生物材料介绍(山东大学生物工程研究所)PPT课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 抗断裂强度较低，耐磨性能不尽人意，加工困难。
冶炼及成型工艺复杂，要求条件较高。
• 主要用于：修补颅骨，制成钛网或钛箔用于修复脑
膜和腹膜、人工骨、关节、牙和矫形物、人工心脏 瓣膜支架、人工心脏部件和脑止血夹、口腔颌面矫 形颌修补、手术器械、医疗仪器颌人工假肢等。
18
头 颅 微 型 钢 板
19
钛 板
21
22
23
• 形状记忆合金可以分为三种：
• 单程记忆效应 • 双程记忆效应 • 全程记忆效应
24
• 特点：奇特的形状记忆功能、质轻、磁性微弱、强
度较高、耐疲劳性能、高回弹性和生物相容性好等。
• 应用：
• 管腔狭窄的治疗（喉气管狭窄、食管狭窄、胆道狭窄、
尿道狭窄及闭锁等）：支架安入管腔狭窄的部位后，能 将狭窄管腔撑开，并与管壁相贴紧，固定好；其生物相 容性好，长期安放对黏膜无明显损伤；其高回弹性能顺 应管道的弯曲，对人体刺激小。
生物材料
• 生物医学材料的发展概况 • 生物材料的分类及性能 • 医用金属材料 • 医用高分子材料 • 其他生物医学材料 • 生物医学材料的安全性 • 生物材料的发展趋势 • 纳米医学材料简介
1
4.1 生物医学材料的发展概况
• 生物医学材料是生物医学科学中的最新分支学
科，是生物、医学、化学和材料科学交叉形成 的边缘学科。具体涉及到化学、物理学、高分 子化学、高分子物理学、生物物理学、生物化 学、生理学、药物学、基础与临床医学等很多 学科 。
• 由于其价格较高，加工困难，应用尚不普及。
13
人造髋关节的头杆部分。从股骨上端插
进金属杆，杆头有一个金属头，它嵌在 粘于髋骨窝中的一个塑料臼中。
14
15
16
17
4.3.3 钛（Ti）基合金
• 临床应用广泛，其质轻、比强度高、力学性质接近
人骨、强度远低于纯钛，耐疲劳、耐蚀性均优于不 锈钢和钴基合金，且生物相容性和表面活性好，是 较为理想的一种植入材料。
10
4.3.1 不锈钢
• 铁基耐蚀合金（一般由铁、铬、镍、钼、
锰、硅组成），易加工、价格低廉 。
• 不锈钢的耐蚀性和屈服强度可以通过冷
加工而提高，避免疲劳断裂。
• 一般不锈钢制成多种形体，如针、钉、
髓内针、齿冠、、三棱钉等器件和人工 假体而用于临床，不锈钢还用于制作各 种医疗仪器和手术器械。
11
器械包 12
如胶原与聚乙烯醇的交联杂化等
• 复合生物材料—用碳纤维增强的塑料，用碳纤维或玻璃纤
维增强的生物陶瓷、玻璃等
6
• 生物材料是研制人工器官及一些重要医疗技术的
物质基础，综观人工器官及医疗装置的发展史， 每一种新型生物材料的发现都引起了人工器官及 医疗技术的飞跃。
• 生物惰性医用硅橡胶—人工耳、人工鼻、人工颌骨等 • 血液相容性较好的各向同性碳被复材料—碟片式机械
• 器官移植取得巨大进展，但有难题：排异、器
官来源、法律、伦理等。因此医学界对生物医 学材料和人工器官的要求日益增加。
3
• 按生物材料的属性分类：
• 天然生物材料—再生纤维、胶原、透明质酸、甲壳素等。 • 合成高分子生物材料—硅橡胶、聚氨脂及其嵌段共聚物、
涤纶、尼龙、聚丙烯腈、聚烯烃
• 医用金属材料—不锈钢、钛及钛合金、钛镍记忆合金等 • 无机生物医学材料—碳素材料、生物活性陶瓷、玻璃材料 • 杂化生物材料—指来自活体的天然材料与合成材料的杂化，
20
4.3.4 形状记忆合金
自1951年美国首次报道Au-Cd（金-镉） 合金具有形状记忆效应以来，目前已发 现有20多种记忆合金，其中以镍钛合金 在临床上应用最大。它在不同的温度下 表现为不同的金属结构相。如低温时为 单斜结构相，高温时为立方体结构相， 前者柔软可随意变形，如拉直式屈曲， 而后者刚硬，可恢复原来的形状，并在 形状恢复过程中产生较大的恢复力。
4.3.2 钴（Co）基合金
• 含有较高的铬和钼，又称钴铬钼合金，具有极为优
异的耐腐蚀性（比不锈钢高40倍）和耐磨性，综合 力学性能和生物相容性良好，可通过精密铸造成形 状复杂的精密修复体，有硬、中、软三种类型。
• 临床上主要用于
