生物材料学PPT课件
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《生物材料学》医用生物材料 ppt课件
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128
陶瓷材料的强度和断裂 陶瓷的结合键和晶体结构决定了陶瓷材料具有很高的抗压
强度，但抗拉强度和剪切强度却很低。
若设裂纹的长度为C，应力集中系数可根据Griffith公式得到：
c 2 C
r
式中，σ为垂直作用于此裂纹的平均应力；r为裂纹尖端处的曲
率半径；C为裂纹长度。由于裂纹尖端处的曲率半径很小。
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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图4-2 萤石的点阵结构
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图4-3 刚玉的点阵结构
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1.2 陶瓷的物理性能
• 陶瓷材料的机械性能
陶瓷材料的弹性变形 陶瓷材料的拉伸模量一般比金属的大得多，常相差数倍。
这主要是由于陶瓷材料由离子键和共价键组成有关。陶瓷材 料的弹性模量还与构成陶瓷材料的种类、分布比例、气孔率 和加工工艺等因素密切相关，尤其是陶瓷的工艺过程对陶瓷 材料的弹性模量有着很重要的影响。
等），考察材料的生物相容性。
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5
耐腐蚀性能要求
金属材料的主要缺点是腐蚀问题。
长期浸泡在含有有机酸、碱金属或碱土金属离 子（Na+、K+、Ca2+）、Cl-离子等构成的恒温 （37℃）电解质的环境中，加之蛋白质、酶和 细胞的作用，其环境非常复杂，会对金属材料 产生腐蚀，腐蚀的产物可能是离子、氧化物、 氯化物等。
生物医学高分子材料课件
化学法
利用化学反应将药物与高 分子材料结合，如接枝共 聚法、药物嵌入聚合物网 络法等。
生物法
利用生物分子和生物过程 将药物与高分子材料结合 ，如抗体偶联法、基因载 体法等。
高分子药物载体的性能评价
安全性评价
主要包括急性毒性试验、长期毒 性试验、致畸致癌性试验等，以 确保药物载体对人体的安全性。
有效性评价
生物医学高分子 材料课件
汇报人： 日期:
目录
• 生物医学高分子材料概述 • 生物相容性高分子材料 • 生物降解性高分子材料 • 高分子药物载体 • 高分子组织工程支架材料 • 研究展望与挑战
01
生物医学高分子材料概述
定义与分类
生物医学高分子材料
指用于诊断、治疗、修复或替换人体组织或器官的材料。
分类
根据应用部位和功能，可分为生物惰性、生物活性、生物降 解和生物相容性高分子材料。
生物医学高分子材料的特性
生物惰性
指在体内稳定，不发生化学反应，无毒无害 。
生物降解
在体内可被分解为小分子，无害化排出体外 。
生物活性
具有诱发机体免疫反应的能力。
生物相容性
与人体组织相容，无排异反应。
生物医学高分子材料的应用
生物活性评价
检测支架材料是否具有促进 细胞生长和分化的生物活性 。
安全性评价
对支架材料进行安全性评估 ，包括急性毒性、慢性毒性 、致敏性等。
06
研究展望与挑战
新材料设计及制备技术展望
发展新的聚合反应
01
研究新的聚合反应，如活性聚合、基团转移聚合等，以实现高
分子材料的精确控制合成。
纳米技术和3D打印
骨骼系统
用于制作人工关节、骨板、骨 钉等。
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
生物活性材料PPT课件
在生物活性材料迅猛发展的同时，生物惰性材料也得到 了广泛的应用。生物惰性材料主要是指能在生物体内长期 稳定存在，且不与生物组织发生物化反应的一类材料，如 医用金属、烧结氧化铝、氧化锆等生物材料被埋入骨缺损 部位后，就被纤维性膜所包围，而与周围的骨组织隔离。
缺点
在于惰性材料仅仅是以机械锁合的方式进行骨 的替换与修复，而不能与活体组织有效键合。
Ancleregg 等 对15 例中度或重度牙周炎患者的30 处下磨牙根分 叉病变进行治疗, 随机分为实验组、对照组。实验组行根向复位瓣术加 生物玻璃(45S5 倍骼生)植入, 对照组仅用根向复位瓣术, 并以探诊出血 情况及探诊牙周袋深度作为评价标准。结果显示实验组效果明显优于 对照组。故认为生物玻璃是治疗I I 型根分叉病变的有效材料。
熔融法 制备钙磷微晶玻璃的试验方法
溶胶-凝胶法
11
多孔微晶玻璃的制备方法
一是利用玻璃分相原理，经热处理在玻璃中获得可溶晶相， 再用酸侵蚀掉可溶相，形成多孔材料。 二是先合成玻璃粉末然后加入诸如CaCO3 、PMMA、淀粉 等作发泡剂，烧结发泡成为多孔材料。
（2）钙磷微晶玻璃的组成 目前生物玻璃主要被用作骨的替代材料，根据天然骨的成分
19
D. Arcos, R. P.del Real, M. Vallet-Reg ì. A novel bioactive and magnetic biphasic material[J]. Biomaterials, 2002(23): 21512158.
