生物相容性涂层课件

生物兼容性涂层

国立高雄应用科技大学机械与精密工程研究所微奈米结构与分析实验室1感谢你的观看2019年6月29生物兼容性涂层国立高雄应用科技大学机械与精密工程研究所生医材料(biomaterials)生医材料在广义而言泛指一般与医疗相关的材料，如检查与诊断的器械、手术器械、与人体器官的替代品。ClemsonAdvisoryBoardforBiomaterials“Definitionofthewordbiomaterial＂,The6thAnnalIntermalionelBiomaterialSymposium,April20-24,1974.血糖计-----爱奥乐医疗器材有限公司人工牙根---光宏科技股份有限公司人工髋关节-联合骨材血糖计人工髋关节人工牙根2感谢你的观看2019年6月29生医材料(biomaterials)生医材料在广义而言泛指一生物兼容性(biocompatible)生物兼容性在许多文献中并没有很明确的定义，在1987年，Williams曾解释过(Biocompatibilityistheabilityofabiomaterialstoperformwithanappropriatehostresponseinaspecificapplication)一般泛指，当生医材料植入生物体中，不会产生毒性反应与严重的发炎，且能使周围组织正常生长，被植入的生物体也能存活，此材料就具有一定程度的生物兼容性。苏建荣针对不同表面处理之钛合金骨螺丝作生物亲和性的评估成功大学医学工程所,2002.6氧化钛氧化镍Al2O3

陶瓷CarbonBiologicalqualityMechanicalqualityBioadhesiveAdhesionosteogenesisBioinertContactosteogenesisPMMAImplant-gradesteelBiotolerantDistanceosteogenesis玻璃陶瓷HA陶瓷TCP陶瓷BioactiveExchangeosteogenesis生物兼容性与生医材料性质比较3感谢你的观看2019年6月29生物兼容性(biocompatible)生物兼容性在许多文献理想的生医植体必备条件生物学力学其他条件良好的耐蚀性且不含毒性特殊的润滑性及耐磨劳性足够的强度及耐疲和组织有良好的兼容性弹性系数尽可能与骨骼接近制造加工及价格等不会导致血液异常凝固与致癌不引起不正常的代谢K.H.RateitschakandH.F.Wolf,ColorAtlasofDentalMedicine.ThiemeMedicalPublishers.1995:11-24.M.S.Block,J.N.Kent,andL.S.Guerra,Implantsin80dentistry.1997:45-62.J.B.Park,Biomaterials,AnIntroduction.PlenumPress,NewYork.:1979:4-5.4感谢你的观看2019年6月29理想的生医植体必备条件生物学力学其他条件良好的耐蚀性且不含毒生医材料之分类材料机械性质代表性材料金属材料高强度、韧性316L不锈钢、钛及钛合金等陶瓷材料高强度、低破坏韧性氧化铝、HA、生医玻璃高分子材料低强度、磨耗性较差PMMA复合材料磨耗性佳、低弹性模数金属披覆HA5感谢你的观看2019年6月29生医材料之分类材料机械性质代表性材料金属材料高强度、韧性31钛金属其优点与应用质轻与高强度弹性极佳低温韧性高低热传导，升温快人体亲和性抗过敏性绝佳的抗腐蚀特性运动器材储氢生医器材石化工业造船工业航天工业国防工业汽车工业建筑钛金属6感谢你的观看2019年6月29钛金属其优点与应用质轻与高强度6感谢你的观看2019年6月钛金属表面处理方法钛金属表面处理方法机械方法切削磨削抛光喷砂激光蚀刻化学方法阳极氧化溶胶|凝胶化学处理化学气相沉积生物化学改质物理方法离子注入与沉积物理气相沉积热喷涂7感谢你的观看2019年6月29钛金属表面处理方法钛金属机械方法切磨抛喷激化学方法阳溶化化生钛金属的阳极处理钛的化学活性强，置于大气下易与氧结合形成ㄧ层氧化钛薄膜，其薄膜具有良好的机械性质，并可以防止钛继续被氧化，但因自然生成之氧化钛层结构松散且不均匀，故以人工方式在钛表面生成致密且均匀的氧化钛层做进一步之应用，使其表面产生适当氧化钛层并加以染色，以增加其美观、耐蚀、机械强度等，其处理方法通称之为阳极处理(Anodizing)。柯贤文,“腐蚀及其防制”(全华科技图书股份有限公司,1995)展新兴业股份有限公司

