钛及生物医学材料课件

羟基磷灰石涂层钛基牙种植体羟基磷灰石涂层钛基牙种植体 羟基磷灰石涂层钛基牙种植体 1一定一定 义义生物医学材料是指具有生物医学材料是指具有特殊性能、特种功能，用于特殊性能、特种功能，用于人工器官、外科修复、理人工器官、外科修复、理疗康复、康复、诊断、治断、治疗疾患，而疾患，而对人体人体组织不会不会产生不良影生不良影响的材料。响的材料。一定 义 生物医学材料是指具有特殊性能、特种功能，用于2二二 产生背景产生背景|生物医学材料是生物医学工程生物医学材料是生物医学工程支柱之一。支柱之一。|是材料科学与物理学、化学、是材料科学与物理学、化学、生物学及生物学及临床科学越来越床科学越来越紧密密地地结合的合的结果。果。|为医学、医学、药物学及生物学等学物学及生物学等学科的科的发展提供了丰富的物展提供了丰富的物质基基础。|作作为材料学的一个重要分支，材料学的一个重要分支，它它对于促于促进人人类文明的文明的发展必展必将作出更大的将作出更大的贡献。献。二 产生背景生物医学材料是生物医学工程支柱之一。3三三 性能要求性能要求 q无毒性，不致癌，不致畸，不引起无毒性，不致癌，不致畸，不引起人体细胞的突变和组织细胞的反应；人体细胞的突变和组织细胞的反应；q与人体组织相容性好，不引起中毒、与人体组织相容性好，不引起中毒、溶血凝血、发热和过敏等现象；溶血凝血、发热和过敏等现象；q化学性质稳定，抗体液、血液及酶化学性质稳定，抗体液、血液及酶的作用；的作用；q具有与天然组织相适应的物理机械具有与天然组织相适应的物理机械特性；特性；q针对不同的使用目的具有特定的功针对不同的使用目的具有特定的功能。能。三 性能要求 无毒性，不致癌，不致畸，不引起人体细胞的突变和4四四 分类分类|11生物医学金属材料生物医学金属材料四 分类1 生物医学金属材料5|医用金属材料是作医用金属材料是作为生物医生物医学材料的金属或合金，具有很学材料的金属或合金，具有很高的机械高的机械强度和抗疲度和抗疲劳特性，特性，是是临床床应用最广泛的承力植入用最广泛的承力植入材料。材料。|主要包括主要包括钴合金（合金（Co-Cr-Co-Cr-NiNi）、）、钛合金（合金（Ti-6A1-4VTi-6A1-4V）和不和不锈钢的人工关的人工关节和人工骨。和人工骨。镍钛形状形状记忆合金具有形状合金具有形状记忆的智能特性，能的智能特性，能够用于用于矫形形外科、心血管外科。外科、心血管外科。医用金属材料是作为生物医学材料的金属或合金，具有很高的机械强6分类分类|22生物医学高分子材料生物医学高分子材料分类2 生物医学高分子材料7|生物医学高分子材料有天然的生物医学高分子材料有天然的和合成的两种。和合成的两种。|发展得最快的是合成高分子医展得最快的是合成高分子医用材料。用材料。|通通过分子分子设计，可以，可以获得很多得很多具有良好物理机械性和生物相具有良好物理机械性和生物相容性的生物材料。容性的生物材料。生物医学高分子材料有天然的和合成的两种。8|软性材料常用作性材料常用作为人体人体软组织如血管、食道和指关如血管、食道和指关节等的代等的代用品；用品；|合成的硬材料可以用作人工硬合成的硬材料可以用作人工硬脑膜、膜、笼架球形的人工心架球形的人工心脏瓣瓣膜的球形膜的球形阀等；等；|液液态的合成材料如室温硫化硅的合成材料如室温硫化硅橡胶可以用作注入式橡胶可以用作注入式组织修修补材料。材料。软性材料常用作为人体软组织如血管、食道和指关节等的代用品；9|33生物医学无机非金属材生物医学无机非金属材料或生物陶瓷料或生物陶瓷分类分类3 生物医学无机非金属材料或生物陶瓷分类10|生物医用陶瓷材料化学性生物医用陶瓷材料化学性质稳定，具有良好的生物相容性。定，具有良好的生物相容性。|生物陶瓷主要包括两生物陶瓷主要包括两类。|惰性生物陶瓷（如氧化惰性生物陶瓷（如氧化铝等）。等）。具有较高的强度，耐磨性能良好。具有较高的强度，耐磨性能良好。生物活性陶瓷（如生物活性陶瓷（如羟基磷灰石基磷灰石等）。等）。具有能在生理环境中逐步降解和吸具有能在生理环境中逐步降解和吸收，或与生物机体形成稳定的化学收，或与生物机体形成稳定的化学键结合的特性，因而具有极为广阔键结合的特性，因而具有极为广阔的发展前景。