生物医用材料ppt课件
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《生物医用药用材料》PPT课件
（2）无机有机复合是当前研究热点之一
（3）材料的多元复合是发展的重要方向
（4）具有特异性能的生物活性材料；
（5）力学相容性好又有促进组织生长功能的材 料；
（6）具有人体组织结医构学P的PT 复合材料
19
HAP的粉体制备方法 主要包括：固相反应法、 化学沉淀法、水热合成法、 溶胶—凝胶法、醇化合物 法等几种。
Ca10(PO4)6(OH)2
HAP系生物 材料的研究现状
（1）HAP的粉体制备工艺
（2）羟基磷灰石的成型与 烧结工艺
（3）HAP系复合材料目前 已达到的性能
（4）HAP系复合材料的应 用
医学PPTຫໍສະໝຸດ 201.2 生物材料的国（内A）外成研型工究艺 现状 常用的成型工艺主要有：注浆成型、 压制成型、等静压成型和凝胶浇注成型 等。
医学PPT
2
发展
❖ 公元前2500年在中国及埃及人的墓穴中已 发现有假手、假耳等人工假体，我国隋唐 时代就有了补牙用的银膏。
❖ 金银铂 ❖ 不锈钢 ❖ 纯钛的骨钉、骨板 ❖ Ti-Ni形状记忆合金
医学PPT
3
❖ 目前国外有数以百万计的人靠人工器官维持着生 命。仅在美国，每年约有100万人接受人工器官的 植入手术。其中，人工心脏瓣膜3.5万人，人工血 管18万人；人工髋骨12.5万人；人工膝盖605万人； 人工肾5万人。
（ B ） 一 般 报 道 的 整 体 HAP 的 弯 曲 强 度 在 30 ～ 177MPa之间，人体致密骨的弯曲强度在170MPa
左右。 （1）HAP的粉体制备工艺
（C）一般报道的整体HAP的断裂韧性在
0.7MPa ·m1/（2左2右），人羟体基骨磷的断灰裂石韧性的在成2-1型0 与 MPa · m1/2之烧间结。 工艺
生物医用材料PPT课件
主要介绍材料表面接枝聚合物刷改性、等离子 体技术、离子束技术的表面改性、电化学沉积 技术、材料表面肝素化、微相分离结构的形成 、 材料表面生物化、材料表面化学活性基团或 活性物质的结合、表面修饰等。
15
1 材料表面接枝聚合物刷改性
材料表面接枝：聚合物链的一端以 共价键形式连接在材料表面上，另 一端背向沿着垂直于材料表面的方 向伸展而形成的排列紧密有序、类 似于刷子状的聚合物链集合。
缺点：难于精确控制接枝链的结构和分子量，同时体系中单 体往往会发生均聚。
17
活性自由基聚合方法：引发转移终止剂法(iniferters)、氮 氧自由基法(TEMPO)、可逆加成-裂解链转移聚合 (RAFT)、原子转移自由基聚合(ATRP)等，其中尤以原 子转移自由基聚合的研究最为活跃。
自由基是一种十分活泼的活性种，在自由基聚合中极易 发生链终止和链转移，所以要抑制副反应，达到活性聚 合。
4
20世纪20年代。随着合成高分子材料的出现和发展， 生物医用材料也得到了快速的发展，逐渐出现了用高分 子材料制取人体器官的历史。20世纪70年代，人工晶体、 角膜、骨、人工上肝、肾、心脏等相继成功的诞生，随 后开始了极广泛应用。
近十几年来，生物医用材料的研究与开发。已成为 世界各国高新技术重点发展的项目之一。
•ASTM F648
•可用为人工 关节、人工骨 骼植入人体
9
人工心脏瓣膜
10
组织工程人工骨缺-肌肉系统修复和替换材料：骨、牙、关节、肌腱等 软组织材料：皮肤、乳房、食道、呼吸道、膀胱 等心血管系统材料：人工心瓣膜、血管、心血管内插管等 医用膜材料：血液净化膜、分离膜、角膜接触镜等 组织粘合剂和缝线材料 临床诊断及生物传感器材料 齿科材料 药物释放载体材料
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1 材料表面接枝聚合物刷改性
材料表面接枝：聚合物链的一端以 共价键形式连接在材料表面上，另 一端背向沿着垂直于材料表面的方 向伸展而形成的排列紧密有序、类 似于刷子状的聚合物链集合。
缺点：难于精确控制接枝链的结构和分子量，同时体系中单 体往往会发生均聚。
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活性自由基聚合方法：引发转移终止剂法(iniferters)、氮 氧自由基法(TEMPO)、可逆加成-裂解链转移聚合 (RAFT)、原子转移自由基聚合(ATRP)等，其中尤以原 子转移自由基聚合的研究最为活跃。