8感谢你的观看2019年6月29钛金属的阳极处理钛的化学活性强，置于大气下易与氧结合形成ㄧ层在钛－氧化钛的界面反应为：Ti→Ti2++2e-在氧化钛-电解液的界面反应为：2H2O→2O2-+4H+2H2O→O2↑+4H++4e-氧化反应中，氧化层不断增厚，其二氧化钛电阻较大，因此所需之电压降也较大，当电压足够大时氧化层就可以不断生长。在阳极氧化过程中，电压超过氧化层的耐电压，会有大量气体出现，甚至出现火花，被称为微弧氧化(MAO)，表面会形成多孔的二氧化钛(anatase和Rutilus)。在文献中指出经微弧氧化后的多孔性氧化层可诱导磷灰石的附着。BangchengYanga,MasaikiUchidab,Hyun-MinKimc,*.etl,PreparationofbioactivetitaniummetalviaanodicoxidationtreatmentBiomaterials25(2004)1003–10109感谢你的观看2019年6月29在钛－氧化钛的界面反应为：Ti→Ti2++2e-钛金属阳极处理优势增加植体和骨组织的接触面积与骨细胞或骨组织机械性的嵌合作用。和基质成分交互作用后影响成骨细胞的附着及攀爬。促进细胞的附着分子(attachmentmolecules)。增加血液凝块(bloodclots)固持(retention)在植体表面的能力。可促进成骨细胞活性(activity)的增加。

粗糙度表面会影响细胞附着及其构形，进而影响细胞行为的表现。

BranemarkR,Thesis,GoteborgSweden:GoteborgUniversity,1996PillarRM,ProceedingsofanInternationalCongress,Brussels.May.ExcerptaMedica.Amsterdam.,60,1985PillarRM,DeporterDA,WatsonPAandValiquettlN,JofBiomedicalmaterialsResearch.,25:467.,1991WennerbergA,AlberktssonTandAnderssonB,Int.JOralMaxillofacImplants.,11:38.,199610感谢你的观看2019年6月29钛金属阳极处理优势增加植体和骨组织的接触面积与骨细胞或骨组织实验流程图Ti研磨及抛光阳极处理分析表面形貌晶格型态生物兼容性测试电解液：硫酸，磷酸处里时间：120sSEMXRDSBF测试11感谢你的观看2019年6月29实验流程图Ti研磨及抛光阳极处理分析表面形貌晶格型态生物兼容400nm400nm400nm电解液为硫酸在不同阳极处理电压下产生明显的孔洞，随着电压的上升，其孔洞尺寸也略微上升。低电压高电压12感谢你的观看2019年6月29400nm400nm400nm电解液为硫酸在不同阳极处理电压评估生物兼容性的方法评估生医材料之生物兼容性的方法有很多种，一般主要分为体外(invitro)和体内(invivo)两方面。体外(invitro)

：在试管及培养皿中进行，利用组织或器官的培养，来测试材料的毒性与对于细胞所产生的免疫现象的种种影响。体内(invivo)

：将材料直接植入动物体内，可以经由组织切片处理观察局部或整个系统的反应。D.F.WilliamsandR.Roaf,ImplantsinSurgery.W.B.Saunders

