金属基等生物医用复合材料
生物医用材料
生物医用材料生物医用材料是指用于医学领域的一类材料，广泛应用于医疗器械、医疗器具等领域。
生物医用材料具有生物相容性好、生物降解性以及生物仿生性等特点，可以与人体组织有效地进行交互作用，提供持久、安全和可靠的医疗效果。
生物医用材料一般可分为金属材料、聚合物材料、陶瓷材料和复合材料四大类。
其中，金属材料一般采用不锈钢、钛合金等；聚合物材料主要有聚乳酸、聚偏氟乙烯等；陶瓷材料则包括氧化铝、羟基磷灰石等；复合材料则可以是一种或多种材料的组合。
不同的材料在生物医用领域起到不同的作用，满足不同的医疗需求。
在生物医用器械中，金属材料常用于制作支架、骨板等。
金属材料具有强度高、硬度好的特点，可以有效承担人体部位的力学负荷。
常用的钛合金材料具有生物相容性好、不易引起过敏等优点，广泛应用于骨科和牙科领域。
聚合物材料则在生物医用领域中具有广泛的应用。
聚乳酸被广泛应用于可吸收缝合线、骨内固定器等器械中。
聚乳酸具有良好的生物降解性，可以在人体内自然降解，避免了二次手术取出材料的需要。
此外，聚合物材料还可以根据不同的需求进行修饰，如改变材料的表面形态，提高材料与人体组织的相容性。
陶瓷材料主要应用于牙科和骨科领域。
陶瓷材料具有优异的生物相容性和生物降解性能，可以模拟人体骨组织的结构和力学性能，实现与人体骨组织的良好结合。
羟基磷灰石是一种常用的陶瓷材料，被广泛使用于人工骨、缺损修复和牙科修复等领域。
复合材料则是将不同的材料进行组合，以达到更好的功能和性能。
复合材料可以包括金属与聚合物的组合，或是多种不同的金属的组合。
在生物医用领域中，复合材料常用于制作人工关节等器械。
复合材料在强度和生物相容性上可以兼具，提高了材料的性能。
总的来说，生物医用材料是一类专门用于医疗领域的材料，具有生物相容性、生物降解性和生物仿生性等特点。
不同的生物医用材料在医疗领域起到不同的作用，满足不同医疗需求。
随着科技的不断进步，生物医用材料的研究发展将为医学领域的发展提供更多可能性。
生物医用复合材料
第六章 生物医用复合材料
第一节 概述
一、生物医用复合材料的概念
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，它主要用于人体组织的修复、替换和 人工器官的制造。
二、生物医用复合材料的分类
根据复合材料的三要素分类如下：
（1）按基体材料分类，有陶瓷基生物医用复合材料、高分子 基生物医用复合材料、金属基生物医用复合材料。
（2）按材料植入体内后引起的组织材料反应分类，有近于生 物惰性的复合材料、生物活性复合材料和可吸收生物医用复 合材料，其具体分类和用途见表6-1。
（3）按增强体的形态和性质分为纤维增强生物医用复合材 料和颗粒增强生物医用复合材料。
纤维增强生物医用复合材料是以纤维为增强体而形成的一 类生物医用复合材料，作为增强体的纤维有碳纤维和其他陶瓷 纤维、玻璃纤维、金属纤维和高分子纤维，基体材料主要是医 用高分子材料和生物陶瓷等。纤维在基体中起组成成分和骨架 作用，基体起粘结纤维和传递力的作用，纤维的性能、纤维在 基体中的含量、分布以及与基体材料的界面结合情况对复合材 料的力学性能影响较大。纤维增强生物医用材料，由于其结构 与人体组织非常相似，因此具有较大的发展潜力。
2.抗疲劳性能好
疲劳是材料在循环应力作用下的性能。由长3mm的热解 碳纤维无规则地分布于超高分子质量聚乙烯基体中形成的复合 材料，含10%～15%体积碳纤维时，其强度、刚性、抗疲劳 和抗摩擦性能均显著地高于聚乙烯。碳纤维的抗疲劳强度很高， 基体材料塑性好，即使出现了裂纹，但塑性形变能使裂纹尖端 锐化，从而减缓扩展，增强相与基体间的界面也能有效地组织 疲劳裂纹的扩展。
生物医用金属材料的制备与性能研究
生物医用金属材料的制备与性能研究在现代医学领域中，金属材料作为一种重要的制备材料在生物医用方面起到了重要的作用。
这些材料具有良好的生物相容性和机械性能，能够用于骨创伤修复、人工关节等领域。
本文将探讨生物医用金属材料的制备方法和性能研究。
一、生物医用金属材料的制备方法生物医用金属材料的制备方法多种多样，常见的方法包括粉末冶金、溶液法、沉积法等。
其中，粉末冶金是一种较常用的方法。
该方法通过将金属原料加工成微米级的粉末，然后进行烧结或热处理等工艺，最终制备出具有一定强度和生物相容性的金属材料。
另外，溶液法也是一种常用的制备方法。
该方法将金属原料溶解于溶液中，然后通过沉淀、电沉积等方法控制金属沉积在基材上，最终制备出金属薄膜或涂层。
这种方法能够控制金属材料的成分和微观结构，提高其生物相容性和功能性。
二、生物医用金属材料的性能研究生物医用金属材料的性能研究包括机械性能、生物相容性、表面改性等方面。
其中，机械性能是指金属材料在应力、应变等外力作用下的特性。
通过测量金属材料的屈服强度、硬度、延伸率等参数，可以评估材料的强度和韧性。
这些机械性能对于金属材料在骨创伤修复等应用中至关重要。
生物相容性是评估生物医用金属材料在人体内被接受程度的指标。
金属材料与人体组织的相互作用会导致一系列生物学反应，如炎症反应、细胞增殖等。
通过体外和体内实验方法，研究人员可以评估金属材料的生物相容性，以确保其在人体内的安全性和稳定性。
表面改性是通过改变生物医用金属材料表面的化学组成和形貌，来实现其特定功能。
