第10章 生物材料-newPPT.ppt

第十章 生物材料;;;Contents;§10.1 概述;生物医学材料的发展;§10.1.1 生物材料分类;§10.1.1生物材料分类;§10.1.1 生物材料分类;§10.1.2 生物材料特征与评价;;宿主反应：机体组织与生物活体系统对材料的反应。;材料反应：材料对机体生理环境作用的反应。;对生物材料的要求是： ⑴对于人体组织无刺激性，无毒副作用，无致癌性。 ⑵接触人体各种体液（唾液、淋巴液、血液）时，应有良好的耐蚀性。唾液、血液、间质液都是以Clˉ、Na+、K+离子为主的电解质溶液，生物材料在这种溶液中应不发生反应、腐蚀和变质。; ⑶具有必要的强度、耐磨性和耐疲劳性能。 如髋关节在静止状态承受体重的二分之一，水平步行时承受的重量为静止时的3.3倍，而跑步时则为4倍以上。此外,每步行一公里大约活动1000次，按照一般的生活情况,每年大约承受1×106 ~ 3×106次重复负荷的作用。;⑷与生物体组织、与血液有相容??? 不会引起凝血，与软硬组织有良好的粘接性，不会产生吸收物和沉淀物。 ;§10.2 硬组织相容性材料;1890年，Gluck首先应用象牙制造下颌关节；1938年，Wiles用不锈钢作髋臼与股骨头；而后Moor开展了人工股骨节置换术；1940年Wder兄弟用合成树脂制造人工关节； 1951年开始全髋人工关节置换术。1952年Habowsh用固定牙的丙烯酸脂固定人工髓关节，由此合成树脂开始用于人工关节与骨的结合。1958年Charnhey根据重体环境滑润理论，用聚四氟乙烯髋臼和金属股骨头制成低磨擦的人工关节，接着在1962年，Charnley把高密度聚乙烯髋臼和直径为22毫米的金属股骨头组成全髋人工关节，并用骨水泥（甲基丙烯酸脂）固定，获得较满意的效果。进入实际应用的新。 迄今已研制出膝、髋、肘、肩、指、趾关节假体用于临床。 欧美等发达国家每年仅全髋置换已超过80万例. 我国人工关节置换术达25万例.;髋关节;人工髋关节;Simulator testing;磨损病因;硬组织相容性材料①：金属;硬组织相容性材料①：金属;铁基耐蚀合金（一般由铁、铬、镍、钼、锰、硅组成），易加工、价格低廉 。 不锈钢按其组织相的特点可分为马氏体型、铁素体型、沉淀硬化型和奥氏体型不锈钢； 奥氏体型不锈钢因具有良好的耐蚀性能和综合的力学性能而得到广泛的临床应用；其中应用最多的是奥氏体超低碳 316L和317L不锈钢。 ;不锈钢;不锈钢骨钉;不锈钢的耐蚀性和屈服强度可以通过冷加工而提高，避免疲劳断裂。 一般不锈钢制成多种形体，如针、钉、髓内针、齿冠、三棱钉等器件和人工假体而用于临床，不锈钢还用于制作各种医疗仪器和手术器械。 ;钴基合金;钴基合金;密度较小，为4.5 g／cm3，几乎仅为铁基和钴基合金的一半（眼镜架）；其比强度高，弹性模量低，生物力学相容性较好；生物相容性、耐腐蚀性和抗疲劳性能都优于不锈钢和钴基合金，成为最有发展前景的医用材料之一。 最常用的TC4(Ti6A14V);为改善耐磨性能，可将钛制品表面进行高温离子氮化及应用离子注入技术处理，通过引起晶格畸变，使制品表面呈压应力状态，从而提高硬度和耐磨性。 离子氮化后的纯钛及钛合金硬度分别提高7倍和2倍，纯钛的磨损率降低到原来的l/2，钛合金降低到原来的1/6；氮化后钛材的年腐蚀率是非氮化的1/3。 ;为改善钛合金与骨组织的结合性，可采用等离子喷涂和烧结法在钛合金基材表面上涂多孔纯钛或Ti6A14V合金涂层，有利于新骨组织长入形成机械性结合。80年代又开发了钛合金表面等离子喷涂羟基磷灰石陶瓷除层的技术，使钛合金表面具有生物活性，成功用于钛种植牙根和人工关节柄部（图10-10），提高了植入物与骨组织的结合强度。;近年来又开发了在钛合金表面等离子喷涂生物活性梯度涂层的研究，在基体与羟基磷灰石涂层之间形成—个化学组成梯度变化的过渡区域，大大降低了界面处的应力梯度，若再将涂层在真空下进行热处理，可使涂层晶化程度大大提高，涂层与过渡层及基体间发生复杂的化学反应，生成新相，形成化学键结合，大大提高涂层与基体的结合强度，增强涂层的抗侵蚀能力。;§10.2.2 医用金属材料;18世纪初开始应用。无毒、与生物体组织有良好的生物相容性、耐腐蚀。 包括生物陶瓷、生物玻璃和碳素材料三大类，主要用于齿科、骨科修复和植入材料。 基本都是脆性材料，容易破裂，发展方向应向开发复合（多相）生物材料以及在金属基体上加涂无机生物陶瓷涂层（薄膜）材料的方面引导。 ;生物陶瓷有各种不同的化学成分，根据其在生理环境中的化学活性和性质可分为四类：;包括Al2O3、ZrO等氧化物生物陶瓷，以及Si3N4、钛酸钡等非氧化物生物陶瓷等，这类材料长期暴露于生理环境下能保持稳定。;惰性生物陶瓷——氧化铝;羟基磷灰石[化学