新材料概论生物材料

生物医学资料2024年1月5日122.1.生物医学资料概论生物医学资料(BiomedicalMaterials)★生物医学工程的重要分支★生物学、医学、资料学的交叉学科★生物医学工程的物质根底32.1.1生物资料和生物医学资料的定义生物资料(Biomaterial)生物医学资料(BiomedicalMaterial)－－其定义随科学技术的开展而演化4生物资料(Biomaterials)“植入活体内或与活体结合而设计的与活体系统不起药物反响的惰性物质〞－－1960‘s，ClemsonUniv.,USA特征：人造、非生命、医用、生物相容2.1.1生物资料和生物医学资料的定义5无药物反响－－－生物资料与药物的区别惰性－－－化学稳定、生物稳定随着生物资料的开展，该定义已明显不顺应生物资料的功能与范畴的飞速开展－－－载药生物资料、生物活性资料2.1.1生物资料和生物医学资料的定义6指用于替代、修复组织器官的天然或人造资料。7假肢骨钉骨板人造髋关节8载药生物资料(药物缓释资料)在资料(最常见的是修复资料)中复合治疗药物，植入人体后缓慢释放，进展辅助治疗2.1.1生物资料和生物医学资料的定义9带药涂层心血管支架经过膨胀后的带药支架带药涂层在0.9%NaCl溶液中的药物释放10生物活性资料(Bio-activeMaterial)植入后，按照预先设计进展生物降解或与生物系统发生一定作用，促使生理功能的恢复如：BMP/TCP骨修复资料(特征：可降解、可诱导成骨)2.1.1生物资料和生物医学资料的定义11“生物医学资料是用于取代、修复活体组织的人造或天然的资料〞－－－1980‘s不限制：人造/天然，体内/体外，活性/惰性，长期/短期范围：医用、生物相容2.1.1生物资料和生物医学资料的定义12牙修复假体硅胶13除医学中运用的生物资料外，还有大量运用于生物学领域的资料，如细胞培育、蛋白质处置等，目前也将其划入生物资料的范畴2.1.1生物资料和生物医学资料的定义14152.1.1生物资料和生物医学资料的定义BiomaterialsBiologicalMaterialsBiomedicalMaterials特指医用资料其它生物学运用资料16世界上第一把100%可降解伞，运用特殊的生物降解资料制成17纳米机器人在清理血管中的有害堆积物18OMOM胶囊内镜系统19A、生物医学资料的历史2.1.2生物医学资料的开展

20生物医学资料的运用特征：生物医学资料很少单独运用，通常是结合在医学安装中替代发生病变或失去功能的生命体器官2.1.2生物医学资料的开展

A、生物医学资料的历史21最早的运用可追溯到公元前3500年棉花纤维、马鬃缝合伤口－－－古埃及，BC.3500木片修补颅骨缺损－－－墨西哥印地安人2.1.2生物医学资料的开展

A、生物医学资料的历史222.1.2生物医学资料的开展

A、生物医学资料的历史木质及石质的假牙、假鼻、假耳－－－中国、埃及，BC.2500黄金修补牙缺损－－－中国、埃及、罗马，BC.200023据文献记载1588年，黄金板修复颚骨1775年，金属内固定骨折1809年，黄金种植牙1851年，天然硫化橡胶制造人工牙托及颚骨2.1.2生物医学资料的开展

A、生物医学资料的历史242.1.2生物医学资料的开展

A、生物医学资料的历史进入20世纪，高分子资料的运用带来了生物医学资料的宏大开展－1937年，PMMA用于牙科－1940‘s，维尼龙用于血管修复－1958年，涤纶用于动脉修复－1960’s，PMMA、UHMPE全髋关节25自20世纪50年代，各种复杂人工器官的出现，标志着生物医学资料及人工关节的开展进入了新的阶段－－生物医学资料学科与其它相关技术的交叉与浸透更趋深化人工心脏瓣膜、人工肺、人工肾、人工心脏、人工胰……2.1.2生物医学资料的开展