例如，通过表面涂层、微纳结构等方式，可以提高金属材料的附着性、抗菌能力等性能。
研究人员利用化学和物理方法对金属材料进行表面改性，以满足临床应用的需求。
三、生物医用金属材料的应用生物医用金属材料广泛应用于骨创伤修复、人工关节、心脏支架等领域。
例如，在骨创伤修复方面，钛合金和不锈钢等金属材料被制备成骨板、骨针等形式，用于骨折的固定和修复。
生物医用复合材料
生物医用复合材料生物医用复合材料(biomedical composite materials) 是由两种或两种以上的不同材料复合而成的生物医用材料，它主要用于人体组织的修复、替换和人工器官的制造［1］。
长期临床应用发现，传统医用金属材料和高分子材料不具生物活性，与组织不易牢固结合，在生理环境中或植入体内后受生理环境的影响，导致金属离子或单体释放，造成对机体的不良影响。
而生物陶瓷材料虽然具有良好的化学稳定性和相容性、高的强度和耐磨、耐蚀性，但材料的抗弯强度低、脆性大，在生理环境中的疲劳与破坏强度不高，在没有补强措施的条件下，它只能应用于不承受负荷或仅承受纯压应力负荷的情况。
因此，单一材料不能很好地满足临床应用的要求。
利用不同性质的材料复合而成的生物医用复合材料，不仅兼具组分材料的性质，而且可以得到单组分材料不具备的新性能，为获得结构和性质类似于人体组织的生物医学材料开辟了一条广阔的途径，生物医用复合材料必将成为生物医用材料研究和发展中最为活跃的领域。
1. 生物医用复合材料组分材料的选择要求生物医用复合材料根据应用需求进行设计，由基体材料与增强材料或功能材料组成，复合材料的性质将取决于组分材料的性质、含量和它们之间的界面。
常用的基体材料有医用高分子、医用碳素材料、生物玻璃、玻璃陶瓷、磷酸钙基或其他生物陶瓷、医用不锈钢、钻基合金等医用金属材料；增强体材料有碳纤维、不锈钢和钛基合金纤维、生物玻璃陶瓷纤维、陶瓷纤维等纤维增强体，另外还有氧化锆、磷酸钙基生物陶瓷、生物玻璃陶瓷等颗粒增强体。
植入体内的材料在人体复杂的生理环境中，长期受物理、化学、生物电等因素的影响，同时各组织以及器官间普遍存在着许多动态的相互作用，因此，生物医用组分材料必须满足下面几项要求：(1)具有良好的生物相容性和物理相容性，保证材料复合后不出现有损生物学性能的现象；(2)具有良好的生物稳定性，材料的结构不因体液作用而有变化，同时材料组成不引起生物体的生物反应；(3)具有足够的强度和韧性，能够承受人体的机械作用力，所用材料与组织的弹性模量、硬度、耐磨性能相适应，增强体材料还必须具有高的刚度、弹性模量和抗冲击性能；(4)具有良好的灭菌性能，保证生物材料在临床上的顺利应用。
生物医用材料的种类及应用
生物医用材料的种类及应用摘要：生物医用材料是近年来发展迅速的新型高科技材料，如人工骨、高分子材料、无机非金属材料、复合材料等，本文根据其物质属性对常用的医用生物材料进行了分类及各部分最新的应用研究进展，根据分类对常用的医用生物材料在骨科、整形外科、牙科、口腔外科、心血管外科、眼外科、耳鼻喉科及普通外科方面的应用做了详细阐述。
生物医用材料的应用对挽救生命和提高人民健康水平做出了重大贡献，随着现代医学飞速发展不断获得关注，发展前景广阔。
关键词：生物医用材料人工骨生物陶瓷硅橡胶复合材料1生物医用材料1.1生物医用材料的定义生物医用材料（Biomedical Material）是用于对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的新型高技术材料。
它是研究人工器官和医疗器械的基础，己成为材料学科的重要分支，尤其是随着生物技术的蓬勃发展和重大突破，生物材料己成为各国科学家竞相进行研究和开发的热点。
当代生物材料已处于实现重大突破的边缘，不远的将来，科学家有可能借助于生物材料设计和制造整个人体器官，生物医用材料和制品产业将发展成为本世纪世界经济的一个支柱产业。
先由生物分子构成生物材料，再由生物材料构成生物部件。
1.2生物医用材料的种类生物材料品种很多，有不同的分类方法。
通常是按材料的物质属性分类，据物质属性，生物医用材料大致可以分为以下几种：（1）生物医用金属材料生物医用金属材料（Biomedical Metallic Materials）是作为生物医学材料的金属或合金，具有很高的机械强度和抗疲劳特性，是临床应用最广泛的承力植入材料，主要有钴合金（Co-Cr-Ni）、钛合金（Ti-6a1-4v）和不锈钢的人工关节和人工骨。
（2）生物医用高分子材料生物医用高分子材料（Biomedical Polymer）分为天然医用高分子材料和合成医用高分子材料，近年来合成高分子医用材料迅速发展，硕果累累。
通过分子设计，可以获得很多具有良好物理机械性和生物相容性的生物材料。
金属基复合材料简介及研究现状
3D打印技术
02
利用3D打印技术，实现金属基复合材料的定制化、高效制造
。
多尺度复合技术
03
发展多尺度复合技术，实现金属基复合材料的多层次结构设计
。
05
结论与展望
研究成果总结
金属基复合材料的制备技术得到改进，包括粉末冶金法、喷射沉积法、机械合金 化法等复合材料的应用领域不断扩大，涉及到能源、环保、医疗、航空航天等领 域，且在各个领域中都有显著的应用成果。
02
金属基复合材料的性能与 特点
力学性能