20
3
生物活性陶瓷
生物活性陶瓷包括表面生物活性陶瓷和生物降解陶瓷。这 类材料的组成中含有能够通过人体正常的新陈代谢进行转换 的钙（Ca）、磷（P）等元素，或含有能与人体组织发生键 合的羟基（-OH）等基团。
缺点
在于惰性材料仅仅是以机械锁合的方式进行骨 的替换与修复，而不能与活体组织有效键合。
Ancleregg 等 对15 例中度或重度牙周炎患者的30 处下磨牙根分 叉病变进行治疗, 随机分为实验组、对照组。实验组行根向复位瓣术加 生物玻璃(45S5 倍骼生)植入, 对照组仅用根向复位瓣术, 并以探诊出血 情况及探诊牙周袋深度作为评价标准。结果显示实验组效果明显优于 对照组。故认为生物玻璃是治疗I I 型根分叉病变的有效材料。
熔融法 制备钙磷微晶玻璃的试验方法
溶胶-凝胶法
11
多孔微晶玻璃的制备方法
一是利用玻璃分相原理，经热处理在玻璃中获得可溶晶相， 再用酸侵蚀掉可溶相，形成多孔材料。 二是先合成玻璃粉末然后加入诸如CaCO3 、PMMA、淀粉 等作发泡剂，烧结发泡成为多孔材料。
（2）钙磷微晶玻璃的组成 目前生物玻璃主要被用作骨的替代材料，根据天然骨的成分
19
D. Arcos, R. P.del Real, M. Vallet-Reg ì. A novel bioactive and magnetic biphasic material[J]. Biomaterials, 2002(23): 21512158.
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生物活性陶瓷
生物活性陶瓷包括表面生物活性陶瓷和生物降解陶瓷。这 类材料的组成中含有能够通过人体正常的新陈代谢进行转换 的钙（Ca）、磷（P）等元素，或含有能与人体组织发生键 合的羟基（-OH）等基团。
生物材料学-生物相容性
第二部分简介
■ Chap 2 生物材料学基础
主要介绍生物材料相关的材料学基 础问题
■ Chap 3 人体结构与功能
主要介绍生物材料的使用环境
■ Chap 4 生物相容性
主要介绍生物材料的性能
第四章 生物相容性
1. 概况 2. 组织相容性 3. 血液相容性 4. 免疫相容性
4.1 概况
■ 生物相容性 ■ 材料对宿主的影响 ■ 体内环境对材料的影响 ■ 生物惰性与生物活性
4.2.1 基本概念
■ 组织
形态和功能相同或相似的细胞＋细 胞间质 上皮、结缔、肌和神经组织
■ 组织相容性
材料与其直接接触的活体组织之间 的容纳程度。
4.2.2 组织反应
■ 组织反应
活体组织对植入或接触的材料 产生的生物反应
4.2.2 组织反应
■ 典型的组织反应
炎症 感染 钙化 致癌性
4.2.2 组织反应
■ 腐蚀： ■ 机械损伤： ■ 降解： ■ 其它：
4.1.4 生物惰性与生物活性
■ 生物惰性
材料与宿主之间不发生任何化 学反应，也不发生相互溶解渗 透
■ 生物活性
能激发宿主的生物活性，并能 引起有利于材料的生物学反应
4.2 组织相容性
■ 基本概念 ■ 组织反应 ■ 影响组织反应的因素 ■ 评价方法
■
中枢免疫器官：胸腺和骨
髓
■
胸腺依赖淋巴细胞
(T细胞)
■
骨髓依赖淋巴细胞
(B细胞)
4.4.1 基本概念
免疫细胞
■
吞噬细胞
■
小吞噬细胞
■
大吞噬细胞
■
淋巴细胞
■
T细胞
■
B细胞
■ Chap 2 生物材料学基础
主要介绍生物材料相关的材料学基 础问题
■ Chap 3 人体结构与功能
主要介绍生物材料的使用环境
■ Chap 4 生物相容性
主要介绍生物材料的性能
第四章 生物相容性
1. 概况 2. 组织相容性 3. 血液相容性 4. 免疫相容性
4.1 概况
■ 生物相容性 ■ 材料对宿主的影响 ■ 体内环境对材料的影响 ■ 生物惰性与生物活性
4.2.1 基本概念
■ 组织
形态和功能相同或相似的细胞＋细 胞间质 上皮、结缔、肌和神经组织
■ 组织相容性
材料与其直接接触的活体组织之间 的容纳程度。
4.2.2 组织反应
■ 组织反应
活体组织对植入或接触的材料 产生的生物反应
4.2.2 组织反应
■ 典型的组织反应
