生物纳米陶瓷材料省公开课一等奖全国示范课微课金奖课件

生物纳米陶瓷材料

艺术与设计学院

视觉传达(1)班

郦雯煜334407008

1/36目录生物陶瓷纳米陶瓷用于生物材料纳米陶瓷纳米陶瓷制备方法纳米生物陶瓷人工听骨应用前景与展望2/361.生物陶瓷

进入二十一世纪,世界科技迅猛发展,生物陶瓷材料应用,为人们生活乃至身体健康等各方面带来了不可忽略便利,所以,对生物陶瓷材料研究倍受材料科学工作者重视。3/361.生物陶瓷纳米生物陶瓷远红外临床应用纳米人工骨纳米陶瓷人工听骨纳米陶瓷牙4/361.生物陶瓷

定义：

生物陶瓷指与生物体或生物化学相关新型陶瓷,是含有特殊生理行为一类陶瓷材料,可用来组成人类骨骼和牙齿一些部分,甚至可望部分或整体地修复或替换人体一些组织、器官,或促进其功效。5/361.生物陶瓷生物陶瓷必须满足生物学要求：(1)它是与生物机体相容,对生物机体组织无毒、无刺激、无过敏反应、无致畸、致突变和致癌等作用;(2)它含有一定力学要求,不但含有足够强度,而且其弹性形变应该和被替换组织相匹配;(3)它能和人体其它组织相互结合。6/361.生物陶瓷依据生理环境中所发生生物化学反应,生物陶瓷可分为三种类型:(1)靠近于生物惰性陶瓷,如氧化铝、氧化锆及

氧化钛陶瓷等;(2)表面活性生物陶瓷,包含致密羟基磷灰石陶瓷、

生物活性微晶玻璃等;(3)可吸收生物陶瓷,如熟石膏、磷酸三钙及铝酸

钙等。7/361.生物陶瓷因为常规陶瓷材料中气孔、缺点影响，该材料低温性能较差，弹性模量远高于人骨，力学性能不匹配，易发生断裂破坏，强度和韧性都不能满足临床上要求，致使其应用受到很大限制。纳米材料问世，使生物陶瓷材料生物学性能和力学性能大大提升成为可能。8/362.纳米陶瓷

定义：

纳米陶瓷是指在陶瓷材料显微结构中,晶粒、晶界及它们之间结合都处于纳米尺寸水平,包含晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺点尺寸都是纳米级。

9/362.纳米陶瓷

陶瓷材料性能取决于其微观组织结构,纳米陶瓷因为晶粒细化,晶界数目以及扩散蠕变速率增加,可使材料强度、韧性和超塑性大为提升,并对材料电学、热学、磁学、光学等性能产生主要影响。10/362.纳米陶瓷纳米陶瓷为何能够满足生物陶瓷所需功效？（1）纳米微粒尺寸很小，普通在1nm~100nm

之间。与常规陶瓷材料相比，纳米陶瓷中内在气孔或缺点尺寸大大减小，材料不易造成穿晶断裂，有利于提升固体材料断裂韧性。（2）晶粒细化使晶界数量大大增加，有利于晶界间滑移，使纳米陶瓷材料表现出独特超塑性。（3）纳米材料固有表面效应使其表面原子存在许多悬空键，而且有不饱和性质，含有很高化学活性。这一特征能够增加该材料生物活性和成骨诱导能力，实现植入材料在体内早期固定。11/362.纳米陶瓷

另外，纳米材料本身与人体就有着十分亲密联络。众所周知，人牙齿就是由规则排列纳米级羟基磷灰石微粒组成，造成人体发病病毒尺寸普通也只有几十纳米。

所以，纳米材料在生物材料方面含有辽阔应用前景。12/363.用于生物材料纳米陶瓷用于生物材料纳米陶瓷纳米陶瓷固体用作生物材料纳米陶瓷颗粒用作生物材料13/363.用于生物材料纳米陶瓷3.1纳米固体陶瓷用作生物材料

将纳米超微颗粒在高压下压制成形,再经过一定热处理工艺可制成致密型纳米固体陶瓷材料。

纳米人工骨纳米人工眼球具优异生物、力学相容性和生物活性；能与自然骨形成生物键合,易与人体肌肉血管长在一起,并诱导软骨生成,各种特征与人骨特征相当。应用领域可与眼肌组织到达很好融合,并可实现同时移动；能够经过电脉冲刺激大脑神经,看到精彩世界。14/363.用于生物材料纳米陶瓷3.2纳米陶瓷微粒用作生物材料

纳米微粒尺寸普通比生物体内细胞、红血球小得多,这就为生物学研究提供了一个新研究路径。当前,关于这方面研究还处于初始阶段。15/363.用于生物材料纳米陶瓷纳米陶瓷微粒药品载体治疗肿瘤抗菌细胞分离16/363.用于生物材料纳米陶瓷纳米陶瓷微粒药品载体治疗肿瘤抗菌细胞分离17/363.用于生物材料纳米陶瓷3.1.1用于细胞分离

80年代初,人们开始利用纳米微粒进行细胞分离,建立了用纳米SiO2微粒实现细胞分离新技术。纳米包覆体尺寸约30nm,因而胶体溶液在离心作用下很轻易产生密度梯度;易实现纳米SiO2粒子与细胞分离。18/363.用于生物材料纳米陶瓷纳米陶瓷微粒药品载体治疗肿瘤抗菌细胞分离19/363.用于生物材料纳米陶瓷3.1.2用作药品载体