A、生物医学资料的历史26B、生物医学资料的典型运用举例-人体的“发动机〞与支架2.1.2生物医学资料的开展

◆人体的“发动机〞27心脏是一个强健的、不知疲倦、努力任务的强力泵。心脏之于身体，好像发动机之于汽车。假设按一个人心脏平均每分钟跳70次、寿命70岁计算的话，一个人的终身中，心脏就要跳动近26亿次。一旦心脏停顿跳动而经过抢救不能复跳，那就意味着，一个人的生命终止了。◆人体的“发动机〞28心脏的跳动定义着人类生命的存在，可以说是人类的生命之根。心脏病是人类安康的头号杀手。全世界1/3的人口死亡是因心脏病引起的，而我国，每年有几十万人死于心脏病。◆人体的“发动机〞29◆心脏病与冠心病心脏病〔heartdisease〕：是心脏疾病的总称，包括缺血性心脏病、风湿性心脏病、高血压性心脏病、先天性心脏病、心肌炎等各种心脏病。30◆心脏病与冠心病冠心病全称：冠状动脉粥样硬化性心脏病。冠心病定义：是指冠状动脉粥样硬化使血管腔狭窄或阻塞，导致心肌缺血缺氧或坏死而引起的心脏病。又名缺血性心脏病。冠心病，是一种最常见的心脏病。31◆冠心病图片32◆冠心病的治疗目前，冠心病的治疗分为药物治疗、外科手术和介入治疗三大类。药物治疗--根底外科手术--传统介入治疗--新型33◆支架与搭桥搭桥：就是在冠状动脉狭窄的近端和远端之间建立一条通道，使血液绕过狭窄部位而到达远端。这种手术称为冠状动脉旁路移植术，是在充溢动脉血的自动脉根部和缺血心肌之间建立起一条畅通的途径，犹如在山壑江河之上搭起一座大桥而畅通无阻一样，因此有人笼统地将其称为在心脏上架起了“桥梁〞，俗称“搭桥〞。34◆搭桥图片35◆支架与搭桥血管支架：一种用金属等资料制成的血管内支撑体，它具有良好的可塑性和几何稳定性，送达血管中重度狭窄的病变部位后可以起到支撑血管、保证血液畅通流动的作用。36◆血管支架图片37◆血管支架的运用与开发随着治疗冠心病的方法日益完善，创伤小的支架治疗成为很多心脏病患者的首选。目前常用于制造支架的资料有医用不锈钢、金属钽及镍钛合金等。镁合金支架的研制已成为血管支架开发的重点工程。38◆血管支架的植入方法通常支架被安装在球囊导管上，经过球囊导管保送到血管病变处，由压力泵注入液体使球囊扩张，进而撑开支架及病变狭窄处的血管，撤出球囊导管，支架永久置于病变处，到达扩张狭窄血管、坚持管腔血流通畅的目的。39◆球囊的任务过程40◆血管支架的介入过程41◆血管支架介入前后的对比42◆血管支架介入前后的对比43心脏病高发人群年龄大于45岁的男性、大于55岁的女性吸烟者高血压患者糖尿病患者高胆固醇血症患者有家族遗传病史者肥胖者缺乏运动或任务紧张者44◆心脏病认识的三个误区瘦人不会得心脏病--引发心脏病的要素很多不吃肉就不会得心脏病--荤素菜搭配、粗细粮结合预防心脏病是中老年人的事--许多心脏病患者在儿童时期在动脉血管内壁上会出现一些紫色条纹，就是日后构成动脉粥样硬化斑块的根底。45◆预防心脏病大家要牢记减肥--平衡饮食和锻炼少吃蛋黄--胆固醇高多运动--快走的效果最好戒烟--戒烟2～3年后风险正常留意饮食--低脂饮食适量饮酒--1周喝3～9杯酒为宜留意糖尿病--糖尿病患者是普通人的4倍。控制心情—特别是突发事件46472.1.3生物医学资料的根本性能要求48A、生物功能性(Biofunctionability)B、生物相容性(Biocompatibility)C、生物平安性(BiologicalSafety)2.1.3生物医学资料的根本性能要求

49A、生物医学资料的生物功能性2.1.3生物医学资料的根本性能要求

50生物医学资料的生物功能性是指生物医学资料在植入后行使功能的才干，或为执行功能，其本身和植入位置该当满足的适当的物理化学要求2.1.3生物医学资料的根本性能要求

A、生物医学资料的生物功能性51生物医学资料能否有效行使功能，除与其本身物理化学性质相关外，还和其所处的生物环境相关2.1.3生物医学资料的根本性能要求

A、生物医学资料的生物功能性52物理、化学性能要求★人工心脏瓣膜－－耐磨、耐蚀★颅骨修复资料－－强度、导热性★齿科修复资料－－硬度、耐磨、导热性★血管修复资料－－柔性、化学稳定性★骨修复资料－－硬度、强度、弹性模量…………2.1.3生物医学资料的根本性能要求

A、生物医学资料的生物功能性5354B、生物医学资料的生物相容性2.1.3生物医学资料的根本性能要求

55生物相容性是指生命体组织与非生命资料产生符合要求的反响(生物学行为)的一种性能，决议于资料与活体间的相互作用2.1.3生物医学资料的根本性能要求

B、生物医学资料的生物相容性562.1.3生物医学资料的根本性能要求

B、生物医学资料的生物相容性资料与活体间相互作用宿主反响资料反响57宿主反响：包括部分和全身反响，其结果导致对机体的毒副作用和机体对资料的排斥2.1.3生物医学资料的根本性能要求

B、生物医学资料的生物相容性炎症、细胞毒性、凝血、溶血、刺激性、致敏、致癌、致诱变、致畸、免疫反响等58资料反响：主要来自生物环境对资料的腐蚀和降解，能够使资料性质腐蚀变化，甚至破坏2.1.3生物医学资料的根本性能要求

B、生物医学资料的生物相容性59生物医学资料植入人体后，其宿主反响和资料反响必需坚持在可接受的程度2.1.3生物医学资料的根本性能要求

B、生物医学资料的生物相容性60资料的生物相容性与其运用的环境和条件亲密相关与血液直接接触的资料主要调查其与血液的相互作用，称为血液相容性与肌肉、骨骼、皮肤等长期接触资料的生物相容性，称为组织相容性2.1.3生物医学资料的根本性能要求

B、生物医学资料的生物相容性61C、生物医学资料的生物平安性2.1.3生物医学资料的根本性能要求

62采用生物学方法检测资料对受体的毒副作用，从而预测该资料在医学实践运用中的平安性包括：资料对受体部分组织、血液和整体的反响，对受体的遗传效应等2.1.3生物医学资料的根本性能要求

C、生物医学资料的生物平安性631992年，ISO制定公布了医用安装的生物学评价规范－－－ISO10993－19921997年，中国医疗器械生物学评价规范GB/T16886采用了国际规范2.1.3生物医学资料的根本性能要求

B、生物医学资料的生物相容性642.1.4生物医学资料的分类65A、按资料化学组份划分B、按资料来源划分C、按运用要求划分D、按运用部位及功能划分2.1.4生物医学资料的分类66(1)、无机生物医学资料(2)、金属及合金生物医学资料(3)、高分子生物医学资料(4)、复合生物医学资料(5)、生物功能资料2.1.4生物医学资料的分类