炎症 感染 钙化 致癌性
4.2.2 组织反应
■ 腐蚀： ■ 机械损伤： ■ 降解： ■ 其它：
4.1.4 生物惰性与生物活性
■ 生物惰性
材料与宿主之间不发生任何化 学反应，也不发生相互溶解渗 透
■ 生物活性
能激发宿主的生物活性，并能 引起有利于材料的生物学反应
4.2 组织相容性
■ 基本概念 ■ 组织反应 ■ 影响组织反应的因素 ■ 评价方法
■
中枢免疫器官：胸腺和骨
髓
■
胸腺依赖淋巴细胞
(T细胞)
■
骨髓依赖淋巴细胞
(B细胞)
4.4.1 基本概念
免疫细胞
■
吞噬细胞
■
小吞噬细胞
■
大吞噬细胞
■
淋巴细胞
■
T细胞
■
B细胞
最新生物医用材料知识精品课件
具有( jùyǒu)显示其医用效果的功能，即生物功能性。 1.可检查、诊断疾病 2．可辅助治疗疾病如注射器、缝合线和手套等手术用品材料 3.可分别满足各脏器对维持或延长生命功能的性能要求 4.具备支持活体、保护软组织、脑和内脏的功能等。 5.具备可改变药物吸收途径，控制药物释放速度、部位，并满足疾病治疗要求的
2015年，我国将需要人工关节50万套/年、血管支架120万个/年，眼内人工晶体100万个/年，医用高分子材料、
生物陶瓷、医用金属等材料需求将大幅增加。
第二十一页，共24页。
•国家的政策扶植
•国家科学、技术、产业发展的一个重点领域 市场(shìchǎng)：社会老龄化对生物医用材料的
(lǐnɡ yù)
要求
•1、国家重点基础研究发展（973)计划、国家
心血管、脑血管、癌症、艾滋病等 的治
高技术研究发展计划（863）、科技攻关计划、 疗
星火计划、火炬计划、科技型中 •小企业技术创新基金、国家重点新产品
常见病和传染性疾病的预防与治疗
机遇 竞争：市场(shìchǎng)竞争、产业发展
•计划；国家自然科学基金面上、重点与
功能。
第十六页，共24页。
1 对医用高分子材料(cáiliào)生产与加工的要求
要防止在医用高分子材料生产、加工工程中引入对人体有害的物质。 1.严格控制用于合成(héchéng)医用高分子材料的原料的纯度，不能代入有害杂 质，重金属含量不能超标。 2.医用高分子材料的加工助剂必须是符合医用标准。 3.对于体内应用的医用高分子材料，生产环境应当具有适宜的洁净级别。
特点：生物功能性、生物相容性、化学稳定性、可加工性
第四页，共24页。
• 1）生物相容性 • 生物相容性主要包括血液相容性、组织相容性。材料在人体内要
2015年，我国将需要人工关节50万套/年、血管支架120万个/年，眼内人工晶体100万个/年，医用高分子材料、
生物陶瓷、医用金属等材料需求将大幅增加。
第二十一页，共24页。
•国家的政策扶植
•国家科学、技术、产业发展的一个重点领域 市场(shìchǎng)：社会老龄化对生物医用材料的
(lǐnɡ yù)
要求
•1、国家重点基础研究发展（973)计划、国家
心血管、脑血管、癌症、艾滋病等 的治
高技术研究发展计划（863）、科技攻关计划、 疗
星火计划、火炬计划、科技型中 •小企业技术创新基金、国家重点新产品
常见病和传染性疾病的预防与治疗
机遇 竞争：市场(shìchǎng)竞争、产业发展
•计划；国家自然科学基金面上、重点与
功能。
第十六页，共24页。
1 对医用高分子材料(cáiliào)生产与加工的要求
要防止在医用高分子材料生产、加工工程中引入对人体有害的物质。 1.严格控制用于合成(héchéng)医用高分子材料的原料的纯度，不能代入有害杂 质，重金属含量不能超标。 2.医用高分子材料的加工助剂必须是符合医用标准。 3.对于体内应用的医用高分子材料，生产环境应当具有适宜的洁净级别。
特点：生物功能性、生物相容性、化学稳定性、可加工性
第四页，共24页。
• 1）生物相容性 • 生物相容性主要包括血液相容性、组织相容性。材料在人体内要
生物医用镁合金 PPT课件
采用身体略向前倾的姿势有利于将上颌窦内积存的分泌物排出体外发展前景镁合金作为现有的金属生物材料的新一代替代品具有许多无可比拟的优势但同时它自身的耐腐蚀性能偏低仍然是我们面临的亟待解决的问题相信随着研究的逐步深入化和系统化在不久的将来镁及镁合金必将在未来的生物材料领域得到广泛的应用
