生物医用材料[优质ppt]
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生物医用材料ppt课件
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
8
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
13
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
14
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
……
5
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
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。
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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。
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。
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
《生物医学功能材料》课件
分类
根据用途和特性，生物医学功能 材料可分为医用植入材料、医用 组织工程支架材料、医用膜材料 和器件、药物控制释放材料等。
生物医学功能材料的重要性
01
02
03
提高医疗效果
生物医学功能材料能够提 高医疗效果，减少并发症 ，改善患者生活质量。
推动医疗技术创新
生物医学功能材料的研发 和应用推动了医疗技术的 创新和发展。
血管支架
支架材料能够支撑狭窄或病变的血管，促进血液 循环，改善心血管疾病症状。
牙科种植体
种植体材料能够与人体骨骼相结合，恢复牙齿功 能，提高口腔健康水平。
药物载体与控释系统
药物载体
利用生物医学功能材料作为药物载体 ，能够实现药物的定向输送，提高治 疗效果并降低副作用。
控释系统
通过控制药物释放速度和时间，实现 药物的持续、稳定释放，提高患者的 用药依从性。
《生物医学功能材料 》ppt课件
目录
CONTENTS
• 生物医学功能材料的概述 • 生物医学功能材料的特性 • 生物医学功能材料的制备方法 • 生物医学功能材料的应用领域 • 生物医学功能材料的未来展望
01
生物医学功能材料 的概述
定义与分类
定义
生物医学功能材料是指用于替代 、修复、增强或辅助人体组织和 器官功能的材料。
2
生物可降解性对于临时性植入材料非常重要，可 以避免长期留存对组织造成的不良影响。
3
材料的生物可降解性可以通过选择适当的生物可 降解材料或进行表面改性等方式实现。
力学性能与稳定性
力学性能是指材料在受力作用下 的变形、断裂和疲劳等行为特性
。
良好的力学性能可以保证材料在 生理环境中的稳定性和耐久性， 减少因受力而产生的形变、断裂
根据用途和特性，生物医学功能 材料可分为医用植入材料、医用 组织工程支架材料、医用膜材料 和器件、药物控制释放材料等。
生物医学功能材料的重要性
01
02
03
提高医疗效果
生物医学功能材料能够提 高医疗效果，减少并发症 ，改善患者生活质量。
推动医疗技术创新
生物医学功能材料的研发 和应用推动了医疗技术的 创新和发展。
血管支架
支架材料能够支撑狭窄或病变的血管，促进血液 循环，改善心血管疾病症状。
牙科种植体
种植体材料能够与人体骨骼相结合，恢复牙齿功 能，提高口腔健康水平。
药物载体与控释系统
药物载体
利用生物医学功能材料作为药物载体 ，能够实现药物的定向输送，提高治 疗效果并降低副作用。
控释系统
通过控制药物释放速度和时间，实现 药物的持续、稳定释放，提高患者的 用药依从性。
《生物医学功能材料 》ppt课件
目录
CONTENTS
• 生物医学功能材料的概述 • 生物医学功能材料的特性 • 生物医学功能材料的制备方法 • 生物医学功能材料的应用领域 • 生物医学功能材料的未来展望
01
生物医学功能材料 的概述
定义与分类
定义
生物医学功能材料是指用于替代 、修复、增强或辅助人体组织和 器官功能的材料。
2
生物可降解性对于临时性植入材料非常重要，可 以避免长期留存对组织造成的不良影响。
3
材料的生物可降解性可以通过选择适当的生物可 降解材料或进行表面改性等方式实现。
力学性能与稳定性
力学性能是指材料在受力作用下 的变形、断裂和疲劳等行为特性
。
良好的力学性能可以保证材料在 生理环境中的稳定性和耐久性， 减少因受力而产生的形变、断裂