A、按资料化学组份划分67无机生物医学资料(InorganicBiomedicalMaterials)又称为生物陶瓷(Bioceramics)如生物玻璃、生物玻璃陶瓷、氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、碳素资料、羟基磷灰石、磷酸钙陶瓷等2.1.4生物医学资料的分类

A、按资料化学组份划分68金属及合金生物医学资料(MetallicBiomedicalMaterials)主要为不锈钢、钴基合金、钛及钛合金等2.1.4生物医学资料的分类

A、按资料化学组份划分69高分子生物医学资料(PolymericBiomedicalMaterials)亦称为医用高分子资料(PolymersforMedicalUses)如聚硅氧烷、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醚、聚砜、聚四氟乙烯、聚丙烯晴、聚碳酸酯、聚乳酸……2.1.4生物医学资料的分类

A、按资料化学组份划分70复合生物医学资料(BiomedicalComposite)多种不同类型资料复合而成的生物相容性资料2.1.4生物医学资料的分类

A、按资料化学组份划分71根据运用目的和性能要求的不同，复合组份及构成方式多种多样2.1.4生物医学资料的分类

A、按资料化学组份划分72复合体系：有机/有机复合有机/无机复合无机/无机复合金属/无机复合2.1.4生物医学资料的分类

A、按资料化学组份划分73复合方式：外表复合整体复合多层复合2.1.4生物医学资料的分类

A、按资料化学组份划分74复合目的：加强改性功能化2.1.4生物医学资料的分类

A、按资料化学组份划分75典型复合生物医学资料举例1、聚砜、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯用碳纤维、陶瓷粉末等加强后用于制备人工关节、人工齿根、骨水泥等2.1.4生物医学资料的分类

A、按资料化学组份划分76典型复合生物医学资料举例2、碳纤维加强无定形碳制造人工心脏瓣膜2.1.4生物医学资料的分类

A、按资料化学组份划分77典型复合生物医学资料举例3、钛合金基涂层类金刚石碳制造人工心脏瓣膜2.1.4生物医学资料的分类

A、按资料化学组份划分78典型复合生物医学资料举例4、聚乳酸/磷酸三钙复合可生物降解人骨修复资料2.1.4生物医学资料的分类

A、按资料化学组份划分79典型复合生物医学资料举例5、钛合金外表喷涂羟基磷灰石制造人工骨、人工关节2.1.4生物医学资料的分类

A、按资料化学组份划分80典型复合生物医学资料举例6、BMP/TCP复合可生物降解人骨修复资料2.1.4生物医学资料的分类

A、按资料化学组份划分81典型复合生物医学资料举例7、TCP/PLLA/骨髓基质干细胞复合可生物降解人骨修复资料2.1.4生物医学资料的分类

A、按资料化学组份划分82钛合金基/类金刚石涂层人工心瓣上：双叶冀型瓣下：钩碟瓣83生物功能资料(BiologicallyFunctionalMaterials)采用物理或化学的方法将生物活性分子如酶、抗体、抗原、多糖类、酯类、药物及细胞等固定在资料外表或内部，构成具有生理功能的生物医学资料2.1.4生物医学资料的分类

A、按资料化学组份划分84该类资料是活体资料与非活体资料杂化组成的新型复合生物医学资料，也称为杂化生物医学资料2.1.4生物医学资料的分类

A、按资料化学组份划分85肝素化处置的各类高分子资料抗凝血导管、插管、分流管，在临床上已广泛采用2.1.4生物医学资料的分类

A、按资料化学组份划分86骨髓基质干细胞种植TCP/PLLA可生物降解、可骨诱导生长骨修复资料2.1.4生物医学资料的分类

A、按资料化学组份划分87骨形状发生蛋白BMP复合TCP/PLLA可生物降解、可诱导成骨的骨修复资料2.1.4生物医学资料的分类

A、按资料化学组份划分88(1)、天然生物医学资料(2)、合成生物医学资料2.1.4生物医学资料的分类

B、按资料来源划分89天然生物资料(NaturalBiologicalMaterials)是来自人体本身组织、同种(如人尸体)或异种(如动物)同类器官与组织的资料2.1.4生物医学资料的分类

B、按资料来源划分构成机体的根本物质如蛋白质、多糖和核酸核糖以及由此而构成的人类和动物机体的皮肤、肌肉和器官都是高分子化合物，因此天然生物资料主要为天然高分子资料90(2)、合成生物医学资料人工制取的生物医学资料，如硅橡胶、聚氨酯、中空纤维、生物陶瓷、医用合金等2.1.4生物医学资料的分类

B、按资料来源划分91按照运用要求，可将生物医学资料分为：植入与非植入资料血液接触资料一次性运用资料与反复运用资料生物活性与生物惰性资料生物降解资料与非生物降解资料等2.1.4生物医学资料的分类