的发展前景。生物医用陶瓷材料化学性质稳定，具有良好的生物相容性。11组织的生物学反应除了全身性的毒性外，更多的是材料周围组织的局部反应。为医学、药物学及生物学等学科的发展提供了丰富的物质基础。研究表明，肿瘤部位的神经和血管都不发达，其血流量仅为正常组织的1%-15%。3 生物医学无机非金属材料或生物陶瓷原理：对材料表面进行分子生物学设计。当材料作为一种异物或抗原与机体接触时，会引起机体产生一系列防御反应，包括体液和细胞反应及补体活化，临床表现为过敏性反应特征。软性材料常用作为人体软组织如血管、食道和指关节等的代用品；为医学、药物学及生物学等学科的发展提供了丰富的物质基础。金属生物材料必须满足生物、化学和机械力学等各项性能的要求。具有能在生理环境中逐步降解和吸收，或与生物机体形成稳定的化学键结合的特性，因而具有极为广阔的发展前景。生物医用陶瓷材料化学性质稳定，具有良好的生物相容性。|44生物医学复合材料生物医学复合材料 分类分类组织的生物学反应除了全身性的毒性外，更多的是材料周围组织的局12|生物医学复合材料是由两生物医学复合材料是由两种或两种以上不同材料复种或两种以上不同材料复合而成的生物医学材料。合而成的生物医学材料。|主要用于修复或替主要用于修复或替换人体人体组织、器官或增、器官或增进其功能其功能以及人工器官的制造。以及人工器官的制造。生物医学复合材料是由两种或两种以上不同材料复合而成的生物医学13|分分类|钴合金和聚乙合金和聚乙烯组织的假体常的假体常用作关用作关节材料；材料；|碳碳-钛合成材料是合成材料是临床床应用良用良好的人工股骨好的人工股骨头；|高分子材料与生物高分子（如高分子材料与生物高分子（如酶、抗源、抗体和激素等）、抗源、抗体和激素等）结合可以作合可以作为生物生物传感器。感器。分类14|55生物医学衍生材料生物医学衍生材料分类分类5 生物医学衍生材料分类15|生物衍生材料是生物衍生材料是经过特殊特殊处理理的天然生物的天然生物组织形成的生物医形成的生物医学材料。学材料。|经过处理的生物衍生材料是无理的生物衍生材料是无生物活力的材料，但是由于具生物活力的材料，但是由于具有有类似天然似天然组织的构型和功能，的构型和功能，在人体在人体组织的修复和替的修复和替换中具中具有重要作用。有重要作用。|主要用作皮肤掩膜、血液透析主要用作皮肤掩膜、血液透析膜、人工心膜、人工心脏瓣膜等。瓣膜等。生物衍生材料是经过特殊处理的天然生物组织形成的生物医学材料。16五五 未来发展方向未来发展方向在保在保证安全性的前提下安全性的前提下寻找找组织相容性更好、耐腐相容性更好、耐腐蚀、持久性更好的多用途生、持久性更好的多用途生物医学材料。物医学材料。五 未来发展方向 在保证安全性的前提下寻找组织相容性更17组织相容性：相容性：材料与活体材料与活体组织之之间相互容相互容纳的程度。的程度。|11提高生物医学材料的提高生物医学材料的组织相容性相容性组织相容性：材料与活体组织之间相互容纳的程度。1 提高生物医18|组织的生物学反的生物学反应除了全身性除了全身性的毒性外，更多的是材料周的毒性外，更多的是材料周围组织的局部反的局部反应。|当材料作当材料作为一种异物或抗原与一种异物或抗原与机体接触机体接触时，会引起机体，会引起机体产生生一系列防御反一系列防御反应，包括体液和，包括体液和细胞反胞反应及及补体活化，体活化，临床表床表现为过敏性反敏性反应特征。特征。|这就提示了人就提示了人们对生物材料致生物材料致免疫特性研究的必要性。免疫特性研究的必要性。组织的生物学反应除了全身性的毒性外，更多的是材料周围组织的局19|22医学材料的生物功能医学材料的生物功能化和生物智能化化和生物智能化五五 未来发展方向未来发展方向2 医学材料的生物功能化和生物智能化五 未来发展方向20 原原理理：对材材料料表表面面进行行分分子子生生物物学学设计。主主要要方方法法：将将一一些些有有生生理理功功能能的的物物质如如蛋蛋白白质、多多肽、酶和和细胞胞生生长因因子子等等固固定定在在材材料料表表面面，充充当当邻近近细胞胞、基基质或或可可溶溶性性因因子子的的配配基基或或受受体体，使使表表面面形形成成一一个个能与生物活体相适能与生物活体相适应的的过渡渡层。