01
02
03
强度与硬度
金属基复合材料具有较高 的强度和硬度，能够承受 较大的应力和压力。
韧性
金属基复合材料的韧性比 金属单质更强，能够吸收 更多的能量，抵抗冲击和 振动。
疲劳性能
金属基复合材料的疲劳性 能较好，能够在反复应力 作用下保持稳定的性能。
物理性能
由于金属基复合材料具有高强度、高刚性和 轻质等优点，因此在航空航天领域得到广泛 应用，如飞机结构件、卫星部件等。
金属基复合材料在汽车工业中也有广泛应用 ，如汽车发动机部件、变速器齿轮等。
能源领域
生物医学领域
金属基复合材料在能源领域也有广泛应用， 如太阳能电池板支架、核反应堆结构件等。
金属基复合材料在生物医学领域也有广泛应 用，如人工关节、牙科种植体等。
扩散法
将增强体和金属基体在高温下进行扩散处理，使两者相互 渗透、结合，形成复合材料。该方法适用于制备连续或非 连续增强金属基复合材料。
喷射沉积法
将增强体和金属熔体通过喷射、雾化等方法制备成复合材 料。该方法适用于制备连续或非连续增强金属基复合材料 。
金属基复合材料的应用领域
生物医用复合材料
生物医用复合材料
生物医用复合材料是一种新型材料，它将生物材料与医用材料相结合，具有良好的生物相容性和生物活性，广泛应用于医疗领域。
生物医用复合材料的研究和应用对于提高医疗器械的性能和功能具有重要意义。
首先，生物医用复合材料具有良好的生物相容性。
生物相容性是指材料与生物体相互作用时，不会引起明显的排斥反应或产生有害的影响。
生物医用复合材料通常采用生物可降解材料或生物惰性材料作为基质，再加入生物活性物质，如生长因子、细胞因子等，以增强材料的生物相容性，降低组织排斥反应，促进组织修复和再生。
其次，生物医用复合材料具有良好的生物活性。
生物活性是指材料具有促进细胞黏附、增殖和分化的能力，能够与生物体组织产生积极的相互作用。
生物医用复合材料中的生物活性物质能够诱导周围组织生长，促进血管新生，加速组织修复和再生，有利于医疗器械与人体组织的结合，提高治疗效果。
生物医用复合材料在医疗领域具有广泛的应用。
例如，生物可降解支架是一种常见的生物医用复合材料，它能够在植入体内逐渐降解，减少二次手术的风险；生物活性骨修复材料能够促进骨折愈合和骨缺损修复；生物医用复合材料还可用于制备人工皮肤、人工血管、人工关节等医疗器械，以满足临床治疗的需要。
总之，生物医用复合材料具有良好的生物相容性和生物活性，广泛应用于医疗领域，对于提高医疗器械的性能和功能具有重要意义。
随着生物医学工程和材料科学的不断发展，相信生物医用复合材料将会在未来发挥越来越重要的作用，为人类健康事业做出更大的贡献。
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。
常用的生物医学材料
生 物 传 感 器
生物传感器利用生物功能性物质的分子识别功能，有选 择的检测反应物质并把各种变化转换成可测信号。高分 子刺激响应材料多制成膜，膜孔的闭张状态可由环境因 素所控制，或是高分子链的构型、构象，理化特性会对 刺激因素发生变化
常用的生物医学材料
本节介绍几种常用的生物医学金属材料、 无机生物医学材料、高分子生物医学材料，以 及最近受到人们普遍关注的、有望制造出具有 高生理功能的人工器官的杂化生物医学材料。
本节介绍几种常用的生物医学金属材料、无机 生物医学材料、高分子生物医学材料，以及最近受到 人们普遍关注的、有望制造出具有高生理功能的人工 器官的杂化生物医学材料。
一、生物医学金属材料
金属材料是生物医学 材料中应用最早的。由金 属具有较高的强度和韧性， 适用于修复或换人体的硬 组织，早在一百多年前人 们就已用贵金属镶牙。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。
3.与细胞的杂化
人工材料与细胞的杂化最早用于人工血管的伪内膜法。杂化 细胞材料还可用于生物传感器，还可制造生物人工器官。
人工血管
人工仿真耳
人工髋关节
END
常用的抗凝措施是：材料表面的肝素化、亲水化、负电荷化、 化学惰性化和生物活性化：也有采取假内膜或培育一层内皮细胞的 技术措施的。对高分子材料进行分子设计改性也望可取得较好的血 液相容性。
2.药用高分子材料
高分子化合物主要的三个方面 （1）作为控制释放药物的载体。 （2）作为药物使用。 （3）作为药物制剂的辅助材料。 特别是采用智能高分子材料，可使药物释放体系 （DDS）智能化。此体系的特点是药物是否需要可由药剂 本身判断，它可感知疾病引起的化学物质及物理量变化的 信号，药剂能对信号响应并自主地控制药物的释放。
生物医用材料
生物医用材料综述按照我的理解，生物医用材料是与我们生命个体有关，在医学方面对我们有生物意义的特殊材料。
生物医用材料，对我们非医学专业的人来说，是一个专业性较强的词汇。
从专业角度来说，生物医用材料指的是一类具有特殊性能、特种功能，用于人工器官、外科修复、理疗康复、诊断、治疗疾患，而对人体组织不会产生不良影响的材料。
生物医用材料应用广泛，品种很多，有不同的分类方法。
根据材料本身的性质分为医用金属材料、医用高分子材料、生物陶瓷材料、医用复合材料和新起步的生物衍生材料五大类。
1) 医用金属材料主要适用于人体硬组织的修复和置换，有钴基合金、不锈钢、钛及钛合金、贵金属系、形状记忆合金、金属磁性材料等七大类。