Company,London.1973:149-64苏建荣,针对不同表面处理之钛合金骨螺丝作生物亲和性的评估国立成功大学医学工程所,

2002,6体外试验体内试验快速获得結果对毒性材料敏感可做毒素定量分析可直接纪录活细胞的反应无法长期评估实验重复性差实验变量多用于复杂的组织反应13感谢你的观看2019年6月29评估生物兼容性的方法评估生医材料之生物兼容性的方法有很多种，体外试验本实验着重于体外试验，将处理完的钛金属试片置放于模拟体液中数天，观察磷灰石于试片的附着情形。在体外试验中首重于模拟体液的配置，模拟体液主要为模拟人体中的环境与人体中细胞的附着情形例如：Ringer溶液、Hank溶液、Fusayama溶液、Jenkins溶液体液离子浓度/(mmol/L)Na+

K+Mg2+Ca2+Cl-HCO3-HPO24-HO24

-人体血浆原始的SBF改进的SBF(c~SBF)再改进的SBF(r~SBF)最新改进的SBF(n~SBF)142.0142.0142.0142.0142.05.05.05.05.05.01.51.51.51.51.52.52.52.52.52.5103.0148.8147.8103.0103.027.04.24.227.04.21.01.01.01.01.00.500.50.50.5各种模拟体液和血浆的离子组成王晓东,彭晓峰,陆建锋,王讣宣.应用基础与工程学报,2003,11(2):174KokuboT,TakadamaH.Biomaterials.2006,27:290714感谢你的观看2019年6月29体外试验本实验着重于体外试验，将处理完的钛金属试片置放于模拟体外试验之模拟体液浸泡用来配制模拟体液的有以下化学试剂氯化钠(NaCl)碳酸氢钠(NaHCO)氯化钾(KCl)三水合磷酸氢二钾(KHPO4．3HO)六水合氯化镁(MgCl2．6HO)氯化钙(CaCl)硫酸钠(NaSO)三羟基氨基甲烷[(HOCH)CNH]1mol/L的盐酸(1mol/LHCl)pH标准溶液(用以标定溶液的pH值)次号试剂添加量纯度/%12345678910NaClNaHCOKClKHPO4．3HO

MgCl2．6HO1mol/LHClCaClNaSOTris1mol/LHCl8.035g0.355g0.255g0.231g0.311g39mL0.292g0.072g6.118g0~5mL99.599.599.599.098.0-95.099.099.0-KokuboT,TakadamaH.Biomaterials.2006,27:2907模拟体液浸泡试验并将瓶置于恒温培养箱,温度保持在36.5℃

模拟体液的体积通常是样品暴露体称的10倍对表面形成的磷灰石可采用扫描电镜(SEM)、薄膜X光绕射仪(TF-XRD)和红外光谱(FT-IR)进行分析15感谢你的观看2019年6月29体外试验之模拟体液浸泡用来配制模拟体液的有以下化学试剂次号试未来展望在阳极处理方面，可在电解液中添加一些增加生物活性的材料，可改善骨整合的时间。体外试验只是初步测试，后续可尝试体内试验能有更完整的结果。阳极处理后所生成的多孔性氧化层，除了生医材料方面，可更进一步应用在其他领域，这也是未来可以探讨的地方。16感谢你的观看2019年6月29未来展望在阳极处理方面，可在电解液中添加一些增加生物活性的材17感谢你的观看2019年6月2917感谢你的观看2019年6月29生物兼容性涂层

国立高雄应用科技大学机械与精密工程研究所微奈米结构与分析实验室18感谢你的观看2019年6月29生物兼容性涂层国立高雄应用科技大学机械与精密工程研究所生医材料(biomaterials)生医材料在广义而言泛指一般与医疗相关的材料，如检查与诊断的器械、手术器械、与人体器官的替代品。ClemsonAdvisoryBoardforBiomaterials“Definitionofthewordbiomaterial＂,The6thAnnalIntermalionelBiomaterialSymposium,April20-24,1974.血糖计-----爱奥乐医疗器材有限公司人工牙根---光宏科技股份有限公司人工髋关节-联合骨材血糖计人工髋关节人工牙根19感谢你的观看2019年6月29生医材料(biomaterials)生医材料在广义而言泛指一生物兼容性(biocompatible)生物兼容性在许多文献中并没有很明确的定义，在1987年，Williams曾解释过(Biocompatibilityistheabilityofabiomaterialstoperformwithanappropriatehostresponseinaspecificapplication)一般泛指，当生医材料植入生物体中，不会产生毒性反应与严重的发炎，且能使周围组织正常生长，被植入的生物体也能存活，此材料就具有一定程度的生物兼容性。苏建荣针对不同表面处理之钛合金骨螺丝作生物亲和性的评估成功大学医学工程所,2002.6氧化钛氧化镍Al2O3

