不锈钢与材料科学.ppt

第七章 生物医用材料 生物医学材料的定义 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，亦称生物材料。 生物医学材料的用途 替代损害的器官或组织，例如：人造心脏瓣膜、假牙、人工血管等； 改善或恢复器官功能的材料，如：隐型眼镜、心脏起搏器等； 用于治疗过程，例如：介入性治疗血管内支架、用于血液透析的薄膜、药物载体与控释材料等。 生物医学材料的研究内容 生物体生理环境、组织内容、器官生理功能及其替代方法。 具有特种生理功能的生物医学材料的合成、改性、加工成型以及材料的特种生理功能与其结构关系。 材料与生物体的细胞、组织、血液、体液、免疫、内分泌等生理系统的相互作用以及养活材料毒副作用的对策。 材料灭菌、消毒、医用安全性评价方法与标准以及医用材料与制品生产管理与国家管理法规。 生物医学材料的分类 按医用材料的来源分类：天然生物材料、合成材料。 按医用材料的性质分类：高分子材料、金属材料、无机非金属材料、天然生物材料。 按医用材料在人体中的应用部位分类：硬组织材料、软组织材料、心血管材料、血液代用材料、分离透析材料。 按医用材料使用要求分类：非植入性材料、植入性材料、血液接触性材料、降解和吸收性材料。 对生物医学材料的基本要求 生物相容性 化学稳定性 力学条件 其它要求 生物相容性 对人体无毒、无刺激、无致畸、致敏、致突变或致癌作用； 在体内不被排斥，无炎症，无慢性感染，种植体不致引起周围组织产生局部或全身性反应，最好能与骨形成化学结合，具有生物活性； 无溶血、凝血反应等。 化学稳定性 耐体液侵蚀，不产生有害降解产物； 不产生吸水膨润、软化变质； 自身不变化。 力学条件 足够的静态强度，如抗弯、抗压、拉伸、剪切等； 具有适当的弹性模量和硬度； 耐疲劳、摩擦、磨损、有润滑性能。 其它要求 良好的空隙度，体液及软硬组织易于长入； 易加工成形，使用操作方便； 热稳定好，高温消毒不变质等性能。 全球生物医用材料市场 中国生物医用材料市场 我国生物医学材料的生物医学工程产业的市场增长率高达 28％(全球市场增长率20%),居全球之首。 我国人工关节 替换年增长率高达30％，远高于美国的4％。 ----------------国家科技部资料 775万肢残患者和每年新增的300万骨损伤患者 --------需要大量骨修复材料 2000万心血管病患者 --------每年需要24万套人工心瓣膜 肾衰患者 --------每年需要12万个肾透析器 …… 全球生物医用材料细分市场发展 全球释药系统市场（单位：亿美元） 全球释药系统细分市场 中国释药市场 中国13亿人口, 2002年药品市场达140亿美元，按10%比例估算，其中释药市场为14亿美元。 随着人民购买力提高，保健意识增强，今后国内药品市场每年将以5000万美元幅度增加。 …… 我国生物医用材料的产业化 我国生物材料和制品所占世界 市场份额不足1.5％； 产品技术水平处于初级阶段，且产品单一； 同类产品与国外产品比，基本上属于仿制，自主知识产权较少； 生物医用材料与制品70-80%要依靠进口； 产业正处于起步阶段。 我国有6,000多家制药企业，但总体上技术资源、资金力量都比不上西方制药企业，其中控制释放系统的企业仅有有限几家。 我国企业的研发投入总体很少，无法与国际制药相比。 我国的控释制剂以研发为主，产业化商品少，市场上基本为进口药品制剂。 产业发展方向 市场迅猛发展的需求—通用生物医用材料，控制释放系统，组织工程材料； 加大研发力量，加强学科交叉，发展具有自主知识产权的技术与产品； 加强产-学-研的结合。 3.1 金属生物医学材料 金属生物医用材料必须是一类生物惰性材料，除应具有良好的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和组织相容性。 已应用于临床的医用金属材料主要有不锈钢、钴基合金和钛基合金等三大类。它们主要用于骨和牙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中的结构元件。 不锈钢 按显微组织的特点可分为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏不锈钢、沉淀硬化不锈钢等类型； 铁素体和马氏体不锈钢的主要成分是Fe、Cr、C； 马氏体不锈钢的耐蚀性随含碳量的降低和含铬量的增加而提高，提高含碳量的增加而提高； 目前铁素体和马氏体不锈钢用于医疗器械。 奥氏体不