自由基是一种十分活泼的活性种，在自由基聚合中极易 发生链终止和链转移，所以要抑制副反应，达到活性聚 合。
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20世纪20年代。随着合成高分子材料的出现和发展， 生物医用材料也得到了快速的发展，逐渐出现了用高分 子材料制取人体器官的历史。20世纪70年代，人工晶体、 角膜、骨、人工上肝、肾、心脏等相继成功的诞生，随 后开始了极广泛应用。
近十几年来，生物医用材料的研究与开发。已成为 世界各国高新技术重点发展的项目之一。
•ASTM F648
•可用为人工 关节、人工骨 骼植入人体
9
人工心脏瓣膜
10
组织工程人工骨缺-肌肉系统修复和替换材料：骨、牙、关节、肌腱等 软组织材料：皮肤、乳房、食道、呼吸道、膀胱 等心血管系统材料：人工心瓣膜、血管、心血管内插管等 医用膜材料：血液净化膜、分离膜、角膜接触镜等 组织粘合剂和缝线材料 临床诊断及生物传感器材料 齿科材料 药物释放载体材料
生物医学高分子材料课件
化学法
利用化学反应将药物与高 分子材料结合，如接枝共 聚法、药物嵌入聚合物网 络法等。
生物法
利用生物分子和生物过程 将药物与高分子材料结合 ，如抗体偶联法、基因载 体法等。
高分子药物载体的性能评价
安全性评价
主要包括急性毒性试验、长期毒 性试验、致畸致癌性试验等，以 确保药物载体对人体的安全性。
有效性评价
生物医学高分子 材料课件
汇报人： 日期:
目录
• 生物医学高分子材料概述 • 生物相容性高分子材料 • 生物降解性高分子材料 • 高分子药物载体 • 高分子组织工程支架材料 • 研究展望与挑战
01
生物医学高分子材料概述
定义与分类
生物医学高分子材料
指用于诊断、治疗、修复或替换人体组织或器官的材料。
分类
根据应用部位和功能，可分为生物惰性、生物活性、生物降 解和生物相容性高分子材料。
生物医学高分子材料的特性
生物惰性
指在体内稳定，不发生化学反应，无毒无害 。
生物降解
在体内可被分解为小分子，无害化排出体外 。
生物活性
具有诱发机体免疫反应的能力。
生物相容性
与人体组织相容，无排异反应。
生物医学高分子材料的应用
生物活性评价
检测支架材料是否具有促进 细胞生长和分化的生物活性 。
安全性评价
对支架材料进行安全性评估 ，包括急性毒性、慢性毒性 、致敏性等。
06
研究展望与挑战
新材料设计及制备技术展望
发展新的聚合反应
01
研究新的聚合反应，如活性聚合、基团转移聚合等，以实现高
分子材料的精确控制合成。
纳米技术和3D打印
骨骼系统
用于制作人工关节、骨板、骨 钉等。
最新生物医用药用功能材料ppt课件
施而发生质变。
12
除上述一般要求外，根据用途的不同和植入 部位的不同还有各自的特殊要求：
与血液接触不得产生凝血，眼科材料应对角膜 无刺激。
注射整形材料要求注射前流动性好，注射后固 化要快等等。
作为体外使用的材料，要求对皮肤无害，不导 致皮肤过敏，耐汗水等浸蚀，耐消毒而不变质。
人工脏器还要求材料应具有良好的加工性能， 易于加工成需要的各种复杂的形状。不同的用 途要有许多特殊的要求。
36
钴铬合金的冶金学与钴基高温合金相同， 它们由元素的固溶和碳化物的形成而强 化。
对于锻造合金，冷加工亦使材料强化。 屈服强度随晶粒尺寸而变化，并受加工
过程中冷加工的影响。 用于髋关节这类结构性应用的此类合金，
为达到最佳性能而最好采用锻造。
37
钴铬合金难于机械加工，精锻虽能减少机械 加工，但是闭金植入物多数仍是铸造 的。
34
为提高不锈钢的抗缝隙腐蚀能力，不 锈钢植入物在包装和灭菌之前，需用 硝酸钝化处理。
用于植入物的不锈钢金相为奥氏体组 织，因而具有良好的成型性。
真空冶炼能帮助改善合金的疲劳性能， 冷加工能增加强度和抗疲劳性。
35
（2）钴铬钼合金
钴铬钼合金，因其良好的耐腐蚀性 和优异的力学性能而成为重要的医用 金属材料，其最常用的是铸造钴基合 金，但变形（锻造）合金的发展也很 快。
28
