功能陶瓷部分2011-第4章-生物医学材.ppt

第4章 生物医学材料 主要内容 ①替代损害的器官或组织； 如人造心脏瓣膜、假牙、人工血管等； ②改善或恢复器官功能； 如隐型眼镜、心脏起搏器等； ③用于治疗过程； 如介入性治疗血管内支架、用于血液透析的 薄膜、药物载体等 4.1 生物医学材料的发展概况 生物材料的开发和利用可追溯到3500年前，那时的古埃及人就开始利用棉纤维、马鬃作缝合线缝合伤口；印第安人则使用木片修补受伤的颅骨。 2500年前，中国和埃及的墓葬中就发现有假牙、假鼻和假耳。人类很早就用黄金来修复缺损的牙齿，并沿用至今。 1588年人们用黄金板修复颚骨。 1775年就有用金属固定体内骨折的记载。 1851年发明了天然橡胶的硫化方法后，有人采用硬胶木制作了人工牙托的颚骨。 1886年用钢片和镀镍钢治疗骨折，自此人工器官比较广泛应用于临床 生物材料在20世纪80年代高速发展 生物医学材料的分类 按材料的物质属性划分： 按材料的用途进行分类： 生物材料是研制人工器官及一些重要医疗技术的物质基础，综观人工器官及医疗装置的发展史，每一种新型生物材料的发现都引起了人工器官及医疗技术的飞跃。 生物惰性医用硅橡胶—人工耳、人工鼻、人工颌骨等 血液相容性较好的各向同性碳被复材料—碟片式机械心脏瓣膜 血液亲和性及物理机械性能较好的聚氨酯嵌段共聚物—促使人工心脏向临床应用跨越一大步 可形成假生物内膜的编织涤纶管—人工血管向实用化飞跃。 4.2 生物医学材料的基本要求 ①对人体无毒、无刺激、无致畸、致敏、致突变或致癌作用； ②生物相容性好，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； ③无溶血、凝血反应等。 (二)化学稳定性 ①耐体液侵蚀，不产生有害降解产物； ②不产生吸水膨润、软化变质； ③自身不变化等。 (三)力学条件 ①足够的静态强度，如抗弯、抗压、拉伸、剪切等； ②具有适当的弹性模量和硬度； ③耐疲劳、摩擦、磨损、有润滑性能。 (四)其它要求 ①良好的空隙度，体液及软硬组织易于长入；②易加工成形，使用操作方便； ③热稳定好，高温消毒不变质等性能。 在生物医学材料中，金属材料应用最早，已有数百年的历史。唐代就用银汞合金（主要成份：汞、银、铜、锡、锌）来补牙。 医用金属材料是指一类用作生物材料的金属或合金，又称外科用金属材料。它是一类生物惰性材料，除具有较高的机械强度和抗疲劳性能，具有良好的生物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、生物相容性、无毒性和简易可行及确切的手术操作技术 . 该材料是临床应用最广泛的承力植入材料，由于有较高的强度和韧性，已成为骨和牙齿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的主要材料。 化学周期表中的大部分金属不符合生物材料的要求，仅有小部分或经处理过的可用于临床。目前在临床使用的医用金属材料主要有不锈钢、钴基合金和钛基合金三大类，另外还有记忆合金、贵金属以及纯金属钽、铌和锆等。 不锈钢 钴基合金 钛基合金 形状记忆合金 贵金属 纯金属钽、铌、铬 4.3.1 不锈钢 铁基耐蚀合金（一般由铁、铬、镍、钼、锰、硅组成），易加工、价格低廉 。 一般不锈钢制成多种形体，如针、钉、髓内针、齿冠、三棱钉等器件和人工假体而用于临床，不锈钢还用于制作各种医疗仪器和手术器械。 4.3.2 钴（Co）基合金 含有较高的铬和钼，又称钴铬钼合金，具有极为优异的耐腐蚀性（比不锈钢高40倍）和耐磨性，综合力学性能和生物相容性良好，可通过精密铸造成形状复杂的精密修复体 性能特点： 钝化膜更稳定，耐蚀性更好，而且其耐磨性是所有医用金属材料中最好的，植入体内不会产生明显的组织反应。 临床上主要用于 人工关节（特别是人体中受载荷最大的髋关节） 人工骨及骨科内处固定器件的制造 齿科修复中的义齿，各种铸造冠、嵌体及固定桥的制造 心血管外科及整形科等 由于其价格较高，加工困难，应用尚不普及。 4.3.3 钛（Ti）基合金 临床应用广泛，其质轻、比强度高、力学性质接近人骨、强度远低于纯钛，耐疲劳、耐蚀性均优于不锈钢和钴基合金，且生物相容性和表面活性好，是较为理想的一种植入材料。 抗断裂强度较低，耐磨性能不尽人意，加工困难。冶炼及成型工艺复杂，要求条件较高。 主要用于：修补颅骨，制成钛网或钛箔用于修复脑膜和腹膜、人工骨、关节、牙和矫形物、人工心脏瓣膜支架、人工心脏部件和脑止血夹、口腔颌面矫形颌修补、手术器械、医疗仪器颌人工假肢等。 （三）钛基合金 Ti为难熔稀有金属，熔点1762℃，密度小、比强度高； 具有