生物医用复合材料医学知识
生物医用复合材料及特点
生物医用复合材料及特点小伙伴们！今天咱就来好好唠唠生物医用复合材料以及它的特点哈。
一、啥是生物医用复合材料。
二、生物医用复合材料的特点。
1. 生物相容性好。
这可是生物医用材料的重要特点之一呢！啥叫生物相容性好呀？就是说这种材料放到人体里，不会引起人体的免疫反应，不会让咱们的身体产生排异现象。
就好比是一个友好的“外来客”，能和咱们身体里的各种细胞、组织和平共处。
比如说，有些人工关节用的复合材料，放进人体后，就像和身体“打成一片”，不会让咱们感觉到不舒服，也不会影响关节的正常活动。
2. 力学性能优良。
生物医用复合材料的力学性能那也是相当不错的哦！它既要有一定的强度和硬度，能够承受人体的各种活动带来的压力，又要有一定的韧性和弹性，不会太脆容易断裂。
就拿固定骨折的材料来说吧，它得足够结实，能把断了的骨头固定好，让骨头在愈合的时候保持正确的位置；同时呢，又不能太硬，不然骨头在愈合过程中可能会因为材料的应力遮挡效应而长得不好。
所以呀，这种复合材料的力学性能得恰到好处，就像一个贴心的“小卫士”，保护着咱们的身体。
3. 可降解性。
有些生物医用复合材料还具有可降解性哦！这可真是个很神奇的特点呢。
这种材料在完成它的使命后，比如说在伤口愈合或者组织修复完成后，就会慢慢地在人体里分解，最后被人体吸收或者排出体外，就像一个“临时工”，任务完成后就自动消失啦，不会在身体里留下什么“后遗症”。
比如说，有些用于缝合伤口的可降解缝线，不用再像传统的缝线那样，等伤口愈合后还要拆线，多方便呀！4. 生物活性。
生物医用复合材料还常常具有生物活性呢！这意味着它能够和人体的组织发生相互作用，促进组织的生长和修复。
比如说，一些含有生物活性因子的复合材料，能够吸引人体的细胞过来，让细胞在材料表面生长、繁殖，就像给细胞搭建了一个温馨的“小窝”，帮助组织更快地愈合。
5. 多样化的性能。
由于生物医用复合材料是由多种材料组合而成的，所以它可以根据不同的需求，设计出各种各样的性能。
生物复合材料
生物复合材料生物复合材料是一种将生物组织与其他材料结合以获得优良性能的复合材料。
它利用生物的天然结构和特性，结合人工材料，创造出具有广泛应用前景的新材料。
生物复合材料的研究和开发对于推动材料科学和生物学的融合发展具有重要意义。
本文将介绍生物复合材料的概念、种类、制备方法和应用前景。
一、概念生物复合材料是指在生物体内或受到生物体启发制备的，以生物组织为基质，添加一定量的人工材料，通过复合而形成的新型材料。
生物组织可为动物的骨骼、皮肤等，也可为植物的细胞壁、木质部等。
人工材料通常为合成材料，如金属、陶瓷、塑料等。
通过将生物组织与人工材料相结合，生物复合材料具备了生物体特有的功能和优良性能。
二、种类根据生物组织和人工材料的不同组合，生物复合材料可以分为多种类型，常见的包括：1. 骨复合材料：将生物源性的骨组织与人工材料相结合，用于制备人工骨、骨修复材料等，具有良好的生物相容性和力学性能。
2. 皮肤复合材料：以皮肤组织为基质，添加适量的合成材料，用于皮肤修复、组织工程等，能够更好地模拟天然皮肤的结构和功能。
3. 细胞复合材料：在生物细胞或细胞外基质中添加适量的人工材料，用于细胞培养、生物传感等，可以提供细胞生长和分化所需的支持和调控。
4. 植物纤维复合材料：以植物纤维素为基质，结合合成纤维或塑料，用于制备纸张、纤维板等，具有良好的可降解性和机械性能。
三、制备方法生物复合材料的制备方法多样，主要包括以下几种：1. 共沉淀法：将生物组织和人工材料的溶液混合，在适宜的条件下共同沉淀析出形成复合材料。
2. 堆积法：依据生物组织的形态和尺寸，逐层堆积人工材料，并通过交联等手段将其固定在一起。
3. 生物组织工程法：将细胞和生物材料一同种植于支架上，通过生物组织的增殖和分化，使其与支架共同构成复合材料。
4. 3D打印法：利用3D打印技术，将生物组织和人工材料按照设计的模型以逐层堆积的方式打印成复合材料。
四、应用前景生物复合材料具有广泛的应用前景，其中一些应用领域包括：1. 医学领域：生物复合材料可用于人工骨、人工关节、皮肤修复、心血管支架等医疗器械的制备，具备良好的生物相容性和机械性能。
生物医学材料学 第七章 复合材料 知识总结
第七章生物医用复合材料7.1生物医用复合材料概述1 定义：两种或两种以上的高分子、无机非金属、金属或天然生物材料通过各种方法组合而成的生物材料。
2 意义：结构增强、功能增强、生物功能化。
3分类：（1）按基体材料分类：陶瓷基生物医用复合材料、高分子基生物医用复合材料、金属基生物医用复合材料。
（2）按材料植入体内后引起的组织材料反应分类：近于惰性的生物医用复合材料、生物活性复合材料、可吸收生物医用复合材料。
4特点：增进材料的韧性、断裂形变或改善其生物学性能。
一般性能改善：比强度、比模量高、抗疲劳性能好、抗生理腐蚀性好、力学相容性好等。
7.2 生物医用复合材料的界面与复合准则1 生物医用复合材料的界面（1）复合材料的界面：复合材料中增强体与基体接触所构成的界面。
（增强相与基体间的交接面）；是一层具有一定厚度（纳米以上）、结构随基体和增强体而异、与基体有明显差别的新相——界面相或界面层。