生物医用镁合金
概述
潜在优势
• 镁合金作为生物医用材料，在力学性能、生物 相容性和可降解性三方面具有突出的优势 。
• 1、力学性能
• 镁及镁合金有高的比强度和比刚度,纯镁的比强度为 133GPa/(g/cm3),而超高强度镁合金的比强度已达到480 GPa/(g/cm3),比Ti6Al4V的比强度(260 GPa/(g/cm3))高 出近1倍。镁及镁合金的杨氏模量（约为45GPa）更接 近人骨的弹性模量(20GPa),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。因而用镁及 镁合金作为骨固定材料,能够在骨折愈合的初期提供稳定 的力学环境,逐渐而不是突然降低其应力遮挡作用,使骨 折部位承受逐步增大乃至生理水平的应力刺激,从而加速 愈合,防止局部骨质疏松和再骨折。
1、纯化镁合金
• 由于医用镁合金在体内主要通过电化学反应产生 腐蚀，杂质元素在镁合金基体中作为阴极相，促 进微电偶电池的形成，加速了基体的电化学腐蚀。 因而，提高医用镁合金的纯度，控制有害元素的 含量，使其处在允许的极限浓度范围内，可以显 著降低材料的腐蚀速率和改善镁合金的力学性能。
• 通过纯化镁合金的方法，虽然可以有效减缓镁合 金的降解，但是往往在去除杂质的同时，因为固 定相的减少，导致相应的力学性能降低
• 镁及镁合金由于密度低，比强度、比刚度高等优 异的综合性能已被广泛应用在航空航天、电子通 信、汽车制造等领域。从这十几年来国内外对镁 及镁合金各方面的报道发现镁作为硬组织植入材 料，与现已投入临床使用的各种金属植入材料相 比，具有资源丰富、与人骨的密致骨密度相近、 加工性能良好、能有效地缓解应力遮挡效应等优 势，另外镁离子对人体的微量释放是有益的，且 镁及其合金与生物相容性好、资源丰富、价格低。
生物医用镁合金
概述
潜在优势
• 镁合金作为生物医用材料，在力学性能、生物 相容性和可降解性三方面具有突出的优势 。
• 1、力学性能
• 镁及镁合金有高的比强度和比刚度,纯镁的比强度为 133GPa/(g/cm3),而超高强度镁合金的比强度已达到480 GPa/(g/cm3),比Ti6Al4V的比强度(260 GPa/(g/cm3))高 出近1倍。镁及镁合金的杨氏模量（约为45GPa）更接 近人骨的弹性模量(20GPa),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。因而用镁及 镁合金作为骨固定材料,能够在骨折愈合的初期提供稳定 的力学环境,逐渐而不是突然降低其应力遮挡作用,使骨 折部位承受逐步增大乃至生理水平的应力刺激,从而加速 愈合,防止局部骨质疏松和再骨折。
1、纯化镁合金
• 由于医用镁合金在体内主要通过电化学反应产生 腐蚀，杂质元素在镁合金基体中作为阴极相，促 进微电偶电池的形成，加速了基体的电化学腐蚀。 因而，提高医用镁合金的纯度，控制有害元素的 含量，使其处在允许的极限浓度范围内，可以显 著降低材料的腐蚀速率和改善镁合金的力学性能。
• 通过纯化镁合金的方法，虽然可以有效减缓镁合 金的降解，但是往往在去除杂质的同时，因为固 定相的减少，导致相应的力学性能降低
• 镁及镁合金由于密度低，比强度、比刚度高等优 异的综合性能已被广泛应用在航空航天、电子通 信、汽车制造等领域。从这十几年来国内外对镁 及镁合金各方面的报道发现镁作为硬组织植入材 料，与现已投入临床使用的各种金属植入材料相 比，具有资源丰富、与人骨的密致骨密度相近、 加工性能良好、能有效地缓解应力遮挡效应等优 势，另外镁离子对人体的微量释放是有益的，且 镁及其合金与生物相容性好、资源丰富、价格低。
纤维基材料-生物质材料及应用 课件
与纤维素有关的几个概念
1、综纤维素：指植物纤维原料中的全部碳水化合物，即纤维素与 半纤维素之和。故又称全纤维素（Holocellulose） 制样步骤：取样 原料粉碎 40目-60目之间的试样 有机溶剂抽提 无酯试料 除木素 各种方法制纤维素
综纤维素制备四法: ⑴、氯化法：(1937年Ritter（里特）提出)
