经典：生物医学材料简介
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13
3.碳素材料
碳是构成生物体的重要组成元素，由于它具有极好 的抗血栓性，因而碳素材料被认为是最佳的人工心脏瓣 膜材料。活性炭常用于血液净化材料等。
人工心脏瓣膜
14
碳纤维束有利于生物组织 依附生长，经聚乳酸浸制成人 工韧带和肌腱已用于临床研究。 碳纤维与高分子材料制成的复 合材料可用于制作假牙、人工 软骨、人工中耳骨及用于胫骨 骨折固定板、颌面修复等。
概述 分类
生物材料简介
生物金属材料 生物无机材料 生物高分子材料 生物杂化材料
1
概述
生物材料(biomaterials)：
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， 又称生物医用材料。
2
பைடு நூலகம்
生物材料的基本要求
• 惰性，不会因与体液接触而发生发应 • 对人体组织不会引起炎症或异物反应 • 不会致癌 • 血液相容性，不会在材料表面凝血 • 长期植入人体内，不会减小机械强度 • 能经受必要的清洁消毒措施而不产生变性 • 易于加工成需要的复杂形状
5
按组成分
金属材料: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。 无机材料：分为惰性生物陶瓷、生物玻璃、碳素材料。 有机高分子材料：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。
缓释药物、药物载体、辅助材料
16
用于人工脏器的医用高分子材料
人工脏器
高分子材料
心 脏 嵌段聚醚氨酯弹性体、硅橡胶
常见生物医学金属材料
名称
贵金属
不锈钢
钴基合金
钛和钛合金
多孔材料和 复合材料
优点
贵金属及其合金的耐 腐蚀和机械性能优良
易加工，价格低
可锻可铸，机械性能 好硬度有硬，中，软 之分
质轻强度高，生物相容 性好及记忆效应，抗疲 劳性及耐腐蚀性好
性能固定牢靠，减少 关节的磨损
缺点
应用领域
生物相容性差 牙科修复材料，制作植入体
内的器件的电极和导线材料， 磁性铂用于眼脸功能的修复。
不锈钢耐腐蚀
性和机械性能 不如钴基合金
体内植入的阴性对照材料，
接骨板、骨螺钉、齿冠、齿 科矫正器具等。
价格高，加工
难、应用不够 普及
常用来制作人工关节的金 属间华东联接。
价格高昂
用于齿科、骨科。人工齿龈， 人工下颚骨、颅骨修复网支 撑、心脏瓣膜支架等众多领 域
6
一、生物医学金属材料
（1）抗腐蚀性 （2）毒性低或无毒 （3）高机械性能
金属材料是生物医学材 料中应用最早的。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。
7
金属器件植入体内
生理腐蚀和磨蚀
金属离子溶出
用于人工关节的多孔材料 是由碳纤维和聚四氟乙烯组成 的各向同性碳。把人工关节端 头涂上一层这样的材料，就可 使关节固定良好。
德国产品
UHMWPE材料
15
三、生物高分子材料
医用高分子材料
聚氨酯、有机硅材料（聚硅氧烷、甲基硅油）等合成高分 子材料用于人工器官、手术缝合线 、组织修补材料 等。
药用高分子材料
生物陶瓷制作 的听小骨
（1）普通生物陶瓷
（2）生物活性陶瓷
(3)特殊加工生物陶瓷 瓷
多用于假牙制作，硬度及耐磨性优于树脂 制品。材料的化学性质差，生物相容性好。
主要成分为磷酸钙，植入人体后可以降解 吸收，由于被怀疑会引起淋巴结增生，现 已停止对其研究。
如掺入荧光物质的陶瓷贴片，可以贴在 牙齿外表增加美观。
4
按材料与活体组织的相互作用关系分
1）
生物惰性材料
在体内不降解、不变性的材料，适合长期植入体内。作为医用高分子要求 降解产物（单体、低聚体或碎片）无毒，并且对人体无副作用。
2）
生物活性材料
指植入生物体内能与周围组织发生相互作用，促进肌体组织、细胞等生长 的材料。
3）
生物吸收材料
又称生物降解材料。这类材料在体内逐渐降解，其降解产物能被肌体吸收代 谢，获通过排泄系统排出体外，对人体健康没有影响。如用聚乳酸制 成的体内手术缝合线、体内粘合剂等。
3
特殊要求 • 加工成型性machine-shaping properties • 机械性能与稳定性Mechanical properties • 环境敏感性Environmental sensitivity • 表面性能与结构多空性