• 人工关节（特别是人体中受载荷最大的髋关节） • 人工骨及骨科内处固定器件的制造 • 齿科修复中的义齿，各种铸造冠、嵌体及固定桥的制造 • 心血管外科及整形科等
• 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，另外还有记忆合 金、贵金属以及纯金属钽、铌和锆等。
9
• 常用医用金属材料
• 不锈钢 • 钴（Co）基合金 • 钛（TiLeabharlann Baidu基合金 • 形状记忆合金 • 贵金属 • 纯金属钽 • 纯金属铌 • 纯金属铬
• ISO定义，生物材料（Biomaterials）即生物医
学材料（Biomedical Materials），它是指“以 医疗为目的，用于与组织接触以形成功能的无 生命的材料”。另有定义是：具有天然器官组 织的功能或天然器官部分功能的材料。
2
• 生物材料的开发和利用可追溯到3500年前，那
时的古埃及人就开始利用棉纤维、马鬃作缝合 线缝合伤口；印第安人则使用木片修补受伤的 颅骨。2500年前，中国和埃及的墓葬中就发现 有假牙、假鼻和假耳。人类很早就用黄金来修 复缺损的牙齿，并沿用至今。1588年人们用黄 金板修复颚骨。1775年就有用金属固定体内骨 折的记载。1851年发明了天然橡胶的硫化方法 后，有人采用硬胶木制作了人工牙托的颚骨。
心脏瓣膜
• 血液亲和性及物理机械性能较好的聚氨酯嵌段共聚
物—促使人工心脏向临床应用跨越一大步
• 可形成假生物内膜的编织涤纶管—人工血管向实用化
飞跃。
7
4.3 医用金属材料
• 在生物医学材料中，金属材料应用最早，已有
数百年的历史。唐代就用银汞合金（主要成份： 汞、银、铜、锡、锌）来补牙。
• 医用金属材料是指一类用作生物材料的金属或
合金，又称外科用金属材料。它是一类生物惰 性材料，除具有较高的机械强度和抗疲劳性能， 具有良好的生物力学性能及相关的物理性质外， 还必须具有优良的抗生理腐蚀性、生物相容性、 无毒性和简易可行及确切的手术操作技术 .
8
• 该材料是临床应用最广泛的承力植入材料，由
于有较高的强度和韧性，已成为骨和牙齿等硬 组织修复和替换、心血管和软组织修复以及人 工器官制造的主要材料。
冶炼及成型工艺复杂，要求条件较高。
• 主要用于：修补颅骨，制成钛网或钛箔用于修复脑
膜和腹膜、人工骨、关节、牙和矫形物、人工心脏 瓣膜支架、人工心脏部件和脑止血夹、口腔颌面矫 形颌修补、手术器械、医疗仪器颌人工假肢等。
18
头 颅 微 型 钢 板
19
钛 板
21
22
23
• 形状记忆合金可以分为三种：
• 单程记忆效应 • 双程记忆效应 • 全程记忆效应
24
• 特点：奇特的形状记忆功能、质轻、磁性微弱、强
度较高、耐疲劳性能、高回弹性和生物相容性好等。
• 应用：
• 管腔狭窄的治疗（喉气管狭窄、食管狭窄、胆道狭窄、
尿道狭窄及闭锁等）：支架安入管腔狭窄的部位后，能 将狭窄管腔撑开，并与管壁相贴紧，固定好；其生物相 容性好，长期安放对黏膜无明显损伤；其高回弹性能顺 应管道的弯曲，对人体刺激小。
生物材料
• 生物医学材料的发展概况 • 生物材料的分类及性能 • 医用金属材料 • 医用高分子材料 • 其他生物医学材料 • 生物医学材料的安全性 • 生物材料的发展趋势 • 纳米医学材料简介
1
4.1 生物医学材料的发展概况
• 生物医学材料是生物医学科学中的最新分支学
科，是生物、医学、化学和材料科学交叉形成 的边缘学科。具体涉及到化学、物理学、高分 子化学、高分子物理学、生物物理学、生物化 学、生理学、药物学、基础与临床医学等很多 学科 。
• 由于其价格较高，加工困难，应用尚不普及。
13
人造髋关节的头杆部分。从股骨上端插
进金属杆，杆头有一个金属头，它嵌在 粘于髋骨窝中的一个塑料臼中。
14
15
16
17
4.3.3 钛（Ti）基合金
• 临床应用广泛，其质轻、比强度高、力学性质接近
人骨、强度远低于纯钛，耐疲劳、耐蚀性均优于不 锈钢和钴基合金，且生物相容性和表面活性好，是 较为理想的一种植入材料。
10
4.3.1 不锈钢
• 铁基耐蚀合金（一般由铁、铬、镍、钼、
锰、硅组成），易加工、价格低廉 。