2、纤维素大分子的葡萄糖基间的连接都
是β -苷键连接
将纤维素试样甲基化，然后水解为各个基本结 构单元，在水解分离出的单元中，甲基化的位置 是纤维素分子内游离羟基的位置，在此条件下得 到2,3,6-三氧甲基D葡萄糖。 所以，纤维素葡萄糖基环中游离羟基是处于2, 3, 6位，因此，1,4,5位是由化学键连接的。进一步 通过酸水解试验得知相邻单元之间的联结为1-4 连接。
无抽提物试料
氯气 木素被氧化 乙醇胺的乙醇溶液 抽提
氯化木素
+
（白色） 综纤维素
⑵、亚氯酸纳法（1942年Jayme(杰姆)提出）
无抽提物试料
NaClO2 HAc 6% pH=4.5
综纤维素 （白色）
⑶、二氧化氯法：（1921年Schmitlt(施密特)提出）
无抽提物试料
ClO2 （饱和溶液） NaHCO3
一、纤维素的化学结构 纤维素是β-D葡萄糖基通过1,4－苷键连接而成的 线型高分子化合物。
纤维素大分子化学结构特点： 1、纤维素大分子的基本结构单元是D-吡喃式葡 萄糖基（C6H10O5)
CHO H C OH
HO C H
H C OH H C OH CH2OH
D-葡萄糖直链式结构
D-葡萄糖在水溶液中存在开链式和氧环式的动态 平衡
CHO CH2OH H C OH CH2OH
生物医用材料系列4--生物医学金属材料ppt课件
.
34
金属的毒性主要作用于细胞，可抑制酶的活动， 阻止酶通过细胞膜扩散和破坏溶酶体。
利用测定乳酸脱氢酶(LDH)和6~磷酸葡萄糖脱氢 酶(G~6~PD)活性法检测植入金属对鼠类吞噬细胞的 影响，可以表明；
✓ 有毒金属如钴镍和钴铬合金能损伤细胞，释放 LDH， 降低G~6~PD的活性，
✓ 但钛、铬、钼则能为吞噬细胞所耐受。
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23
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24
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25
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27
提高金属的抗蚀性能措施：
主要依靠其表面保护层和光洁度。 表面保护层借助钝化来实现。铬有最佳的钝化性 能，故合金中含铬量高越易钝化。 金属表面抛光越细，表面活化中心出现越晚，耐 蚀性也随之提高。 除金属材料必须具有良好的钝化性能、合适的成 分与结构外，技术人员必须有正确的操作技术。
– 静力下股骨头负荷压力从头凸面呈放射状向内 传递，应力增高，股骨近端内侧承受的后应力 较大。如股骨头负荷为45.36kg 时，股骨近端内 侧骨皮质应力高达8.27Mpa. 由强大肌力牵拉， 实际应力比理论值还要大三倍。
.
41
人工股骨头每年还要经受3.65106次交变载荷（ 每日一万步计），故材料必须具有高抗疲劳和耐磨损 性能。
+++ 100
0
±
钨W 183.5 1.25
+++ 100
0
-
Te
3
1.28
0
127.6
Ⅶ
锰Mn 054.94 0.52
100 稍抑制 18
+
Ⅷ
铁Fe 55.85 0.55 0.00 -
100 抑制
32
++
生物医学材料 ppt课件
用电弧等离子体溅射或电子束加热碳源而制取的 各向同性的碳薄膜，其膜厚度一般在1μm左右
应用
碳素材料是用于心血管系统修复的理想材料， 至今世界上已有近百万患者植入了LTI碳材的人 工心脏瓣膜。 碳纤维与聚合物相复合的材料可用于制作人工 肌键、人工韧带、人工食道等； 玻璃碳、热解碳可用于制作人工牙根和人工骨 等。
➢主要应用为脸部和额部的骨缺损、填补牙周 的空洞，还可作为药物的载体；
➢最早应用的生物降解材料是石膏，石膏的相 容性虽好，但吸收速度太快，通常在新骨未 长成就消耗殆尽而造成塌陷。
第三节 陶瓷生物医学材料
生物活性陶瓷
钛基合金
