第4章_医用无机材料.ppt

第三章 医用无机材料;18世纪初开始应用。无毒、与生物体组织有良好的生物相容性、耐腐蚀。 包括生物陶瓷、生物玻璃和碳素材料三大类，主要用于齿科、骨科修复和植入材料。 基本都是脆性材料，容易破裂，发展方向应向开发复合（多相）生物材料以及在金属基体上加涂无机生物陶瓷涂层（薄膜）材料的方面引导。 ;第一节 概述;二 生物医用无机材料分类;生物陶瓷——主要是用于人体硬组织修 复和重建的生物医学陶瓷材料。 ;第二节 生物陶瓷;经过近20 年的研究和发展，医用生物陶瓷材料经历了三个发展阶段： 生物隋性材料、 生物活性及可吸收材料 可再生组织的生物活性材料。;结构;图2、PTC-BaTiO3 半导体陶瓷 ;鸡蛋壳就是活的生物陶瓷。蛋壳是由活细胞所构成，其中就有类似陶瓷的晶粒及晶界结构 黑色或灰色为无机晶粒(长约1.0 μm，宽0.3 μm)，属方解石晶体(CaCO3)，有时为磷酸钙，它们构成骨架，在晶粒之间为晶界，是有机生命物质。;二 生物陶瓷材料的分类;有各种不同的化学成分，根据其在生理环境中的化学活性和性质可分为四类： 近似于惰性：三氧化二铝、氧化锆等氧化物生物陶瓷，Si3N4、钛酸钡等非氧化物生物陶瓷以及医用碳素等，这类材料长期暴露于生理环境下能保持稳定。 表面活性：羟基磷灰石生物活性陶瓷和生物活性玻璃陶瓷，在生理环境中可通过其表面发生的生物化学反应与组织形成化学键性结合，起到了适合新生骨沉积的生理支架作用，也就是所谓的“骨引导”和“骨传导”作用。;可吸收性：如石膏、磷酸三钙陶瓷，在生理环境中可逐渐被降解吸收，诱导骨质生长，并随之被新组织所替代，从而达到修复或替换病损组织的目的 。 复合型：生物陶瓷与生物陶瓷或与其他无机材料、有机材料复合而成的复合型材料。根据临床的不同要求可以制成不同类型的复合材料。 在临床上生物陶瓷主要用于肌肉一骨骼系统的修复和替换，也可用于心血管系统的修复、制作药物释放和传递的载体。复合型的生物陶瓷还可以用于制造人工腱和韧带等。 ;生物陶瓷血管;三 典型的生物陶瓷材料;1.氧化铝陶瓷 ;1.2.氧化铝陶瓷的性能;B 医用氧化铝陶瓷的几个重要性能及要求;致密的氧化铝生物陶瓷与机体之间会形成一种形态性结合，即依靠组织长入材料表面的凹凸不平而实现机械锁合。 多孔的氧化铝陶瓷，新生组织可长入空隙内，会提高生物陶瓷与机体组织之间的结合强度。 用于关节修复、牙根种植、制作骨折夹板与内固定器件，最适用于人工关节头和臼等承受摩擦力作用的部位。; 优点：生物相容性良好，在人体内稳定性高， 机械强度较大。;措施：采用多孔氧化铝 把氧化铝陶瓷制成多孔质形态，使骨组织 长入其孔隙而使植入体固定，保证植入物 与骨头的良好结合。; Al2O3-金属组合全髋关节 ;指作为生物医学使用的各种碳素及其复合材料 具有极好的抗血栓性，作为生物医学材料使用的主要有三种：玻璃碳、低温各向同性碳和超低温各向同性碳。 这三种碳在生理环境中化学性质稳定，也不发生疲劳破坏，是生物相容性非常好的一类惰性材料。;优点： 质轻且具有良好的润滑性和抗疲劳特性； 弹性模量和致密度与人骨大致相同； 生物相容性好，特别是抗凝血性佳，与血细胞中的元素相容性极好，不影响血浆中的蛋白质和酶 的活性。 在人体内不发生反应和溶解，生物亲和性良好， 耐蚀，对人体组织的力学刺激小。 ;主要用于制造心血管修复体的重要材料、人工骨、人工牙根、肌腱和人工韧带等，还可用于人工软骨、人工中耳、人工关节运动磨损表面作为减磨涂层和血液净化等。尤其是它的较高的抗血栓性、耐磨性、低比重和长期使用不劣化等性能，使碳素材料几乎是目前唯一可选用的人工心脏瓣膜材料。 ;组织工程人耳;2.1 热解碳;制备：将甲烷、丙烷等碳氢化合物通入硫化床中，以惰性气体为载气（N2）在1000-2400℃热解、沉积而得。 沉积层的厚度一般为1mm。 ;2.2低温气相沉积碳(ULTI碳)：;2.3 碳纤维;（二）生物活性陶瓷 — HAP;HAP是人体内骨和齿的重要组成部分,如人骨成分中HA的质量分数约65%,人的牙齿釉质中HA的质量分数则在95%以上,具有优秀的生物相容性。 HAP生物陶瓷脆性大，在生理环境中抗疲劳性能差，不用于人体承力部位的修复。;多孔HAP陶瓷 ;孔隙的大小应当满足骨单位和骨细胞生长所需的空间, 孔尺寸大于200μm,是骨传导的基本要求; 200～400μm最有利于新骨生长。 当孔隙率超过30%后,孔隙可以相互连通,新骨组织可以从人工骨表面长入内部贯通性孔隙， 孔隙率越高，越有利于新骨的长入，为满足临床应用对力学性能的要求,一般种植体孔隙率在45%～55%之间 ;H