复合材料ppt

理论上，生物材料可分为：生物惰性材
料（第一代）、生物活性和可降解材料（第 二代）、分子级特定细胞反应的材料（第三 代），复合材料被认为是在第三代生物材料 形成生物降解脚手架和主要组织的发展。
2.硬组织的应用
纤维增强复合材料在硬组织上的应用包 括：头骨重建，骨折修复，全膝、脚踝、臀 和其他关节的替换以及牙科。 2.1骨折修复
在SBF中浸泡的PHBV/ BMBG复合支架SEM 图。（a）浸泡前的多孔结构（b）浸泡前孔隙墙 的局部放大形貌（c）浸泡8小时的脚手架（D） 24 h浸泡的多孔网络。
界面相容性：植入物和组织的界面 的化学、生物、物理适宜性
结构相容性：刚度、强度和最佳负载传输等
骨骼是一种天然的复合材料，是由胶原纤维和散 布于其间的羟磷灰石复合而成。
羟磷灰石有高弹性模量（100GPa），皮质层的 弹性模量降到10~20GPa。
与通常用于骨固定的金属相比是一个相对低 的弹性模量。Ti和不锈钢的弹性模量大约分别在 118GPa、206GPa。
金属、陶瓷、复合材料和纤维增强塑料的 刚度、强度和断裂韧性如图1（a-c）所示，明显 地看到，对高分子基复合材料进行适当的裁剪可 以符合骨骼的性质，因此是一种重要潜在的替换 材料。另外，我们还必须考虑相容性，实用性和 成本等。
考虑到诸如行走、跑步、伸展、跳跃等
日常活动，必须考虑环境对假肢的影响。假 肢与骨骼直接接触需要低弹性模量来获得结 构兼容，高的强度来确保其实用性和耐久性。 纤维增强高分子复合材料能够有效地实现低 弹性模量和高强度。此外，抗腐蚀和抗疲劳 性能得到极大的改善。
骨折修复有两类：外固定和内固定。 外固定通过夹板固定、支撑或相似的固 定系统使骨骼碎片保持对齐。传统的铸造材 料基本是用CaSO4和纬编纤维植物或玻璃纤维 和聚酯纤维来增强的。
与不锈钢同等物相比，碳纤维正长石材
料 使 病 人 心 率 和 耗 氧 量 减 少 10% ， 重 量 减 少 29%。另外，由于碳纤维增强塑料的低密度， 使其走路更加灵活，步态和速度都有所改善。
A、高强度，高弹性模量，高断裂韧性，较 强的抗疲劳性，维持力学可靠性和在载荷作用下 抗变形性；
B、体内生物相容性和耐蚀性 ； C、在长期低阻力的条件下，实现支持耐磨 性能的高硬度和优质表面；
D、在轴承表面/滑膜液界面湿润，有利于 身体的润滑。
2.3全髋关节置换技术
全髋关节置换术是关节置换中最普遍的， 目前，临床使用的髋关节植入物主要是金属。 然而，假肢松动和骨诱导直接影响骨重塑。 研究发现：聚合物复合材料是一种潜在的替 代材料。
最近，纳米生物活性玻璃尤其在骨软、 脆骨和牙本质再生方面引起了大量的关注 ，
它是复合了可生物降解聚合物和纳米生物活 性玻璃颗粒或纤维，满足适当的弹性模量和 强度同时，在纳米尺寸可灵活设计，是骨组 织工程材料应用的主要竞争对手。
扫描电子显微镜图像（A - C）不同的放 大倍率的静电亚微米的生物活性玻璃70S30C 纤维（D）为单根光纤
内固定必须使用金属板、螺丝、针和线
这样的植入物将骨碎片固定到位，为了固定 牢靠，经常会用到金属板和螺丝，包括热固 性材料在内的多种聚合物复合材料。这一类 复合材料可进一步分为：非可再吸收、部分 可再吸收和完全吸收的部分。
2.2全膝关节替代 复合材料在全膝关节替代中的应用相当困
难的，主要是由于两种组分间的结合性很差。研 究表明，作为关节表面材料性能总结如下：
内容
• 1.概述 • 2.硬组织的应用 • 3 软组织的应用 • 4 组织工程应用 • 5 在职业体育中特殊假肢的应用 • 6 商业假肢 • 7.仿生传感器，执行器和人造肌肉 • 8.未来的方向 • 9. 结论
1.概述
纤维增强聚合物 复合材料
骨科医学 上下假肢
生物植入材料：生物相容性 例如，植入体与主组织坚硬度的失配，可以导 致剧烈的压力屏蔽。 生物相容性：植入体在生物系统行为能力的适 应性。
多 种 计 算 方 法 已 应 用 于 对 CF/PA12 ， CF/PA12/HAP等新兴的复合材料的性能进行研究， 他们的骨密度的分布如图。与金属的材料相比较，
新材料更能够适应骨重构，骨节的骨密度可能会提 高20-40%，而骨结的密度减少10-20%，压力的屏 蔽破裂减少。
2.4牙科应用
在牙科的应用上，包括正畸矫正线、支 撑架和牙帖等，银汞合金、金、Al2O3、Zr2O3 等传统修复材料已经基本被复合树脂所取代。 在保有原来的修复功能和美观外，而且使病 人的手术过程耗时少，手术创伤少。缺点主 要体现在它的使用寿命及导热性能差导致味 觉改变。
4 组织工程应用
脚手架状结构的纤维在软组织工程和先 进骨组织工程领域应用广泛，传统上，对存 在缺陷的骨头通过如自体移植、异体移植、 血管移植，骨髓移植等方法。考虑到生物相 容性，目前，采用骨诱导、骨引导连续刺激 骨形成与自然组织机械兼容较好的支架结构。 支架材料可能进一步作用于植入骨细胞和其 他器官。支架材料能够实现药物传递，局部 释放生长素和抗生素，加强骨生长。
现代骨组织工程优点： 在任何特定时期供体组织量得到减少，
可在体外进行骨骼细胞设计。
移植失败率和二次手术都将明显的降低。 假肢间质干细胞的早期治疗，感染率减 轻，病变组织可能会治愈。因此，终身治疗 的必要性也会减少。
抗酒石酸磷酸酶苏木对比染色的显微照片（a） 商业羟基磷灰石，（b）PGA/ B-TCP（1:1），（c） PGA/ B-TCP（1:3）分别为术后14，30，和90天。图像 放大200倍，插图放大600倍。红色：破骨细胞;蓝色： 细胞核; NB：新骨，M：材料；黑色比例尺度200微米; 红色比例尺度：50微米。比较表明骨矿化，再生和生 物降解的能力，组织再生都满足要求。
3 软组织的应用
研究证明纤维增强复合材料很难应用到 软组织。包括皮肤，神经，肌肉，韧带和血 管移植，它们在受到一种生理负载时不服从 胡克定律。其应力应变表现为非线性的“J”形 曲线，复合材料一般取代的是高分子的系统， 如多糖蛋白。
目前，研究采用包括自组装、相分离、熔 喷和模板合成等技术用复合材料模仿软组织。