（2）复合材料组分①基体：复合复合材料中至少有两相，在复合材料中呈连续相的，为基体。
②增强相（增强材料）：被基体所包容的一相。
③界面相：界面附近的基体与增强体由于复合时的物理及化学等原因，具有不同于基体及增强材料的复杂结构，该部分的结构随交界面的距离而逐渐向本体结构变化。
界面附近也被独立看成一相，即界面相。
（3）界面产生原因：增强体与基体相互接触时，在一定条件下可能发生物理化学或化学反应，如：①两相间组元的相互扩散、溶解，产生不同于原来两相的新相；②由于基体的固化、凝固所产生的内应力；③由于组织结构的诱导效应，导致接近增强体的基体发生结构上的变化或堆砌密度上的变化等；因而导致局部基体的性能不同于基体的本体性能，形成界面相。
（4）界面影响复合材料界面相的结构与性能对复合材料整体的性能影响很大，增强体与基体构成复合材料的界面时，二者之间产生一定的物理与化学作用，若二者不具有构成良好的复合材料界面的相容性，就不会有良好的界面结合及结合强度。
生物医用材料
生物医用高分子材料课程总结一、生物医用材料定义生物医用材料：对生物系统的疾病进行诊断、治疗、外科修复、理疗康复、替换生物体组织或器官（人工器官），增进或恢复其功能，而对人体组织不会产生不良影响的材料。
生物医用材料本身并不必须是药物，而是通过与生物机体直接结合和相互作用来进行治疗;生物医用材料是一种植入躯体活系统内或与活系统相接触而设计的人工材料。
研究内容包括：各种器官的作用；生物医用材料的性能；组织器官与材料之间的相互作用分类方法：按材料的传统分类法分为：(1)合成高分子材料（如聚氨酯、聚酯、聚乳酸、聚乙醇酸、）(2)天然高分子材料（如胶原、丝蛋白、纤维素、壳聚糖）(3)金属与合金材料(4)无机材料(5)复合材料按材料的医用功能分为：(1)血液相容性材料(2)软组织相容性材料(3)硬组织相容性材料(4)生物降解材料(5)高分子药物二、生物相容性与安全性生物相容性，是生物医用材料与人体之间相互作用产生各种复杂的生物、物理、化学反应的一种概念。
生物医用材料必须对人体无毒、无致敏、无刺激、无遗传毒性、无致癌性，对人体组织、血液、免疫等系统不产生不良反应。
主要包括：1.组织相容性：指材料用与心血管系统外的组织和器官接触。
要求医用材料植入体内后与组织、细胞接触无任何不良反应。
典型的例子表现在材料与炎症，材料与肿瘤方面。
影响组织相容性的因素：1）材料的化学成分；2）表面的化学成分；3）形状和表面的粗糙度：2.血液相容性：材料用于心血管系统与血液直接接触，主要考察与血液的相互作用材料，影响因素：材料的表面光洁度；表面亲水性；表面带电性，具体作用机理表现在：血小板激活、聚集、血栓形成；凝血系统和纤溶系统激活、凝血机能增强、凝血系统加快、凝血时间缩短；红细胞膜破坏、产生溶血；白细胞减少及功能变化；补体系统的激活或抑制；对血浆蛋白和细胞因子的影响。
主要发生在凝血过程，生物材料与血小板，生物材料与补体系统的作用过程。
生物医用复合材料
生物医用复合材料生物医用复合材料是指将生物材料与无机或有机材料相结合，以满足医疗领域对材料性能和生物相容性的要求。
这种材料具有良好的生物相容性、生物降解性和生物活性，可以被用于人体组织修复、再生和替代。
生物医用复合材料在医疗器械、组织工程、药物传输和生物传感等领域具有广阔的应用前景。
首先，生物医用复合材料在医疗器械领域具有重要的应用。
例如，生物降解聚合物与金属或陶瓷材料复合制成的支架可以用于血管成形术、心脏瓣膜置换术等。
这些复合材料具有良好的机械性能和生物相容性，可以有效地支撑和修复受损组织，减少术后并发症的发生。
其次，生物医用复合材料在组织工程领域也发挥着重要作用。
生物降解聚合物与细胞支架复合材料可以用于修复骨折、软骨损伤等组织缺损。
这些复合材料可以提供适当的支撑和导向作用，促进细胞生长和组织再生，加速受损组织的修复和重建。
此外，生物医用复合材料在药物传输领域也有着广泛的应用。
生物降解聚合物与药物载体复合材料可以用于控制释放药物，提高药物的生物利用度和疗效。
这种复合材料可以根据药物的特性和需要进行设计，实现药物的定向、持续和可控释放，减少药物的副作用和毒性。
最后，生物医用复合材料在生物传感领域也展现出了巨大的潜力。
生物降解聚合物与生物传感器复合材料可以用于监测生物体内的生理参数、疾病标志物等。
这种复合材料具有良好的生物相容性和生物亲和性，可以与生物体组织有效地结合，实现对生物体内信号的灵敏、稳定和持续监测。
综上所述，生物医用复合材料具有广泛的应用前景和巨大的发展空间。
随着生物医学工程和材料科学的不断发展，相信生物医用复合材料将会在医疗领域发挥越来越重要的作用，为人类健康事业做出更大的贡献。
生物医学材料重点
生物医学材料：一、我们给生物医用材料明确的定义：对生物系统的疾病进行诊断、治疗、外科修复、理疗康复、替换生物体组织或器官（人工器官），增进或恢复其功能，而对人体组织不会产生不良影响的材料。
生物医用材料本身并不必须是药物，而是通过与生物机体直接结合和相互作用来进行治疗。
另一种说法是：生物医用材料是一种植入躯体活系统内或与活系统相接触而设计的人工材料。
