生物医用复合材料

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密度 抗弯 材料 实测 计算 强度 HA 3.15 3.15 110 TiO2 4.21 4.23 426 85TiO2/ 4.02 4.07 252 15HA ZrO2 6.05 6.08 910 85ZrO2/ 5.64 5.64 860 15HA Al2O3 3.97 3.98 577 Al2O3/ 3.75 3.77 532 25HA 骨 70-100
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简 介
生物医用复合材料——是由两种或两种以上 不同材料复合而成的生物医用材料 分类：复合材料一般有基体材料和增强材 料组成
– 按基体：陶瓷基医用复合材料、高分子基医 用复合材料、金属基医用复合材料 – 按组织反应：生物惰性医用复合材料、生物 活性医用复合材料、可吸收医用复合材料
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按增强体的形态和性质
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HAP-ZrO2推广应用面临的难题
复合的优点是使HAP材料的韧性和强度提
高。不过，在HAP基体中引入第二相往往 会导致生物相容性的下降，并有可能加速 HAP的分解。一般说来，用生物惰性材料 增强的HAP材料的生物活性会比纯HAP低。 尽管通过增韧补强可使HAP材料的机械性 能提高，但是由于生物相容性的和生物活性 的降低，工艺复杂等原因，在现阶段还未发 现HAP基陶瓷复合材料广泛的用途。
在偏光显微镜下观察大白兔左大腿根部切片的组织学变化
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从大白兔中取出二元体系材料后，可见肌
组织紧紧包裹住复合陶瓷材料表面，两者 界面接触紧密，肌组织颜色鲜红，同正常 肌组织一样。复合生物陶瓷周围为一层薄 薄的纤维组织包绕。在偏光显微镜下观察， 肌组织与复合生物陶瓷接触面形成一层薄 薄的纤维结缔组织，肌组织细胞结构正常， 未见淋巴细胞，巨噬细胞浸润，亦未见肌 组织细胞溶解、坏死迹象，即无排斥及毒 性反应，具有较好的生物相容性。
– 抗疲劳性能好 – 抗生理腐蚀性好 – 力学相容性能好
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生物活性陶瓷与生物惰性陶瓷复合材料
– 生物惰性陶瓷
具有较高的强度和化学稳定性， 但与生物组织为机械结合；
– 生物活性陶瓷
具有良好的生物相容性可与生物组织形成牢固的 化学结合，
但其脆性和低抗疲劳强度限制其应用。
1. 以高强度氧化物为基材，掺入羟基磷灰石等生物活 性陶瓷颗粒，以赋予生物活性
生物医用复合材料 概述
目 录
图片展示 生物医用复合材料简介 生物医用复合材料的分类和应用
生物医用复合材料的性能特点
生物活性陶瓷与生物惰性陶瓷复合材料 HAP-ZrO2复合材料及其性能 参考文献
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HAP-ZrO2推广应用面临的难题
人造血管
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人工心脏瓣膜
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人Байду номын сангаас韧带
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参考文献




【1】张宏全，李世：《生物医用复合材料的研究进展及 趋势》，周口论文网，2009-03-22 【2】生物医用复合材料，百度文库，2009-05-18 【3】孙彦彬，《功能材料》，百度文库，2012-0613 【4】生物陶瓷复合材料的研究 ，中国生物医学工程学 报 ，2007-08-07 【5】王零森，特种陶瓷，中南工业大学出版社，1994
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生物医用复合材料的分类和应用
例材 基材 增强体或填料 可 吸 收 聚乳酸 碳纤维 生 物 医 聚乳酸/乙醇酸 聚乳酸/乙醇酸纤维、 用复合 羟基磷灰石 材料 明胶/水杨酸盐 β-磷酸三钙 硫酸钙（石膏） 羟基磷灰石 类别 用途 人工韧带、肌腱 骨填料等 骨水泥 骨填料
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性能特点
– 比强度、比模量高
2. 以生物活性陶瓷为基材，掺入氧化物等颗粒以补强 其力学性能
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HAP-ZrO2复合材料
HAP是羟基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2)
的简称。 HAP广泛存在于人体和牛乳中，人体内高 达50%的骨骼都是由均匀成分的无机羟基 磷灰石构成主，牛乳内主要分布于酪蛋白 胶粒和乳清中。
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HAP-ZrO2复合材料
HAP具有极好的生物相容性和生物活性，
被认为是最有前途的陶瓷人工齿和人工骨 置换材料 。 纯HAP陶瓷的机械性能比较差，作为人工 种植体其使用可靠性较差 。 人工合成方法如下：
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HAP-ZrO2复合材料
HAP-ZrO2复合生物陶瓷的制备
将不同配比的原料按如下所示的工艺 流程进行加工，得到不同配比的二元体系 复合生物陶瓷。 配料→混料→造粒→预成形→等静压成形 →素烧→修坯→烧成→粗磨→抛光→检测
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ZrO2(wt %)
σ(MPa) HAP∶ZrO2=90∶1 HAP∶ZrO2=80∶2 0 0 55 60 71 78 HAP∶ZrO2=70∶ 30 65 93
1300℃ 1350℃
1400℃
1450℃
57
56
87
83
110
120
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生物相容性测试
急性毒性与亚急性毒性实验表明，注药后动 物生命活跃，进食消化代谢正常，血液常规检查 除红细胞增高外，其余指标与注药前无明显差别， 也未见陶瓷材料微粒的沉积。
人工关节臼、骨水 泥、人工骨 碳纤维、 氧化铝/不锈钢 骨水泥、人工骨 LTIC、ULTIC 涂层 人工血管 LTIC、氧化铝、氧化锆 人工心瓣膜、人工 等涂层 关节股骨头和柄 碳纤维、碳化硅晶须 人工骨、人工牙根
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生物医用复合材料的分类和应用
类 别 生 物 活 性 复 合 材 料 例材 基材 增强体或填料 生物玻璃 不锈钢纤维、钛纤维 生物活性玻璃陶瓷 氧化锆颗粒、 碳化硅晶须 HA 生物活性陶瓷 聚乳酸、胶原、氨基酸、 骨髓细胞 羟基磷灰石/胶原 明胶/对苯二酚/甲醛 聚乙烯、胶原 羟基磷灰石颗粒 聚甲基丙烯酸甲酯 磷酸盐/硅酸盐/磷灰石/ 玻璃纤维 钛合金、钴合金、 羟基磷灰石/生物活性玻 不锈钢 璃陶瓷涂层 用途 人工骨 人工骨、骨填料 人工骨 注入固化骨填料 人工骨、骨填料 骨水泥 人工关节、人工 种植牙、接骨板
断裂韧性 1.1±0.1 2.8±0.2 2.9±0.1 >5 4.6±0.3 4.4±0.2 4.0±0.4 2.8-1.2
弹性模 骨结合 量 强度 100±10 15.5 270±12 6 238±10 约 10 210 6 385 约2 6
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烧结温度对材料物理性能的影响
二元体系复合生物陶瓷材料抗折强度表

纤维增强医用复合材料
–碳纤维和其他陶瓷纤维、玻璃纤维、金属纤维和高
分子纤维

颗粒增强医用复合材料
–氧化锆、氧化铝、氧化钛等氧化物颗粒
–羟基磷灰石（HAP）等生物活性颗粒
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生物医用复合材料的分类和应用
类别 基材 近 惰 聚乙烯等 性生 物 医 环氧树脂 用 复 聚酯等膜 合 材 不锈钢、钛合金 料 医用生物碳 例材 增强体或填料 碳纤维 用途