弹性模量是医用金属材料在骨科应用中 的一个重要指标。人骨具有17GPa的弹 性模量，钛合金具有110至124GPa的弹 性模量，钴铬钼合金是240GPa。在弹性 模量上人骨与植入体内的金属之间的差 别，使两者在承担负载方面不均衡。应 力不均衡的结果，金属材料在体内产生 应力遮挡，使与植入物相邻的骨不能变 得与没有植入物时一样结实牢固。
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除上述一般要求外，根据用途的不同和植入 部位的不同还有各自的特殊要求：
与血液接触不得产生凝血，眼科材料应对角膜 无刺激。
注射整形材料要求注射前流动性好，注射后固 化要快等等。
作为体外使用的材料，要求对皮肤无害，不导 致皮肤过敏，耐汗水等浸蚀，耐消毒而不变质。
人工脏器还要求材料应具有良好的加工性能， 易于加工成需要的各种复杂的形状。不同的用 途要有许多特殊的要求。
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钴铬合金的冶金学与钴基高温合金相同， 它们由元素的固溶和碳化物的形成而强 化。
对于锻造合金，冷加工亦使材料强化。 屈服强度随晶粒尺寸而变化，并受加工
过程中冷加工的影响。 用于髋关节这类结构性应用的此类合金，
为达到最佳性能而最好采用锻造。
37
钴铬合金难于机械加工，精锻虽能减少机械 加工，但是闭金植入物多数仍是铸造 的。
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为提高不锈钢的抗缝隙腐蚀能力，不 锈钢植入物在包装和灭菌之前，需用 硝酸钝化处理。
用于植入物的不锈钢金相为奥氏体组 织，因而具有良好的成型性。
真空冶炼能帮助改善合金的疲劳性能， 冷加工能增加强度和抗疲劳性。
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（2）钴铬钼合金
钴铬钼合金，因其良好的耐腐蚀性 和优异的力学性能而成为重要的医用 金属材料，其最常用的是铸造钴基合 金，但变形（锻造）合金的发展也很 快。
28
弹性模量是医用金属材料在骨科应用中 的一个重要指标。人骨具有17GPa的弹 性模量，钛合金具有110至124GPa的弹 性模量，钴铬钼合金是240GPa。在弹性 模量上人骨与植入体内的金属之间的差 别，使两者在承担负载方面不均衡。应 力不均衡的结果，金属材料在体内产生 应力遮挡，使与植入物相邻的骨不能变 得与没有植入物时一样结实牢固。
生物医学材料简介 ppt课件
用于糖尿病、心血管、癌症以及炎症等
2. 按材料来源分类
• 自体材料 • 同种异体器官及组织 • 异体器官及组织 • 人工合成材料 • 天然材料
3.分类、特性
3.分类、特性
3.按组成和性质分类
1.医用不锈钢
生物医用金属材料
2.钴基合金 3.医用钛和钛合金
4.银汞合金……
生物医用高分子：硬组织材料、软组织材料和生物降解材料
2.原理
生物工程学
生物工程学是70年代初，在分子生物学、细胞生物学等的基础上发展起来的，包括基 因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程等，他们互相联系，其中以基因工程为基础。 只有通过基因工程对生物进行改造，才有可能按人类的愿望生产出更多更好的生物产 品。而基因工程的成果也只有通过发酵等工程才有可能转化为产品。
3.分类、特性
常见缺陷（材料反应）： （2）聚合物降解 • 聚合物在长期使用过程中，由于受到氧、热、紫外线、机械、水蒸气、酸碱及微生
物等因素作用，逐渐失去弹性，出现裂纹，变硬、变脆或变软、发粘、变色等，从 而使它的物理机械性能越来越差的现象。 • 聚合物老化易形成的碎片、颗粒、小分子量单体物质，因此使用它时必须谨慎，对 耐久性器件，必须保持一定强度和其它机械性能，老化产物不能对周围组织有毒害 作用。
3.分类、特性
特点（二）：相容性 生物相容性
可概括为材料和活体之间的相互关系，主要包括血液相容性和组织相容性（无毒 性、无致癌性、无热原反应、无免疫排斥反应等）。 力学相容性 负荷情况下，材料与所处部位的生物组织的弹性形变相匹配的性质和能力。取决于组 织-界面的性质和所承受负荷的大小。
3.分类、特性
