常用生物医学材料共20页
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8.3生物材料PPT课件
天然材料具有不可替代的优点：功能多样性、 与机体的相容性、生物可降解性以及对其进行 改性与复合和杂化等研究。
目前天然高分子生物材料主要有：
天然蛋白质材料：胶原蛋白和纤维蛋白两种 天然多糖类材料：纤维素、甲壳素和壳聚糖等
它们由于结构和组成的差异，表现出不同的性 质，应用于不同的方面。
.
16
天然蛋白质材料——胶原蛋白
纤维蛋白薄膜，用于神经外科：替代硬脑膜和保护末梢神经缝线；用 于烧伤治疗：消除颌面窦和口腔间的穿孔。
.
18
天然多糖类材料
多糖是由许多单糖分子经失水缩聚，通过糖苷键结合而 成的天然高分子化合物。
均聚糖：多糖水解后只产生一种单糖，如纤维素、淀粉 杂聚糖：水解产物是两种或两种以上的单糖，如菊粉等。
纶、尼龙、聚丙烯腈、聚烯烃 医用金属材料—不锈钢、钛及钛合金、钛镍记忆合金等 无机生物医学材料—碳素材料、生物活性陶瓷、玻璃材料 杂化生物材料—指来自活体的天然材料与合成材料的杂化，
如胶原与聚乙烯醇的交联杂化等 复合生物材料—用碳纤维增强的塑料，用碳纤维或玻璃纤维
增强的生物陶瓷、玻璃等
.
3
生物材料功能性
Ti-Ni记忆合金血管支架
.
12
形状记忆合金
特点：奇特的形状记忆功能、质轻、磁性微弱、强度较 高、耐疲劳性能、高回弹性和生物相容性好等。
应用：
管腔狭窄的治疗（喉气管狭窄、食管狭窄、胆道狭窄、尿道狭 窄及闭锁等）：支架安入管腔狭窄的部位后，能将狭窄管腔撑 开，并与管壁相贴紧，固定好；其生物相容性好，长期安放对 黏膜无明显损伤；其高回弹性能顺应管道的弯曲，对人体刺激 小。
临床上主要用于
人工关节（特别是人体中受载荷 最大的髋关节）
人工骨及骨科内处固定器件的制 造
目前天然高分子生物材料主要有：
天然蛋白质材料：胶原蛋白和纤维蛋白两种 天然多糖类材料：纤维素、甲壳素和壳聚糖等
它们由于结构和组成的差异，表现出不同的性 质，应用于不同的方面。
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天然蛋白质材料——胶原蛋白
纤维蛋白薄膜，用于神经外科：替代硬脑膜和保护末梢神经缝线；用 于烧伤治疗：消除颌面窦和口腔间的穿孔。
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天然多糖类材料
多糖是由许多单糖分子经失水缩聚，通过糖苷键结合而 成的天然高分子化合物。
均聚糖：多糖水解后只产生一种单糖，如纤维素、淀粉 杂聚糖：水解产物是两种或两种以上的单糖，如菊粉等。
纶、尼龙、聚丙烯腈、聚烯烃 医用金属材料—不锈钢、钛及钛合金、钛镍记忆合金等 无机生物医学材料—碳素材料、生物活性陶瓷、玻璃材料 杂化生物材料—指来自活体的天然材料与合成材料的杂化，
如胶原与聚乙烯醇的交联杂化等 复合生物材料—用碳纤维增强的塑料，用碳纤维或玻璃纤维
增强的生物陶瓷、玻璃等
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生物材料功能性
Ti-Ni记忆合金血管支架
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12
形状记忆合金
特点：奇特的形状记忆功能、质轻、磁性微弱、强度较 高、耐疲劳性能、高回弹性和生物相容性好等。
应用：
管腔狭窄的治疗（喉气管狭窄、食管狭窄、胆道狭窄、尿道狭 窄及闭锁等）：支架安入管腔狭窄的部位后，能将狭窄管腔撑 开，并与管壁相贴紧，固定好；其生物相容性好，长期安放对 黏膜无明显损伤；其高回弹性能顺应管道的弯曲，对人体刺激 小。
临床上主要用于
人工关节（特别是人体中受载荷 最大的髋关节）
人工骨及骨科内处固定器件的制 造
第八章-生物医用材料PPT
（3） 医用生物陶瓷。有惰性生物陶瓷和活性生物陶瓷（羟基磷灰石陶瓷、 可吸收磷酸三钙陶瓷等）
（4） 医用生物复合材料。如羟基磷灰石涂复钛合金，炭纤维或生物活性玻 璃纤维增强聚乳酸等高分子材料。
（5） 生物衍生材料。这类材料是将活性的生物体组织，包括自体和异体组 织，经处理改性而获得的无活性的生物材料。
缺点：在接枝反应过程中，已接枝到材料表面的聚合物链会 对表面活性点产生屏蔽和立体位阻作用，阻碍体系中的聚合 物向膜表面扩散，妨碍端基活性基团聚合物对表面的密集覆 盖，接枝率一般不高。
“由表面接枝”法：
定义：先在材料表面形成活性接枝点，再引发单体接枝聚合， 从材料表面长出接枝聚合物链。这种方法有效地克服了“接 枝到”法中聚合物链靠近膜表面时的立体障碍，可以形成共 价键合、高接枝密度的聚合物刷。