✓Ti密度小，比强度（强度／密度之比）高， 是不锈钢的3.5倍； ✓Ti与氧反应形成的氧化膜致密稳定，有很好的 钝化作用，因此， Ti合金具有很强的耐蚀性； ✓对人体毒性小，密度小，弹性模量接近于天然 骨，纯钛与钛合金植入物很少与周围组织反应， 采用钛基合金则有利于进一步提高植入金属材料 的性能。
※ 提高含碳量，形成马氏体组 织，有利于提高硬度；
※ 目前主要用于医疗器械。
第二节 金属生物医学材料
奥氏体不锈钢
性能
➢较好的耐蚀性； ➢具有高的塑性，易于加工变形制成各种形 状，无磁性，韧性好； ➢较好的生物相容性和综合力学性能，得到 广泛应用。
➢ 骨科：各种人工关节和骨折内固定器； ➢ 口腔科：镶牙、矫正和牙根种植等各种器件; ➢ 心血管科：传感器的外壳与导线、介入性治疗导丝
生物医学材料的定义 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天 然或人工合成的特殊功能材料，亦称生 物材料。
第一节 生物医学材料的用途、基 本特性及分类
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1、高分子纳米生物材料。 2、陶瓷纳米生物材料。 3、纳米生物复合材料。 4、纳米组织工程支架材料。
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10
纳米生物材料的前景
随着纳米材料和纳米技术在生物材料研究领域的不断 发展，不同学科间的交叉和融合趋势也越来越明显， 目前已经成为整个生物医用材料研究的热点，不断有 新材料和新技术涌现出来。
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14
陶瓷纳米生物材料
生物陶瓷无毒副作用，具有良好的生物相容性和耐腐 蚀性，在生物医用材料的研究和临床应用中占有十分 重要的地位。但是由于常规陶瓷材料中气孔、缺陷的 影响，使得材料低温性能较差；弹性模量远高于人骨， 力学性能与人骨不匹配，易发生断裂破坏；强度和韧 性也不能完全满足临床上的要求， 致使其应用受到很 大的限制。纳米材料的出现和蓬勃发展，有助于提高 生物陶瓷材料的力学性能和生物学性能。
宏观量子隧道效应是指纳米粒子的一些宏观量（如磁 化强度）具有贯穿势垒的能力。这一效应限定了磁盘 、磁带等存储介质的存储时间极限，因为它不但是未 来微电子器件的发展基础，也是其进一步微型化的极 限。例如，在制造半导体集成电路时，当电路的尺寸 接近电子波长时，电子将通过隧道效应而穿透绝缘层 ，使器件无法正常工作。因此，宏观量子隧道效应已 成为微电子学、光电子学中的重要理论。
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4
纳米材料的发展历史
1981年 科学家发明研究纳米的重要工 具———扫描隧道显微镜，原子、分子 世界从此可见。
1991年 碳纳米管被人类发现，它的质 量是相同体积钢的六分之一，强度却是 铁的10倍，成为纳米技术研究的热点。
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5
纳米材料的发展历史
美国戴顿大学教授戴 黎明和佐治亚理工学院 教授王中林、曲良体博 士等合作，用纳米材料 研制出一种仿生壁虎脚 ，它们既能在垂直的表 面上轻松吸附重物，也 能从不同角度轻松取下 。这一最新成果发表在 10月10日出版的《科学 》杂志上。
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13
纳米复合材料
纳米复合材料是由各种纳米单元之间或与基体材料以各种方式 复合成型的一种新型复合材料。 纳米复合材料包括三种形式 ,即由两种以上纳米尺寸的粒子进行 复合或两种以上厚薄不同的薄膜交替叠迭或纳米粒子和薄膜复合 的复合材料。从材料学观点来讲 ,生物体内多数组织均可视为由各 种基质材料构成的复合材料 ,尤以无机- 有机纳米生物复合材料最 为常见,如骨骼、牙齿等就是由羟基磷灰石纳米晶体和有机高分子 基质等构成的纳米生物复合材料。
在血管
中运动的
纳米机器
人，它正
在使用纳
米切割机
和真空吸
尘器来清
除血管中
.