Surface properties/Porosity • 亲疏水性Hydrophilicity / hydrophobicity
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2、生物医学玻璃和玻璃陶瓷
（1） 非活性生物玻璃
多用于制作人工股骨、人工齿冠、齿桥，还用于强磁性的玻璃 陶瓷埋入肿瘤附近，通过材料在交变磁场作用下磁场下磁滞损 耗发热而杀死癌细胞。
（2）活性生物玻璃
生物相容性好，和骨组织结合好，成骨过程快、有利于植入物 早期固定，种植成功率高。
（3）羟磷灰石（HAP）材料
HAP是人牙和骨骼的主要无机成分，具有吸收和聚集体液中 钙离子的作用，参与体内钙代谢，对骨质增生有刺激或诱导 作用，促进缺损组织的修复，显示出生物活性。与高分子材 料制成的混合材料常用做人工中耳骨等。
12
采用增强含微孔羟基磷灰石(HA)陶瓷制成人工听小骨假 体，在语言频率范围，平均提高病人的听力20-30dB，在特定 语言频率范围提高45～60dB。
制备困难，成 用于人工假肢、估损修复，
本高
修复肌腱、神经和血管的钽
丝
9
二、无机生物医学材料
无机生物医学材料从主要成分来看，包括生物陶瓷、 生物玻璃和碳素材料。1808年就已用陶瓷来镶牙，近20 年来由于无机生物学材料性能的改善及复合材料发展的 需要，这类材料的研制和应用都有了较大的发展。
10
1、生物陶瓷
引起机体不良反应
进入组织液
Fe----与血红细胞结合可形成铁血黄素； Cr----能与机体内的丝蛋白结合； Ni----过量富集有可能诱发肿瘤的形成；
通常，医用不锈钢的小量腐蚀不会引起组织的明显变化， 但量大时会引起水肿、感染、组织坏死或过敏反应。因此必须 严格控制医用不锈钢在体内的金属离子溶出。
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3.碳素材料
碳是构成生物体的重要组成元素，由于它具有极好 的抗血栓性，因而碳素材料被认为是最佳的人工心脏瓣 膜材料。活性炭常用于血液净化材料等。
人工心脏瓣膜
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碳纤维束有利于生物组织 依附生长，经聚乳酸浸制成人 工韧带和肌腱已用于临床研究。 碳纤维与高分子材料制成的复 合材料可用于制作假牙、人工 软骨、人工中耳骨及用于胫骨 骨折固定板、颌面修复等。
概述 分类
生物材料简介
生物金属材料 生物无机材料 生物高分子材料 生物杂化材料
1
概述
生物材料(biomaterials)：
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， 又称生物医用材料。
2
பைடு நூலகம்
生物材料的基本要求
• 惰性，不会因与体液接触而发生发应 • 对人体组织不会引起炎症或异物反应 • 不会致癌 • 血液相容性，不会在材料表面凝血 • 长期植入人体内，不会减小机械强度 • 能经受必要的清洁消毒措施而不产生变性 • 易于加工成需要的复杂形状
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按组成分
金属材料: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。 无机材料：分为惰性生物陶瓷、生物玻璃、碳素材料。 有机高分子材料：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。
缓释药物、药物载体、辅助材料
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用于人工脏器的医用高分子材料
人工脏器
高分子材料
心 脏 嵌段聚醚氨酯弹性体、硅橡胶
常见生物医学金属材料
名称
贵金属
不锈钢
钴基合金
钛和钛合金
多孔材料和 复合材料
优点
贵金属及其合金的耐 腐蚀和机械性能优良
易加工，价格低
可锻可铸，机械性能 好硬度有硬，中，软 之分
质轻强度高，生物相容 性好及记忆效应，抗疲 劳性及耐腐蚀性好
性能固定牢靠，减少 关节的磨损
缺点
应用领域
生物相容性差 牙科修复材料，制作植入体
内的器件的电极和导线材料， 磁性铂用于眼脸功能的修复。
不锈钢耐腐蚀