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。
1 5
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。
3
生物医用材料发展简史
生物医用材料的应用已经有很长的历史了。早在公 元前5000年，人类祖先就用了黄金来修补牙齿。公元前 3500年，古埃及人用棉花纤维、马鬃缝合伤口。公元前 2500年的中国和埃及的墓葬里被挖掘出假牙、假鼻和假 耳朵。我国的隋唐时期采用了银、锡、汞合金来填补牙 齿。1851年。当天然橡胶硫化法发明以后，人们用硬橡 胶制作了人工牙托和鄂骨。
9
人工心脏瓣膜
（4） 医用生物复合材料。如羟基磷灰石涂复钛合金，炭纤维或生物活性玻 璃纤维增强聚乳酸等高分子材料。
（5） 生物衍生材料。这类材料是将活性的生物体组织，包括自体和异体组 织，经处理改性而获得的无活性的生物材料。
缺点：在接枝反应过程中，已接枝到材料表面的聚合物链会 对表面活性点产生屏蔽和立体位阻作用，阻碍体系中的聚合 物向膜表面扩散，妨碍端基活性基团聚合物对表面的密集覆 盖，接枝率一般不高。
“由表面接枝”法：
定义：先在材料表面形成活性接枝点，再引发单体接枝聚合， 从材料表面长出接枝聚合物链。这种方法有效地克服了“接 枝到”法中聚合物链靠近膜表面时的立体障碍，可以形成共 价键合、高接枝密度的聚合物刷。
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。
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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。
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生物医用材料发展简史
生物医用材料的应用已经有很长的历史了。早在公 元前5000年，人类祖先就用了黄金来修补牙齿。公元前 3500年，古埃及人用棉花纤维、马鬃缝合伤口。公元前 2500年的中国和埃及的墓葬里被挖掘出假牙、假鼻和假 耳朵。我国的隋唐时期采用了银、锡、汞合金来填补牙 齿。1851年。当天然橡胶硫化法发明以后，人们用硬橡 胶制作了人工牙托和鄂骨。
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人工心脏瓣膜
军用生物材料
1.分类 生物医学材料按材料的性质，可分为医用金属材料、医用高分子材 料、生物陶瓷材料和生物医学复合材料等。按应用领域又可分为可降解 与吸收材料、组织工程材料与人工器官、控制释放材料、仿生智能材料 等。按材料结构分为有机材料和无机材料，而有机材料中大多数是高分
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13-1 生物医学材料
子材料，无机材料主要是骨材料中的轻基磷灰石和微量元素等。 生物医学材料按材料的生物性能，可分为生物惰性材料和生物活性
②生物活性材料（bioactive materials）：是一类能导诱出或调
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13-1 生物医学材料
节生物活性的生物医学材料。生物医学材料科学中所指的“生物活性” ，是一种特殊的能导致材料和组织在界面上形成化学键接的性质。一些 生物医用高分子材料，如天然高分子材料，合成的多肤、仿酶、仿核酸 和一些可降解的合成高分子材料，由于它们的显微结构、表面电荷、键 的形成而表现出生物活性；可以作为活性物质的载体；可以从其自身构 成的基体以及通过酶解、水解等机制控制释放活性物质而起着诱出或调 节生物活性的作用，被视为生物活性材料；可吸收生物陶瓷，如尽一磷 酸三钙等，在体内可被降解吸收并随之为新生组织所替代，所以属生物 活性陶瓷。
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13-1 生物医学材料
好，又具有促进组织生长的材料（如层状复合型生物陶瓷、含骨生长因 子复合块状陶瓷和涂层材料）；具有人体有机和无机成分结构的复合材 料（如含生物活性物质的骨水泥）。
④生物医用复合材料。 ⑤生物衍生材料。 2.生物医学材料的现状 医学临床对生物医学材料的基本要求是：材料无毒性、不致癌、不 致畸、不引起人体细胞的突变和组织反应；与人体组织相容性好，不引 起中毒、溶血凝血、发热和过敏等现象；化学性质稳定，抗体液、血液 及酶的体内生物老化作用；具有与天然组织相适应的物理机械性能；针 对不同的使用目的而具有特定的功能。生物医学材料毫无例外地必须具