医用金属材料的显著特点是具有较高的强度和韧性，加工性能好，工艺成熟稳定可靠，广泛用于齿科充填、人工关节、人工心脏、磁疗、放射疗法、药物载体、生殖控制等。
2) 生物陶瓷材料是近年来得到较快发展的一类生物材料，应用范围与医用金属材料类似。
生物陶瓷材料的优点是生物相容性好，同时又具有一定的强度和耐腐蚀性.但脆性和加工成型困难，仍是制约生物陶瓷广泛应用的两个最大难题.医用高分子材料是生物材料中的最大家族。
3) 医用高分子材料，包括合成和天然高分子，品种达100多种，已被广泛应用于各种韧带、肌腱、皮肤、血管、角膜、骨和牙以及各种人工器官脏器的修复和制造。
根据材料的性质分为生物降解和非生物降解材料两大类。
事实上，正是由于高分子科学的发展才确立了生物医学材料的学科地位。
4) 生物复合材料是上述三种材料任意两种以上复合而成的。
生物医学材料的研究仍属于仿生学范畴。
目前已实用的生物复合材料主要有表面涂层复合生物材料（如烤瓷假牙等）、纤维增强医用复合材料（如弹性骨折内固定板、可降解骨折内固定板等）。
当然，也可根据材料行为分为近于生物惰性的、生物活性的和可生物降解的三种基本类型。
5) 生物衍生材料的主要成分是活性生物组织, 用于人工心脏瓣膜、皮肤掩膜、骨修复体、血管化学修复体等。
生物医用材料
生物无机与有机高分子复合材料
❖ 几乎所有的生物体组织都是由两种或两种 以上的材料构成的
例如人体中的骨骼和牙齿可看作由胶原蛋白、 多糖基质等高分子构成的连续相和弥散于中 的羟基磷灰石晶粒复合而成。
❖ 利用高弹性模量的无机材料增强高分子材 料的刚性，并赋予其生物活性
❖ 利用高分子材料的可塑性增进生物无机材 料的韧性。
共聚调控降解时间
聚羟基丁酸酯PHB及其共聚物 可生物降解，用于药物释放载体和组织工程 多糖和蛋白质是自然界中重要的天然高分子，具有很好的生
物相容性、可降解性和低毒性，
聚原酸酯(Polyorthoesters,POE）
POE是通过多元酸或多元原酸酯与多元醇类 经无水条件下缩合形成原酸酯键而制成。
料的机械性能，导致断裂，还产生腐蚀产物， 对人体有刺激性和毒性。
常用的医用金属材料
❖ 1)齿科：镶牙、齿科矫形、牙根种植及辅助器件 ❖ 2)人工关节和骨折内固定器械：人工肩关节、肘关节、全髋
关节、半髋关节、膝关节、踝关节、腕关节及指关节。各种 规格的皮质骨和松质骨加压螺钉、脊椎钉、骨牵引钢丝、人 工椎体和颅骨板等， ❖ 3)心血管系统：各种传感器、植入电极的外壳和合金导线， 可制作不锈钢的人工心脏瓣膜、血管内扩张支架等 ❖ 4)其它：如用于各种眼科缝线、人工眼导线、眼眶填充、固 定环等。
要方法)a.热喷涂b.脉冲激光融覆c.离子溅射d.喷 砂法e.电结晶法f.电化学法g.离子注入
医用金属材料研究进展
医用镁及镁合金材料的研究 镁合金具备作为可降解骨植入材料的多方面优点：
(1) 镁是人体内含量最多的阳离子之一，几乎参 与人体内所有的新陈代谢过程。
(2) 镁及镁合金的弹性模量约为45GPa，更接近 人骨的弹性模量，能有效降低应力遮挡效应； 镁与镁合金的密度约为1.7g/cm3，与人骨密度 (1.75g/cm3)接近，符合理想接骨板的要求。
生物医用复合材料发展现状及趋势
(中国科学院国家科学图书馆 总馆 北京 100080) 摘要： 本文通过简要总结生物医用复合材料的分类及所经历的三个发展阶段，并 结合当前该领域的研究动态分析了生物医用复合材料的发展趋势与应用前景； 同 时总结了我国的发展现状及存在的一些问题及可供参考的一些建议。 关键词：生物医用复合材料 组织工程 纳米复合材料 材料表面改性 王 俊
2
际上材料前沿领域一个十分活跃的研究方向， 在组织工程中已开物医用复合材料的研究动态
目前生物医用材料主要有以下研究和发展方向。 4.1 生物材料的生理活化研究 材料生理活化研究是生物医用复合材料发展的一个重要方向， 它利用现代生 物工程技术，将生物活性组元引入生物材料，加速材料与机体组织的结合，并参 与正常的生命活动，最终成为机体的一部分[8]。通过使用天然高分子材料与材料 表面固定有生理功能的物质，如多肽、酶和细胞生长因子等，这些物质充当邻近 细胞、基质的配基或受体，使材料表面形成一个能与生物活体相适应的过渡层。 4.2 研究新的降解材料 研究新的降解材料 组织工程领域研究中， 通常应用生物相容性的可降解聚合物去诱导周围组织 的生长或作为植入细胞的粘附、生长、分化的临时支架。其中组织工程材料除了 具备一定的机械性能外，还需具有生物相容性和可降解性。 4.3 研究具有全面生理功能的人工器官和组织材料 利用细胞学和分子生物学方法将蛋白质、 细胞生长因子、 酶及多肽等固定在 现有材料的表面， 通过表面修饰构建新一代的分子生物材料， 来引发所需的特异 生物反应， 抑制非特异性反应， 从而提高生物医用材料的生物功能化和生物智能 化。 4.4 研究新型的药物载体材料 20 世纪 90 年代以来，随着药物剂型和制剂研究进入药物释放系统(DDS)时 代，新型药物释放系统已成为药学领域的重要发展方向，由此，对新型药物载体 材料的研究也就愈加重要。如目前使用较为广泛的聚乙二醇(PEG)，它作为载体 材料可以与蛋白质和多肽类药物形成结合物，从而被看作是一种新型的载药系 统。 4.5 生物材料表面改性研究 植入人体的材料应具有与活体组织形成键合的特性，即“生物活性” 。生物 活性可分为两个层次，一是生物惰性材料的“生物活化改性” ；另一是“生物活 性材料” 。对植入材料与生物体相互作用机制的大量研究表明，通过物理、化学、 生物等各种手段改善材料表面性质，可大幅度改善材料与生物体之间的相容性。