《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
第九章_生物医用高分子材料97页PPT
19.11.2019
材料
• 1960s 可生物降解聚合物，如： Polylactide(PLA)
• 1970-80s 隐形眼镜（Contact lens），药物 控制释放(drug controlled release)
• 1990s- 聚合物在生物医用材料中的占有率 超过一半
19.11.2019
19.11.2019
材料
• 通常，当人体的表皮受到损伤时，流出的血液会 自动凝固，称为血栓。
• 血液相容性指材料在体内与血液接触后不发生凝 血、溶血现象，不形成血栓。
• 实际上，血液在受到下列因素影响时，都可能发 生血栓：① 血管壁特性与状态发生变化；② 血液 的性质发生变化；③ 血液的流动状态发生变化。
• 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
• ……
19.11.2019
材料
3. History of polymeric biomaterials
1943年 1949年
赛璐珞薄膜开始用于血液透析 美国首先发表了医用高分子的展望性论文。在文章 中，第一次介绍了利用PMMA作为人的头盖骨、关 节和股骨，利用聚酰胺纤维作为手术缝合线的临床 应用情况。50年代，有机硅聚合物被用于医学领 域，使人工器官的应用范围大大扩大，包括器官替 代和整容等许多方面。
OHNH2
NN
SO3H
SO3H
材料
⑤材料表面伪内膜化
人们发现，大部分高分子材料的表面容易沉渍 血纤蛋白而凝血。如果有意将某些高分子的表面制 成纤维林立状态，当血液流过这种粗糙的表面时， 迅速形成稳定的凝固血栓膜，但不扩展成血栓，然 后诱导出血管内皮细胞。这样就相当于在材料表面 上覆盖了一层光滑的生物层—伪内膜。这种伪内膜 与人体心脏和血管一样，具有光滑的表面，从而达 到永久性的抗血栓。
《生物医药材料》课件
生物医药材料的定义
生物医药材料是指 用于医疗、保健、 康复等领域的材料， 包括生物材料、药 物载体、生物活性 物质等。
生物医药材料具有 生物相容性、生物 降解性、生物活性 等特性。
生物医药材料的应 用领域包括药物输 送、组织工程、生 物传感器、生物诊 断等。
生物医药材料的研 究与发展对于提高 人类健康水平具有 重要意义。
生物相容性材料：与人体组织相容，减 少排斥反应
智能材料：具有自我修复、自我调节等 功能
纳米材料：具有高活性、高稳定性等特 点
3D打印技术：个性化定制，提高治疗效 果
基因编辑技术：精准治疗，提高治疗效 果
生物医药材料的分 类
金属类生物医药材料
钛合金：具有良好的生物相容性，广泛应用于骨科植入物
钴铬合金：具有良好的耐磨性和耐腐蚀性，常用于牙科植入物
生物相容性是指材 料与生物组织接触 时，不会引起生物 组织的不良反应
生物相容性包括细 胞相容性、组织相 容性和血液相容性
生物相容性是生物 医药材料的重要性 能要求之一
生物相容性可以通 过生物试验和模拟 试验来评估
生物活性
生物相容性：材料与生物组织之间的相互作用，避免产生不良反应 生物降解性：材料在体内逐渐分解，降低对环境的影响 生物活性：材料对生物体的刺激和影响，如促进细胞生长、修复组织等 生物安全性：材料对生物体的安全性，避免产生毒性和过敏反应
生物活性陶瓷类生物医药材料
生物活性陶瓷：具有生物活性的陶瓷材料，如羟基磷灰石、生物玻璃等 应用领域：骨科、牙科、心血管等领域 特点：具有良好的生物相容性、生物降解性、生物活性等 发展趋势：随着生物医学工程的发展，生物活性陶瓷在生物医药领域的应用将越来越广泛。
生物医药材料的性 能要求
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
相关主题
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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。
第三节 生物医用无机骨水泥
骨水泥作为人工合成替代材料中的重要组成部分，在硬组织缺损 修复和固定移植体过程中起着不可低估的作用
发展历程：
第一代PMMA骨水泥
第二代磷酸钙骨水泥CPC
新型CPC
玻璃碳
心脏瓣膜
生
物
陶
瓷
中
耳
通
生物陶瓷人工听小骨假体
气 引
流
管
第一代 PMMA骨水泥:优点：易成型和粘结性能好
医用金属材料的腐蚀
腐蚀：材料与周围介质的化学、电化学或物理溶解 作用而导致的破坏过程。
是金属与它所处的环境之间发生的一种不希 望出现的化学反应，
将会导致金属形成氧化物、氢氧化物或其他 化合物而持续析出