效效果果：传统的的生生物物材材料料经表表面面分分子子设计后后，增增加加了了界界面面相相容容性性，使使异异物物反反应减减至至最最小小，有有效效地地改改变了了与与组织、细胞胞结合合的的能能力力。原理：对材料表面进行分子生物学设计。21五五 未来发展方向未来发展方向|33金属材料在生物医用金属材料在生物医用材料中的材料中的应用用五 未来发展方向3 金属材料在生物医用材料中的应用22|随着科学技随着科学技术的的发展和外科医展和外科医疗水平的提高，先后开水平的提高，先后开发了不了不锈钢、钴合金、工合金、工业纯钛及及钛合金等一系列金属生物医学材合金等一系列金属生物医学材料。料。|金属生物材料必金属生物材料必须满足生物、足生物、化学和机械力学等各化学和机械力学等各项性能的性能的要求。要求。随着科学技术的发展和外科医疗水平的提高，先后开发了不锈钢、钴23通过分子设计，可以获得很多具有良好物理机械性和生物相容性的生物材料。4 生物医学复合材料3 金属材料在生物医用材料中的应用在保证安全性的前提下寻找组织相容性更好、耐腐蚀、持久性更好的多用途生物医学材料。具有能在生理环境中逐步降解和吸收，或与生物机体形成稳定的化学键结合的特性，因而具有极为广阔的发展前景。生物衍生材料是经过特殊处理的天然生物组织形成的生物医学材料。发展得最快的是合成高分子医用材料。生物衍生材料是经过特殊处理的天然生物组织形成的生物医学材料。组织的生物学反应除了全身性的毒性外，更多的是材料周围组织的局部反应。为医学、药物学及生物学等学科的发展提供了丰富的物质基础。具有较高的强度，耐磨性能良好。3 生物医学无机非金属材料或生物陶瓷生物医学高分子材料有天然的和合成的两种。在肿瘤部位注入或植入陶瓷材料热种子，在交变磁场作用下通过磁滞加热可使癌细胞死亡，其定位准确、安全可靠。4 生物医学复合材料惰性生物陶瓷（如氧化铝等）。1 提高生物医学材料的组织相容性随着科学技术的发展和外科医疗水平的提高，先后开发了不锈钢、钴合金、工业纯钛及钛合金等一系列金属生物医学材料。|钛和和钛合金合金的的弹性模量最低，性模量最低，与人骨最与人骨最为接近，有利于降接近，有利于降低或消除植入物与人骨界面低或消除植入物与人骨界面的的应力屏蔽，避免假体松力屏蔽，避免假体松动，降低表面降低表面锈蚀。另外。另外钛金属金属强度高、无毒、生物相容性度高、无毒、生物相容性好和抗腐好和抗腐蚀、抗疲、抗疲劳，因而，因而成成为矫形外科、骨骼置形外科、骨骼置换和和关关节修复等外科手修复等外科手术中最引中最引人注目的金属材料。人注目的金属材料。通过分子设计，可以获得很多具有良好物理机械性和生物相容性的生24|44生物医用材料的治生物医用材料的治疗特性增特性增强五五 未来发展方向未来发展方向4 生物医用材料的治疗特性增强五 未来发展方向25|生物医学材料的生物医学材料的发展不展不仅局限局限于作于作为人体相人体相应器官的假体和器官的假体和代用品，利用多种学科的交叉代用品，利用多种学科的交叉研制具有治研制具有治疗特性的生物医学特性的生物医学材料也是未来的重要方向。材料也是未来的重要方向。|研究表明，研究表明，肿瘤部位的神瘤部位的神经和和血管都不血管都不发达，其血流量达，其血流量仅为正常正常组织的的1%-15%1%-15%。在。在肿瘤部瘤部位注入或植入陶瓷材料位注入或植入陶瓷材料热种子，种子，在交在交变磁磁场作用下通作用下通过磁滞加磁滞加热可使癌可使癌细胞死亡，其定位准胞死亡，其定位准确、安全可靠。确、安全可靠。生物医学材料的发展不仅局限于作为人体相应器官的假体和代用品，26通常通常铁磁材料不具磁材料不具备生物活生物活性，加性，加热后要用外科手后要用外科手术的方的方法植入或除去，而法植入或除去，而铁磁微晶玻磁微晶玻璃璃有良好的生物相容性，即使有良好的生物相容性，即使长期留在人体内也无不良影响，期留在人体内也无不良影响，同同时满足足强磁性和良好的生物磁性和良好的生物活性要求。活性要求。通常铁磁材料不具备生物活性，加热后要用外科手术的方法27钛及生物医学材料课件28