第八章 -生物材料課件

特種陶瓷材料及工藝授課教師：蔣百靈教授材料科學(xué)與工程學(xué)院第八章-生物材料

生物材料是用于與生命系統(tǒng)接觸和發(fā)生相互作用的，并能歲細(xì)胞、組織和器官進(jìn)行診斷治療、替換修復(fù)或誘導(dǎo)再生的一類(lèi)天然或人工合成的特殊功能材料。生物材料是材料科學(xué)領(lǐng)域中正在發(fā)展的多種學(xué)科相互交叉滲透的領(lǐng)域，其研究?jī)?nèi)容涉及到材料科學(xué)、生命科學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、解剖學(xué)、病理學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、藥科學(xué)等學(xué)科，同時(shí)還涉及工程技術(shù)和管理科學(xué)的范疇。生命材料有人工合成和天然材料，有單一材料、復(fù)合材料以及活體細(xì)胞或天然組織與無(wú)生命的材料結(jié)合而成的雜化材料。生命材料本身不是藥物，其治療途徑是以與無(wú)生物機(jī)體直接結(jié)合和相互作用為基本特征，可以說(shuō)，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的進(jìn)步與生物材料的發(fā)展是密不可分的。第八章-生物材料8.1.1根據(jù)材料屬性分類(lèi)生物材料可分為生物醫(yī)用金屬材料、生物醫(yī)用高分子材料、生物陶瓷、生物醫(yī)用復(fù)合材料四類(lèi)。1）生物醫(yī)用金屬材料是用作生物醫(yī)學(xué)材料的金屬或合金，具有高的機(jī)械強(qiáng)度和抗疲勞性能，應(yīng)用非常廣泛，遍及硬組織、軟組織、人工器官和外科輔助器材等各個(gè)方面。2）生物醫(yī)用高分子材料該材料除應(yīng)滿(mǎn)足一般的物理、化學(xué)性能外，還必須具有足夠好的生物相容性。按性質(zhì)可分為：非降解型和可生物降解型。主要用于人體軟、硬組織修復(fù)體、人工器官、人造血管、接觸鏡、膜材等方面。8.1生物材料的分類(lèi)第八章-生物材料8.1.1根據(jù)材料屬性分類(lèi)3）生物陶瓷又稱(chēng)醫(yī)用非金屬材料，包括陶瓷、玻璃、碳素等，此類(lèi)材料化學(xué)性能穩(wěn)定，具有良好的生物相容性。一般來(lái)說(shuō)，生物陶瓷包括惰性生物陶瓷、活性生物陶瓷和功能活性生物陶瓷三類(lèi)。4）生物醫(yī)用復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同材料復(fù)合而成的，且與其所有單體的性能相比，復(fù)合材料的性能都有較大程度的提高。該類(lèi)材料主要用于修復(fù)或替換人體組織、器官或增進(jìn)其功能以及人造器官的制造，它除應(yīng)具有預(yù)期的物理化學(xué)性質(zhì)外，還必須滿(mǎn)足生物相容性的要求。8.1生物材料的分類(lèi)第八章-生物材料8.1.2根據(jù)材料的生物性能分類(lèi)1）生物惰性材料指一類(lèi)在生物環(huán)境中能保持穩(wěn)定、不發(fā)生活僅發(fā)生微弱化學(xué)法英的生物醫(yī)學(xué)材料，主要是生物陶瓷類(lèi)和醫(yī)用合金類(lèi)材料。包括：氧化物陶瓷；玻璃陶瓷；Si3N4陶瓷；醫(yī)用碳素材料和醫(yī)用金屬材料。2）生物活性材料是一類(lèi)能誘發(fā)出或調(diào)節(jié)生物活性的生物醫(yī)學(xué)材料，羥基磷灰石是一種典型的生物活性材料，當(dāng)植入體內(nèi)時(shí)不僅能傳導(dǎo)成骨，而且能與新骨形成骨鍵合。生物活性材料主要包括：羥基磷灰石；磷酸鈣生物活性材料；磁性材料和生物陶瓷。8.1生物材料的分類(lèi)第八章-生物材料8.1.2根據(jù)材料的生物性能分類(lèi)3）生物降解材料指在被植入人體后，能不斷地發(fā)生分解，分解產(chǎn)物能夠被生物體所吸收或排出體外的一類(lèi)材料。