第八章 -生物材料课件

特种陶瓷材料及工艺授课教师：蒋百灵教授材料科学与工程学院第八章-生物材料

生物材料是用于与生命系统接触和发生相互作用的，并能岁细胞、组织和器官进行诊断治疗、替换修复或诱导再生的一类天然或人工合成的特殊功能材料。生物材料是材料科学领域中正在发展的多种学科相互交叉渗透的领域，其研究内容涉及到材料科学、生命科学、化学、生物学、解剖学、病理学、临床医学、药科学等学科，同时还涉及工程技术和管理科学的范畴。生命材料有人工合成和天然材料，有单一材料、复合材料以及活体细胞或天然组织与无生命的材料结合而成的杂化材料。生命材料本身不是药物，其治疗途径是以与无生物机体直接结合和相互作用为基本特征，可以说，现代医学的进步与生物材料的发展是密不可分的。第八章-生物材料8.1.1根据材料属性分类生物材料可分为生物医用金属材料、生物医用高分子材料、生物陶瓷、生物医用复合材料四类。1）生物医用金属材料是用作生物医学材料的金属或合金，具有高的机械强度和抗疲劳性能，应用非常广泛，遍及硬组织、软组织、人工器官和外科辅助器材等各个方面。2）生物医用高分子材料该材料除应满足一般的物理、化学性能外，还必须具有足够好的生物相容性。按性质可分为：非降解型和可生物降解型。主要用于人体软、硬组织修复体、人工器官、人造血管、接触镜、膜材等方面。8.1生物材料的分类第八章-生物材料8.1.1根据材料属性分类3）生物陶瓷又称医用非金属材料，包括陶瓷、玻璃、碳素等，此类材料化学性能稳定，具有良好的生物相容性。一般来说，生物陶瓷包括惰性生物陶瓷、活性生物陶瓷和功能活性生物陶瓷三类。4）生物医用复合材料是由两种或两种以上不同材料复合而成的，且与其所有单体的性能相比，复合材料的性能都有较大程度的提高。该类材料主要用于修复或替换人体组织、器官或增进其功能以及人造器官的制造，它除应具有预期的物理化学性质外，还必须满足生物相容性的要求。8.1生物材料的分类第八章-生物材料8.1.2根据材料的生物性能分类1）生物惰性材料指一类在生物环境中能保持稳定、不发生活仅发生微弱化学法英的生物医学材料，主要是生物陶瓷类和医用合金类材料。包括：氧化物陶瓷；玻璃陶瓷；Si3N4陶瓷；医用碳素材料和医用金属材料。2）生物活性材料是一类能诱发出或调节生物活性的生物医学材料，羟基磷灰石是一种典型的生物活性材料，当植入体内时不仅能传导成骨，而且能与新骨形成骨键合。生物活性材料主要包括：羟基磷灰石；磷酸钙生物活性材料；磁性材料和生物陶瓷。8.1生物材料的分类第八章-生物材料8.1.2根据材料的生物性能分类3）生物降解材料指在被植入人体后，能不断地发生分解，分解产物能够被生物体所吸收或排出体外的一类材料。主要包括β-TCP生物降解陶瓷和生物药物载体两类。前者用于修复良性骨肿瘤或瘤样病变手术刮除后所致损伤；后者主要用作微药库型载体，可根据要求制成一定形状和大小的中空结构，用于各种骨科疾病。4）生物复合材料8.1生物材料的分类第八章-生物材料任何一种材料要作为生物医用材料使用的话，除了应具有必要的理化特性外，还需要满足在生理环境下工作的生物学要求，即应具有良好的生物相容性，这是生物医用材料区别于其他材料的基本特征。1）组织反应生物材料植入机体后，通过材料与机体组织的直接接触与相互作用而产生两种反应，其一是宿主反应，即机体组织与生物活体系统对材料作用的反应；其二是材料反应，即材料对机体生理环境作用的反应。如图8.2生物材料的特征与评价第八章-生物材料2）生物相容性生物材料在与集体组织发生直接接触与相互作用时会产生有损伤机体的宿主反应和有损伤材料性能的材料反应，这种对材料生理环境条件下应具有的特殊性能要求通常用生物相容性来表征。根据材料使用的目的和要求不同通常分为三类：血液相容性；组织相容性和生物降解吸收性。8.2生物材料的特征与评价第八章-生物材料8.3.1生物金属材料金属材料的种类很多，但能够在人体生理环境条件下长期安全服役的却不多。经过长期的研究和临床筛选而得到广泛应用的金属材料主要有医用不锈钢、医用钴基合金、纯钛与医用钛合金、医用形状记忆合金和医用贵金属，此外还有医用的磁性合金等。8.3.2生物陶瓷材料生物陶瓷材料广义上指与人体工程相关的陶瓷材料，这类材料可以按应用领域和化学成分进行分类，根据目前研究开发的状况，生物陶瓷材料大体上可分为生物惰性陶瓷、生物活性陶瓷和色复合材料三类。8.3生物材料的合成与应用第八章-生物材料8.3.3生物高分子材料生物高分子材料是一类用于临床医学的高分子材料，是生物材料的重要组成部分。生物高分子材料按其来源可分为天然高分子材料和人工合成高分子材料两类。按材料的性质可分为非降解型和可生物降解性两类医用高分子材料。按使用目的来划分，则生物高分子材料又可分为软组织修复替代材料、硬组织生物替代材料、介入性治疗医用材料、口腔科医用材料、血液吸附净化材料和心血管系统医用材料等。8.3生物材料的合成与应用第八章-生物材料8.3.4复合生物材料复合生物材料同其他复合材料医用均是由两种或两种以上的不同类材料通过复合工艺组合而成的新型材料。由于人体的绝大多数组织都可视为复合材料，故研究与开发复合材料一直是生物材料发展中最活跃的领域之一。8.3.5新型生物材料新型生物材料主要分为医用酶、生物衍生材料、生物技术衍生生物材料和生物分子材料等等。8.3生物材料的合成与应用第八章-生物材料

目前所使用的生物材料有人工合成材料和天然材料，这些材料大多属于生物“惰性”材料，不能为种子细胞的附着和生长提供良好的生物界面。为了使生物材料具有良好的生物相容性和细胞亲和性，需对材料进