的沉积物。2
纳米材料的发展历史
纳米材料的应用其实很早就 有了，只是没有上升成纳米 材料的概念。早在一千多年 前，我国古代利用燃烧蜡烛 收集的碳墨作为墨的原料及 染料。这是应用最早的纳米 材料。
我国古代的铜镜表面长久不发生锈 钝，经检验发现其表面有一层纳米 氧化锡颗粒构成的薄膜。以及十八 世纪中叶，胶体化学的建立，科学 家们开始研究直径为1-100nm的粒 子系统。这种液态的胶体体系就是 现在所说的纳米溶胶。
纳米生物材料的概述
Human Hair
100 slices
100 m
纳米生物 材料是指在 三维方向上 至少有一维
Take 1 slice
Take 1 slice
处于纳米尺
度范围
（1~100nm）
的生物用材
料。
1nm 1000 slices
1 m
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1
Байду номын сангаас
纳米生物材料的概述
与一般的纳米材料一样，纳米生物材料也具有小尺寸 效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等 基本效应。
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15
高分子纳米生物材料
高分子纳米生物材料也称为高分子纳米微粒或者高分 子超微粒，主要通过微乳液聚合的方法得到。由于高 分子纳米生物材料具有良好的生物相容性和生物可降 解性，已经成为非常重要的纳米生物医学材料，在靶 向药物、控释剂以及疑难病的介入诊断方面有着广阔 的应用前景。
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16
宏观量子隧道效应
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6
纳米材料的发展历史
美国加州大学圣地亚 哥分校和圣巴巴拉分校 以及麻省理工大学的科 学家们联合开发出一种 可在血管中自由游动的 纳米虫，它能像导弹一 样寻找并直击肿瘤细胞 而不会短时间就被身体 免疫系统驱逐出血液。
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7
纳米材料的发展历史
纳米机器人在清理 血管中的有害堆积 物 ---中国科学院合肥 研究院 的研究
中国科学院沈阳自 动化所研制研制的 纳米微操作机器人 在10×10微米的基 片上刻出的字样
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8
纳米材料的发展历史
重庆科研人员开发的 “OMOM胶囊内镜系统” 估 计三年内可以上市。该药 物像一颗胶囊，把它吞进 肚里，消化道内的情景就 可以像放电影一样在电脑 屏幕上一 目了然
.
9
纳米生物材料的分类
虽然对纳米技术还存在争议，纳米研究还 存在一些已知或未知的问题，我们毫不怀疑纳 米改变这个世界的能力。只要合理使用，纳米 会把我们的世界变得更美好！
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11
班级：11111001 制作者：苏勇、胡甜、许旺贵、 张家玺。
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12
纳米组织工程支架材料
组织工程是运用工程科学与生命科学的基本原理和方 法，研究与开发生物体替代物来恢复、维持和改进组 织功能的一个学科。其基本思路是首先在体外分离、 培养细胞，然后将一定量的细胞种植到具有一定形状 的三维生物材料支架上，并加以持续培养，最终形成 具有一定结构的组织和器官。
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3
纳米材料的发展历史
1990年7月在美国巴尔的摩召开的国际第一届纳米科学 技术学术会议上确定把纳米材料正式作为材料科学的一 个新的分支。
1990年七月以前作为纳米材料发展的第一阶段，在这之 前，从20世纪60年代末开始，人们主要在实验室探索用 各种手段制备不同材料的纳米粉末，合成块体（包括薄 膜），研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于常规 材料的特殊性，但研究大部分局限在同一材料。在这一 阶段中最值得一提的是1985年发现的碳纳米原子团簇C60。这种材料的研制成功使人们看到它具有普通尺寸 碳材料不具备的特殊性能。这种材料的碳原子数目是稳 定的。纯的C60固体是绝缘体，但是采用碱金属掺杂后 就成为导电性很好的材料，可以与金属相比。甚至成为 超导体。同时发现C60在低温下呈现铁磁性。
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纳米生物材料的前景
随着纳米材料和纳米技术在生物材料研究领域的不断 发展，不同学科间的交叉和融合趋势也越来越明显， 目前已经成为整个生物医用材料研究的热点，不断有 新材料和新技术涌现出来。
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陶瓷纳米生物材料
生物陶瓷无毒副作用，具有良好的生物相容性和耐腐 蚀性，在生物医用材料的研究和临床应用中占有十分 重要的地位。但是由于常规陶瓷材料中气孔、缺陷的 影响，使得材料低温性能较差；弹性模量远高于人骨， 力学性能与人骨不匹配，易发生断裂破坏；强度和韧 性也不能完全满足临床上的要求， 致使其应用受到很 大的限制。纳米材料的出现和蓬勃发展，有助于提高 生物陶瓷材料的力学性能和生物学性能。
宏观量子隧道效应是指纳米粒子的一些宏观量（如磁 化强度）具有贯穿势垒的能力。这一效应限定了磁盘 、磁带等存储介质的存储时间极限，因为它不但是未 来微电子器件的发展基础，也是其进一步微型化的极 限。例如，在制造半导体集成电路时，当电路的尺寸 接近电子波长时，电子将通过隧道效应而穿透绝缘层 ，使器件无法正常工作。因此，宏观量子隧道效应已 成为微电子学、光电子学中的重要理论。
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纳米材料的发展历史