医用复合材料举例
医用复合材料在医疗器械领域有广泛的应用，以下是其中的一些例子：
1.碳纤维复合材料：这种材料被用于制造X光检查仪用移动平台、骨科用和器官
移植用等医疗器械，以及制造假肢、矫形器等康复产品。
碳纤维复合材料包含无数纤维/树脂界面，当受到过大的外力产生裂纹时，这些界面能有效阻止裂纹的进一步扩大，推迟疲劳破坏的产生。
2.医用金属复合材料：这类材料通常由金属和非金属材料组成，具有良好的力学
性能和耐腐蚀性，常用于制造人工关节、牙科植入物等医疗器械。
3.生物可降解复合材料：这类材料可以在体内逐渐降解，同时刺激自体组织再生，
常用于制造临时植入物，如骨折固定器、组织工程支架等。
4.生物活性复合材料：这类材料能够与生物组织发生相互作用，促进组织再生和
愈合，常用于牙科、骨科等领域。
5.高分子复合材料：高分子复合材料具有优良的力学性能、化学稳定性和生物相
容性，广泛应用于制造医疗器械，如导管、人工血管等。
总之，医用复合材料在医疗器械领域的应用非常广泛，可以根据不同的需求选择适合的材料和工艺，以实现最佳的治疗效果和患者的康复。
生物医用金属材料的分类及应用
生物医用金属材料的分类及应用1. 生物医用金属材料的分类生物医用金属材料 (Biomedical Metal Materials) 包括用于医疗和生物学领域的各种金属材料，其分为生物可吸收和非生物可吸收材料。
生物可吸收材料包括铝镁合金、钛酸铝镁合金、钛合金、镁合金、高分子材料以及一些研究用复合材料等。
这些材料具有质量轻、保护优异、特性稳定、可降解等特点，因此在医疗器械中非常普遍。
非生物可吸收材料主要是指钛酸钙类、钛酸铁类、钢类、铁类、钛酸钙锆类材料等，其具有耐腐蚀、优异的机械强度和塑性，可以用于裂伤损伤的修复以及医疗器械的制作等，是传统医疗器械材料中的主要材料，如医用植入物和矫形手术器械等。
2. 生物医用金属材料的应用生物医用金属材料在医疗领域的应用十分广泛，主要应用有以下几方面：（1）植入物: 生物医用金属材料在植入物领域的应用十分广泛，例如，钛酸钙材料常用于骨科矫形手术，其优异的机械强度和耐腐蚀性能可以使其很好地配合骨骼，从而达到矫正骨头的目的；钛酸钙类材料也常用于人工组织修复，如口腔修复、牙齿修复等；还有美容整形手术中使用的颅骨和软骨修复材料等。
（2）微机电系统：微机电系统（MEMS）是指以微尺度为特点的集电子、机械、光学等功能于一体的微型装置系统。
生物医用金属材料可以用于MEMS的制作，如用高分子材料制作微型器件，能够实现生物传感和微型控制系统的设计，如微型植入式医疗设备和细胞内实验设备等。
（3）检测设备：活体内具有磁性特征的细胞和细胞组织可以用于生物医用金属材料制成的磁共振检测设备中，以达到细胞层面的检测和诊断目的。
（4）医用器械：生物医用金属材料用于制作医用器械，如针灸器具、手术器具、护理器具等，可以提高医疗质量，提升医疗效果。
金属基等生物医用复合材料
将生物活性物质（如生长因子、药物等）与金属基生物医用复合材料结合，实现治疗和修 复的双重功能。
02
金属基生物医用复合材料的制 备技术
Chapter
粉末冶金法
粉末冶金法是一种传统的制备金属基复合材料的方法， 通过将金属粉末与增强相混合，经过压制、烧结等工艺 制备出复合材料。 该方法的优点是制备工艺简单、成本低，可以制备出形 状复杂的复合材料，适用于大规模生产。
定义
金属基生物医用复合材料是由金属或其合金作为基 体，与其他生物材料（如陶瓷、高分子、生物活性 玻璃等）复合而成，用于人体组织和器官的诊断、 治疗和修复的一类新型生物医用材料。
分类
根据金属基体和复合材料的种类，金属基生物医用 复合材料可分为金属/陶瓷复合材料、金属/高分子 复合材料、金属/生物活性玻璃复合材料等。
维实体。
该方法的优点是可以快速制造出 复杂的形状，且可以个性化定制
。
缺点是打印过程中容易出现层间 开裂、翘曲等问题，且打印材料
的种类有限。
03
金属基生物医用复合材料的性 能研究
Chapter
力学性能
总结词
金属基生物医用复合材料的力学性能对其在医疗应用中的稳定性和持久性至关 重要。
详细描述
这些材料需要具备足够的强度和刚度，以承受使用过程中的各种应力，同时保 持结构的完整性。此外，良好的韧性也是必不可少的，以防止因冲击或疲劳而 导致的断裂。
金属基生物医用复合材料的应用领域
01
人工关节
用于替代病变或损伤 的关节面，提高关节 功能和患者生活质量 。
02
牙科修复材料
用于牙齿缺损的修复 和美容，如牙种植体 和牙冠等。
03
血管支架
用于治疗血管狭窄或 闭塞性疾病，支撑狭 窄或闭塞的血管。
金属基复合材料的类型
金属基复合材料的类型金属基复合材料是一种由金属基体和增强体组成的复合材料。
金属基体通常占据主导地位，承担大部分载荷，而增强体则起到增强材料性能的作用。
根据增强体的类型、形状、尺寸和分布，金属基复合材料可分为多种类型。
