生物医用材料PPT课件

生物衍生材料
①取自患者自体的组织 例如：采用自身隐静脉作为冠状动脉搭桥 术的血管替代物
②取自其他人的同种组织 例如：利用他人角膜治疗患者的角膜疾病
③来自其它动物的异种组织 例如：采用猪的心脏瓣膜代替人的心脏瓣 膜，治疗心脏病等。
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聚四氟乙烯
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人工关节
例如： 德国产品 UHMWPE材料
•ISO5834-2 •ASTM F648 •可用为人工关节、 人工骨骼植入人体 •极低的能耗 •……
➢ 缺点：在接枝反应过程中，已接枝到材料表面的聚合物链会 对表面活性点产生屏蔽和立体位阻作用，阻碍体系中的聚合 物向膜表面扩散，妨碍端基活性基团聚合物对表面的密集覆 盖，接枝率一般不高。
➢ “由表面接枝”法：
➢ 定义：先在材料表面形成活性接枝点，再引发单体接枝聚合， 从材料表面长出接枝聚合物链。这种方法有效地克服了“接 枝到”法中聚合物链靠近膜表面时的立体障碍，可以形成共 价键合、高接枝密度的聚合物刷。
（3） 医用生物陶瓷。有惰性生物陶瓷和活性生物陶瓷（羟基磷灰石 陶瓷、可吸收磷酸三钙陶瓷等）
（4） 医用生物复合材料。如羟基磷灰石涂复钛合金，炭纤维或生物 活性玻璃纤维增强聚乳酸等高分子材料。
（5） 生Βιβλιοθήκη Baidu衍生材料。这类材料是将活性的生物体组织，包括自体和 异体组织，经处理改性而获得的6 无活性的生物材料。
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20世纪20年代。随着合成高分子材料的出现和发展， 生物医用材料也得到了快速的发展，逐渐出现了用高分 子材料制取人体器官的历史。20世纪70年代，人工晶体、 角膜、骨、人工上肝、肾、心脏等相继成功的诞生，随 后开始了极广泛应用。
近十几年来，生物医用材料的研究与开发。已成为 世界各国高新技术重点发展的项目之一。
第8章生物医用材料
8.1 生物医用材料概述
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生物医学材料的概念与分类
生物材料（biomedical materials）包括生物医学材料、 生物模拟材料和仿生设计新材料。
生物医学材料是用于生命系统接触和发生相互作用，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。
➢ 接枝聚合物刷的研究在过去的10余 年中得到广泛关注,原因：
➢ 聚合物刷的结构特性使得这类聚合 物可以很好地控制和改变界面或表 面的物性；
➢ 通过改变聚合物刷的结构或组成可 以控制聚合物刷的聚集形态及其形 态转换(从球形到圆柱状)。
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图1 聚合物刷微观形态
➢ “接枝到”法：
➢ 定义：将具有端基活性基团的聚合物链与材料表面能与之反 应的基团作用，在材料表面上嫁接聚合物链。该法可以预先 设计聚合物链，得到结构明确、分子量分布窄的接枝链。
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按生物化学反应性：
可生物降解和吸收材料 （如：聚乳酸）
惰性生物医学材料 （如：聚四氟乙烯）
生物活性材料 （如：羟基磷灰石）
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8.2 生物医用材料表面改性
➢ 材料表面改性方法包括化学和物理方法，通 常化学方法较为繁琐，应用大量有毒化学试剂， 对环境造成污染，对人体也有极大危害。物理 方法具有工艺简单、操作方便、对环境无污染 等优点，日益受到重视。
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生物医用材料发展简史
生物医用材料的应用已经有很长的历史了。早在公 元前5000年，人类祖先就用了黄金来修补牙齿。公元前 3500年，古埃及人用棉花纤维、马鬃缝合伤口。公元前 2500年的中国和埃及的墓葬里被挖掘出假牙、假鼻和假 耳朵。我国的隋唐时期采用了银、锡、汞合金来填补牙 齿。1851年。当天然橡胶硫化法发明以后，人们用硬橡 胶制作了人工牙托和鄂骨。
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人工心脏瓣膜
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组织工程人工骨缺损修复示意图
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按用途:
骨骼-肌肉系统修复和替换材料：骨、牙、关节、肌腱等 软组织材料：皮肤、乳房、食道、呼吸道、膀胱 等心血管系统材料：人工心瓣膜、血管、心血管内插管等 医用膜材料：血液净化膜、分离膜、角膜接触镜等 组织粘合剂和缝线材料 临床诊断及生物传感器材料 齿科材料 药物释放载体材料
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生物医用材料的分类
按材料来源分
（1） 医用金属和合金。主要用于承力的骨、关节和牙等硬组织的修 复和替换。不锈钢、钴基合金、钛及钛合金是目前医用合金的三 大支柱。医用合金还有钽、铌和贵金属等。
（2） 医用高分子生物材料。高分子化合物是构成人体绝大部分组织 和器官的物质，医用高分子生物材料包括合成（如：聚酯、硅橡 胶）和天然高分子（如：胶原、甲壳素）。近来，生物降解高分 子材料得到重视。
生物医学材料包括金属生物医学材料、无机非金属生物 医学材料和高分子生物医学材料。
生物医学高分子材料也称医用高分子（Biomedica1 Polymer）材料，它是一类用于临床医学的高分子及其复合 材料。
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人造心脏
生物医用功能材料涉及材料学、 医学、生物学诸方面领域的交 叉边缘科学。它直接影响着人 们的身体健康与生命，所以引 起各方面的极大注意。具有巨 大的社会意义。
➢ 在ATRP反应中，将可逆链终止和链转移的概念引入自 由基聚合，通过在活性种和休眠种之间建立一个快速交 换的平衡反应，解决低而恒定的自由基浓度与维持可观 的反应速率(自由基浓度不能太低)得矛盾。
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➢ 主要介绍材料表面接枝聚合物刷改性、等离子 体技术、离子束技术的表面改性、电化学沉积 技术、材料表面肝素化、微相分离结构的形成、 材料表面生物化、材料表面化学活性基团或活 性物质的结合、表面修饰等。
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1 材料表面接枝聚合物刷改性
➢ 材料表面接枝：聚合物链的一端以 共价键形式连接在材料表面上，另 一端背向沿着垂直于材料表面的方 向伸展而形成的排列紧密有序、类 似于刷子状的聚合物链集合。
➢ 缺点：难于精确控制接枝链的结构和分子量，同时体系中单 体往往会发生均聚。
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➢ 活性自由基聚合方法：引发转移终止剂法(iniferters)、 氮氧自由基法(TEMPO)、可逆加成-裂解链转移聚合 (RAFT)、原子转移自由基聚合(ATRP)等，其中尤以原 子转移自由基聚合的研究最为活跃。
➢ 自由基是一种十分活泼的活性种，在自由基聚合中极易 发生链终止和链转移，所以要抑制副反应，达到活性聚 合。