二、生物医用材料的分类：由于生物材料应用广泛，品种很多，所以会有不同角度的分类。
按材料的传统分类法分为：(1)合成高分子材料（如聚氨酯、聚酯、聚乳酸、聚乙醇酸、乳酸乙醇酸共聚物）(2)天然高分子材料（如胶原、丝蛋白、纤维素、壳聚糖）(3)金属与合金材料（如钛及钛合金）(4)无机材料（如生物活性陶瓷、羟基磷灰石）(5)复合材料（如碳纤维／聚合物、玻璃纤维／聚合物）按材料的医用功能分为：(1)血液相容性材料用于人工血管、人工心脏、血浆分离膜、血液灌流用的吸附剂、细胞培养基材。
因为与血液接触，所以不可以引起血栓、不可以与血液发生相互作用。
主要包括聚氨酯／聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯／聚甲基丙烯酸羟乙酯、含聚氧乙烯醚的聚合物、肝素化材料、尿酶固定化材料、骨胶原材料等。
(2)软组织相容性材料如果用作与组织非结合性的材料，必须对周围组织无刺激、无毒副作用，如软性隐形眼镜片；如果用作与组织结合性的材料，要求材料与周围组织有一定粘结性、不产生毒副反应，主要用于人工皮肤、人工气管、人工食道、人工输尿管、软组织修补材料。
这样的材料有聚硅氧烷、聚酯、聚氨基酸、聚甲基丙烯酸羟乙酯、改性甲壳素。
(3)硬组织相容性材料硬组织生物材料主要用于生物机体的关节、牙齿及其他骨组织。
包括生物陶瓷、生物玻璃、钛及合金、碳纤维、聚乙烯等。
(4)生物降解材料生物降解材料在生物机体中，在体液环境中，不断降解，或者被机体吸收，或者排出体外，植入的材料被新生组织取代。
可以用于可吸收缝合线、药物载体、愈合材料、粘合剂、组织缺损用修复材料。
生物医用复合材料
生物医用复合材料生物医用复合材料(biomedical composite materials) 是由两种或两种以上的不同材料复合而成的生物医用材料，它主要用于人体组织的修复、替换和人工器官的制造［1］。
长期临床应用发现，传统医用金属材料和高分子材料不具生物活性，与组织不易牢固结合，在生理环境中或植入体内后受生理环境的影响，导致金属离子或单体释放，造成对机体的不良影响。
而生物陶瓷材料虽然具有良好的化学稳定性和相容性、高的强度和耐磨、耐蚀性，但材料的抗弯强度低、脆性大，在生理环境中的疲劳与破坏强度不高，在没有补强措施的条件下，它只能应用于不承受负荷或仅承受纯压应力负荷的情况。
因此，单一材料不能很好地满足临床应用的要求。
利用不同性质的材料复合而成的生物医用复合材料，不仅兼具组分材料的性质，而且可以得到单组分材料不具备的新性能，为获得结构和性质类似于人体组织的生物医学材料开辟了一条广阔的途径，生物医用复合材料必将成为生物医用材料研究和发展中最为活跃的领域。
1. 生物医用复合材料组分材料的选择要求生物医用复合材料根据应用需求进行设计，由基体材料与增强材料或功能材料组成，复合材料的性质将取决于组分材料的性质、含量和它们之间的界面。
常用的基体材料有医用高分子、医用碳素材料、生物玻璃、玻璃陶瓷、磷酸钙基或其他生物陶瓷、医用不锈钢、钻基合金等医用金属材料；增强体材料有碳纤维、不锈钢和钛基合金纤维、生物玻璃陶瓷纤维、陶瓷纤维等纤维增强体，另外还有氧化锆、磷酸钙基生物陶瓷、生物玻璃陶瓷等颗粒增强体。
植入体内的材料在人体复杂的生理环境中，长期受物理、化学、生物电等因素的影响，同时各组织以及器官间普遍存在着许多动态的相互作用，因此，生物医用组分材料必须满足下面几项要求：(1)具有良好的生物相容性和物理相容性，保证材料复合后不出现有损生物学性能的现象；(2)具有良好的生物稳定性，材料的结构不因体液作用而有变化，同时材料组成不引起生物体的生物反应；(3)具有足够的强度和韧性，能够承受人体的机械作用力，所用材料与组织的弹性模量、硬度、耐磨性能相适应，增强体材料还必须具有高的刚度、弹性模量和抗冲击性能；(4)具有良好的灭菌性能，保证生物材料在临床上的顺利应用。
复合材料在医学中的应用
复合材料在医学中的应用复合材料是指由两种或两种以上不同的材料通过化学或物理方法组合而成的一种新型材料。
其特点是具有多种性能，如高强度、高韧性、耐热、耐腐蚀等，广泛应用于建筑、航空、新能源等领域。
而近年来，复合材料也逐渐被应用于医学领域，为医疗技术的进步和患者病情的治疗提供了新的可能。
一、1. 生物材料领域复合材料被广泛应用于生物医学领域中的生物材料方面。
复合材料能够与生物体相容性良好，可以被用来制造人工骨、人工心脏瓣膜和人造耳鼻喉等。
生物材料方面的复合材料，由于其特殊的材质组合，可以提高医疗器械的强度和稳定性，可以大大减少重复手术的情况，给患者的健康带来更多的保障。
2. 人工关节领域随着人口老龄化的加速，人工关节的需求量越来越大。
而很多复合材料可以用来制造人工关节，例如碳纤维等材料都可以用于人工关节的生产。
这些人工关节可以取代病毒性、感染性等伴随有病症的关节，提高老年人和需要多次关节手术的患者的生活质量。
3. 医疗设备方面复合材料还可以用于医疗设备的生产。
例如，复合材料可以制造医用镜头，因为它具有较高的抗撞性和抗污性，可以更好地保护医疗设备，减少设备的重复维修和更换。