C、按资料运用要求划分92硬组织资料软组织资料心血管资料血液代用资料齿科资料分别、过滤资料膜透析资料…………2.1.4生物医学资料的分类

D、按资料运用部位及功能划分932.2无机生物医学资料942.2无机生物医学资料无机生物医学资料(InorganicBiomedicalMaterials)是用于医学、具有生理功能的高技术陶瓷，亦称为陶瓷生物医学资料(CeramicBiomedicalMaterials)或生物陶瓷(Bioceramics)95无机生物医学资料包含宽广系列的无机非金属的合成资料由于无毒性、与活体组织有良好的生物相容性和耐腐蚀性，越来越遭到注重，是一类正飞速开展的生物医学资料2.2无机生物医学资料96根据无机生物医学资料的运用特征，可以将其分为三种类型：(1)、接近惰性的生物陶瓷(2)、生物活性陶瓷(3)、可生物降解或可吸收的生物陶瓷2.2无机生物医学资料97接近惰性的生物陶瓷(NearlyBioinertCeramics)在宿主内能维持其物理、化学和力学性能，并由此而长期的维持其生物功能2.2无机生物医学资料2.2.1接近惰性的生物陶瓷98惰性生物陶瓷在宿主内应该是无毒、非致癌、不过敏、不发生炎症常用的惰性生物陶瓷主要有：氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、单相铝酸钙陶瓷、碳素资料等2.2无机生物医学资料2.2.1接近惰性的生物陶瓷99惰性生物陶瓷主要用作构造-支撑植入体，如骨片、骨螺钉、髋关节等亦可用作非构造-支撑，如消毒安装、给药安装等还可广泛用于牙科修复资料2.2无机生物医学资料2.2.1接近惰性的生物陶瓷100下面引见几种典型的惰性生物陶瓷2.2无机生物医学资料2.2.1接近惰性的生物陶瓷1012.2.1.1氧化铝生物陶瓷2.2无机生物医学资料2.2.1接近惰性的生物陶瓷102氧化铝陶瓷(AluminaBioceramics)是指主晶相为刚玉(-Al2O3，属六方晶系a=4.758A，c=12.99A)的陶瓷资料，由取向各异的氧化铝晶粒经过晶界集合而成

2.2.1.1氧化铝生物陶瓷A、氧化铝陶瓷的构造与性能103多晶氧化铝陶瓷的强度、抗疲劳性和断裂韧性是氧化铝晶粒大小和纯度的函数粒度小于4微米、纯度大于99.7％的氧化铝，呈现良好的抗弯强度和抗压强度2.2.1.1氧化铝生物陶瓷A、氧化铝陶瓷的构造与性能美国测试和资料学会(ASTM)规定氧化铝植入体中，Al2O3应为99.5％，SiO2和碱金属氧化物含量小于0.1％104由于-Al2O3中键合具有极性，水分子的偶极子可被结实地吸引在结晶外表的电场中，在氧化铝外表构成一层稳定的水分子膜，使氧化铝具有亲水性，与生物体有优良的亲和性2.2.1.1氧化铝生物陶瓷A、氧化铝陶瓷的构造与性能105由于氧化铝陶瓷外表亲水性及极低的外表粗糙度和极高的外表能，导致分子的快速、剧烈吸附，构成一层类液态吸附层，阻止与摩擦副的直接接触，因此具有较低的摩擦系数－－运用于人工关节的根底2.2.1.1氧化铝生物陶瓷A、氧化铝陶瓷的构造与性能106人工义眼运用人工义眼构成：－－蓝宝石单晶光学晶体－－氧化铝陶瓷支撑环2.2.1.1氧化铝生物陶瓷C、氧化铝陶瓷的运用107药物缓释运用多孔氧化铝陶瓷药物(激素、疫苗)缓释器，可按需求控制药物释放量2.2.1.1氧化铝生物陶瓷C、氧化铝陶瓷的运用1082.2无机生物医学资料2.2.1接近惰性的生物陶瓷2.2.1.2氧化锆生物陶瓷1092.2.1接近惰性的生物陶瓷2.2.1.2氧化锆生物陶瓷氧化锆陶瓷(ZirconiaBioceramics)是以ZrO2为主要成分的生物惰性陶瓷，其显著特征是具有高断裂韧性、高断裂强度和低弹性模量110氧化锆(ZrO2)具有极高的化学稳定性和热稳定性(Tm=2953K)氧化锆陶瓷在生理环境中呈现惰性，具有很好的生物相容性2.2.1.2氧化锆生物陶瓷A、氧化锆陶瓷的构造与性能111纯氧化锆具有三种同素异型体，在一定条件下可以发生晶型转变(相变)2.2.1.2氧化锆生物陶瓷A、氧化锆陶瓷的构造与性能112基于氧化锆陶瓷优良的生物相容性、良好的断裂韧性、高断裂强度和低弹性模量，适宜制造需接受高剪切应力的人工关节2.2.1.2氧化锆生物陶瓷C、氧化锆陶瓷的运用113关于氧化锆陶瓷人工关节运用的三点争议：生理环境中强度的下降耐磨损性能的缺陷潜在的放射性问题2.2.1.2氧化锆生物陶瓷C、氧化锆陶瓷的运用114自然界中碳的分布很广，有单质碳，但更多以化合物方式存在单质碳有多种同素异型体，主要有金刚石构造、石墨构造和无定形构造2.2.1接近惰性的生物陶瓷2.2.1.3碳素生物资料115碳是生物惰性的资料，在人体中化学稳定性好、无毒性、与人体组织亲和性好、无排异反响2.2.1接近惰性的生物陶瓷2.2.1.3碳素生物资料116由于无定形碳独特的外表组成和外表构造，与血液长期接触引起的凝血作用非常小，不会诱发血栓，因此广泛运用作心血管资料2.2.1接近惰性的生物陶瓷2.2.1.3碳素生物资料1172.2.2生物活性陶瓷2.2无机生物医学资料