2聚合物降解聚合物在长期使用过程中由于受到氧热紫外线机械水蒸气酸碱及微生物等因素作用逐渐失去弹性出现裂纹变硬变脆或变软发粘变色等从而使它的物理机械性能越来越差的现象
2. 按材料来源分类
• 自体材料 • 同种异体器官及组织 • 异体器官及组织 • 人工合成材料 • 天然材料
3.分类、特性
3.分类、特性
3.按组成和性质分类
1.医用不锈钢
生物医用金属材料
2.钴基合金 3.医用钛和钛合金
4.银汞合金……
生物医用高分子：硬组织材料、软组织材料和生物降解材料
2.原理
生物工程学
生物工程学是70年代初，在分子生物学、细胞生物学等的基础上发展起来的，包括基 因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程等，他们互相联系，其中以基因工程为基础。 只有通过基因工程对生物进行改造，才有可能按人类的愿望生产出更多更好的生物产 品。而基因工程的成果也只有通过发酵等工程才有可能转化为产品。
3.分类、特性
常见缺陷（材料反应）： （2）聚合物降解 • 聚合物在长期使用过程中，由于受到氧、热、紫外线、机械、水蒸气、酸碱及微生
物等因素作用，逐渐失去弹性，出现裂纹，变硬、变脆或变软、发粘、变色等，从 而使它的物理机械性能越来越差的现象。 • 聚合物老化易形成的碎片、颗粒、小分子量单体物质，因此使用它时必须谨慎，对 耐久性器件，必须保持一定强度和其它机械性能，老化产物不能对周围组织有毒害 作用。
3.分类、特性
特点（二）：相容性 生物相容性
可概括为材料和活体之间的相互关系，主要包括血液相容性和组织相容性（无毒 性、无致癌性、无热原反应、无免疫排斥反应等）。 力学相容性 负荷情况下，材料与所处部位的生物组织的弹性形变相匹配的性质和能力。取决于组 织-界面的性质和所承受负荷的大小。
3.分类、特性
2聚合物降解聚合物在长期使用过程中由于受到氧热紫外线机械水蒸气酸碱及微生物等因素作用逐渐失去弹性出现裂纹变硬变脆或变软发粘变色等从而使它的物理机械性能越来越差的现象
生物医用材料2ppt课件
•
研究发现，血液的透析膜和其他生 物材料与血液接触时都会引起补体替代途 径的激活。激活过程是由于C3分子上带有 含磺酸酯基团的活性位点，可与材料表面 的亲核基团发生共价键合反应。因此，材 料表面带有羟基或胺基的基团可使补体C3 在材料表面沉积而激活补体。生物材料也 可引起补体系统的经典途径激活。如涤纶 人工血管植入人体后可以通过经典和替代 两种途径引起补体的激活，导致体内C4a水
•
研究表明，改变材料表面的性能或 结构有助于提高材料的血液相容性。常见 材料表面肝素化有明显的抗凝血和抗血栓 性能，它是通过肝素与血小板第Ⅲ因子 (AT3)共同作用于凝血酶，抑制了纤维蛋白 原向纤维蛋白的转化反应；材料表面肝素 化还能阻止血小板在材料表面的粘附、聚 集，达到抗凝血的目的。材料表面亲水— 疏水微相分离结构具有优良的抗凝血性能。 我国研制的新型聚醚聚氨酯抗凝血材料
• 第一节 生物相容性概念和原理
• •
生物相容性是生物医用材料与人体 之间相互作用产生各种复杂的生物、物理、 化学反应的一种概念。植入人体内的生物 医用材料及各种人工器官、医用辅助装置 等医疗器械，必须对人体无毒性、无致敏 性、无刺激性、无遗传毒性和无致癌性， 对人体组织、血液、免疫等系统不产生不 良反应。因此，材料的生物相容性优劣是
•
5 ）植入物的表面粘附大量的白细 胞，是由于C3b结合在材料表面，起到白细 胞在材料表面粘附的调理作用。白细胞在 材料表面粘附可通过释放血小板激活因子 而促进血小板聚集。临床上采用聚丙烯腈 和聚甲基丙烯酸甲酯等不含羟基和羧基的 材料制成中空纤维透析器进行人工肾治疗 时，能减少材料表面 C3b 的结合性，减轻患 者的临床症状和并发症。 • 近年来的研究表明，补体激活并非
• 第二节 生物相容性分类
《生物医用材料》课件
案例二
总结词
药物载体的新选择
详细描述
可降解高分子材料具有良好的生物相容性和可降解性，是 药物载体的理想选择。这种材料可以在体内降解，减少了 对身体的副作用和不良反应。
总结词
材料的合成与改性
详细描述
为了提高可降解高分子材料的载药量、稳定性和靶向性， 需要进行合成和改性研究。通过化学修饰和共聚等手段， 可以改善材料的性能，提高药物的包覆率和释放效果。
系统生物学与生物医用材料
