生物材料现代研究方法引言

生物材料现代研究方法ModernResearchMethodsofBiomaterials西南交通大学材料科学与工程学院当前1页，总共41页。第一章绪论材料研究方法的含义材料研究方法的分类应用示例课程简介当前2页，总共41页。生物医用材料(Biomedicalmaterials),简称生物材料(Biomaterials),是用来对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损、器官或增进其功能的材料。生物材料－－其定义随科学技术的发展而演变当前3页，总共41页。Anymaterial,naturalormanAnymaterial,naturalorman-made,thatmade,thatcompriseswholeorpartofalivingcompriseswholeorpartofalivingstructureorabiomedicaldevicewhichstructureorabiomedicaldevicewhichperforms,augments,orreplacesaperforms,augments,orreplacesafunctionthathasbeenlostthroughfunctionthathasbeenlostthroughdiseaseorinjury.当前4页，总共41页。当前5页，总共41页。1、材料研究方法的含义

广义：技术路线、实验技术、数据分析。

狭义：测试材料组成和结构的仪器、方法。

例如：X射线衍射分析

电子显微分析

热分析

光谱分析

表面分析等当前6页，总共41页。工艺Processing–结构structure-性能property化学成分Chemicalcomposition显微结构Microstructure工艺Processing结构structure性能property性能PropertiesIntrinsicMaterialsSelectionCeramicFabrication晶体结构CrystalStructure()(特征Characterization)当前7页，总共41页。材料的微结构对于力学性能上的影响EffectofMicrostructureonMechanicalPropertyf

d-1/2d-grainsize50m10ma bMechanicaltest: fa

>

fbMechanicalpropertyMicroscopicanalysis: da

<dbMicrostructure

多晶样品的光学显微镜图片OMimagesoftwopolycrystallinesamples.？？当前8页，总共41页。材料结构与研究方法材料结构层次结构：材料系统内各组成单元之间的相互联系和相互作用方式。当前9页，总共41页。范围和特征ScaleandCharacterizationTechniquesXRD,TEM,STM

SEM OMGrainIGrainIIValveTurbochargeLargedefects,voids,inclusionsbyOM;grainandsizedistributionbyeitherOMandSEMdependingscale;GrainboundaryandinterfacebyTEM,CrystalstructurebyXRDandTEM当前10页，总共41页。断裂方式的鉴别IdentificationofFractureMode4mIntergranularfracture20mIntragranularfractureCracksCracksPoresGrainboundary当前11页，总共41页。光学显微镜和扫描电子显微镜OMandSEM50m5mGrowthstepOM-2DSEM–3DBaTiO3当前12页，总共41页。SEMOM当前13页，总共41页。扫描隧道显微镜STM-SeeingAtomsSTMimageshowingsingle-atomdefectiniodine（碘）adsorbatelatticeonplatinum（铂）.2.5nmscanIrononcopper(111)当前14页，总共41页。2、研究方法分类材料分析研究方法的种类：化学成分分析、结构测定、图像分析

分析仪器

显微镜：显微组织观察

衍射仪：测定结构

谱仪：分析成分

分析仪器主要可分为三个单元

激发源

分析器

检测器当前15页，总共41页。化学成分分析:

化学成分的表征包括元素成分分析和微区成分分析。所用仪器包括：光谱色谱热谱表面分析谱原子吸收光谱、质谱等（紫外光谱、红外光谱、荧光光谱、激光拉曼光谱等）（气相色谱、液相色谱）（差热分析、热重分析等）（X射线光电子能谱、俄歇电子能谱、电子探针等）当前16页，总共41页。化学成分分析当前17页，总共41页。结构测定衍射方法:X射线衍射（X-RayDiffraction，XRD）;电子衍射（TransmissionElectronMicroscopy，TEM）光谱方法:红外光谱;拉曼光谱;紫外光谱显微镜:光学显微镜扫描电镜;透射电镜当前18页，总共41页。结构分析

卢瑟福背散射是通过探测样品表面区靶核弹性散射的

离子束进行分析。应用于材料表面与薄膜结构分析。当前19页，总共41页。图像分析当前20页，总共41页。表面分析当前21页，总共41页。扫描电子显微镜下，具有生物活性的多孔金属：生物组织可长入，提高界面机械固定作用。降低弹性模量，提高力学相容性。3、应用示例Application当前22页，总共41页。当前23页，总共41页。当前24页，总共41页。当前25页，总共41页。当前26页，总共41页。当前27页，总共41页。评价方法：

