7-生物陶瓷复合材料.ppt

* （二）生物活性填料(陶瓷/玻璃)-医用高分子复合材料 目前的研究对象主要有： HA、AW(磷灰石-硅灰石)玻璃陶瓷、生物玻璃等增强高密度聚乙烯(HDPE)和聚乳酸等高分子化合物 1、聚乳酸基复合材料 聚DI-丙交酯(PDLLA)具有良好的生物相容性和可降解性，它是一种中等强度的聚合物，已被用作控制释放药物载体材料和内固定材料。 聚乳酸的优点 　　 全程无毒无害 原材料：可再生 植物提取的淀粉 强度高， 可塑性好 加工方便， 应用广泛 可生物分解吸收 焚化无有害气体 PLA整个循环制备过程 * 将PDLLA与HA颗粒复合的目的： 1）有助于提高材料的初始硬度和刚性; 2）延缓材料的早期降解速度，便于骨折早期愈合，从而提高材料的骨结合能力; 3） PDLLA与HA颗粒复合，随着PDLLA的降解吸收，HA在体内逐渐转化为自然骨组织，可提高材料的生物相容性； 4）此外可提高材料对X射线的阻拒作用，便于临床显影观察. * HA的存在对PDLLA相对分子质量的影响规律（聚合填充法）： 在单体与引发剂摩尔比( [M]/[I])一致的情况下，HA质量百分比含量增大， PDLLA相对分子质量则变小。 HA颗粒粒径越小，HA表面所含OH和H2O的量就越多，对PDLLA相对分子质量的影响也越大。 未经锻烧的HA颗粒对PDLLA相对分子质量的影响最大 。 * 复合材料中PDLLA相对分子质量在20万以上时，其抗弯强度均在80 MPa，抗剪强度在54.2MPa以上，可以作为体内固定材料使用。 PDLLA/HA(85/15)复合材料体内、外抗剪强度随时间的变化 * 另外，可将块状多孔HA浸入PLLA低聚合物中制成复合材料用于骨缺损的修复，该复合材料具有良好的生物相容性和骨传导。 复合材料的界面增强方法： （1）硅烷偶联剂是公认的无机填料和有机树脂基质之间的粘结增强剂。 （2）HA表面接枝改性 * * * * 2、聚乙烯基复合材料 生物陶瓷增强聚乙烯聚合物1981年由Bonfield提出, 目的就是寻求皮质骨的替代材料。 该复合材料的弹性模量随其密度(或HA掺杂量)的增加从1GPa可增加至9GPa。 当HA含量为40％?50％，材料将从柔性向脆性转变，其断裂形变可从大于90%下降至3%，因此可通过控制HA的含量调整和改变复合材料的性能。 * 由于这种材料的弹性模量处于自然骨弹性模量（7?30 GPa）范围内它具有极好的力学相容性。 HA/HDPE复合材料，由于羟基磷灰石的掺人为生物活性材料，用于临床骨修复。 * AW(磷灰石-硅灰石)玻璃陶瓷和生物玻璃增强HDPE复合材料具有与HA增强HDPE复合材料相似的力学性能和生物学性能。 复合材料在37℃的SBF溶液中体外实验研究表明，在其表面可形成磷灰石层，通过控制和调整AW玻璃陶瓷和生物玻璃的含量，使其满足不同临床应用的需求。 * 3、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）复合材料 PMMA骨水泥与骨的结合性较差，防止人工关节的晚期松动的效果并不理想，因此国内外均对PMMA进行改性，使其具有多孔结构，以便骨组织能长入骨水泥中获得生物学固定，对人工骨的松动起到一定的缓冲作用。 在网孔结构骨水泥聚合时加入HA粉末，制得HA-网孔PMMA复合骨水泥，可以促进成骨、改善骨水泥与骨界面结合。 * 4、有机高分子表面活性陶瓷涂层 利用生物活性涂层对高分子基体材料进行表面改性是矫形外科、齿科、植入假体的一个关键工艺，其目的就是加快组织的生长、使涂层和组织之间形成界面键合，避免体液对基体材料的侵蚀。 有机高分子材料表面碱处理、低温等离子处理、紫外光辐射等表面处理，巳取得明显的效果。 * 利用生物仿生方法进行有机高分子材料表面活性陶瓷涂层，不仅可以制备密实的类骨磷灰石涂层，而且可形成均匀的涂层。 步骤：聚合物先进行辐照，并浸在含玻璃颗粒(MgO, CaO, SiO2, P2O5, CaF2)的模拟体液(SBF)中，于36.5?C，24h条件下在表面进行磷灰石成核，然后在SBF中6天进行有机聚合物表面涂层。 * 磷灰石涂层与聚合物的粘结强度随紫外辐射时间(直到3?5min)的延长而增强但辐射时间大于3?5min后，其粘结强度反而下降。 * （三）碳纤维增强聚合物复合材料 碳纤维增强聚合物复合材料是以碳纤维为增强体而形成的一类生物医用复合材料，主要用作骨水泥、人工关节臼和接骨板等。 * 碳纤维增强HDPE复合材料，其强度、刚性、抗疲劳和抗磨损性能均显著高于HDPE材料，因此它常用作承受复杂应力和摩擦作用的髋关节和膝关节。 碳纤维增强聚砜复合材料的抗扭强度最高可达100MPa，与金属板相比，其断裂模量可减少2?4倍。 * 碳纤维增强聚甲