陶瓷CarbonBiologicalqualityMechanicalqualityBioadhesiveAdhesionosteogenesisBioinertContactosteogenesisPMMAImplant-gradesteelBiotolerantDistanceosteogenesis玻璃陶瓷HA陶瓷TCP陶瓷BioactiveExchangeosteogenesis生物兼容性与生医材料性质比较20感谢你的观看2019年6月29生物兼容性(biocompatible)生物兼容性在许多文献理想的生医植体必备条件生物学力学其他条件良好的耐蚀性且不含毒性特殊的润滑性及耐磨劳性足够的强度及耐疲和组织有良好的兼容性弹性系数尽可能与骨骼接近制造加工及价格等不会导致血液异常凝固与致癌不引起不正常的代谢K.H.RateitschakandH.F.Wolf,ColorAtlasofDentalMedicine.ThiemeMedicalPublishers.1995:11-24.M.S.Block,J.N.Kent,andL.S.Guerra,Implantsin80dentistry.1997:45-62.J.B.Park,Biomaterials,AnIntroduction.PlenumPress,NewYork.:1979:4-5.21感谢你的观看2019年6月29理想的生医植体必备条件生物学力学其他条件良好的耐蚀性且不含毒生医材料之分类材料机械性质代表性材料金属材料高强度、韧性316L不锈钢、钛及钛合金等陶瓷材料高强度、低破坏韧性氧化铝、HA、生医玻璃高分子材料低强度、磨耗性较差PMMA复合材料磨耗性佳、低弹性模数金属披覆HA22感谢你的观看2019年6月29生医材料之分类材料机械性质代表性材料金属材料高强度、韧性31钛金属其优点与应用质轻与高强度弹性极佳低温韧性高低热传导，升温快人体亲和性抗过敏性绝佳的抗腐蚀特性运动器材储氢生医器材石化工业造船工业航天工业国防工业汽车工业建筑钛金属23感谢你的观看2019年6月29钛金属其优点与应用质轻与高强度6感谢你的观看2019年6月钛金属表面处理方法钛金属表面处理方法机械方法切削磨削抛光喷砂激光蚀刻化学方法阳极氧化溶胶|凝胶化学处理化学气相沉积生物化学改质物理方法离子注入与沉积物理气相沉积热喷涂24感谢你的观看2019年6月29钛金属表面处理方法钛金属机械方法切磨抛喷激化学方法阳溶化化生钛金属的阳极处理钛的化学活性强，置于大气下易与氧结合形成ㄧ层氧化钛薄膜，其薄膜具有良好的机械性质，并可以防止钛继续被氧化，但因自然生成之氧化钛层结构松散且不均匀，故以人工方式在钛表面生成致密且均匀的氧化钛层做进一步之应用，使其表面产生适当氧化钛层并加以染色，以增加其美观、耐蚀、机械强度等，其处理方法通称之为阳极处理(Anodizing)。柯贤文,“腐蚀及其防制”(全华科技图书股份有限公司,1995)展新兴业股份有限公司