此外，复合材料还可以用于制造心脏起搏器、除颤器等相关医疗设备，可以有效地帮助患者预防疾病和健康提升。
二、复合材料在医学领域的优势1. 高性能的稳定性复合材料具有高性能和稳定性，具有较高的强度和韧性，能应对人体多种情况，使人体在受到外伤时得以保护。
由于复合材料具有这些特点，因此它可以使医疗器械做到更好的长期性能稳定，延长医疗器械的使用寿命，减少医疗器械的损坏。
2. 优秀的生物相容性复合材料可以与人体相容性良好，可以被广泛应用于医疗器械的制造等方面。
与普通材料不同的是，这种材料完全不会产生病毒、化学反应等有害物质，不会对人体产生害处，使人体更加健康和健康。
3. 制造革新与传统材料相比，复合材料可以制造更轻的医疗器械，提高医疗器械的防护能力和医疗器械的易操作性，这对医疗保健的推广足以起到重要的作用。
生物医用复合材料
3.反应结合
反应结合是基体与增强材料之间发生化学反应，在界面上 形成化合物而产生的一种结合形式。在复合材料的基体与增强 体间形成化学键，则结合最为牢固。这一理论在纤维或颗粒增 强生物有机高分子复合材料中因偶联剂的应用得到证实。偶联 剂既有能与增强体起化学反应的官能团，又有能与基体起化学 反应的官能团，因而在界面上可以形成共价键，把两种性质差 异很大的材料牢固地结合起来。
（五）界面的残余应力
复合材料在成型、固化或凝固、烧成过程中往往能造成 收缩应力（一般为收缩，也有膨胀的情况），以及因增强体 与基体的热膨胀系数不匹配而造成材料内部的热应力，从而 形成材料的界面残余应力。它的存在对复合材料性能有较大 的影响，在生物医用复合材料中，界面的残余应力不仅影响 到材料的力学性能，而且影响到材料的生物学性能，界面的 残余应力可使材料性能变劣，甚至弯曲、变形开裂，使材料 在生理环境下的腐蚀加强，因此在制备纤维增强复合材料时， 要使纤维的热膨胀系数稍大于基体材料，使基体处于压应力 状态以增强复合材料的性能。
4.混合结合
这种结合是最普遍的结合形式之一，在实际的复合材料中经 常同时存在多种结合形式。
（三）界面的稳定性
在生物医用复合材料中，对于非降解可吸收的复合材料界 面的稳定性尤为重要。植入体复合材料在生理体液、生理活动 等环境下，要求其界面能够长期保持稳定，如果复合材料在使 用或加工过程中由于界面发生变化而使性能下降或引起生物组 织反应，则这种复合材料就没有其应有的使用价值。
二、生物无机复合材料的成型、制备技术
（一）复合材料成型技术
成型工艺通常按加载方式分为模压（干压）、挤压、注射、 压注、冷等静压和热等静压。选择的成形方法有：形状复杂的 材料选用流动性好的浇注法、注射法；体积较大的用挤压、浇 注、塑坯法；精密尺寸的用注射、压注法等。
《生物医用材料》课件
案例二
总结词
药物载体的新选择
详细描述
可降解高分子材料具有良好的生物相容性和可降解性，是 药物载体的理想选择。这种材料可以在体内降解，减少了 对身体的副作用和不良反应。
总结词
材料的合成与改性
详细描述
为了提高可降解高分子材料的载药量、稳定性和靶向性， 需要进行合成和改性研究。通过化学修饰和共聚等手段， 可以改善材料的性能，提高药物的包覆率和释放效果。
系统生物学与生物医用材料
结合系统生物学的研究方法，深入探究生物医用材料与人体组织之间 的相互作用机制，为新材料的研发和应用提供理论支持。
05
案例分析
案例一
总结词
骨修复领域的创新应用
详细描述
生物活性玻璃陶瓷材料是一种新型的骨修复材料，具有良 好的生物相容性和骨传导性。它在骨修复领域的应用已经 得到了广泛认可，能够有效地促进骨组织的再生和修复。
某些生物医用材料具有诱导骨形成的特性，可通 过体内外实验验证其诱导骨生成的潜力。
生长因子活性
某些生物医用材料能够吸附和释放生长因子，促 进组织再生，可通过实验验证其生长因子活性。
抗菌性能
某些生物医用材料具有抗菌性能，可抑制微生物 的生长，可通过实验验证其抗菌效果。
体内植入实验
短期植入
功能评价
将生物医用材料植入动物体内，观察 短期内的组织反应和材料性能变化。
总结词
应用范围与限制
详细描述
可降解高分子材料在药物载体领域的应用已经得到了广泛 的研究和探索。然而，其应用仍受到一些限制，如材料的 降解速度和药物的释放速度需要精确控制，同时也需要进 一步研究其长期稳定性和安全性。
案例三
总结词
癌症治疗的新突破
生物医用材料简介
生物医用材料简介
汇报人： 2024-01-09
目录
• 生物医用材料的定义与分类 • 生物医用材料的特性与要求 • 生物医用材料的应用领域 • 生物医用材料的发展趋势与挑
战 • 生物医用材料的未来展望
01
生物医用材料的定义与分类
定义
01
生物医用材料是指用于诊断、治 疗、修复或替换人体组织、器官 或增进其功能的非金属、非陶瓷 类无机非金属材料。
药物缓释技术
利用生物医用材料制备的药物缓释剂 ，可在一定时间内持续释放药物，减 少服药次数和剂量。
组织工程
人工器官
利用生物医用材料和细胞工程技术， 可以构建人工器官，以替代病变或损 伤的器官。
组织修复
生物医用材料可以用于修复和再生人 体组织，如皮肤、骨骼、肌肉等。Βιβλιοθήκη 再生医学干细胞培养
生物医用材料可以作为干细胞培养的支架，促进干细胞增殖和分化，实现受损组织的再生修复。