118生物活性资料是一类能在资料界面上诱发出特殊生物反响的资料，这种反响导致组织与资料之间构成键合2.2无机生物医学资料2.2.2生物活性陶瓷119生物活性陶瓷包括外表生物活性陶瓷和可生物降解陶瓷两大类2.2无机生物医学资料2.2.2生物活性陶瓷120生物活性陶瓷的组成中含有可以经过人体正常新陈代谢途径进展置换的钙、磷等元素，或含有能与人体组织发生键合的羟基(OH-)等基团2.2无机生物医学资料2.2.2生物活性陶瓷121常用的生物活性陶瓷主要包括：生物活性玻璃及玻璃陶瓷磷酸钙生物活性陶瓷磷酸钙骨水泥磷酸钙复合人工骨资料…………2.2无机生物医学资料2.2.2生物活性陶瓷122生物活性玻璃及玻璃陶瓷最显著的特征是植入人体后，外表情况随时间而动态变化，外表构成生物活性的碳酸羟基磷灰石(HCA)层，为组织提供了键合界面2.2.2生物活性陶瓷2.2.2.1生物活性玻璃及玻璃陶瓷123(1)、生物活性玻璃及玻璃陶瓷的组成生物活性玻璃的组成主要为：SiO2、Na2O、CaO、P2O5等生物活性玻璃陶瓷是在生物活性玻璃的根底上，控制晶化得到的多晶体2.2.2生物活性陶瓷2.2.2.1生物活性玻璃及玻璃陶瓷124与传统钠钙硅体系玻璃相比，具有三大组成特征：A、SiO2含量低B、Na2O、CaO含量高C、CaO/P2O5比例高2.2.2生物活性陶瓷2.2.2.1生物活性玻璃及玻璃陶瓷125(4)、生物活性玻璃及玻璃陶瓷的临床运用A、45S5生物活性玻璃：中耳小骨置换颌骨缺损修复牙周缺损修复骨嵴维护植入体不引起细胞损伤、无降解产物、无感染2.2.2生物活性陶瓷2.2.2.1生物活性玻璃及玻璃陶瓷1262.2.2生物活性陶瓷2.2.2.1生物活性玻璃及玻璃陶瓷(4)、生物活性玻璃及玻璃陶瓷的临床运用B、Ceravital生物活性玻璃陶瓷：中耳外科手术低钠、钾生物活性玻璃陶瓷1272.2.2生物活性陶瓷2.2.2.1生物活性玻璃及玻璃陶瓷(4)、生物活性玻璃及玻璃陶瓷的临床运用C、磷灰石-硅灰石活性玻璃－－A-WGC脊椎假体胸、额骨修复骨缺损修复已胜利运用于数万名患者1282.2无机生物医学资料2.2.2生物活性陶瓷2.2.2.2磷酸钙生物活性陶瓷(CalciumPhosphateBioactiveCeramics，CPC)129磷酸钙陶瓷(CPC)是生物活性陶瓷资料中的重要种类，目前研讨和运用最多的是羟基磷灰石(HA)和磷酸三钙(TCP)2.2.2生物活性陶瓷2.2.2.2磷酸钙生物活性陶瓷130磷酸钙陶瓷含有CaO和P2O5两种成份，是构成人体硬组织的重要无机物质植入人体后，其外表同人体组织可经过键的结合，到达完全亲和2.2.2生物活性陶瓷2.2.2.2磷酸钙生物活性陶瓷131HA在组成和构造上与人骨和牙齿非常类似，具有较高的力学性能，在人体生理环境中可溶解性较低2.2.2生物活性陶瓷2.2.2.2磷酸钙生物活性陶瓷132TCP与骨的结合性好，无排异反响，在水溶液中的溶解程度远高于HA，能被体液缓慢降解、吸收，为新骨的生长提供丰富的钙、磷，促进新骨的生长2.2.2生物活性陶瓷2.2.2.2磷酸钙生物活性陶瓷133磷酸钙生物陶瓷还包括可降解、吸收的锌－钙－磷氧化物陶瓷(ZCAP)、硫酸锌－磷酸钙陶瓷(ZSCAP)、磷酸铝钙陶瓷(ALCAP)和铁－钙－磷氧化物陶瓷(FECAP)等2.2.2生物活性陶瓷2.2.2.2磷酸钙生物活性陶瓷134磷酸钙化合物的分类通常是按照具有的Ca/P原子比(钙磷比)进展，磷酸钙陶瓷是具有不同钙磷比磷酸钙陶瓷的总称2.2.2.2磷酸钙生物活性陶瓷A、磷酸钙的物理化学根底1352.2.2.2磷酸钙生物活性陶瓷A、磷酸钙的物理化学根底钙磷比分子式名称简写2.0Ca4O(PO4)2