结合系统生物学的研究方法，深入探究生物医用材料与人体组织之间 的相互作用机制，为新材料的研发和应用提供理论支持。
05
案例分析
案例一
总结词
骨修复领域的创新应用
详细描述
生物活性玻璃陶瓷材料是一种新型的骨修复材料，具有良 好的生物相容性和骨传导性。它在骨修复领域的应用已经 得到了广泛认可，能够有效地促进骨组织的再生和修复。
某些生物医用材料具有诱导骨形成的特性，可通 过体内外实验验证其诱导骨生成的潜力。
生长因子活性
某些生物医用材料能够吸附和释放生长因子，促 进组织再生，可通过实验验证其生长因子活性。
抗菌性能
某些生物医用材料具有抗菌性能，可抑制微生物 的生长，可通过实验验证其抗菌效果。
体内植入实验
短期植入
功能评价
将生物医用材料植入动物体内，观察 短期内的组织反应和材料性能变化。
总结词
应用范围与限制
详细描述
可降解高分子材料在药物载体领域的应用已经得到了广泛 的研究和探索。然而，其应用仍受到一些限制，如材料的 降解速度和药物的释放速度需要精确控制，同时也需要进 一步研究其长期稳定性和安全性。
案例三
总结词
癌症治疗的新突破
生物医用材料PPT课件
需用材料
止血材料 抗凝血材料 人工瓣膜材料 人工血管材料 人工血浆 人工红血球 人工肺 人工骨 人工关节 人工肌腱、人工肌肉 人工浆膜
2.
（图中Ms表示冷却时开始产生热弹性马氏体的转变温度，Mf表示 冷却时转变的终止温度，As表示升温时逆转的温度，Af表示逆转完全 的温度）。
医学应用
血栓过滤器、脑动脉瘤夹、食道支架、鼻出血
未来人造皮肤
+ 有触感
+ 可拉伸 + 能防弹
可剥落的电子表皮
人造心脏瓣膜的置换
• 第一个可靠的人工心 脏瓣膜，在1961年由 美国俄勒冈州波特兰 的外科医生史塔尔和 他的合作者爱德华斯 发明，是装在不锈钢 罩中的塑料球。
普通金属烤瓷牙
贵金属烤瓷牙
齿科材料
• 修复牙齿用的合金除银之外主要有镍铬、钴铬和 烤瓷合金。
“马赛克凝胶”是一 种薄皮状的物质，能 够与活体组织的细胞 生长兼容，进而确保 各种不同的细胞能够 在凝胶里进行精准的、 可操控的生长繁殖。 精确控制细胞生长 具有非常重大的意义， 如此一来，人造皮肤 的细胞就能模拟活体 组织细胞的自然生长， 对烧伤患者的治疗十 分有利。
控制“马赛克凝胶” 里的细胞生长，令 其排列成7个字母、 组成单词“Toronto”。
人工皮肤的发展
+ 人造皮肤在中国起步较晚，但经过几十年
的发展，其在各个领域上面都取得 了巨大 的成就。 在美国、 加拿大、 日本和欧共体 国家组织工程的研究和产业化得到迅速发 展， 尤其是美国有 50 余家公司从事组织工 程产品的产业化生产，已经形成价值 60 亿 美元的产业，并以每年 25%的速度递增。 初步估计，到 2020 年美国组织工程 产品市 场可达每年 180 亿美元。
生物医用材料PPT演示课件
生物医用材料需要经过 严格的临床试验和安全 评估，确保其安全性和 有效性。
个性化与定制化
随着医疗技术的发展， 临床对个性化、定制化 的生物医用材料需求越 来越高。
未来发展方向与展望
01
创新性研究
加强新材料、新技术和新工艺的研究，推动生物医用材料的创新发展。
02
交叉学科合作
加强生物医学工程、化学、物理学等多个学科的交叉合作，共同推动生
分类
根据用途可分为药物载体、医疗 器械、组织工程和再生医学材料 等。
生物医用材料的特性
生物相容性
功能性
稳定性
可加工性
材料与人体组织、血液 等相互作用时不产生有
害反应。
具备所需要的功能，如 传导热量、机械支撑等。
在体内保持稳定，不发 生降解、变质或毒性反
应。
易于加工成所需形状和 大小，以满足医疗需求。
常见的金属生物医用材料
不锈钢、钛和钛合金、钴铬合金等。
金属生物医用材料的优缺点
优点包括良好的机械性能和加工性能，缺点包括可能引发过敏反应 和金属腐蚀。
高分子生物医用材料
高分子生物医用材料的特性
01
具有良好的化学稳定性、生物相容性和加工性能，广泛用于制
造医疗用品、人工器官和药物载体等。
常见的高分子生物医用材料
氧化铝、氧化锆、生物活性玻璃和玻璃陶瓷等。
陶瓷生物医用材料的优缺点
优点包括良好的化学稳定性和生物相容性，缺点包括脆性大、加工 困难。
复合生物医用材料
复合生物医用材料的特性