主要包括β-TCP生物降解陶瓷和生物藥物載體兩類(lèi)。前者用于修復(fù)良性骨腫瘤或瘤樣病變手術(shù)刮除后所致?lián)p傷；后者主要用作微藥庫(kù)型載體，可根據(jù)要求制成一定形狀和大小的中空結(jié)構(gòu)，用于各種骨科疾病。4）生物復(fù)合材料8.1生物材料的分類(lèi)第八章-生物材料任何一種材料要作為生物醫(yī)用材料使用的話(huà)，除了應(yīng)具有必要的理化特性外，還需要滿(mǎn)足在生理環(huán)境下工作的生物學(xué)要求，即應(yīng)具有良好的生物相容性，這是生物醫(yī)用材料區(qū)別于其他材料的基本特征。1）組織反應(yīng)生物材料植入機(jī)體后，通過(guò)材料與機(jī)體組織的直接接觸與相互作用而產(chǎn)生兩種反應(yīng)，其一是宿主反應(yīng)，即機(jī)體組織與生物活體系統(tǒng)對(duì)材料作用的反應(yīng)；其二是材料反應(yīng)，即材料對(duì)機(jī)體生理環(huán)境作用的反應(yīng)。如圖8.2生物材料的特征與評(píng)價(jià)第八章-生物材料2）生物相容性生物材料在與集體組織發(fā)生直接接觸與相互作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生有損傷機(jī)體的宿主反應(yīng)和有損傷材料性能的材料反應(yīng)，這種對(duì)材料生理環(huán)境條件下應(yīng)具有的特殊性能要求通常用生物相容性來(lái)表征。根據(jù)材料使用的目的和要求不同通常分為三類(lèi)：血液相容性；組織相容性和生物降解吸收性。8.2生物材料的特征與評(píng)價(jià)第八章-生物材料8.3.1生物金屬材料金屬材料的種類(lèi)很多，但能夠在人體生理環(huán)境條件下長(zhǎng)期安全服役的卻不多。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究和臨床篩選而得到廣泛應(yīng)用的金屬材料主要有醫(yī)用不銹鋼、醫(yī)用鈷基合金、純鈦與醫(yī)用鈦合金、醫(yī)用形狀記憶合金和醫(yī)用貴金屬，此外還有醫(yī)用的磁性合金等。8.3.2生物陶瓷材料生物陶瓷材料廣義上指與人體工程相關(guān)的陶瓷材料，這類(lèi)材料可以按應(yīng)用領(lǐng)域和化學(xué)成分進(jìn)行分類(lèi)，根據(jù)目前研究開(kāi)發(fā)的狀況，生物陶瓷材料大體上可分為生物惰性陶瓷、生物活性陶瓷和色復(fù)合材料三類(lèi)。8.3生物材料的合成與應(yīng)用第八章-生物材料8.3.3生物高分子材料生物高分子材料是一類(lèi)用于臨床醫(yī)學(xué)的高分子材料，是生物材料的重要組成部分。生物高分子材料按其來(lái)源可分為天然高分子材料和人工合成高分子材料兩類(lèi)。按材料的性質(zhì)可分為非降解型和可生物降解性?xún)深?lèi)醫(yī)用高分子材料。按使用目的來(lái)劃分，則生物高分子材料又可分為軟組織修復(fù)替代材料、硬組織生物替代材料、介入性治療醫(yī)用材料、口腔科醫(yī)用材料、血液吸附凈化材料和心血管系統(tǒng)醫(yī)用材料等。8.3生物材料的合成與應(yīng)用第八章-生物材料8.3.4復(fù)合生物材料復(fù)合生物材料同其他復(fù)合材料醫(yī)用均是由兩種或兩種以上的不同類(lèi)材料通過(guò)復(fù)合工藝組合而成的新型材料。由于人體的絕大多數(shù)組織都可視為復(fù)合材料，故研究與開(kāi)發(fā)復(fù)合材料一直是生物材料發(fā)展中最活躍的領(lǐng)域之一。8.3.5新型生物材料新型生物材料主要分為醫(yī)用酶、生物衍生材料、生物技術(shù)衍生生物材料和生物分子材料等等。8.3生物材料的合成與應(yīng)用第八章-生物材料

目前所使用的生物材料有人工合成材料和天然材料，這些材料大多屬于生物“惰性”材料，不能為種子細(xì)胞的附著和生長(zhǎng)提供良好的生物界面。為了使生物材料具有良好的生物相容性和細(xì)胞親和性，需對(duì)材料進(jìn)