生物材料学 PPT

▪ 与心血管外的组织和器官接触。主要考察与组织的 相互作用，也称一般生物相容性
▪ 力学相容性。考察力学性能与生物体的一致性。材
料要有合适的强度、硬度、韧性、塑性等力学性能
以满足耐磨、耐压、抗冲击、抗疲劳、弯曲等医用
要求。
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A. 生物体对生物材料的响应－宿主反应
（1）生物学反应
A: 血液反应 B: 免疫反应
人工关节常用材料为Ti6Al4V，由于表面易氧化生 成TiO2，其耐磨性差，植入人体后，磨损造成在关节周围 组织形成黑褐色稠物，从而引起疼痛。钛合金人工全髋关 节平均寿命一般都低于10年。
目前，大量的人工髋关节是由坚硬的金属或陶瓷 的股骨头与超高分子聚乙烯的髋臼杯组合成，然而它的寿 命也不超过25年。长期随访资料显示，假体失败的主要原 因是超高分子聚乙烯磨损颗粒所造成的界面骨溶解，从而 导致假体松动。这种磨损颗粒所导致的异物－巨细胞反应， 又称颗粒病，是晚期失败的最主要原因。
A.急性全身反应 过敏、毒性、溶血、发热、神经麻痹等
B. 慢性全身反应 毒性、致畸、免疫、功能障碍等
C. 急性局部反应 炎症、血栓、坏死、排异等
D. 慢性局部反应 致癌、钙化、炎症、溃疡等
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B. 材料在生物体内的响应－材料反应
生物机体作用于生物材料－材料反应， 其结果可导致材料结构破坏和性质改变而丧失 其功能。可分为如下三个方面：
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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。
例如，医用缝合线降解时会产生酸性 物质，如果量少，很容易被人体中的化学物质 中和，如果老化产物较大，则会对周围组织产 生损害。
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（3） 磨损
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生物材料性能评价
1. 生物材料机械性能评价
测试标准
ASTM（the American Society for Testing and Materials）
例如：拉伸强度测试标准
金属
ASTM E8
橡胶
ASTM D412
刚性塑料 ASTM D638
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1、医用金属作为受力期间，在人 体内服役，其受力状态及其复杂，如人工关 节，每年要承受约3.6×106次、且数倍于人 体重量的载荷冲击和磨损。
1992； 2、美国ASTM（F748－82）标准； 3、我国在美国和日本的基础上，1997年由
卫生部颁布了我们自己的标准。
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生物材料学
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生物材料应用实例之一
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聚丙稀
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聚乙烯
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生物材料应用实例之二
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生物材料应用实例之三
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生物材料应用实例之四
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生物材料的性能
1. 生物功能性
指生物材料具备或完成某种生物功能时应该 具有的一系列性能。 根据用途主要分为: • 承受或传递负载功能。如人造骨骼、关节和牙等，占 主导地位; • 控制血液或体液流动功能。如人工瓣膜、血管等; • 电、光、声传导功能。如心脏起博器、人工晶状体、 耳蜗等; • 填充功能。如整容手术用填充体等。
▪ 虽然金属材料在生物体内保持惰性状态，但仍 然可能会有物质溶入生物组织中，并对生物体 组织产生毒性反应，造成组织的损害。如不锈 钢中溶出的Cr＋6生物组织的毒性。
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（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。
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2. 生物相容性
指生物材料有效和长期在生物体内或体表行 使其功能的能力。用于表征生物材料在生物体内与 有机体相互作用的生物学行为。生物相容性主要包 括血液相容性、组织相容性。材料在人体内要求无 不良反应，不引起凝血、溶血现象，活体组织不发 生炎症、排拒、致癌等。
根据材料与生物体接触部位分为：
▪ 血液相容性。材料用于心血管系统与血液接触，主 要考察与血液的相互作用.
➢ 金属腐蚀 ➢ 聚合物降解 ➢ 磨损
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（1）金属腐蚀
生物体内的腐蚀性环境：（1）含盐的溶 液是极好的电解质，促进了电化学腐蚀和水解； （2）组织中存在具有催化或迅速破坏外来成分 能力的多种分子和细胞。将对生物金属材料产 生腐蚀。
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▪ 对于生物材料而言多为局部腐蚀，具体包括应 力腐蚀开裂、点腐蚀、晶间腐蚀、腐蚀疲劳以 及缝隙腐蚀等，导致生物材料整体破坏。
2、人体骨的力学性能因年龄、 部位而异，评价骨和材料的机械性能最重要 的指标有：抗拉抗压强度、屈服强度、弹性 模量。疲劳极限和断裂韧性等；
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3、对于摩擦部位的材料，一般用硬度反映其耐磨 性能。
4、弹性模量是生物材料的重要性质之一，过高过 低都不行。模量相对与骨过高，在应力作用下， 承受应力的金属和骨将产生不同的应变，在金 属与骨的接触面会出现相对位移，从而造成界 面处松动；长时间下，还会造成应力屏蔽，引 起骨组织的功能退化和吸收。过低，变形较大， 起不到固定和支撑作用。
1、血小板血栓； 1、补体激活；
2、凝血系统激活； 2、体液免疫反应 3、纤溶系统激活； （抗原－抗体反
4、溶血反应；
应）；
5、白细胞反应；
3、细胞免疫反
6、细胞因子反应； 应。
7、蛋白粘附；
C: 组织反 应
1、炎症反应； 2、细胞粘附 3、细胞增殖 （异常分化） 4、形成蘘膜
5、细胞质的
转变
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（2）生物体对生物反应的变化
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➢ 2 生物学评价标准 生物材料的生物学评价一般按用途、
接触方式、接触人体部位和接触时间等划 分，但标准还未完全实现统一，且随着新 一般生物相容材料向智能生物材料（如组 织工程材料）转变，标准还在完善。
目前各国在已基本统一的国际标准 化组织提出的生物标准上，保留了各自的 特点。
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目前已有的标准有： 1、ISO10993.1－1992至ISO10993.12－
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磷灰石
胶原质