通过将两种或多种材料组合在一起，发挥各自的优势，弥补单一材 料的不足，具有良好的综合性能。
常见的复合生物医用材料
聚合物/陶瓷复合材料、聚合物/高分子复合材料、金属/陶瓷复合 材料等。
个性化与定制化
随着医疗技术的发展， 临床对个性化、定制化 的生物医用材料需求越 来越高。
未来发展方向与展望
01
创新性研究
加强新材料、新技术和新工艺的研究，推动生物医用材料的创新发展。
02
交叉学科合作
加强生物医学工程、化学、物理学等多个学科的交叉合作，共同推动生
分类
根据用途可分为药物载体、医疗 器械、组织工程和再生医学材料 等。
生物医用材料的特性
生物相容性
功能性
稳定性
可加工性
材料与人体组织、血液 等相互作用时不产生有
害反应。
具备所需要的功能，如 传导热量、机械支撑等。
在体内保持稳定，不发 生降解、变质或毒性反
应。
易于加工成所需形状和 大小，以满足医疗需求。
常见的金属生物医用材料
不锈钢、钛和钛合金、钴铬合金等。
金属生物医用材料的优缺点
优点包括良好的机械性能和加工性能，缺点包括可能引发过敏反应 和金属腐蚀。
高分子生物医用材料
高分子生物医用材料的特性
01
具有良好的化学稳定性、生物相容性和加工性能，广泛用于制
造医疗用品、人工器官和药物载体等。
常见的高分子生物医用材料
氧化铝、氧化锆、生物活性玻璃和玻璃陶瓷等。
陶瓷生物医用材料的优缺点
优点包括良好的化学稳定性和生物相容性，缺点包括脆性大、加工 困难。
复合生物医用材料
复合生物医用材料的特性
通过将两种或多种材料组合在一起，发挥各自的优势，弥补单一材 料的不足，具有良好的综合性能。
常见的复合生物医用材料
聚合物/陶瓷复合材料、聚合物/高分子复合材料、金属/陶瓷复合 材料等。
《生物材料学》医用生物材料 ppt课件
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二维有限元法设计 40
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化学周期表中的大部分金属不符合生物材料的 要求，仅有小部分或经处理过的可用于临床。 目前在临床使用的医用金属材料主要有不锈钢、 钴基合金和钛基合金三大类，另外还有TiNi记 忆合金和贵金属等。
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生物相容性要求
毒性反应：
金属的毒性主要作用于细胞、可抑制酶的活动，阻止酶通
过细胞膜的扩散和破坏溶酶体。不锈钢中含有毒性的铁、
5.1.5 其他医用金属材料
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第五章 生物医用材料
5.2 医用陶瓷材料
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5.2 医用陶瓷材料
陶瓷结构与性能的关系
磷酸钙陶瓷
生物活性玻璃与生物微晶玻璃
生物医用材料系列4--生物医学金属材料ppt课件
.
34
金属的毒性主要作用于细胞，可抑制酶的活动， 阻止酶通过细胞膜扩散和破坏溶酶体。
利用测定乳酸脱氢酶(LDH)和6~磷酸葡萄糖脱氢 酶(G~6~PD)活性法检测植入金属对鼠类吞噬细胞的 影响，可以表明；
✓ 有毒金属如钴镍和钴铬合金能损伤细胞，释放 LDH， 降低G~6~PD的活性，
✓ 但钛、铬、钼则能为吞噬细胞所耐受。
.
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.
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.
27
提高金属的抗蚀性能措施：
主要依靠其表面保护层和光洁度。 表面保护层借助钝化来实现。铬有最佳的钝化性 能，故合金中含铬量高越易钝化。 金属表面抛光越细，表面活化中心出现越晚，耐 蚀性也随之提高。 除金属材料必须具有良好的钝化性能、合适的成 分与结构外，技术人员必须有正确的操作技术。
– 静力下股骨头负荷压力从头凸面呈放射状向内 传递，应力增高，股骨近端内侧承受的后应力 较大。如股骨头负荷为45.36kg 时，股骨近端内 侧骨皮质应力高达8.27Mpa. 由强大肌力牵拉， 实际应力比理论值还要大三倍。
.