微区拉曼设备，其激发波长为514.5nm，激光束斑为5um；傅立叶红外图谱设备；XPS；采用AMBIOSXP-2表面轮廓仪来检测薄膜的厚度与线轮廓；表面接触角测试及表面能计算；血小板粘附；内皮细胞培养。编号刻蚀时间掩膜孔尺寸（长x宽）含氢碳膜40minC2525µmx25µmC5050µmx50µmC100100µmx100µm等离子体刻蚀制备薄膜表面显微图形及其性能研究-含氢碳膜显微图形当前28页，总共41页。表面形貌的结果

ell

R

WidgeC25

well

Ridge

C50well

Ridge

C100等离子体刻蚀制备薄膜表面显微图形及其性能研究-含氢碳膜显微图形显微图形的表面形貌及线轮廓扫描图当前29页，总共41页。显微拉曼的结果含氢碳膜、显微图形样品C25、C50和C100的“井”中区域的拉曼图谱等离子体刻蚀制备薄膜表面显微图形及其性能研究-含氢碳膜显微图形当前30页，总共41页。含氢碳膜、样品C25、C50和C100表面的FTIR图谱等离子体刻蚀制备薄膜表面显微图形及其性能研究-含氢碳膜显微图形FTIR的结果当前31页，总共41页。含氢碳膜、样品C25、C50和C100表面的XPS图谱等离子体刻蚀制备薄膜表面显微图形及其性能研究-含氢碳膜显微图形XPS的结果当前32页，总共41页。abdc含氢碳膜C25C50C100等离子体刻蚀制备薄膜表面显微图形及其性能研究-含氢碳膜显微图形血小板粘附的结果血小板的数量统计结果血小板的表面形貌当前33页，总共41页。

egfhabcd培养1天培养3天C25C50C100含氢碳膜等离子体刻蚀制备薄膜表面显微图形及其性能研究-含氢碳膜显微图形内皮细胞培养结果内皮细胞的数量统计结果内皮细胞的表面形貌当前34页，总共41页。当前35页，总共41页。4、课程简介

本课程全面介绍生物材料的各种研究、测试方法的原理及应用，同时讲述各种分析设备的组成及原理，重点讲述各种分析方法在生物材料研究中的应用。学生掌握各种分析方法的特点、原理，能够应用各种分析方法解决实际研究中遇到的问题，同时通过实验，学生能够正确的分析实验结果，了解设备组成及原理。当前36页，总共41页。课程目的CourseObjectives对于材料的分析技术有一个基本的了解Basicunderstandingofmaterials

characterizationtechniques基本组成和功能basiccomponentsandtheirfunctions

分析的普通方法Commonmodesofanalysis

这些技术的相关信息和资料Rangeofinformationprovidedbythetechniques

技术的最近进展Recentdevelopmentofthetechniques

应用中的重点Emphasisonapplications

典型的例子Typicalexamplesandcasestudies

怎样应用不同的技术解决生产和研究中出现的问题？Howtousedifferenttechniquestosolvedifferentproblemsinmanufacturingandresearch当前37页，总共41页。分析技术

光学显微镜Light(optical)microscopy(LM)or(OM)

扫描电子显微镜Scanningelectronmicroscopy(SEM)

能量色散谱仪EnergydispersiveX-rayspectroscopy(EDS)X-射线衍线（XRD）X-raydiffraction(XRD)/X-rayfluorescence(XRF)

透射电子显微镜Transmissionelectronmicroscopy(TEM)当前38页，总共41页。相关的分析技术---表面分析技术

SurfaceCharacterizationTechniques扫描探针显微镜Scanningprobemicroscopy(AFM&STM)

俄歇电子能谱Augerelectronspectroscopy(AES)X-射线光电子能谱X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)

二次离子质谱Secondaryionmassspectroscopy(SIMS)

卢瑟福背散射能谱Rutherfordbackscatteringspectroscopy(RBS)当前39页，总共41页。教学内容●引言（2学时）●光学显微分析技术（2学时）●扫描电子显微镜（4学时）●透射电子显微镜（4学时）●扫描探针显微镜（4学时）●X射线衍射（2学时）●红外吸收光谱法（2学时）●Auger电子能谱（4学时）●X射线光电子谱(XPS)（4学时）●离子散射谱ISS、Rutherford背散射RBS、二次离子质谱（SIMS）（4学时）当前40页，总共41页。1、材料分析测试技术，周玉,武高辉编著，哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,