金属材料的耐腐蚀性能的途径
（1）在材料表面形成保护层 （2）提高材料表面光洁度 （3）物理化学方法(改善金属生物材料表面性能的主
第二章 医用无机材料
一 生物医用无机材料的基本条件： 1.良好的生物相容性 2.杂质元素及溶出物含量低 3.有效性 4.成型加工性能 5.良好的耐消毒灭菌性
二 生物医用无机材料分类
生物医用 无机 材料
生物陶瓷 生物玻璃 生物玻璃
材料
材料
陶瓷
生物医 用无机 骨水泥
生物复 合无机
材料
第二节 生物医用陶瓷材料
2. 性能特点
比强度、比模量 抗疲劳性能好 抗生理腐蚀性好 力学相容性能好
生物无机与无机复合材料
以氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、生物玻璃、生 物玻璃陶瓷、羟基磷灰石、磷酸钙等材料 为基体，
引入颗粒、晶片、晶须或纤维等增强体。 一、生物陶瓷与生物陶瓷复合材料
二、生物陶瓷与生物玻璃复合材料 三、生物活性涂层无机复合材料
主要应用于硬组织的修复与重建。
缺点：材料化学成份与人体骨成份完全不同，生物相容 性差；单体放热剧烈；细胞毒性；引起过敏
第二代 磷酸钙骨水泥 CPC
20世纪80年代中期，E.brown和chow发现由几种磷酸钙盐 组成的混合物能在人体环境和温度下自行固化，水化硬 化过程基本不放热，其水化成分最终泥，用与人 体骨的修复，故称磷酸钙骨水泥
定义：
生物陶瓷是指与人体工程有关的可用于人体组织修复的一类陶瓷 材料
特点：
⑴在人体内理化性能稳定，具有良好的生物相容性； ⑵材料的性能可通过成分的设计进行控制； ⑶容易成型，可按需要制成各种形状 ⑷容易着色，是良好的口腔材料
典型的生物医用陶瓷材料
1
氧化吕陶瓷
2
医用碳材料性
3
生物活性陶瓷
4
可吸收生物陶瓷
生物医用材料
第一章 生物医用材料概述
• 定义：
生物材料（Biomaterials）即生物医学材料（Biomedic Materials）指“以医疗为目的的用于与组织接触以形成功 能无生命的材料”
• 特征：
用于与生命系统接触和发生相互作用的，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 特殊的功能材料
新型CPC的研究
1. 药物控释骨水泥 2. 注射型骨水泥 3. 生物活性骨水泥
第三章 医用金属材料
定义：是一种用作生物医用材料的金属 或合金，又称作外科用金属材料或医 用金属材料，是一类生物惰性材料。
医用金属材料的特性与要求
(1)生物相容性:即生物学反应最小 (2)优良的机械性能: 强度与弹性模量（与生物体匹配） 耐磨性 (3)耐腐蚀性能：腐蚀不仅降低或破坏金属材
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。
分为惰性生物陶瓷，如氧化铝生物陶瓷 表面生物活性陶瓷，如磷酸钙基生物陶瓷
可降解生物陶瓷，如β-磷酸三钙陶瓷等
生物医用高分子材料
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
生物医用复合材料
不同种材料的混合或结合，克服单一材料的缺点，获得性能更优的材 料
生物材料是材料科学领域中正在发展的多种学科相互交 叉渗透的领域，其研究内容涉及材料科学、生命科学、化 学、生物学、解剖学、病理学、临床医学、药物学等学科 ，同时还涉及工程技术和管理学科的范畴
生物医用金属材料: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
生物医用无机材料:主要是生物陶瓷
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。
(3) 镁具有独特的体内降解性能 。 (4) 镁资源丰富，价格低廉。
第四章 生物医用复合材料
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
1. 分类：复合材料一般有基体材料和增强材料组成
(1)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
(2)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 (3)按增强体的形态和性质：纤维增强医用复 合材料 ，颗粒增强医用复合材料
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。
第三节 生物医用无机骨水泥
骨水泥作为人工合成替代材料中的重要组成部分，在硬组织缺损 修复和固定移植体过程中起着不可低估的作用
发展历程：
第一代PMMA骨水泥
第二代磷酸钙骨水泥CPC
新型CPC
玻璃碳
心脏瓣膜
生
