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第四章 生物医用无机非金属材料 第五章 生物医用无机非金属材料 第一节 生物惰性无机材料 第二节 生物活性无机材料 第三节 生物可降解无机材料 第四节 生物医用无机非金属材料发展趋势 概 述 一、发展概况 二、性能特点 三、材料分类 一、发展概况 发展阶段： 生物惰性材料 生物活性材料、生物降解材料、多相复合材料 一、发展概况 无机材料很早即应用于人体， 70年代以前大部分是生物惰性材料。 之后以生物玻璃（ 1969年，L. Hench，美国Florida大学）为发端的生物活性材料成功地应用于临床， 可吸收陶瓷（70年代）等生物降解材料亦开发成功并应用于临床（80年代）， 目前，随着纳米材料与技术的发展，纳米生物医用无机材料正在引起人们的重视。 二、性能特点 良好的化学稳定性 但在制备过程会引入有害的杂质元素，需严格控制。 可降解材料要考虑降解产物的影响 良好的生物相容性 良好的消毒灭菌性能 较难成型加工 力学性能：脆性较大 生物陶瓷除用于测量、诊断治疗等外，主要是用作生物硬组织的代用材料。 可用于骨科、整形外科、牙科、口腔外科、心血管外科、眼外科、耳鼻喉科及普通外科等方面。 如人工牙齿（根）、人工骨、人工关节、骨折固定器具、人工眼等 三、材料分类 按材料性质 生物陶瓷——如单晶和多晶氧化铝陶瓷、羟基磷灰石陶瓷等 生物玻璃——如45S5玻璃 生物玻璃陶瓷——如DICOR玻璃陶瓷 无机骨水泥——如α-TCP骨水泥 生物复合无机材料——羟基磷灰石+ β-TCP复合材料、碳纤维增强无机骨水泥 三、材料分类 按来源 天然生物矿物——钙化的贝壳和珍珠 合成的无机材料——羟基磷灰石陶瓷、β-TCP人工骨 生物衍生材料——冻干骨片 三、材料分类 在生理环境中的反应水平 生物惰性无机材料——氧化铝、氧化锆、氧化硅陶瓷，热解碳 生物活性无机材料——羟基磷灰石陶瓷、45S5玻璃、生物活性玻璃陶瓷 生物可降解无机材料——可溶性铝酸钙陶瓷、 β-TCP陶瓷等 三、材料分类 按临床应用 肌肉—骨骼系统用材：热解碳纤维 软组织用材：碳纤维——跟腱 硬组织用材：磷酸钙陶瓷、生物玻璃及生物玻璃陶瓷——骨、牙 心血管系统用材：碳质材料 药物释放载体材料：β-TCP等 临床诊断及生物传感器材料——陶瓷温度传感器陶瓷、羟基磷灰石经皮装置 第一节 生物惰性无机材料 主要是指化学性能稳定，生物相容性好的无机材料。 结构稳定，具有较高化学稳定性，在体内耐氧化、耐腐蚀、不降解、不变性。 分子中的键力较强，都具有较高的机械强度和耐磨性等。 不参与体内代谢过程，与骨组织不能产生化学结合，被纤维结缔组织膜包围，形成纤维骨性结合界面。 第一节 生物惰性无机材料 主要有 氧化物（氧化铝、氧化锆等）陶瓷、 非氧化物陶瓷、 碳质材料、 惰性玻璃陶瓷、 长石类陶瓷 ……。 主要用于人工关节、人工骨和口腔种植材料 第一节 生物惰性无机材料 一、氧化物、非氧化物陶瓷 二、碳质材料 三、惰性玻璃陶瓷 一、氧化物、非氧化物陶瓷 (一）氧化物陶瓷 1、氧化铝陶瓷： （1）多晶氧化铝陶瓷：是指主晶相为刚玉（α-Al2O3)的陶瓷材料（＞45%）。 性能特点： 机械强度高 耐高温 耐化学腐蚀 生物相容性好 （1）多晶氧化铝陶瓷： 高纯氧化铝陶瓷的物理性能 氧化铝用作生物材料始于70年代初，目前已广泛用于制作人工牙根、人工关节和人工骨。 （2）单晶氧化铝陶瓷 氧化铝单晶也称宝石，添加剂不同，制得单晶材料颜色不同，如红宝石、蓝宝石等。 性能特点： 机械强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性都优于多晶氧化铝陶瓷 单晶结构完整，无脆弱晶间相。 生物相容性也优于多晶氧化铝陶瓷 （2）单晶氧化铝陶瓷 可以用作生物医用材料的氧化物陶瓷主要有——铝、镁、钛、锆等的氧化物 氧化锆陶瓷由于其高强度和断裂韧性用于人工关节， 氧化锆更多还用作复合材料的增强剂或等离子体喷涂材料。 非氧化物陶瓷 临床应用较少，主要是用作硬组织的替换材料。 非氧化物陶瓷主要是硼化物、氮化物、碳化物、硅化物等陶瓷。如： 碳化硅陶瓷，硬度大，具有高强度，导热、导电性好，是一种耐蚀、耐磨材料。 氮化硅陶瓷，具有高断裂韧性和抗弯强度，用它替代氧化锆陶瓷作人工关节，有更好的使用寿命。 二、碳质材料 碳质材料应用广泛，在外科植入物中主要包括热解碳、玻璃碳、碳纤维和蒸汽沉积碳。 结构特点： 金刚石结构、石墨结构、无定形层状结构 无定形层状结构点阵无序排列、各向同性，是医学领域主要应用的碳质材料。 碳质材料的类型与制备： 1、热解碳：目前国内外应用最多的碳质材料。 1000-2400oC，碳氢化合物在流化床内热解，碳沉积于石墨基材上。 1500 oC，低温各向同性碳（LTI-Carbon） 可加入合金元素（如硅）提高其硬度 碳质材料的