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第五章 生物医用复合材料 第七章 生物医用复合材料 概述 生物无机与无机复合材料 生物无机与有机高分子复合材料 生物无机与金属复合材料 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 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 生物医用复合材料的分类和应用 生物医用复合材料的分类和应用 生物医用复合材料的分类和应用 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 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 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 界面结合类型： 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。 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 第一节 生物无机与无机复合材料 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 一、生物活性陶瓷与生物活性陶瓷复合材料 1、HA-TCP复合材料的组成与性能 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%， 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%） 二、生物活性陶瓷与生物玻璃复合材料 1、HA-生物活性玻璃复合材料（Apatte-Bioactive Glass Composite，ABC） 2、TCP-HA-BG多孔复合材料： 为珊瑚状连通气孔，气孔率45-55%，气孔大小200-500微米 抗折强度10.5MPa，热压强度25MPa 用于大段骨或承重骨的修复 三、生物活性陶瓷与生物惰性陶瓷复合材料 氧化物陶瓷 具有较高的强度和化学稳定性， 但与生物组织为机械结合； 生物活性陶瓷 具有良好的生物相容性可与生物组织形成牢固的化学结合， 但其脆性和低抗疲劳强度限制其应用。 以高强度氧化物为基材，掺入羟基磷灰石等生物活性陶瓷颗粒，以赋予生物活性 以生物活性陶瓷为基材，掺入氧化物等颗粒以补强其力学性能 1、HA-ZrO2复合材料 烧结温度增加，抗折强度和断裂韧性都增加 例：添加50% TZ-3YZrO2，烧结 2、TCP- ZrO2复合材料 抗弯强度随ZrO2含量增加而增加 四、生物活性涂层材料 生物活性玻璃涂层氧化铝复合材料，以改善氧化铝陶瓷的表面活性 等离子体喷涂+1000-1300OC煅烧30min， 氧化铝扩散进入玻璃层，有效增强生物活性玻璃与氧化铝的界面结合。 1200OC煅烧，表面玻璃中形成稳定硅灰石相，基体相中遗留富余的CaO和P2O3，在缓冲液中反应20min后即有HA形成， HA形成速度加快。 第二节 生物无机与有机高分子复合材料 几乎所有的生物体组织都是由两种或两种以上的材料构成的 例如人体中的骨骼和牙齿可看作由胶原蛋白、多糖基质等高分子构成的连续相和弥散于中的羟基磷灰石晶粒复合而成。 利用高弹性模量的无机材料增强高分子材料的刚性，并赋予其生物活性 利用高分子材料的可塑性增进生物无机材料的韧性。 主要应用于硬组织的修复与重建。 一、生物活性陶瓷与天然生物高分子复合材料 二、生物活性陶瓷与生物高分子复合材料 三、生物玻璃与生物高分子复合材料 四、碳纤维增强复合材料 一、生物活性