磷酸四钙TTCP1.67Ca10(PO4)6(OH)2

羟基磷灰石HA<1.67Ca10-XH2X(PO4)6(OH)2

无定形磷酸钙ACP1.5Ca3(PO4)2

磷酸三钙TCP1.33Ca8H2(PO4)6.5H2O

磷酸八钙OCP1.0CaHPO4.2H2O

二水磷酸氢钙DCPD1.0CaHPO4

磷酸氢钙DCP1.0Ca2P2O7

焦磷酸钙CPP1.0CaP2O7.2H2O

二水磷酸钙CPPD0.7Ca7(P5O16)2

磷酸七钙HCP0.67Ca4H2P6O20

磷酸二氢四钙TDHP0.5Ca(H2PO4)2.H2O

一水磷酸一钙MCPM0.5Ca(PO3)2

偏磷酸钙CMP136医学上运用得最多的是羟基磷灰石HA，其晶体为六方晶系构造，化学式为Ca10(PO4)6(OH)2，实际分量百分比为：Ca－－39.9%P－－18.5%OH－－3.38%其钙磷比为1.672.2.2.2磷酸钙生物活性陶瓷A、磷酸钙的物理化学根底137各种磷酸钙化合物高温下的构造与其钙磷比、温度、加热速度、气氛等要素有关合成工艺的不同，也将影响其热特性(主要是其热稳定性)2.2.2.2磷酸钙生物活性陶瓷A、磷酸钙的物理化学根底1381、磷酸钙骨水泥的组成磷酸钙骨水泥是由一种或多种磷酸钙粉末和其它含钙化合物粉末混合，与适当比例的水或水溶液构成的糊状物2.2.2生物活性陶瓷2.2.2.3磷酸钙骨水泥139磷酸钙骨水泥中常用的粉末主要是：磷酸四钙、二水磷酸氢钙、磷酸氢钙、磷酸八钙、磷酸三钙等2.2.2生物活性陶瓷2.2.2.3磷酸钙骨水泥140所构成的糊状物在高温或人体生理环境中反响固化，并构成具有一定强度的资料由于各种磷酸钙中羟基磷灰石最稳定，所以最终转化为羟基磷灰石2.2.2生物活性陶瓷2.2.2.3磷酸钙骨水泥1412、磷酸钙骨水泥的性能磷酸钙骨水泥最重要的性质是其凝结时间及强度2.2.2生物活性陶瓷2.2.2.3磷酸钙骨水泥142影响骨水泥凝结时间的要素主要是反响活性和反响速度影响骨水泥强度的要素主要是粉体水化性能、粉末粒度和固化后骨水泥的空隙率等2.2.2生物活性陶瓷2.2.2.3磷酸钙骨水泥143骨水泥中空隙率普通在45－50％，因此强度不高，主要用作部分骨损伤及骨缺损的修复2.2.2生物活性陶瓷2.2.2.3磷酸钙骨水泥1442.3金属生物医学资料(MetallicBiomedicalMaterials)145金属生物医学资料是指运用于医学当中的金属或合金资料由于金属资料具有较高的强度和韧性，适用于人体硬组织的修复2.3金属生物医学资料1462.3.1金属生物医学资料的特殊要求2.3金属生物医学资料147A、金属资料的耐腐蚀问题植入体内的金属资料长期浸泡在体液(血液、间质液、淋巴、骨液)中，体液中的Na＋、K＋、Ca2＋、Cl－等离子均可使金属产生腐蚀2.3金属生物医学资料2.3.1金属生物医学资料的特殊要求148腐蚀作用不仅降低资料的机械性能，导致断裂，腐蚀产物还对人体有刺激性和毒性金属生物医学资料耐腐蚀要求：腐蚀速度<0.25m/a2.3金属生物医学资料2.3.1金属生物医学资料的特殊要求149B、金属资料的毒性问题金属的毒性主要作用于细胞，可抑制酶的活动，阻止酶经过细胞膜分散和破坏溶酶体某些金属会引起过敏反响2.3金属生物医学资料2.3.1金属生物医学资料的特殊要求150纯金属的毒性与其在元素周期表中的位置有关：II族金属毒性强III族、IV族(除Pb外)无毒性I、V和VIII族中，同族中原子量小的有毒，而原子量大的无毒2.3金属生物医学资料2.3.1金属生物医学资料的特殊要求151有毒的纯金属中参与某些金属构成合金后，可以减小甚至消除毒性不锈钢中的Fe、Co、Ni有毒，参与有毒的Bi(2%)后毒性减小，参与Cr(2%)后毒性消逝2.3金属生物医学资料2.3.1金属生物医学资料的特殊要求152C、金属资料的机械性能人体骨和关节均需接受较大应力，股骨抗压强度143MPa，纵向弹性模量13.8GPa，径向弹性模量为纵向的1/32.3金属生物医学资料2.3.1金属生物医学资料的特殊要求153安康骨骼具有自行调理才干，不易损坏或断裂。植入资料不具有自行调理才干，需求比自然骨更高的强度和弹性模量，普通要求强度不低于450MPa2.3金属生物医学资料2.3.1金属生物医学资料的特殊要求154D、其它问题冶炼工艺添加剂问题消毒方法问题抗凝血及溶血问题松动问题及多孔资料…………2.3金属生物医学资料2.3.1金属生物医学资料的特殊要求1552.3.2不锈钢(StainlessSteel)2.3金属生物医学资料156不锈钢作为生物医学资料，在临床上已有多年实践运用，普通用作人工骨、人工关节、接骨板、销钉等2.3金属生物医学资料2.3.2不锈钢(StainlessSteel)157不锈钢是指含铬(Cr)10％以上的钢，可分为Fe-Cr-C系(典型代表为13Cr钢)和Fe-Cr-Ni-C系(典型代表为18-8钢)，具有较好的耐腐蚀性和抗氧化才干2.3金属生物医学资料2.3.2不锈钢(StainlessSteel)158普通情况下，Fe-Cr-Ni-C系的耐腐蚀和抗氧化性能优于Fe-Cr-C系18-8不锈钢在有氯根存在时，易产生孔蚀、晶界腐蚀和应力腐蚀，在其根底上演化的316L不锈钢目前运用较广2.3金属生物医学资料2.3.2不锈钢(StainlessSteel)1592.3金属生物医学资料2.3.2不锈钢(StainlessSteel)近年开发出的高性能复相不锈钢25Cr-7Ni-4Mo-N具有奥氏体和铁素体组成的双相构造，抗腐蚀才干强，抗弯强度高160不锈钢的静态力学性能材料抗弯强度