1981年 科学家发明研究纳米的重要工 具———扫描隧道显微镜，原子、分子 世界从此可见。
1991年 碳纳米管被人类发现，它的质 量是相同体积钢的六分之一，强度却是 铁的10倍，成为纳米技术研究的热点。
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纳米材料的发展历史
美国戴顿大学教授戴 黎明和佐治亚理工学院 教授王中林、曲良体博 士等合作，用纳米材料 研制出一种仿生壁虎脚 ，它们既能在垂直的表 面上轻松吸附重物，也 能从不同角度轻松取下 。这一最新成果发表在 10月10日出版的《科学 》杂志上。
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13
纳米复合材料
纳米复合材料是由各种纳米单元之间或与基体材料以各种方式 复合成型的一种新型复合材料。 纳米复合材料包括三种形式 ,即由两种以上纳米尺寸的粒子进行 复合或两种以上厚薄不同的薄膜交替叠迭或纳米粒子和薄膜复合 的复合材料。从材料学观点来讲 ,生物体内多数组织均可视为由各 种基质材料构成的复合材料 ,尤以无机- 有机纳米生物复合材料最 为常见,如骨骼、牙齿等就是由羟基磷灰石纳米晶体和有机高分子 基质等构成的纳米生物复合材料。
在血管
中运动的
纳米机器
人，它正
在使用纳
米切割机
和真空吸
尘器来清
除血管中
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的沉积物。2
纳米材料的发展历史
纳米材料的应用其实很早就 有了，只是没有上升成纳米 材料的概念。早在一千多年 前，我国古代利用燃烧蜡烛 收集的碳墨作为墨的原料及 染料。这是应用最早的纳米 材料。
我国古代的铜镜表面长久不发生锈 钝，经检验发现其表面有一层纳米 氧化锡颗粒构成的薄膜。以及十八 世纪中叶，胶体化学的建立，科学 家们开始研究直径为1-100nm的粒 子系统。这种液态的胶体体系就是 现在所说的纳米溶胶。
纳米生物材料的概述
Human Hair
100 slices
100 m
纳米生物 材料是指在 三维方向上 至少有一维
Take 1 slice
Take 1 slice
处于纳米尺
度范围
（1~100nm）
的生物用材
料。
1nm 1000 slices
1 m
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Байду номын сангаас
纳米生物材料的概述
与一般的纳米材料一样，纳米生物材料也具有小尺寸 效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等 基本效应。
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高分子纳米生物材料
高分子纳米生物材料也称为高分子纳米微粒或者高分 子超微粒，主要通过微乳液聚合的方法得到。由于高 分子纳米生物材料具有良好的生物相容性和生物可降 解性，已经成为非常重要的纳米生物医学材料，在靶 向药物、控释剂以及疑难病的介入诊断方面有着广阔 的应用前景。
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宏观量子隧道效应
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纳米材料的发展历史
美国加州大学圣地亚 哥分校和圣巴巴拉分校 以及麻省理工大学的科 学家们联合开发出一种 可在血管中自由游动的 纳米虫，它能像导弹一 样寻找并直击肿瘤细胞 而不会短时间就被身体 免疫系统驱逐出血液。
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纳米材料的发展历史
纳米机器人在清理 血管中的有害堆积 物 ---中国科学院合肥 研究院 的研究
中国科学院沈阳自 动化所研制研制的 纳米微操作机器人 在10×10微米的基 片上刻出的字样
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8
纳米材料的发展历史
重庆科研人员开发的 “OMOM胶囊内镜系统” 估 计三年内可以上市。该药 物像一颗胶囊，把它吞进 肚里，消化道内的情景就 可以像放电影一样在电脑 屏幕上一 目了然
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纳米生物材料的分类
虽然对纳米技术还存在争议，纳米研究还 存在一些已知或未知的问题，我们毫不怀疑纳 米改变这个世界的能力。只要合理使用，纳米 会把我们的世界变得更美好！
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班级：11111001 制作者：苏勇、胡甜、许旺贵、 张家玺。
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纳米组织工程支架材料
组织工程是运用工程科学与生命科学的基本原理和方 法，研究与开发生物体替代物来恢复、维持和改进组 织功能的一个学科。其基本思路是首先在体外分离、 培养细胞，然后将一定量的细胞种植到具有一定形状 的三维生物材料支架上，并加以持续培养，最终形成 具有一定结构的组织和器官。
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纳米材料的发展历史
1990年7月在美国巴尔的摩召开的国际第一届纳米科学 技术学术会议上确定把纳米材料正式作为材料科学的一 个新的分支。
1990年七月以前作为纳米材料发展的第一阶段，在这之 前，从20世纪60年代末开始，人们主要在实验室探索用 各种手段制备不同材料的纳米粉末，合成块体（包括薄 膜），研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于常规 材料的特殊性，但研究大部分局限在同一材料。在这一 阶段中最值得一提的是1985年发现的碳纳米原子团簇C60。这种材料的研制成功使人们看到它具有普通尺寸 碳材料不具备的特殊性能。这种材料的碳原子数目是稳 定的。纯的C60固体是绝缘体，但是采用碱金属掺杂后 就成为导电性很好的材料，可以与金属相比。甚至成为 超导体。同时发现C60在低温下呈现铁磁性。