以下是几种常见的金属基复合材料类型：1. 按增强体形状分类（1）颗粒增强金属基复合材料：增强体为颗粒状，如陶瓷颗粒、金属颗粒等。
这种复合材料具有较好的韧性和耐磨性，但强度和刚度相对较低。
（2）纤维增强金属基复合材料：增强体为纤维状，如碳纤维、玻璃纤维、硼纤维等。
这种复合材料具有较高的强度和刚度，但韧性和耐磨性相对较低。
（3）晶须增强金属基复合材料：增强体为晶须状，如氧化铝晶须、碳化硅晶须等。
这种复合材料具有较高的强度和刚度，较好的韧性和耐磨性。
2. 按增强体材料分类（1）陶瓷增强金属基复合材料：增强体为陶瓷材料，如氧化铝、碳化硅等。
这种复合材料具有较高的硬度和耐磨性，但韧性较低。
（2）金属增强金属基复合材料：增强体为金属材料，如不锈钢、钛合金等。
这种复合材料具有较高的强度和韧性，但耐磨性相对较低。
（3）塑料增强金属基复合材料：增强体为塑料材料，如聚四氟乙烯、聚酰亚胺等。
这种复合材料具有良好的耐磨性和耐腐蚀性，但强度和刚度较低。
3. 按增强体分布方式分类（1）连续增强金属基复合材料：增强体呈连续分布，如纤维增强金属基复合材料。
这种复合材料具有较高的强度和刚度，但韧性和耐磨性相对较低。
（2）非连续增强金属基复合材料：增强体呈非连续分布，如颗粒增强金属基复合材料。
这种复合材料具有较好的韧性和耐磨性，但强度和刚度相对较低。
4. 按制备工艺分类（1）铸造法制备的金属基复合材料：采用铸造工艺将增强体与金属基体结合，如陶瓷颗粒增强铝基复合材料。
（2）粉末冶金法制备的金属基复合材料：采用粉末冶金工艺将增强体与金属基体结合，如碳纤维增强铜基复合材料。
（3）热压法制备的金属基复合材料：采用热压工艺将增强体与金属基体结合，如碳化硅晶须增强钛基复合材料。
生物医用复合材料的应用
生物医用复合材料的应用一、生物工程组织生物工程组织是利用生物医用复合材料模拟和构建人体组织和器官的一种技术。
这些复合材料可以模拟天然组织的结构和功能，从而为人工器官、组织工程和再生医学等领域提供重要的支持。
例如，利用生物医用复合材料可以制造人工骨骼、软骨、血管、心脏瓣膜等，以替代或修复受损的组织和器官。
二、生物医用器件生物医用器件是指用于诊断、治疗和监测人体内部状况的医疗设备。
这些设备需要与人体组织和器官具有良好的相容性，以确保其安全性和有效性。
生物医用复合材料可以用于制造这些设备的外壳、支架、导管等部件，以提高设备的性能和安全性。
三、药物载体药物载体是指将药物输送到目标组织或器官的载体。
生物医用复合材料可以作为药物载体的基质，通过控制药物的释放速度和分布，实现药物的靶向传递。
这种技术可以显著提高药物的疗效，减少副作用，延长药物的作用时间。
四、生物相容性涂层生物相容性涂层是指用于改善医疗器械与人体组织和器官相容性的涂层。
这些涂层可以降低医疗器械对人体的免疫反应和炎症反应，提高医疗器械的安全性和舒适性。
生物医用复合材料可以用于制造这些涂层，如生物相容性聚合物涂层、生物活性玻璃涂层等。
五、生物医用敷料生物医用敷料是指用于保护伤口、促进伤口愈合的敷料。
这些敷料需要具有良好的透气性、吸水性和生物相容性，以避免感染和刺激皮肤。
生物医用复合材料可以用于制造这些敷料，如生物降解性敷料、生物活性敷料等。
总之，生物医用复合材料在医疗领域具有广泛的应用前景，可以为人工器官、组织工程、再生医学、医疗器械等领域提供重要的技术支持。
随着科技的不断发展，相信未来会有更多的创新应用和突破。
生物复合材料
• 强度、扭转强度和韧性较差。氧化铝、氧化锆等生物惰性陶瓷耐压、耐磨和 化学稳定性比金属、有机材料都好，但其脆性的问题没有得到解决。生物活 性陶瓷的强度则很难满足人体较大承力部位的需要。
• 二、胶原基生物材料的应用 • 心脏瓣膜 ：目前已发展的有2类:一类是机械瓣膜,一类是生物瓣膜。用胶原 基材料制作成的生物瓣膜的缺点是植入人体后会产生钙化,一般在前10a使用 期内性能良好。现在,材料科学家正竭力合成新的医用瓣膜材料,目的是大幅 度延长材料的使用寿命,减少二次手术,减轻患者痛苦。 • 血管修复：由于心血管疾病日益增加,对替换血管装置的要求越来越多。应 用生物组织基心血管装置的主要优势,是直径小于5mm的心血管置换器。与 合成材料相比,生物材料的多样性为改善置换器的性能提供了有利条件,并且 胶原基装置还具有感染性低、宿主组织能向装置中渗入生长,而不需要高密 度孔结构,以及可与天然血管在物理性质上较好的匹配等优点。
不远的将来科学家有可能借助于生物材料设计和制造整个人体器官生物医用材料和制品产业将发展成为本世纪世界经济的一个支柱产由于传统的人工器官如人工肾肝不具备生物功能代谢合成只能作为辅助治疗装置使用研究具有生物功能的组织工程人工器：生物复合材料又称为生物医用复合材料，它是由两种或两种以上不同 材料复合而成的生物医学材料。制备此类材料的目的就是进一步提高或改善 某一种生物材料的性能。此类材料主要用于修复及替换人体组织、器官或增 进其功能。 • 分类： • 1、按材料组成和性质： • 医用高分子材料（聚乙烯、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、硅橡 • 胶、聚乳酸、聚羟基乙酸）； • 医用金属材料（不锈钢、钴基合金、钛和钛合金以及贵金属）； • 医用陶瓷材料（羟基磷灰石材料）； • 医用复合材料（金属基-陶瓷涂层体系等）
