìn)行表面活化處理：直接在金屬材料表面涂覆HA或其它磷酸鹽涂層，或是使金屬處理后置于生理環(huán)境或模擬生理環(huán)境，在表面誘導(dǎo)HA形成。表面活性處理后，金屬骨替換材料既保持了金屬材料高的力學(xué)強(qiáng)度，又有生物活性。三.金屬表面生物活化醫(yī)用材料的制備第六節(jié)生物材料的制備由于82三.金屬表面生物活化醫(yī)用材料的制備醫(yī)用金屬的活化方法物理方法電化學(xué)方法化學(xué)方法浸涂法燒結(jié)法物理氣相沉淀法等離子噴涂法離子濺射法離子注入法磁控濺射法脈沖激光法陰極沉淀法陽極氧化法電泳法電化學(xué)結(jié)晶法鈦酸酯法甘油磷酸鹽法雙氧水法溶膠-凝膠法堿處理法酸、堿兩步法表面誘導(dǎo)礦化法酸處理法第六節(jié)生物材料的制備三.金屬表面生物活化醫(yī)用材料的制備醫(yī)用金屬的活化方法物理方法83上述各種方法的應(yīng)用主要包括兩類:

(1)針對(duì)鈦和鈦合金進(jìn)行特有的生物活化處理，即在鈦表面制備活性二氧化鈦層。（2）在醫(yī)用金屬材料表面上涂覆HAP或其他磷酸鹽涂層。(一）鈦和鈦合金的生物活化處理鈦表面的二氧化鈦是致密的鈍化層，誘導(dǎo)磷酸鹽沉積的能力極差。改進(jìn)但若表面二氧化鈦被生物活性化，它們能與骨組織形成骨鍵合。第六節(jié)生物材料的制備上述各種方法的應(yīng)用主要包括兩類:鈦表面的二氧化鈦是致密的鈍化84活化方法主要有以下幾種：陽極氧化法：以鈦合金作電解陽極，含少量水的硝酸鈉甲醇溶液為電解液。溶膠-凝膠法：在鈦和鈦合金表面制備鈦凝膠，使鈦具有一生物活性。堿處理法：將鈦或鈦合金置于NaOH或KOH溶液1h~24h，清洗、干燥后進(jìn)行熱處理，然后浸入37℃和SBF中1~4周，在鈦或鈦合金表面形成含HA的梯度結(jié)構(gòu)層。酸-堿兩步法：就是用酸處理后再用較低濃度的堿處理。表面誘導(dǎo)礦化：即模擬生物體內(nèi)含銀離子的大分子促進(jìn)無機(jī)礦物相形成核的過程。此外，也可用雙氧水氧化，用化學(xué)氣相滲透等方法對(duì)鈦合金進(jìn)行表面處理。第六節(jié)生物材料的制備活化方法主要有以下幾種：陽極氧化法：第六節(jié)生物材料85等離子噴涂技術(shù)：生物活性陶瓷涂層商用產(chǎn)品的主要制作方法。具有效率高、涂層均勻重復(fù)性好和適合工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于人工髖關(guān)節(jié)和人工牙種植體。（二）金屬植入材料的功能涂層制備在植入體金屬表面制作一層生物活性陶瓷涂層，新生骨與涂層直接形成化學(xué)鍵性結(jié)合