关于医用无机材料课件

主要用于制造心血管修复体的重要材料、人 工骨、人工牙根、肌腱和人工韧带等，还可 用于人工软骨、人工中耳、人工关节运动磨 损表面作为减磨涂层和血液净化等。尤其是 它的较高的抗血栓性、耐磨性、低比重和长 期使用不劣化等性能，使碳素材料几乎是目 前唯一可选用的人工心脏瓣膜材料。
生物陶瓷骨体
生物陶瓷血管
三 典型的生物陶瓷材料
（一）惰性生物陶瓷材料
生物惰性陶瓷是一类暴露于生物环境中，与组织几乎不 发生化学变化的材料，所引起的组织反应主要表现为材 料周围会形成厚度不同的包裹性纤维膜。
主要用于人体骨骼、关节及齿根的修复和替换，以及心 脏瓣膜等
1.氧化铝陶瓷
生物医用氧化铝陶瓷由高纯Al2O3组成，主要晶相 为刚玉（α- Al2O3 ）的陶瓷材料，有稳定的刚 玉型结构，属于六方晶系，氧原子形成六方最紧 密堆积，六个氧离子（离子半径为0.132nm）围 成一个八面体，半径较小的铝离子（离子半径为 0.057nm）则处于八面体中心的空隙，单位晶胞 是面心的菱面体
黑色或灰色为无机晶粒(长 约1.0 μm，宽0.3 μm)， 属方解石晶体(CaCO3)，有 时为磷酸钙，它们构成骨 架，在晶粒之间为晶界， 是有机生命物质。
图3 鸡蛋壳中的晶粒及晶界
二 生物陶瓷材料的分类
按其生物性能,生物陶瓷可分为3类如表1 所示：
惰性生物陶瓷：结构稳定,具有较高的强度、耐磨
性及化学稳定性。在生物体内与组 织几乎不发生反应或反应很小。 如：氧化铝陶瓷、碳、氧化锆ຫໍສະໝຸດ 陶瓷、氮化硅陶瓷等。生物 陶瓷
活性生物陶瓷：在生理环境下与组织界面发生作用，
形成化学键结合。 如：羟基磷灰石等陶瓷及生物活性玻
璃，生物活性微晶玻璃。
可被吸收的生 在生物体内可被逐渐降解，被骨组织
物降解陶瓷：
吸收，并随之为新生组织替代, 骨的重建材料。
可吸收性：如石膏、磷酸三钙陶瓷，在生理环 境中可逐渐被降解吸收，诱导骨质生长，并随 之被新组织所替代，从而达到修复或替换病损 组织的目的 。
复合型：生物陶瓷与生物陶瓷或与其他无机材 料、有机材料复合而成的复合型材料。根据临 床的不同要求可以制成不同类型的复合材料。
在临床上生物陶瓷主要用于肌肉一骨骼系统 的修复和替换，也可用于心血管系统的修复、 制作药物释放和传递的载体。复合型的生物 陶瓷还可以用于制造人工腱和韧带等。
1.2.氧化铝陶瓷的性能
A 化学组成和物理性能
B 医用氧化铝陶瓷的几个重要性能及要求
优点：生物相容性良好，在人体内稳定性高， 机械强度较大。
缺点： ①与骨不发生化学结合，长时间后与骨的固定
会发生松弛； ②机械强度不高； ③杨氏模量过高(380GPa)； ④摩擦系数、磨耗速度较大。
措施：采用多孔氧化铝 把氧化铝陶瓷制成多孔质形态，使骨组织 长入其孔隙而使植入体固定，保证植入物 与骨头的良好结合。
关于医用无机材料
第一节 概述
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。
缺点：降低陶瓷的机械强度，多孔氧化铝陶瓷的强 度随空隙率的增加而急剧降低。只能用于不 负重或负重轻的部位。
改善：将金属与氧化铝复合 在金属表面形成多孔性氧化铝薄层
致密的氧化铝生物陶瓷与机体之间会形成一种形态 性结合，即依靠组织长入材料表面的凹凸不平而实 现机械锁合。
多孔的氧化铝陶瓷，新生组织可长入空隙内，会提 高生物陶瓷与机体组织之间的结合强度。
经过近20 年的研究和发展，医用生物陶 瓷材料经历了三个发展阶段： 生物隋性材料、 生物活性及可吸收材料 可再生组织的生物活性材料。
结构
图1 陶瓷显微结构示意图
由许多不规则晶粒所组成，中间有晶界隔开
图2、PTC-BaTiO3 半导体陶瓷
鸡蛋壳就是活的生物陶瓷。 蛋壳是由活细胞所构成， 其中就有类似陶瓷的晶粒 及晶界结构
这三种碳在生理环境中化学性质稳定，也不发 生疲劳破坏，是生物相容性非常好的一类惰性 材料。
优点： ➢ 质轻且具有良好的润滑性和抗疲劳特性； ➢ 弹性模量和致密度与人骨大致相同； ➢ 生物相容性好，特别是抗凝血性佳，与血细胞中
的元素相容性极好，不影响血浆中的蛋白质和酶 的活性。 ➢ 在人体内不发生反应和溶解，生物亲和性良好， 耐蚀，对人体组织的力学刺激小。
是一种
如：磷酸三钙等。
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：
近似于惰性：三氧化二铝、氧化锆等氧化物生物陶 瓷，Si3N4、钛酸钡等非氧化物生物陶瓷以及医用碳 素等，这类材料长期暴露于生理环境下能保持稳定。
表面活性：羟基磷灰石生物活性陶瓷和生物活性玻 璃陶瓷，在生理环境中可通过其表面发生的生物化 学反应与组织形成化学键性结合，起到了适合新生 骨沉积的生理支架作用，也就是所谓的“骨引导” 和“骨传导”作用。
生物陶瓷——主要是用于人体硬组织修 复和重建的生物医学陶瓷材料。
➢生物陶瓷的类型和特点 ➢惰性生物陶瓷材料 ➢可吸收生物材料 ➢生物活性陶瓷 ➢可治疗癌症的生物陶瓷
第二节 生物陶瓷
一 生物陶瓷的发展概况及结构特点 生物陶瓷材料是指与人体工程有关的可用于人体组织修 复的一类陶瓷材料
具有以下特点： ①在人体内理化性能稳定，具有良好的生物相容性； ②材料的性能可通过成分设计进行控制； ③容易成形，可按需要制成各种形状和尺寸； ④容易着色，是较理想的口腔材料。
用于关节修复、牙根种植、制作骨折夹板与内固定 器件，最适用于人工关节头和臼等承受摩擦力作用 的部位。
Al2O3-金属组合全髋关节
2 医用碳材料(玻璃碳材、热解碳、低温 气相沉积碳)
指作为生物医学使用的各种碳素及其复合材料
具有极好的抗血栓性，作为生物医学材料使用 的主要有三种：玻璃碳、低温各向同性碳和超 低温各向同性碳。
第一节 概述
一 生物医用无机材料的基本条件：
1.良好的生物相容性 2.杂质元素及溶出物含量低 3.有效性 4.成型加工性能 5.良好的耐消毒灭菌性
二 生物医用无机材料分类
按照无机材料的成分和性质分类
1.生物陶瓷材料 2.生物玻璃材料 3.生物玻璃陶瓷 4.生物医用无机骨水泥 5.生物复合无机材料