• 不锈钢的耐蚀性和屈服强度可以通过冷
加工而提高，避免疲劳断裂。
• 一般不锈钢制成多种形体，如针、钉、
髓内针、齿冠、、三棱钉等器件和人工 假体而用于临床，不锈钢还用于制作各 种医疗仪器和手术器械。
11
器械包 12
如胶原与聚乙烯醇的交联杂化等
• 复合生物材料—用碳纤维增强的塑料，用碳纤维或玻璃纤
维增强的生物陶瓷、玻璃等
6
• 生物材料是研制人工器官及一些重要医疗技术的
物质基础，综观人工器官及医疗装置的发展史， 每一种新型生物材料的发现都引起了人工器官及 医疗技术的飞跃。
• 生物惰性医用硅橡胶—人工耳、人工鼻、人工颌骨等 • 血液相容性较好的各向同性碳被复材料—碟片式机械
• 器官移植取得巨大进展，但有难题：排异、器
官来源、法律、伦理等。因此医学界对生物医 学材料和人工器官的要求日益增加。
3
• 按生物材料的属性分类：
• 天然生物材料—再生纤维、胶原、透明质酸、甲壳素等。 • 合成高分子生物材料—硅橡胶、聚氨脂及其嵌段共聚物、
涤纶、尼龙、聚丙烯腈、聚烯烃
• 医用金属材料—不锈钢、钛及钛合金、钛镍记忆合金等 • 无机生物医学材料—碳素材料、生物活性陶瓷、玻璃材料 • 杂化生物材料—指来自活体的天然材料与合成材料的杂化，
20
4.3.4 形状记忆合金
自1951年美国首次报道Au-Cd（金-镉） 合金具有形状记忆效应以来，目前已发 现有20多种记忆合金，其中以镍钛合金 在临床上应用最大。它在不同的温度下 表现为不同的金属结构相。如低温时为 单斜结构相，高温时为立方体结构相， 前者柔软可随意变形，如拉直式屈曲， 而后者刚硬，可恢复原来的形状，并在 形状恢复过程中产生较大的恢复力。
4.3.2 钴（Co）基合金
• 含有较高的铬和钼，又称钴铬钼合金，具有极为优
异的耐腐蚀性（比不锈钢高40倍）和耐磨性，综合 力学性能和生物相容性良好，可通过精密铸造成形 状复杂的精密修复体，有硬、中、软三种类型。
• 临床上主要用于
• 人工关节（特别是人体中受载荷最大的髋关节） • 人工骨及骨科内处固定器件的制造 • 齿科修复中的义齿，各种铸造冠、嵌体及固定桥的制造 • 心血管外科及整形科等
• 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，另外还有记忆合 金、贵金属以及纯金属钽、铌和锆等。
9
• 常用医用金属材料
• 不锈钢 • 钴（Co）基合金 • 钛（TiLeabharlann Baidu基合金 • 形状记忆合金 • 贵金属 • 纯金属钽 • 纯金属铌 • 纯金属铬
• ISO定义，生物材料（Biomaterials）即生物医
学材料（Biomedical Materials），它是指“以 医疗为目的，用于与组织接触以形成功能的无 生命的材料”。另有定义是：具有天然器官组 织的功能或天然器官部分功能的材料。
2
• 生物材料的开发和利用可追溯到3500年前，那
时的古埃及人就开始利用棉纤维、马鬃作缝合 线缝合伤口；印第安人则使用木片修补受伤的 颅骨。2500年前，中国和埃及的墓葬中就发现 有假牙、假鼻和假耳。人类很早就用黄金来修 复缺损的牙齿，并沿用至今。1588年人们用黄 金板修复颚骨。1775年就有用金属固定体内骨 折的记载。1851年发明了天然橡胶的硫化方法 后，有人采用硬胶木制作了人工牙托的颚骨。
心脏瓣膜
• 血液亲和性及物理机械性能较好的聚氨酯嵌段共聚
物—促使人工心脏向临床应用跨越一大步
• 可形成假生物内膜的编织涤纶管—人工血管向实用化
飞跃。
7
4.3 医用金属材料
• 在生物医学材料中，金属材料应用最早，已有
数百年的历史。唐代就用银汞合金（主要成份： 汞、银、铜、锡、锌）来补牙。
• 医用金属材料是指一类用作生物材料的金属或
合金，又称外科用金属材料。它是一类生物惰 性材料，除具有较高的机械强度和抗疲劳性能， 具有良好的生物力学性能及相关的物理性质外， 还必须具有优良的抗生理腐蚀性、生物相容性、 无毒性和简易可行及确切的手术操作技术 .
8
• 该材料是临床应用最广泛的承力植入材料，由
于有较高的强度和韧性，已成为骨和牙齿等硬 组织修复和替换、心血管和软组织修复以及人 工器官制造的主要材料。