25感谢你的观看2019年6月29钛金属的阳极处理钛的化学活性强，置于大气下易与氧结合形成ㄧ层在钛－氧化钛的界面反应为：Ti→Ti2++2e-在氧化钛-电解液的界面反应为：2H2O→2O2-+4H+2H2O→O2↑+4H++4e-氧化反应中，氧化层不断增厚，其二氧化钛电阻较大，因此所需之电压降也较大，当电压足够大时氧化层就可以不断生长。在阳极氧化过程中，电压超过氧化层的耐电压，会有大量气体出现，甚至出现火花，被称为微弧氧化(MAO)，表面会形成多孔的二氧化钛(anatase和Rutilus)。在文献中指出经微弧氧化后的多孔性氧化层可诱导磷灰石的附着。BangchengYanga,MasaikiUchidab,Hyun-MinKimc,*.etl,PreparationofbioactivetitaniummetalviaanodicoxidationtreatmentBiomaterials25(2004)1003–101026感谢你的观看2019年6月29在钛－氧化钛的界面反应为：Ti→Ti2++2e-钛金属阳极处理优势增加植体和骨组织的接触面积与骨细胞或骨组织机械性的嵌合作用。和基质成分交互作用后影响成骨细胞的附着及攀爬。促进细胞的附着分子(attachmentmolecules)。增加血液凝块(bloodclots)固持(retention)在植体表面的能力。可促进成骨细胞活性(activity)的增加。

粗糙度表面会影响细胞附着及其构形，进而影响细胞行为的表现。

BranemarkR,Thesis,GoteborgSweden:GoteborgUniversity,1996PillarRM,ProceedingsofanInternationalCongress,Brussels.May.ExcerptaMedica.Amsterdam.,60,1985PillarRM,DeporterDA,WatsonPAandValiquettlN,JofBiomedicalmaterialsResearch.,25:467.,1991WennerbergA,AlberktssonTandAnderssonB,Int.JOralMaxillofacImplants.,11:38.,199627感谢你的观看2019年6月29钛金属阳极处理优势增加植体和骨组织的接触面积与骨细胞或骨组织实验流程图Ti研磨及抛光阳极处理分析表面形貌晶格型态生物兼容性测试电解液：硫酸，磷酸处里时间：120sSEMXRDSBF测试28感谢你的观看2019年6月29实验流程图Ti研磨及抛光阳极处理分析表面形貌晶格型态生物兼容400nm400nm400nm电解液为硫酸在不同阳极处理电压下产生明显的孔洞，随着电压的上升，其孔洞尺寸也略微上升。低电压高电压29感谢你的观看2019年6月29400nm400nm400nm电解液为硫酸在不同阳极处理电压评估生物兼容性的方法评估生医材料之生物兼容性的方法有很多种，一般主要分为体外(invitro)和体内(invivo)两方面。体外(invitro)

：在试管及培养皿中进行，利用组织或器官的培养，来测试材料的毒性与对于细胞所产生的免疫现象的种种影响。体内(invivo)

：将材料直接植入动物体内，可以经由组织切片处理观察局部或整个系统的反应。D.F.WilliamsandR.Roaf,ImplantsinSurgery.W.B.Saunders

Company,London.1973:149-64苏建荣,针对不同表面处理之钛合金骨螺丝作生物亲和性的评估国立成功大学医学工程所,

2002,6体外试验体内试验快速获得結果对毒性材料敏感可做毒素定量分析可直接纪录活细胞的反应无法长期评估实验重复性差实验变量多用于复杂的组织反应30感谢你的观看2019年6月29评估生物兼容性的方法评估生医材料之生物兼容性的方法有很多种，体外试验本实验着重于体外试验，将处理完的钛金属试片置放于模拟体液中数天，观察磷灰石于试片的附着情形。在体外试验中首重于模拟体液的配置，模拟体液主要为模拟人体中的环境与人体中细胞的附着情形例如：Ringer溶液、Hank溶液、Fusayama溶液、Jenkins溶液体液离子浓度/(mmol/L)Na+

K+Mg2+Ca2+Cl-HCO3-HPO24-HO24

-人体血浆原始的SBF改进的SBF(c~SBF)再改进的SBF(r~SBF)最新改进的SBF(n~SBF)142.0142.0142.0142.0142.05.05.05.05.05.01.51.51.51.51.52.52.52.52.52.5103.