性和机械性能 不如钴基合金
体内植入的阴性对照材料，
接骨板、骨螺钉、齿冠、齿 科矫正器具等。
价格高，加工
难、应用不够 普及
常用来制作人工关节的金 属间华东联接。
价格高昂
用于齿科、骨科。人工齿龈， 人工下颚骨、颅骨修复网支 撑、心脏瓣膜支架等众多领 域
6
一、生物医学金属材料
（1）抗腐蚀性 （2）毒性低或无毒 （3）高机械性能
金属材料是生物医学材 料中应用最早的。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。
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金属器件植入体内
生理腐蚀和磨蚀
金属离子溶出
用于人工关节的多孔材料 是由碳纤维和聚四氟乙烯组成 的各向同性碳。把人工关节端 头涂上一层这样的材料，就可 使关节固定良好。
德国产品
UHMWPE材料
15
三、生物高分子材料
医用高分子材料
聚氨酯、有机硅材料（聚硅氧烷、甲基硅油）等合成高分 子材料用于人工器官、手术缝合线 、组织修补材料 等。
药用高分子材料
生物陶瓷制作 的听小骨
（1）普通生物陶瓷
（2）生物活性陶瓷
(3)特殊加工生物陶瓷 瓷
多用于假牙制作，硬度及耐磨性优于树脂 制品。材料的化学性质差，生物相容性好。
主要成分为磷酸钙，植入人体后可以降解 吸收，由于被怀疑会引起淋巴结增生，现 已停止对其研究。
如掺入荧光物质的陶瓷贴片，可以贴在 牙齿外表增加美观。
4
按材料与活体组织的相互作用关系分
1）
生物惰性材料
在体内不降解、不变性的材料，适合长期植入体内。作为医用高分子要求 降解产物（单体、低聚体或碎片）无毒，并且对人体无副作用。
2）
生物活性材料
指植入生物体内能与周围组织发生相互作用，促进肌体组织、细胞等生长 的材料。
3）
生物吸收材料
又称生物降解材料。这类材料在体内逐渐降解，其降解产物能被肌体吸收代 谢，获通过排泄系统排出体外，对人体健康没有影响。如用聚乳酸制 成的体内手术缝合线、体内粘合剂等。
3
特殊要求 • 加工成型性machine-shaping properties • 机械性能与稳定性Mechanical properties • 环境敏感性Environmental sensitivity • 表面性能与结构多空性
Surface properties/Porosity • 亲疏水性Hydrophilicity / hydrophobicity
11
2、生物医学玻璃和玻璃陶瓷
（1） 非活性生物玻璃
多用于制作人工股骨、人工齿冠、齿桥，还用于强磁性的玻璃 陶瓷埋入肿瘤附近，通过材料在交变磁场作用下磁场下磁滞损 耗发热而杀死癌细胞。
（2）活性生物玻璃
生物相容性好，和骨组织结合好，成骨过程快、有利于植入物 早期固定，种植成功率高。
（3）羟磷灰石（HAP）材料
HAP是人牙和骨骼的主要无机成分，具有吸收和聚集体液中 钙离子的作用，参与体内钙代谢，对骨质增生有刺激或诱导 作用，促进缺损组织的修复，显示出生物活性。与高分子材 料制成的混合材料常用做人工中耳骨等。
12
采用增强含微孔羟基磷灰石(HA)陶瓷制成人工听小骨假 体，在语言频率范围，平均提高病人的听力20-30dB，在特定 语言频率范围提高45～60dB。
制备困难，成 用于人工假肢、估损修复，
本高
修复肌腱、神经和血管的钽
丝
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二、无机生物医学材料
无机生物医学材料从主要成分来看，包括生物陶瓷、 生物玻璃和碳素材料。1808年就已用陶瓷来镶牙，近20 年来由于无机生物学材料性能的改善及复合材料发展的 需要，这类材料的研制和应用都有了较大的发展。
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1、生物陶瓷
引起机体不良反应
进入组织液
Fe----与血红细胞结合可形成铁血黄素； Cr----能与机体内的丝蛋白结合； Ni----过量富集有可能诱发肿瘤的形成；
通常，医用不锈钢的小量腐蚀不会引起组织的明显变化， 但量大时会引起水肿、感染、组织坏死或过敏反应。因此必须 严格控制医用不锈钢在体内的金属离子溶出。
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