总结词
生物活性是指生物医用材料能够与人体细胞或组织发生相互作用，促进细胞生长 、分化、修复等功能的能力。
详细描述
具有生物活性的材料能够与人体细胞或组织形成紧密的结合，增强材料与人体之 间的相互作用，促进组织再生和功能恢复。生物活性可以通过材料的表面改性、 生长因子加载等方式实现。
安全性
总结词
安全性是指生物医用材料在使用过程中对人体的无害性，以 及在生产、储存、运输等环节中的安全性。
生物医用复合材料
生物医用复合材料
生物医用复合材料是一种新型材料，它将生物材料与医用材料相结合，具有良好的生物相容性和生物活性，广泛应用于医疗领域。
生物医用复合材料的研究和应用对于提高医疗器械的性能和功能具有重要意义。
首先，生物医用复合材料具有良好的生物相容性。
生物相容性是指材料与生物体相互作用时，不会引起明显的排斥反应或产生有害的影响。
生物医用复合材料通常采用生物可降解材料或生物惰性材料作为基质，再加入生物活性物质，如生长因子、细胞因子等，以增强材料的生物相容性，降低组织排斥反应，促进组织修复和再生。
其次，生物医用复合材料具有良好的生物活性。
生物活性是指材料具有促进细胞黏附、增殖和分化的能力，能够与生物体组织产生积极的相互作用。
生物医用复合材料中的生物活性物质能够诱导周围组织生长，促进血管新生，加速组织修复和再生，有利于医疗器械与人体组织的结合，提高治疗效果。
生物医用复合材料在医疗领域具有广泛的应用。
例如，生物可降解支架是一种常见的生物医用复合材料，它能够在植入体内逐渐降解，减少二次手术的风险；生物活性骨修复材料能够促进骨折愈合和骨缺损修复；生物医用复合材料还可用于制备人工皮肤、人工血管、人工关节等医疗器械，以满足临床治疗的需要。
总之，生物医用复合材料具有良好的生物相容性和生物活性，广泛应用于医疗领域，对于提高医疗器械的性能和功能具有重要意义。
随着生物医学工程和材料科学的不断发展，相信生物医用复合材料将会在未来发挥越来越重要的作用，为人类健康事业做出更大的贡献。
生物复合材料
生物材料基本生物要求
• 植入体内的材料在人体复杂的生理环境中，长期受物理、化学、生物电等因素的影 响，同时各组织以及器官间普遍存在着许多动态的相互作用，因此，生物医用组分 材料必须满足下面几项要求： • (1)具有良好的生物相容性和物理相容性，保证材料复合后不出现有损生物学性能的 现象。 • (2)具有良好的生物稳定性，材料的结构不因体液作用而有变化，同时材料组成不引 起生物体的生物反应。 • (3)具有足够的强度和韧性，能够承受人体的机械作用力，所用材料与组织的弹性模 量、硬度、耐磨性能相适应，增强体材料还必须具有高的刚度、弹性模量和抗冲击 性能。 • (4)具有良好的灭菌性能，保证生物材料在临床上的顺利应用。 • 此外，生物材料要有良好的成型、加工性能，不因成型加工困难而使其应用受到限 制。
研究及应用
• 根据基体材料的不同，可将生物医用复合材料大致分为金属基、陶瓷基和高 分子基复合材料三类。通过相应的工艺成型方法将各类材料制作成不同医学 应用领域的生物复合材料。 • 一、生物医用陶瓷材料 • 生物医用陶瓷材料又称生物医用无机非金属材料，包括陶瓷、玻璃、碳素等 无机非金属材料。此类材料化学性能稳定，具有良好的生物相容性。一般来 说，生物陶瓷主要包括惰性生物陶瓷、活性生物陶瓷和功能活性生物陶瓷三 类。模拟性生物陶瓷材料和带有治疗功能的生物陶瓷复合材料。现在，功能 活性生物陶瓷的研究还处于探索阶段，很少有I临床应用报道，但其应用前 景是很光明的。 不同种类的生物陶瓷的物理、化学和生物性能差别很大， 在医学领域中的用途也不同。临床应用中，生物陶瓷存在的主要问题是拉伸
• 强度、扭转强度和韧性较差。氧化铝、氧化锆等生物惰性陶瓷耐压、耐磨和 化学稳定性比金属、有机材料都好，但其脆性的问题没有得到解决。生物活 性陶瓷的强度则很难满足人体较大承力部位的需要。
第五章 生物医用复合材料
生物医用无机与有机高分子复合材料， 其特点是利用高弹性模量的生物无机材料 增强高分子材料的刚性，并赋予其生物活 性，同时利用高分子材料的可塑性增进生 物无机材料的韧性。这一类材料主要用于 人体硬组织的修复与重建。
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一、生物无机与高分子复合材料制备成型技术 粒子填充聚合物复合材料制备方法主要有： 机械共混法、聚合填充法、插层法。 纤维增强聚合物复合材料的制备成型方法 主要有手糊成型、注射成型、压制成型、 缠绕成型等。
12
多孔HA陶瓷与33TCP复合材料性能:
多孔HA陶瓷与33TCP 复合材料植入大白兔 肌肉后的质量变化：
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2. HA-HA晶须复合材料 HA晶须由于具有良好的生物相容性，它既 可作为增强材料，也可作为基体组分，成 为生物医用材料中最有价值的增强材料。 HA晶须增强复合材料的断裂韧性和抗弯强 度也有了明显的改善. HA-HA晶须复合材料制备流程如下：