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13-1 生物医学材料
子材料，无机材料主要是骨材料中的轻基磷灰石和微量元素等。 生物医学材料按材料的生物性能，可分为生物惰性材料和生物活性
②生物活性材料（bioactive materials）：是一类能导诱出或调
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13-1 生物医学材料
节生物活性的生物医学材料。生物医学材料科学中所指的“生物活性” ，是一种特殊的能导致材料和组织在界面上形成化学键接的性质。一些 生物医用高分子材料，如天然高分子材料，合成的多肤、仿酶、仿核酸 和一些可降解的合成高分子材料，由于它们的显微结构、表面电荷、键 的形成而表现出生物活性；可以作为活性物质的载体；可以从其自身构 成的基体以及通过酶解、水解等机制控制释放活性物质而起着诱出或调 节生物活性的作用，被视为生物活性材料；可吸收生物陶瓷，如尽一磷 酸三钙等，在体内可被降解吸收并随之为新生组织所替代，所以属生物 活性陶瓷。
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13-1 生物医学材料
好，又具有促进组织生长的材料（如层状复合型生物陶瓷、含骨生长因 子复合块状陶瓷和涂层材料）；具有人体有机和无机成分结构的复合材 料（如含生物活性物质的骨水泥）。
④生物医用复合材料。 ⑤生物衍生材料。 2.生物医学材料的现状 医学临床对生物医学材料的基本要求是：材料无毒性、不致癌、不 致畸、不引起人体细胞的突变和组织反应；与人体组织相容性好，不引 起中毒、溶血凝血、发热和过敏等现象；化学性质稳定，抗体液、血液 及酶的体内生物老化作用；具有与天然组织相适应的物理机械性能；针 对不同的使用目的而具有特定的功能。生物医学材料毫无例外地必须具
生物医用材料分类
生物医用材料摘要：生物医用材料(Biomedical Materials)，又名生物材料(Biomaterials)，是一类具有特殊性能，应用于生物体疾病的诊断、治疗、康复和预防，以及替换生物体组织、器官、增进或恢复功能，诱导再生的材料。
它是研究人工器官和医疗器械的基础，是当代材料学科的重要分支，随着生物技术的蓬勃发展和重大突破，生物医用材料已成为科学家研究和开发的热点。
生物材料的特征之一是生物功能性(biofunctionality)，即能对生物体进行诊断、治疗或修复；二是生物相容性(biocompatibility)，即不引起生物组织血液等的不良反应。
关键词：生物医用材料、生物医用金属材料、生物医用高分子材料、生物医用无机非金属材料或生物陶瓷、生物医用复合材料、生物医用衍生材料自古以来，人类就不断的与疾病就不断的与病魔作斗争，生物医用材料是人类与疾病作斗争的有效工具之一。
在不同的历史时期，生物医用材料被赋予了不同的意义，在现代医学上有着举足轻重的医用地位。
生物医用材料作为临床广泛应用的医疗用品，它具有以下较高的基本要求：无毒性、不致癌、不致畸和不引起人体细胞、组织和器官发生突变；与人体组织相容性好，不引起中毒、溶血凝血、发热和过敏等现象；化学性质稳定，抗体液、血液及酶的作用；具有与天然组织相适应的物理机械特性；针对不同的使用目的具有特定的功能。
生物医用材料可以按照来源、性质、应用部位、使用要求和材料的类型进行不同类型的分类。
下面我将从材料类型说一下：1.生物医用金属材料生物医用金属材料，就是外科用金属材料及生物医学手术中使用的合金或金属，属于惰性材料，具有较高的抗疲劳性能和机械强度、又有较好的生物力学特性。
目前广泛应用与外科辅助器材、人工器官、软硬组织等方面。
因为具有广泛的应用，所以它有较高的性能要求：（1）机械性能：要有足够的强度和韧性，适当的弹性与硬度，良好的抗疲劳性（金属材料的疲劳：材料、零构件在循环应力或循环应变作用下，在一处或几处逐渐产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。
生物医用材料-new
生物材料
人工器官、 基质工程
支架、组织 工程
植入、代替、 整形外科
药学诊环断境学学生物学
信息学材料学 遗传学 工程学 机械学
临床医学
16
生物材料发展简史 （历史上、近代、现代）
生物材料分类 （属性、功能、来源、使用）
生物材料的特征与评价 （宿主反应、材料反应、生物相容
性）
古代（利用天然物质和材料治病）
迄今已研制出膝、髋、肘、肩、指、趾关节假体用于临床。
欧美等发达国家每年仅全髋置换已超过80万例. 我国人工关节置 换术达25万例.