41
人工股骨头每年还要经受3.65106次交变载荷（ 每日一万步计），故材料必须具有高抗疲劳和耐磨损 性能。
+++ 100
0
±
钨W 183.5 1.25
+++ 100
0
-
Te
3
1.28
0
127.6
Ⅶ
锰Mn 054.94 0.52
100 稍抑制 18
+
Ⅷ
铁Fe 55.85 0.55 0.00 -
100 抑制
32
++
生物材料PPT课件
（天然）
（合成）
（合成）
（合成）
明胶
藻酸盐
聚乙烯醇
聚甲基丙烯酸酯
淀粉
聚酸酐
聚醋酸乙烯酯
聚氨基甲酸酯
白蛋白
聚酰胺
聚苯乙烯
聚酯
胶原
聚腈基丙烯酸烷基酯 聚硅氧烷橡胶
聚乙烯
甲壳素或壳聚糖
脂肪族聚酯
聚丙烯酸酯
聚四氟乙烯
纤维素
聚酰胺
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天然及合成高分子材料对比
天然高分子材料 优点：生物相容性好，无毒副作用 缺点：力学性能较差，药物释放速度不可调控
20世纪中后期---高分子材料迅猛发展，推动了生 物医用材料的发展，例如：透析膜、人工心脏材料、 血管植入物、缝合线等。
20世纪80年代后---组织工程产生：在材料结构及 功能设计中引入生物支架--活性细胞，构建所希望 的生物材料。
---药物缓释材料、靶向药物以及智能仿生材料 的出现
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2 生物医用材料分类
1) Bryan Jeun;Hyukjin Lee;Saurabh Aggarwal;Hailin Wang; Qiang Li;Sukyeon Hwang. “Application of Collagen in Drug Delivery” 2) “Recombinant collagen and gelatin for drug delivery” Journal Metadata Search: Elsevier - Advanced Drug Delivery Reviews
按材料组成和性质：
医用高分子材料
生物陶瓷材料
医用金属材料
生物医学复合材料
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按用途:
骨骼-肌肉系统修复和替换材料：骨、牙、关节、肌腱等 软组织材料：皮肤、乳房、食道、呼吸道、膀胱等 心血管系统材料：人工心瓣膜、血管、心血管内插管等 医用膜材料：血液净化膜、分离膜、角膜接触镜等 组织粘合剂和缝线材料 临床诊断及生物传感器材料 齿科材料 药物释放载体材料
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正器具等。
可锻可铸，机械性能好 价格高，加工难、 常用来制作人工关节的金 硬度有硬，中，软之分 应用不够普及 属间华东联接。
USA Organogenesis Inc., Massa, USA
Intergra Life Science, NJ, USA Smith & Nephew, UK
Interpore Cross International Inc., USA
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目录
生物医用材料市场发展概况 生物医用材料的基本特性及分类 金属生物医用材料 无机生物医用材料 有机高分子生物医用材料 杂化生物医用材料
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三、生物医用材料的分类
按材料的用途进行分类：
生物医用材料
口腔医用材料 硬组织修复与替换材料(用于骨骼和
关节等) 软组织修复与替代材料(用于皮肤、
肌肉、心、肺、胃等) 医疗器械材料
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按材料的组成进行分类：
金属生物医用材料:包括不锈钢、钴基合金，钛及合金等，广泛应用 于人工假体、人工关节、医疗器械等。 无机生物医用材料：分为惰性生物陶瓷、生物玻璃、碳素材料。 有机高分子生物医用材料：分为天然的和合成的，天然的如多糖类、 蛋白类，合成的聚氨酯、聚乙烯、聚乳酸、聚四氟乙烯等，用于人体 器官、组织、关节、药物载体等。 杂化生物医用材料：不同种材料的混合或结合，克服单一材料的缺点， 可获得性能更优的材料。
2000万心血管病患者 --------每年需要24万套人工心瓣膜
肾衰患者 --------每年需要12万个肾透析器
……
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全球生物医用材料 细分市场发展
矫形外科修复材料 和制品
增长率26%
心血管系统修复材 料、血液净化材料
高速增长
其他医疗器械制品
工程化组织和器官
人造皮肤、组织粘 合剂及术后防粘连
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目录
生物医用材料市场发展概况 生物医用材料的基本特性及分类 金属生物医用材料 无机生物医用材料 有机高分子生物医用材料 杂化生物医用材料
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金属生物医用材料
（1）抗腐蚀性 （2）毒性低或无毒 （3）高机械性能