TCP-ZrO2复合材料，湿法混合， 80MPa加压成型，并在1400C, 3h 时烧结的抗弯曲强度与ZrO2的含 量的关系
25
3．HA－纳米SiC复合材料 单一纳米SiC复合的HA不易烧结，易开裂， 烧结温度较高时, HA还易分解。 添加烧结助剂MgO, 在同样烧结条件下，观 察到5wt％MgO十5wt％SiC复合的HA陶瓷材 料呈浅绿半透明，抗弯强度达110 MPa，K1C 为2.11MPa· 1/2, 抗压强度7l8MPa，比纯HA m 陶瓷抗弯强度提高1.6倍，K1C提高2倍，抗 压强度提高1.4倍，同生物体硬组织性能相 当。
K1C MPa.m1/2 2.8~3.0
抗压强度 MPa 1400
弹性模量 MPa 126
1.1
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金属基等生物医用复合材料
将生物活性物质（如生长因子、药物等）与金属基生物医用复合材料结合，实现治疗和修 复的双重功能。
02
金属基生物医用复合材料的制 备技术
Chapter
粉末冶金法
粉末冶金法是一种传统的制备金属基复合材料的方法， 通过将金属粉末与增强相混合，经过压制、烧结等工艺 制备出复合材料。 该方法的优点是制备工艺简单、成本低，可以制备出形 状复杂的复合材料，适用于大规模生产。
定义
金属基生物医用复合材料是由金属或其合金作为基 体，与其他生物材料（如陶瓷、高分子、生物活性 玻璃等）复合而成，用于人体组织和器官的诊断、 治疗和修复的一类新型生物医用材料。
分类
根据金属基体和复合材料的种类，金属基生物医用 复合材料可分为金属/陶瓷复合材料、金属/高分子 复合材料、金属/生物活性玻璃复合材料等。
维实体。
该方法的优点是可以快速制造出 复杂的形状，且可以个性化定制
。
缺点是打印过程中容易出现层间 开裂、翘曲等问题，且打印材料
的种类有限。
03
金属基生物医用复合材料的性 能研究
Chapter
力学性能
总结词
金属基生物医用复合材料的力学性能对其在医疗应用中的稳定性和持久性至关 重要。
详细描述
这些材料需要具备足够的强度和刚度，以承受使用过程中的各种应力，同时保 持结构的完整性。此外，良好的韧性也是必不可少的，以防止因冲击或疲劳而 导致的断裂。
金属基生物医用复合材料的应用领域
01
人工关节
用于替代病变或损伤 的关节面，提高关节 功能和患者生活质量 。
02
牙科修复材料
用于牙齿缺损的修复 和美容，如牙种植体 和牙冠等。
03
血管支架
用于治疗血管狭窄或 闭塞性疾病，支撑狭 窄或闭塞的血管。
复合材料的生物材料和医疗应用
复合材料的生物材料和医疗应用复合材料是指由两种或两种以上的材料相结合而成的一种新材料。
其中至少一种为增强材料，一种为基础材料。
复合材料的优点在于减轻了整体重量，提高了材料的强度和刚度，并且可根据需求进行设计。
随着科技进步，复合材料的应用范围越来越广泛，其中生物材料和医疗应用是近年来研究的重点领域之一。
生物材料是指能够被某些生物体承受和利用的材料。
它应该具有良好的生物相容性、生物可降解性、生物拟态性等特点。
其中，复合材料是生物材料领域的重要组成部分。
复合材料的生物材料应用主要包括骨修复、软组织修复、口腔修复等。
以骨修复为例，传统的骨修复材料如钛合金、聚乳酸等存在一些局限性，如钛合金与骨组织在生物化学性质上不匹配，容易引发排异现象；聚乳酸属于生物可降解材料，但它的降解速度太快，影响骨修复效果。
而采用复合材料来修复骨折等问题，有着较好的效果。
由于复合材料强度高、刚度大、韧性好等优点，可以有效提高骨折部位的稳定性。
同时，合理搭配不同材料，还可以实现更好的生物相容性和降解性。
在软组织修复领域，复合材料也有着广泛的应用。
如传统的心血管支架材料多为金属材料，容易引起感染、排异等问题。
而采用复合材料可以有效避免这些问题，并且可以根据需要进行设计。
例如，利用聚合物和生物玻璃复合材料制作心血管支架，可以实现可降解和可适应性的设计。
另外，在口腔修复领域，复合材料也有着重要的应用。
比如，传统的氧化锆材料用于牙冠设计，但其强度不够，易发生断裂等问题。
而采用复合材料可以大大提高其强度和韧性，同时还可以根据实际需要进行设计改善。
除了生物材料领域，复合材料在医疗应用领域也有着广泛的应用。
其中，医用器械是最为常见的应用之一。
例如，复合材料可用于制作手术器械、手术室用具等。
在医用器械的选择中，通常需要考虑材料的生物相容性、强度和防腐蚀等因素。
而复合材料可以满足这些要求，同时还具有较高的刚度和韧性，能够满足手术需要。
总之，复合材料在生物材料和医疗应用领域的应用有着广泛的发展前景。
生物医学工程导论之生物材料
4. 生物医用复合材料
生物医用复合材料是由二种或二种以上不 同材料复合而成的。
按基材分为：高分子基、陶瓷基、金属基 等生物医用复合材料。
按增强体形态和性质分为纤维增强、颗粒 增强、生物活性物质充填生物医用复合材料。
按材料植入体内后引起的组织与材料反应 分为：生物惰性、生物活性和可吸收性生物医 用复合材料。
医用不锈钢在骨外科和齿科中应用较多。
(2) 钴基合金
钴基合金人体内一般保持钝化状态，与不锈