髋关节
人工髋关节
Simulator testing
5 kN 230
无菌松动是人工关节置换术后最常见的并发症和最终失 效的主要因素。
磨损产物—磨屑是导致无菌松动的原因。人工关节长期使用
长生不老？
平时接触到哪些生物材料？ 生物材料有哪些要求？ 常见的生物材料分类有哪些？ 常见的生物材料优缺点？
平时接触到哪些生物材料？ 生物材料有哪些要求？ 常见的生物材料分类有哪些？ 常见的生物材料优缺点？
生物医用材料 人工脏器：
4
牙科：
生物医用材料
镍铬合金：400~600元
1611药学诊断学生物学遗传学工程学机械学临床医学材料学信息学环境学单一材料复合材料智能材料仿生材料生物材料植入代替整形外科植入代替整形外科支架组织工程药物缓释载体纳米技术人工芯片人工器官基质工程生物材料发展简史历史上近代现代生物材料分类属性功能来源使用生物材料的特征与评价宿主反应材料反应生物相容古代利用天然物质和材料治病公元前5000年黄金修复失牙
c.医用高分子材料：根据来源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。
人工器官、 基质工程
支架、组织 工程
植入、代替、 整形外科
药学诊环断境学学生物学
信息学材料学 遗传学 工程学 机械学
临床医学
16
生物材料发展简史 （历史上、近代、现代）
生物材料分类 （属性、功能、来源、使用）
生物材料的特征与评价 （宿主反应、材料反应、生物相容
性）
古代（利用天然物质和材料治病）
迄今已研制出膝、髋、肘、肩、指、趾关节假体用于临床。
欧美等发达国家每年仅全髋置换已超过80万例. 我国人工关节置 换术达25万例.
髋关节
人工髋关节
Simulator testing
5 kN 230
无菌松动是人工关节置换术后最常见的并发症和最终失 效的主要因素。
磨损产物—磨屑是导致无菌松动的原因。人工关节长期使用
长生不老？
平时接触到哪些生物材料？ 生物材料有哪些要求？ 常见的生物材料分类有哪些？ 常见的生物材料优缺点？
平时接触到哪些生物材料？ 生物材料有哪些要求？ 常见的生物材料分类有哪些？ 常见的生物材料优缺点？
生物医用材料 人工脏器：
4
牙科：
生物医用材料
镍铬合金：400~600元
1611药学诊断学生物学遗传学工程学机械学临床医学材料学信息学环境学单一材料复合材料智能材料仿生材料生物材料植入代替整形外科植入代替整形外科支架组织工程药物缓释载体纳米技术人工芯片人工器官基质工程生物材料发展简史历史上近代现代生物材料分类属性功能来源使用生物材料的特征与评价宿主反应材料反应生物相容古代利用天然物质和材料治病公元前5000年黄金修复失牙
c.医用高分子材料：根据来源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。
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实验流程图
•
同心撞击流微反应器
实验过程图
• 氧化锌纳米颗粒经导向粘附成氧化锌纳米微球， 再经过氧化银和柠檬酸钠作用变为氧化锌/银微纳 米颗粒
结果与表征
光催化原理
XPS表征
光催化表征
抗菌性表征
结论
基于自主设计同心冲击流微反应器结合微波技术， 通过采样，快速，高效，安全，绿色的方法，不 同的银含量一系列的氧化锌/银MNSS成功合成此 复合材料具有优良的光催化和抗菌活性根据它的 晶体结构和形态将增加光生电子的分离率和孔。 最优Ag含量是约7.5％（原子）作为在MO时照射 30分钟后UV光几乎完全降解这些结果表明，氧化 锌/银MNSS具有优良的光催化性和合成的抗菌活 性，而这种高效率的和大规模连续制造方法具有 很大的潜力可扩展到其它金属 - 合成材料。
结论
总之，我们开发了钨的的双功能剂钨青铜通过简单一釜法CT成像和光 热疗法。由于W5+的存在，以及强X射线衰减系数，所述PEG化的 Na0.3WO3纳米棒表现出强烈的NIR吸收和杰出CT成像效果，它可以 达到靶诊断和治疗。体外光热实验表明，我们的聚乙二醇Na0.3WO3 纳米棒可以在低浓度下获得足够“厨师”肿瘤细胞，这表明这是一个 安全和稳定的光热剂具有高有效性。作为一名CT造影候选人，聚乙二 醇化Na0.3WO3纳米棒有很大的空间分辨率和灵敏度在体外实验和 TC71肿瘤小鼠。肿瘤可瘤内注射后观察用10mg/mlNa0.3WO3 100 微升。在体内小鼠模型中的治疗实验进一步发现了聚乙二醇化 Na0.3WO3纳米棒似乎是一个非常有效的光热剂，使优良的近红外光 的响应在低剂量肿瘤消融的效果。此外，没有任何明显的在实验过程 中观察到毒性，这表明PEG-400封端Na0.3WO3纳米棒具有一个良好 的生物相容性。 PEG化Na0.3WO3棒具有低毒性，优良的光热效应， 一高光热稳定性和很好的CT成像的效果，这使得有可能它们的潜在用 途在临床应用。