生物医用材料的分类有哪些？
生物医用材料的分类有哪些？生物医用材料(Biomedical Materials)是用来对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的材料。
生物医用材料的分类有哪些？接下来，就带你了解一下吧！它是研究人工器官和医疗器械的基础，已成为当代材料学科的重要分支，尤其是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各国科学家竞相进行研究和开发的热点。
骨形态发生蛋白（BMP）材料是第三代生物医用材料中的代表材料。
在不同的历史时期，生物医用材料被赋予了不同的意义。
其定义是随着生命科学和材料科学的不断发展而演变的。
但是，他们都有一些共同的特征。
即生物医用材料是一类人工或天然的材料，可以单独或与药物一起制成部件、器械用于组织或器官的治疗、增强或替代，并在有效试用期内不会对宿主引起急性或慢性危害。
但由于生命现象是极其复杂的，是在几百万年的进化过程中适应生存需要的结果，生命具有一定得生长、再生和修复精确调控能力，这是目前所有人工器官和生物医用材料所无法比拟的。
因此，目前的生物医用材料与人们的真正期望和要求相差甚远。
生物医用材料的分类编辑生物医用材料按用途可分为骨、牙、关节、肌腱等骨骼-肌肉系统修复材料，皮肤、乳房、食道、呼吸道、膀胱等软组织材料，人工心瓣膜、血管、心血管内插管等心血管系统材料，血液净化膜和分离膜、气体选择性透过膜、角膜接触镜等医用膜材料，组织粘合剂和缝线材料，药物释放载体材料，临床诊断及生物传感器材料，齿科材料等。
生物医用材料按按材料在生理环境中的生物化学反应水平分为惰性生物医用材料、活性生物医用材料、可降解和吸收的生物医用材料。
生物医用材料按材料的组成和性质可以分类如下：生物医用金属材料生物医用金属材料是用作生物医用材料的金属或合金，又称外科用金属材料或医用金属材料，是一类惰性材料。
这类材料具有高的机械强度和抗疲劳性能，是临床应用最广泛的承力植入材料。
该类材料的应用非常广泛，遍及硬组织、软组织、人工器官和外科辅助器材等各个方面。
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当粒径小于15nm时，其矫顽力Hc→0，即进入了超顺磁状
态。
制作人:刘娟 282456221@
第一节 纳米材料
二、纳米材料的主要制备方法 1、物理方法
(1)真空冷凝法 用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料 气化或形成等离子体，然后骤冷。其特点纯度高、结晶组 织好、粒度可控，但技术设备要求高。 (2)物理粉碎法 通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米
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第一节 纳米材料
（3）热学性质
纳米微粒的熔
点、烧结温度
和晶化温度均
比常规粉体低
得多。这是纳 米微粒量子效 应造成的。
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第一节 纳米材料
（4）磁学性质
纳米微粒的小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效 应，使其具有常规粗晶材料不具备的磁特性。
1、宽频带强吸收 当尺寸减小到纳米级时，各种金属纳米微粒几乎都呈
黑色，它们对可见光的反射率极低。这就是纳米材料的强
吸收率、低反射率。
例如，铂金纳米粒子的反射率为1%。
纳米氮化硅、碳化硅及三氧化二铝对红外有一个宽频 带强吸收谱。
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第一节 纳米材料
2、纳米微粒分散物系的光学性质和发光效应
粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分
布不均匀。
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第一节 纳米材料
(3)机械球磨法 采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素
纳米粒子、合金纳米粒子或复合材料的纳米粒子。其特点
操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。
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第一节 纳米材料
1.表面效应
表 面 原 子 数 相 对 总 原 子 数
100 80
比 例 60 （ 40 ） 20
0 0 10 20 30 40 50
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%
第一节 纳米材料
2.小尺寸效应
金属纳米固体材料的电阻增大与临界尺寸现象归因于小尺寸
效应。当颗粒尺寸与电子运动的平均自由程可比拟或更小
第六章
新材料化学
新能源学院