钢比较，钴基合金钝化膜更稳定，耐蚀性更好。 在所有医用金属材料中，其耐磨性最好，适合于 制造体内承载苛刻的长期植入件。
在整形外科中，用于制造人工髋关节、膝关
节以及接骨板、骨钉、关节扣钉和骨针等。在心 脏外科中，用于制造人工心脏瓣膜等。
Ti-Ni记忆合金血管支架
2. 生物医用高分子
按应用对象和材料物理性能分为软组织材料、 硬组织材料和生物降解材料。其可满足人体组织器 官的部分要求，因而在医学上受到广泛重视。目前 已有数十种高分子材料适用于人体的植入材料。
▪ 软组织材料：故主要用作为软组织材料，特别 是人
工脏器的膜和管材。聚乙烯膜、聚四氟乙烯膜、硅橡胶膜
右为具有活性涂层的钛合计人工齿示意图
Fig. Schematic diagram of the screwshaped artificial tooth.
五、生物医用材料性能评价
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
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。
生物医用复合材料的应用
生物医用复合材料的应用一、生物工程组织生物工程组织是利用生物医用复合材料模拟和构建人体组织和器官的一种技术。
这些复合材料可以模拟天然组织的结构和功能，从而为人工器官、组织工程和再生医学等领域提供重要的支持。
例如，利用生物医用复合材料可以制造人工骨骼、软骨、血管、心脏瓣膜等，以替代或修复受损的组织和器官。
二、生物医用器件生物医用器件是指用于诊断、治疗和监测人体内部状况的医疗设备。
这些设备需要与人体组织和器官具有良好的相容性，以确保其安全性和有效性。
生物医用复合材料可以用于制造这些设备的外壳、支架、导管等部件，以提高设备的性能和安全性。
三、药物载体药物载体是指将药物输送到目标组织或器官的载体。
生物医用复合材料可以作为药物载体的基质，通过控制药物的释放速度和分布，实现药物的靶向传递。
这种技术可以显著提高药物的疗效，减少副作用，延长药物的作用时间。
四、生物相容性涂层生物相容性涂层是指用于改善医疗器械与人体组织和器官相容性的涂层。
这些涂层可以降低医疗器械对人体的免疫反应和炎症反应，提高医疗器械的安全性和舒适性。
生物医用复合材料可以用于制造这些涂层，如生物相容性聚合物涂层、生物活性玻璃涂层等。
五、生物医用敷料生物医用敷料是指用于保护伤口、促进伤口愈合的敷料。
这些敷料需要具有良好的透气性、吸水性和生物相容性，以避免感染和刺激皮肤。
生物医用复合材料可以用于制造这些敷料，如生物降解性敷料、生物活性敷料等。
总之，生物医用复合材料在医疗领域具有广泛的应用前景，可以为人工器官、组织工程、再生医学、医疗器械等领域提供重要的技术支持。
随着科技的不断发展，相信未来会有更多的创新应用和突破。
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第五章 生物医用复合材料
1
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
按增强体的形态和性质
纤维增强医用复合材料
–碳纤维和其他陶瓷纤维、玻璃纤维、金属纤维和高 分子纤维
颗粒增强医用复合材料
–氧化锆、氧化铝、氧化钛等氧化物颗粒 –羟基磷灰石（HA）等生物活性颗粒
第五章 生物医用复合材料
2
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医用生物碳
碳纤维、碳化硅晶须 人工骨、人工牙根
第五章 生物医用复合材料
3
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生物医用复合材料的分类和应用
类
例材
用途
别 基材
增强体或填料
生 生物玻璃
不锈钢纤维、钛纤维
人工骨
物 生物活性玻璃陶瓷 氧化锆颗粒、碳化硅晶须 人工骨、骨填料
活 HA 生物活性陶瓷 聚乳酸、胶原、氨基酸、 人工骨
以氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、生物玻璃、生物玻 璃陶瓷、羟基磷灰石、磷酸钙等材料为基体，
引入颗粒、晶片、晶须或纤维等增强体。
一、生物陶瓷与生物陶瓷复合材料
二、生物陶瓷与生物玻璃复合材料
三、生物活性涂层无机复合材料
第五章 生物医用复合材料
10
一、生物活性陶瓷与生物活性陶瓷复合材料 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
1、HA-TCP复合材料的组成与性能
试样 A100 A95 A35 A30 A5
Ca/P 摩尔比
1.68 1.66 1.56
1.55
1.51
烧结温度 （℃）
1150 1200 1250 1300 1250 1300 1150 1200 1250 1300 1150 1200 1250 1300 1150 1200 1250 1300
机械结合力——摩擦力：存在于所有复合材料 中。决定于增强体的比面积和粗糙度以及基体 的收缩。比面积和粗糙度越大，基体的收缩越 大，摩擦力越大。
物理结合力——范德华力和氢键力：存在于所 有复合材料中。