金属材料是生物医用材 料中应用最早的。随着抗腐 蚀性强的不锈钢、弹性模量 程骨组织接近铜铁合金，以 及记忆合金材料、复合材料 等新型生物医学金属材料的 不断出现，其应用范围也在 扩大。
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一、生物医用材料的用途
①替代损害的器官或组织； 如人造心脏瓣膜、假牙、人工血管等；
②改善或恢复器官功能； 如隐型眼镜、心脏起搏器等；
③用于治疗过程； 如介入性治疗血管内支架、用于血液透析的 薄膜、药物载体等
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二、生物医用材料的基本要求
材料与机体组织发生的两种反应：
包括生物环境对材料的腐蚀、降解、 磨损和性质退化，甚至破坏。
活体系统
材料反应 宿主反应
材料
包括局部和全身反应，如炎症、细胞
毒性、凝血、过敏、致癌、畸形和免 疫反应等。
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(一)生物相容性
①对人体无毒、无刺激、无致畸、致敏、致突变或致癌 作用；
②生物相容性好，在体内不被排斥，无炎症，无慢性感 染，种植体不致引起周围组织产生局部或全身性反应 ，最好能与骨形成化学结合，具有生物活性；
制品
市场将达 800亿美元
增长率45%
药物缓释材料 高速增长
其他生物材料和制 品
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我国生物医用材料的产业化
生物医用材料产业现状:
我国生物材料和制品所占世界 市场份额不足 1.5％；
产品技术水平处于初级阶段，且产品单一； 同类产品与国外产品比，基本上属于仿制，
自主知识产权较少； 生物医用材料与制品70-80%要依靠进口； 产业正处于起步阶段。
③无溶血、凝血反应等。
(二)化学稳定性
①耐体液侵蚀，不产生有害降解产物；
②不产生吸水膨润、软化变质；
③自身不变化等。
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(三)力学条件 ①足够的静态强度，如抗弯、抗压、拉伸、剪 切等； ②具有适当的弹性模量和硬度； ③耐疲劳、摩擦、磨损、有润滑性能。
(四)其它要求 ①良好的空隙度，体液及软硬组织易于长入； ②易加工成形，使用操作方便； ③热稳定好，高温消毒不变质等性能。
生物医用材料
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生物医用材料(biomedical materials ) ——是用于与生命系统接触和发生相互作用，并
能对其细胞、组织和器官进行诊断治疗、替 换修复或诱导再生的一类天然或人工合成的 特殊功能材料，亦称生物材料。
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目录
生物医用材料市场发展概况 生物医用材料的基本特性及分类 金属生物医用材料 无机生物医用材料 有机高分子生物医用材料 杂化生物医用材料
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金属器件植入体内
生理腐蚀和磨蚀
金属离子溶出
引起机体不良反应
进入组织液
Fe----与血红细胞结合可形成铁血黄素；
Cr----能与机体内的丝蛋白结合；
Ni----过量富集有可能诱发肿瘤的形成；
通常，医用不锈钢的小量腐蚀不会引起组织的明显变化， 但量大时会引起水肿、感染、组织坏死或过敏反应。因此必须 严格控制医用不锈钢在体内的金属离子溶出。
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常见生物医用金属材料
名称
贵金属
不锈钢
钴基合金
优点
缺点
应用领域
贵金属及其合金的耐腐 生物相容性差 牙科修复材料，制作植入体内
蚀和机械性能优良
的器件的电极和导线材料，磁
性铂用于眼脸功能的修复。
易加工，价格低
不锈钢耐腐蚀性 体内植入的阴性对照材料，接
和机械性能不如 骨板、骨螺钉、齿冠、齿科矫
钴基合金
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代表性生物医用材料产品及公司
产品 Tritan钛铸造金属 EFUCERA-A义齿 珊瑚骨移植物
生物工程胶原基质Forta Perm, Forta Gen 酪氨酸衍生聚碳酸酯 Oxinium*, Accuris*膝关节
பைடு நூலகம்SynergyTM脊柱修复支架
公司 Dentaurum Inpringen, Ge Yamahachi Dental MFG Co., JP Interpore International, Irvine, CA,
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中国生物医用材料市场
我国生物医学材料的生物医学工程产业的 市场增长率高达 28％(全球市场增长率 20%),居全球之首。
我国人工关节 替换年增长率高达30％，远 高于美国的4％。 ----------------国家科技部资料
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775万肢残患者和每年新增的300万骨损伤患者 --------需要大量骨修复材料