MPa极限抗张强度MPa抗伸长度%退火316L17048040冷加工316L3106552825Cr-7Ni-4Mo-N550－－－－2.3金属生物医学资料2.3.2不锈钢(StainlessSteel)161不锈钢的耐腐蚀性能和强度虽不如钴基合金，但其价钱相对低廉，价钱/性能好，可制成多种形体，如针、板、螺钉、齿冠等器件和各种人工修复体在各种金属生物医学资料中，目前不锈钢依然是运用最广的资料2.3金属生物医学资料2.3.2不锈钢(StainlessSteel)1622.3.3钴基合金(Cobalt-BasedAlloy)2.3金属生物医学资料163钴基合金是医学上运用较早、运用广泛的一类非贵金属合金资料，其主要代表为钴铬合金2.3金属生物医学资料2.3.3钴基合金(Cobalt-basedAlloy)164ASTM列出四种钴基合金，引荐作外科植入体资料铸造CoCrMo合金铸造CoCrNi合金MP35N合金CoNiCrMoWFe合金2.3金属生物医学资料2.3.3钴基合金(Cobalt-basedAlloy)165钴基合金耐腐蚀性能是不锈钢的40倍，抗疲劳性能随晶粒的增大而下降，冷加工性能较差钴基合金目前主要用作人工关节及关节修复体2.3金属生物医学资料2.3.3钴基合金(Cobalt-basedAlloy)1662.3金属生物医学资料2.3.4钛及钛合金(Titanium&TitanicAlloy)167钛质轻、强度高、弹性模量低、抗电化学腐蚀、生物相容性好，是目前医用金属资料中较为理想的资料。目前运用最多的典型钛合金为Ti6Al4V2.3金属生物医学资料2.3.4钛及钛合金(Titanium&TitanicAlloy)168不同金属生物医学资料比重对照2.3金属生物医学资料2.3.4钛及钛合金(Titanium&TitanicAlloy)材料Ti6Al4V钛合金316L不锈钢CoCrMo合金CoCrMoNi合金比重(g/cm3)4.57.98.39.2169钛合金的机械性能2.3金属生物医学资料2.3.4钛及钛合金(Titanium&TitanicAlloy)性质Ti6Al4VTi13Nb13Zr抗张强度，MPa8601030弯曲强度，MPa795900延伸率，％1015面积收缩，％2545170钛合金比重低、强度高、弹性模量与人骨相差较小，因此主要用作人工骨替代资料及人工心瓣等人工器官的基体资料由于钛合金抗剪切强度较低，普通不作为骨螺钉、骨片及类似运用2.3金属生物医学资料2.3.4钛及钛合金(Titanium&TitanicAlloy)171钛合金具有一定的外形记忆效应(资料变形后，经过加热可恢复原状)，因此是矫形外科、管状器官治疗的理想资料2.3金属生物医学资料2.3.4钛及钛合金(Titanium&TitanicAlloy)1722.3金属生物医学资料2.3.5其它金属生物医学资料173A、钽：动物实验阐明，钽具有优良的生物相容性，用于肌腱神经和血管的缝合。钽还可用作人工骨、矫形器件等除金属钽外，金属铌丝和金属钨丝亦可用作缝合2.3金属生物医学资料2.3.5其它金属生物医学资料174B、铂及铂族贵金属普通以合金方式运用。由于其具有很强的抗腐蚀才干和较低的电位阈值，常用作起搏器端部电极亦以齿冠、齿桥、齿托、卡环等方式用于齿科修复中2.3金属生物医学资料2.3.5其它金属生物医学资料175C、稀土永磁合金稀土永磁合金普通常用于磁穴疗法等2.3金属生物医学资料2.3.5其它金属生物医学资料1762.4高分子生物医学资料(PolymericBiomedicalMaterials)177用于修复损坏或发生病变而失去功能的人体组织和器官、以及在医疗诊断和治疗中运用的天然或合成的高分子资料，称高分子生物医学资料，亦称医用高分子资料(PolymerforMedicalUses,BiomedicalPolymers,PolymersUsedasBiomaterials)2.4高分子生物医学资料178医用高分子资料是生物医学资料中开展最早，种类繁多，运用最广泛，用量最大的资料，已构成资料100多种，制品2000多种2.4高分子生物医学资料179高分子生物医学资料必需具备以下条件：(1)、良好的生物功能性(2)、耐生物老化(3)、生物相容性好(4)、良好的抗凝血性能(5)、易于加工成型和消毒2.4高分子生物医学资料180高分子生物医学资料按照来源分类，可以分为：(1)、天然高分子资料及生物衍生资料(2)、合成医用高分子资料(3)、复合高分子生物资料2.4高分子生物医学资料1812.4.1合成医用高分子资料(SyntheticBiomaterialPolymer)2.4高分子生物医学资料182合成用高分子资料可分为如下种类：(1)、合成非降解医用高分子资料(2)、生物降解或吸收医用高分子资料(3)、医用水凝胶2.4高分子生物医学资料2.4.1合成医用高分子资料183(1)、合成非降解医用高分子资料(SyntheticNon-degradableBiomedicalPolymer)2.4高分子生物医学资料2.4.1合成医用高分子资料184利用聚合方法制备的可以在生物环境中长期坚持稳定，不发生降解、交联等反响的医用高分子资料2.4.1合成医用高分子资料(1)、合成非降解医用高分子资料185不存在绝对稳定的聚合物，非降解型高分子资料，本质上是降解非常缓慢的聚合物，其本身和降解产物对机体不产生明显的毒副作用，在运用期内资料不发生破坏性变化2.4.