人们利用纳米级粒子使药品在人体内传输更为方便这一特点,将磁性纳米粒子制成药品载体,经过静脉注射到动物体内,在外加磁场作用下经过纳米微粒磁性导航,使其移动到病变部位,到达定向治疗目标。动物临床试验证实,带有磁性Fe2O3粒子是发展这种技术最有前途对象。该方法局部治疗效果好、副作用少。20/363.用于生物材料纳米陶瓷纳米陶瓷微粒药品载体治疗肿瘤抗菌细胞分离21/363.用于生物材料纳米陶瓷3.1.3用于治疗癌症和肿瘤

利用纳米微粒在体内方便传输特点,科学家开发出放射疗法用陶瓷微粒。

把可放射β射线化学元素掺入纳米微粒内,制成β射线源材料,植入肿瘤附近,就可直接照射癌细胞又不损伤周围正常组织,这种材料有含钇和含磷纳米微粒。

德国教授利用癌细胞耐热性差,加热至43℃以上就死亡规律,将纳米氧化铁微粒注入肿瘤内,并将患者置于交变磁场中,受磁场影响,肿瘤内纳米氧化铁微粒升温至45～47℃,杀死癌细胞而不会伤及周围正常组织。22/363.用于生物材料纳米陶瓷纳米陶瓷微粒药品载体治疗肿瘤抗菌细胞分离23/363.用于生物材料纳米陶瓷3.1.4含有抗菌性生物材料生物材料应用于人体后,其周围组织有伴生感染危险,这将造成材料失效和手术失败,给患者带来巨大痛苦。为此,人们开发出一些兼具抗菌性纳米生物材料。

如在合成羟基磷灰石纳米粉反应中,将银、铜等可溶性盐水溶液加入反应物中,使抗菌金属离子进入磷灰石结晶产物中,制得抗菌磷灰石微粉,用于骨缺损填充和其它方面。24/364.纳米陶瓷制备方法纳米陶瓷制备过程主要包含：纳米粉体制备成型烧结25/364.纳米陶瓷制备方法4.1纳米陶瓷粉体制备纳米陶瓷粉体物理法化学法惰性气体冷凝法高能机械球磨法湿化学法化学气相法26/364.纳米陶瓷制备方法4.2纳米陶瓷成型

成型是将粉体转变成含有一定形状,体积和强度坯体过程。成形方型冷等静压成型超高压成型橡胶等静压成型原位成型离心注浆成型凝胶直接成型凝胶浇注成型渗透固化27/364.纳米陶瓷制备方法4.3纳米陶瓷烧结

纳米陶瓷烧结与其它陶瓷烧结不一样:普通陶瓷烧结普通无须过分考虑晶粒生长,而在纳米陶瓷烧结过程中必须控制晶粒长大。当前,无压烧结因设备简单、易于工业化生产,是最基本烧结方法。另外,还有很多其它方法,如:相变辅助烧结、热压烧结、烧结锻压等方法,依据不一样条件和要求,可选择不一样烧结方法。28/364.纳米陶瓷制备方法4.3纳米陶瓷特征

纳米陶瓷特征主要表现在其含有较高硬度、断裂韧度和很好低温延展性等。

相关研究表明:纳米陶瓷含有在较低温度下烧结就能到达致密化优越性,而且纳米陶瓷出现将有利于处理陶瓷强化和增韧问题。

在室温压缩时,纳米颗粒已经有很好结合性,高于500℃很快致密化,而晶粒大小只有稍许增加;所得材料硬度和断裂韧性更加好,而烧结温度却要比工程陶瓷低

400～600℃,且烧结不需要任何添加剂,其硬度和断裂韧性随烧结温度增加(即孔隙度降低)而增加,故低温烧结能取得好力学性能。29/36纳米生物陶瓷人工听骨30/365.纳米生物陶瓷人工听骨研究意义：

慢性中耳各种疾病，如慢性化脓性中耳炎，分泌行中耳炎，耳硬化症以及中耳外伤等，最终因鼓膜及听骨链病变、破坏、缺损、缺失而至听力下降，甚至丧失听力，严重影响患者生存质量。

因为中耳各种疾病所造成听力缺失，难以修复，受到修复听骨材料限制，所以，研究开发生物相容性好，导音功效强，无毒副作用，远期效果佳人工听骨对修复缺损听骨、重建听骨链、提高听力、降低听力残疾，提升患者生存质量含有重要意义。31/365.纳米生物陶瓷人工听骨纳米羟基磷灰石粉料制备：Ca(NO3)2溶液置于烧杯中

加入少许(NH4)2HPO4溶液羟基磷灰石晶核滴加(NH4)2HPO4；10mL/min晶粒生长强力搅拌2h；陈化24h；倾去上层清液；洗涤、过滤、干燥干燥样品反应完成

滴加氨水维持pH在10.5~11.0XRD、TEM纳米羟基磷灰石粉料32/365.纳米生物陶瓷人工听骨纳米生物陶瓷人工听骨制备：纳米羟基磷灰石粉料冷压成型成孔剂（过氧化氢）陶瓷生坯1300℃烧成4h纳米羟基磷灰石陶瓷人工听骨塑型置于细胞培养板中成骨细胞在陶瓷材料上增殖33/365.纳米生物陶瓷人工听骨纳米生物陶瓷人工听骨优点：含有良好力学强度；对细胞生长增殖和骨向分化均无不良影响；

无毒、无刺激；

含有良好组织相容性生物材料；

在骨创面可诱导新骨形成；

含有良好应用前景。34/365.纳米生物陶瓷应用与展望

经过近几年发展，纳米