化学结合力——化学键力
第五章 生物医用复合材料
7
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界面结合类型
生物医用复合材料的分类和应用
类别
例材
用途Leabharlann 基材增强体或填料近 惰 聚乙烯等
碳纤维
人工关节臼、骨水
性生
泥、人工骨
物 医 环氧树脂
碳纤维、氧化铝/不锈钢 骨水泥、人工骨
用 复 聚酯等膜
LTIC、ULTIC 涂层
人工血管
合 材 不锈钢、钛合金 LTIC、氧化铝、氧化锆 人工心瓣膜、人工
料
等涂层
关节股骨头和柄
生物医用复合材料的分类和应用
类别
例材
用途
基材
增强体或填料
可 吸 收 聚乳酸
碳纤维
人工韧带、肌腱
生 物 医 聚乳酸/乙醇酸 聚乳酸/乙醇酸纤维、 骨填料等
用复合
羟基磷灰石
材料 明胶/水杨酸盐 β-磷酸三钙
骨水泥
硫酸钙（石膏） 羟基磷灰石
骨填料
第五章 生物医用复合材料
5
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– HA晶须具有明显增韧效果，但其相对密度随晶 须含量增加而降低（92.5-95%）
界面结合类型
反应结合：
–基体与增强体之间发生化学反应，在截面形成牢固的化学 结合。
–借助偶联剂（既有与基体反应的官能团又有与增强体反应 的官能团），把两种性质差异很大的材料牢固的结合起来。
混合结合：
–是实际的复合材料中最普遍的结合形式
第五章 生物医用复合材料
9
第一节
生物无机与无机复合材 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。 料
2. 性能特点
– 比强度、比模量 – 抗疲劳性能好 – 抗生理腐蚀性好 – 力学相容性能好
第五章 生物医用复合材料
6
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3. 生物医用复合材料的界面
– 界面侵润性：增强体与基体侵润与否是制备 性能良好的复合材料的必要条件
– 界面结合力：机械结合力、物理结合力、化 学结合力
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2、HA-HA晶须复合材料：
– HA晶须增韧效果与材料的气孔率有关
无压烧结的HA-HA晶须复合材料，气孔率较高，无 明显增韧效果
如含0-30% HA晶须（Ca/P=1.66）的复合材料， 1000-1100OC，30MPa，1-2h热压烧结，断裂韧 性提高40%，
性
骨髓细胞
复 羟基磷灰石/胶原 明胶/对苯二酚/甲醛
注入固化骨填料
合 聚乙烯、胶原
羟基磷灰石颗粒
人工骨、骨填料
材 聚甲基丙烯酸甲酯 磷酸盐/硅酸盐/磷灰石/ 骨水泥
料
玻璃纤维
钛合金、钴合金、 羟基磷灰石/生物活性玻 人工关节、人工
不锈钢
璃陶瓷涂层
种植牙、接骨板
第五章 生物医用复合材料
4
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机械结合：
–基体与增强体之间纯机械性连接的结合方式。 –存在于所有复合材料中。
溶解和润湿结合：
–基体与增强体之间溶解并伴随一定程度的相互溶解（基体 与增强体之一溶入另一种之中）而产生的结合方式。
–靠原子间的电子相互作用实现。 –可利用无机材料中的玻璃相实现该结合。
第五章 生物医用复合材料
8
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147±9
3.06 150±13
3.07
140±9
155±14
3.07
151±18 133±14
145±11
3.03 138±11
3.05 119±12
3.06 153±10
3.07 137±10
弹性模量 （GPa）
80.63±.8 70.3±4.1 76.4±4.4 79.6±3.1 63.8±4.3 64.2±2.1 79.8±4.0 84.5±4.2 83.9±3.6 79.7±3.7 81.7±3.2 80.9±2.6 80.4±1.2 81.4±1.8 89.2±5.3 72.7±6.2 84.6±6.1 83.5±51.19
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概述
生物医用复合材料——是由两种或两种以上 不同材料复合而成的生物医用材料
1. 分类：复合材料一般有基体材料和增强材 料组成
– 按基体：陶瓷基医用复合材料、高分子基医 用复合材料、金属基医用复合材料
– 按组织反应：生物惰性医用复合材料、生物 活性医用复合材料、可吸收医用复合材料
相组成（%质量）
HA
β-TCP
100
0
95
5
35
65
30
70
0
100
0
100
5
95
第五5章 生物医用复9合5材料
密度 抗弯强度
（g/cm3） （MPa）
3.05 142±15
3.07 125±14
3.08
128±9
3.09 131±11
3.08 116±13
3.07
128±7
3.07 130±12
3.06