1合成医用高分子资料(1)、合成非降解医用高分子资料186合成非降解医用高分子资料主要用于人体软硬组织修复体、人工器官、人造血管、接触眼镜、医用薄膜、医用粘结剂和管腔制品2.4.1合成医用高分子资料(1)、合成非降解医用高分子资料1872.4高分子生物医学资料2.4.1合成医用高分子资料(2)、生物降解或吸收医用高分子资料(BiodegradableResorbableBiomedicalPolymer)188许多植入安装(矫形安装、药物控释、细胞载体等)只需短期或暂时起作用，假设作为异物存在于体内，有长期释放毒性的危险2.4.1合成医用高分子资料(2)、生物降解或吸收医用高分子资料189降解高分子资料的根本要求资料本身及其降解产物不引起对机体的毒副作用(最好是生物体内本身存在的小分子)，比非降解型资料具有更好的生物相容性2.4.1合成医用高分子资料(2)、生物降解或吸收医用高分子资料190医用高分子资料在生物环境中的降解既与资料本身构造、组成和性质有关，又与所处的生物环境亲密相关，是物理、化学和生物等要素交互作用的复杂过程2.4.1合成医用高分子资料(2)、生物降解或吸收医用高分子资料191影响资料降解的要素：A、资料本身要素：化学性质：水解性、亲水性、离子强度构型：化学异构体、立体规整度物质形状：结晶度分子量：分子量大小及分散度形状：比外表积大小2.4.1合成医用高分子资料(2)、生物降解或吸收医用高分子资料1922.4.1合成医用高分子资料(2)、生物降解或吸收医用高分子资料影响资料降解的要素：B、环境影响要素：体液要素：pH值、金属离子酶因素：种类和浓度、吸附物质C、物理影响要素：外应力存在与否资料保管历史193生物降解型医用高分子资料主要用途：软硬组织修复资料、组织工程支架资料、编织人工血管资料、手术缝合线、药物缓释载体、抗体及激素包埋、细胞及酶固定、人造皮肤……2.4.1合成医用高分子资料(2)、生物降解或吸收医用高分子资料1942.4高分子生物医学资料2.4.1合成医用高分子资料(3)、医用水凝胶(HydrogelsforMedicalUses)195水凝胶(Hydrogel)是亲水性线性大分子经交联后构成的网状构造的水溶胀体常用的水凝胶有：聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚乙烯醇、聚丙烯酸胺、聚电解质聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、多糖类聚合物……2.4.1合成医用高分子资料(3)、医用水凝胶(Hydrogel)196分子量30000下的PVA对机体无毒、无刺激、无过敏反响长期运用分子量50000以上的PVA对肝、肾、肺有一定损害PVA通常以纤维、薄膜、微胶囊或中空纤维的方式可用作药膜、药物缓释、酶固定、止血纤维、血液过滤分别等2.4.1合成医用高分子资料(3)、医用水凝胶(Hydrogel)1972.4.2天然生物资料(NaturalBiologicalMaterials)2.4高分子生物医学资料198天然生物资料主要指天然高分子资料人类和动物机体的皮肤、肌肉组织和器官都是高分子资料构成机体的根本物质(蛋白质、多糖和核糖核酸等)都是高分子化合物，在机体内行使各种生理功能，进展新陈代谢2.4高分子生物医学资料2.4.2天然生物资料199天然高分子资料由于其多功能性、生物相容性和可生物降解性，是人类最早运用的医用资料之一2.4高分子生物医学资料2.4.2天然生物资料200直接运用天然高分子资料要发生免疫反响，普通要采用物理化学方法对其进展处置构成生物医学资料，称为生物衍生资料或生物再生资料2.4高分子生物医学资料2.4.2天然生物资料201目前运用的天然高分子医用资料主要有天然蛋白质资料和天然多糖类资料2.4高分子生物医学资料2.4.2天然生物资料2022.4.2.1天然蛋白质资料(NaturalProteinMaterial)2.4高分子生物医学资料2.4.2天然生物资料203A、医用胶原(CollagenforMedicalUses)胶原广泛存在于脊椎动物的皮、骨、软骨、肌腱和结缔组织中。医用胶原普通从牛皮或牛肌腱中提取医用胶原的提取方法主要有酸(醋酸、丙烯酸)提取法和酶(无花果酶、胰酶、麦芽糖淀粉酶)水解法2.4.2天然生物资料2.4.2.1天然蛋白质资料204医用胶原与活体组织相容性好，植入机体后无毒、无刺激，能促进细胞增殖，加快创面愈合，并能被人体分解吸收，分解产物无副作用2.4.2天然生物资料2.4.2.1天然蛋白质资料205医用胶原主要用于制造人工心脏瓣膜、人工皮、人工肾透析膜、血管代用品、外科缝合线、人工肌腱、人工角膜、药物载体等2.4.2天然生物资料2.4.2.1天然蛋白质资料206B、医用明胶(GelatinforMedicalUses)医用明胶从脊椎动物的皮、骨、软骨、肌腱和结缔组织中存在的胶原蛋白经过缓和水解而制得其化学组成与胶原类似，但分子量较低，为无定形胶原2.4.2天然生物资料2.4.2.1天然蛋白质资料207明胶为两性聚电解质，亲水性强，其溶剂和凝胶能可逆转变明胶生物相容性好，无毒副作用，可生物降解吸收2.4.2天然生物资料2.4.2.1天然蛋白质资料208医用明胶主要用作药物胶囊、复合乳剂的内水相、药剂的敷料交联后的海绵明胶注入药物作为止血海绵、血管栓塞资料等2.4.2天然生物资料2.4.2.1天然蛋白质资料209C、纤维蛋白(F