物
陶
瓷
中
耳
通
生物陶瓷人工听小骨假体
气 引
流
管
第一代 PMMA骨水泥:优点：易成型和粘结性能好
医用金属材料的腐蚀
腐蚀：材料与周围介质的化学、电化学或物理溶解 作用而导致的破坏过程。
是金属与它所处的环境之间发生的一种不希 望出现的化学反应，
将会导致金属形成氧化物、氢氧化物或其他 化合物而持续析出
金属材料的耐腐蚀性能的途径
（1）在材料表面形成保护层 （2）提高材料表面光洁度 （3）物理化学方法(改善金属生物材料表面性能的主
第二章 医用无机材料
一 生物医用无机材料的基本条件： 1.良好的生物相容性 2.杂质元素及溶出物含量低 3.有效性 4.成型加工性能 5.良好的耐消毒灭菌性
二 生物医用无机材料分类
生物医用 无机 材料
生物陶瓷 生物玻璃 生物玻璃
材料
材料
陶瓷
生物医 用无机 骨水泥
生物复 合无机
材料
第二节 生物医用陶瓷材料
2. 性能特点
比强度、比模量 抗疲劳性能好 抗生理腐蚀性好 力学相容性能好
生物无机与无机复合材料
以氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、生物玻璃、生 物玻璃陶瓷、羟基磷灰石、磷酸钙等材料 为基体，
引入颗粒、晶片、晶须或纤维等增强体。 一、生物陶瓷与生物陶瓷复合材料
二、生物陶瓷与生物玻璃复合材料 三、生物活性涂层无机复合材料
主要应用于硬组织的修复与重建。
缺点：材料化学成份与人体骨成份完全不同，生物相容 性差；单体放热剧烈；细胞毒性；引起过敏
第二代 磷酸钙骨水泥 CPC
20世纪80年代中期，E.brown和chow发现由几种磷酸钙盐 组成的混合物能在人体环境和温度下自行固化，水化硬 化过程基本不放热，其水化成分最终泥，用与人 体骨的修复，故称磷酸钙骨水泥
定义：
生物陶瓷是指与人体工程有关的可用于人体组织修复的一类陶瓷 材料
特点：
⑴在人体内理化性能稳定，具有良好的生物相容性； ⑵材料的性能可通过成分的设计进行控制； ⑶容易成型，可按需要制成各种形状 ⑷容易着色，是良好的口腔材料
典型的生物医用陶瓷材料
1
氧化吕陶瓷
2
医用碳材料性
3
生物活性陶瓷
4
可吸收生物陶瓷
生物医用材料
第一章 生物医用材料概述
• 定义：
生物材料（Biomaterials）即生物医学材料（Biomedic Materials）指“以医疗为目的的用于与组织接触以形成功 能无生命的材料”
• 特征：
用于与生命系统接触和发生相互作用的，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 特殊的功能材料
新型CPC的研究
1. 药物控释骨水泥 2. 注射型骨水泥 3. 生物活性骨水泥
第三章 医用金属材料
定义：是一种用作生物医用材料的金属 或合金，又称作外科用金属材料或医 用金属材料，是一类生物惰性材料。
医用金属材料的特性与要求
(1)生物相容性:即生物学反应最小 (2)优良的机械性能: 强度与弹性模量（与生物体匹配） 耐磨性 (3)耐腐蚀性能：腐蚀不仅降低或破坏金属材
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。
分为惰性生物陶瓷，如氧化铝生物陶瓷 表面生物活性陶瓷，如磷酸钙基生物陶瓷
可降解生物陶瓷，如β-磷酸三钙陶瓷等
生物医用高分子材料
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
生物医用复合材料
不同种材料的混合或结合，克服单一材料的缺点，获得性能更优的材 料
生物材料是材料科学领域中正在发展的多种学科相互交 叉渗透的领域，其研究内容涉及材料科学、生命科学、化 学、生物学、解剖学、病理学、临床医学、药物学等学科 ，同时还涉及工程技术和管理学科的范畴
生物医用金属材料: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
生物医用无机材料:主要是生物陶瓷
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。
(3) 镁具有独特的体内降解性能 。 (4) 镁资源丰富，价格低廉。
第四章 生物医用复合材料
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
1. 分类：复合材料一般有基体材料和增强材料组成
(1)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
(2)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 (3)按增强体的形态和性质：纤维增强医用复 合材料 ，颗粒增强医用复合材料