2011年5月16日
第六章 新材料化学
新材料是指新近发展的或正 在研发的、性能超群的一些材料， 具有比传统材料更为优异的性能。
新材料技术则是按照人的意志，
通过物理研究、 材料设计、材料
加工、试验评价等一系列研究过
程，创造出能满足各种需要的新 型材料的技术。
第六章 新材料化学
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原子排成的“原子”字样
1nm=1/10亿米，10个氢原子 紧密排列，20nm是头发丝直 径的3000分之一
第一节 纳米材料
纳米材料的基本特性：
1. 量子尺寸效应
2. 表面效应
3.小尺寸效应
4.宏观量子隧道效应
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第一节 纳米材料
2. 化学方法
(1)气相沉积法 利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳米材
第一节 纳米材料
由于纳米材料的组织粒子极其小，其中所包含的原子 个数极少、质量极轻，许多物理和化学性质表现就不能用 宏观上块状物质的性质来描述，而是出现一些“反常现象
”。
（1）光学性质
（2）力学性质
（3）热学性质 （4）磁学性质
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第一节 纳米材料
（1）光学性质
• 纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成
。纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～
100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的 过渡区域。
• 从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统
既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一 种典型人介观系统，它具有表面效应、小尺寸效 应和宏观量子隧道效应。
纳米微粒分散于介质中形成分散物系（溶胶），纳米
微粒称为胶体（或分散相）。
由于在溶胶中胶体的高分散性和不均匀性，使得分散 物系具有特殊的光学特性，例如丁达尔效应。丁达尔效应 ——如果让一束聚集的光线通过分散物系，在入射光的垂 直方向上可以看到一个发光的圆锥体。
另外，当纳米微粒的尺寸小到一定值时，可在一定波
第一节 纳米材料 第二节 复合材料 第三节 生物材料 第四节 智能材料 第五节 新能源材料
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第一节 纳米材料
一、纳米材料概述
二、纳米材料的主要制备方法 三、纳米材料的应用领域
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第一节 纳米材料
一、纳米材料概述
时，小尺寸效应不容忽视。界面散射为主因。
e_
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第一节 纳米材料
3.量子尺寸效应
当纳米颗粒尺寸小到一定程度时，费米面附近电子能 级的离散性非常显著，量子尺寸效应不容忽视，最后导致
低温下导体向绝缘体的转变
～
（如kBT）
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第一节 纳米材料
4.宏观量子隧道效应
隧道效应是基本的量子现象之一，即当微观粒子的总 能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒。近年来 ，人们发现一些宏观量如微颗粒的磁化强度、量子相干器 件中的磁通量及电荷也具有隧道效应，他们可以穿越宏观 系统的势阱而产生变化，故称之为宏观量子隧道效应。
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长的光激发下发光。这是载流子的量子限域效应引起的。
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第一节 纳米材料
（2）力学性质
金属纳米材料和陶瓷纳米材料有着比一般材料更高的
强度和硬度，甚至大部分陶瓷纲米材料也具有良好的塑性
和韧性。如A12O3基体中加入纳米SiC晶粒制成的陶瓷材料， 其最高强度大于1500MPa，最高使用温度也可以原来的 800℃提高到1200 ℃，纳米Ag微粒只要低于373K就开始 熔化，而常规Ag的熔点却在1173K左右。
主要表现为：超顺磁性、矫顽力、居里温度和磁
化率。
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第ห้องสมุดไป่ตู้节 纳米材料
超顺磁状态的起因： 由于小尺寸下，当各向异性能减小到与热运动能可相 比时，磁化方向就不再固定在一个易磁化方向，易磁化方 向作无规律的变化，结果导致超顺磁性的出现。 例如，粒径为85nm的纳米镍Ni微粒，矫顽力很高，而