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无机非金属材料的应用现状与发展趋势无机非金属材料是指在自然界中普遍存在且不含金属元素的材料，如陶瓷材料、玻璃材料、聚合物材料等。
它们具有高温耐受性、耐腐蚀性、绝缘性等特点，在各个领域有着广泛的应用。
本文将对无机非金属材料的应用现状与发展趋势进行探讨。
一、应用现状1.陶瓷材料应用现状陶瓷材料是一类具有高硬度、高强度、高抗磨耗性等特点的无机非金属材料。
目前，陶瓷材料主要应用于制造业领域。
在机械制造行业，陶瓷刀具、陶瓷轴承等被广泛应用，提高了设备的使用寿命和效率。
在电子行业，陶瓷材料被用于制造电子组件、电子陶瓷绝缘体等，满足了电子产品的小型化和高性能的需求。
此外，陶瓷材料在医疗领域也得到了应用，如人工关节、人工牙齿等。
2.玻璃材料应用现状玻璃材料是一种无定形无机非金属材料，具有透明、硬度高、耐腐蚀等特点。
目前，玻璃材料在建筑领域应用广泛，如建筑的窗户、幕墙等，提高了建筑物的采光性能和美观度。
在汽车行业，玻璃材料被用于制造汽车的前、后挡风玻璃、车窗等，增加了汽车的安全性和舒适度。
此外，玻璃材料还广泛应用于光学领域，如光学仪器、眼镜等。
3.聚合物材料应用现状聚合物材料是一种由高分子化合物构成的无机非金属材料，具有轻、坚固、柔软等特点。
目前，聚合物材料广泛应用于各个领域。
在生活用品领域，聚合物材料制成的塑料袋、塑料瓶等被大量使用；在包装行业，聚合物材料也得到广泛应用，如塑料包装盒、包装膜等。
此外，在医疗领域，聚合物材料被用于制造医疗器械、医用缝合线等。
二、发展趋势1.多功能化发展无机非金属材料在应用时往往需要满足多种性能要求，如强度、导热性、导电性等。
未来的发展趋势是实现材料的多功能化。
例如，研究人员正在将纳米陶瓷材料与金属纳米粒子结合，以制造具有高强度和导电性的材料，应用于电子、汽车等领域。
2.高性能化发展3.绿色环保发展4.智能化发展总之，无机非金属材料在各个领域都有广泛的应用，并且不断发展和创新。
未来的发展趋势是实现材料的多功能化、高性能化、绿色环保化和智能化。
高考化学复习无机非金属材料专项易错题及答案一、无机非金属材料练习题（含详细答案解析）1．医用外科口罩的结构示意图如下图所示，其中过滤层所用的材料是熔喷聚丙烯，具有阻隔部分病毒和细菌的作用。
下列关于医用外科口罩的说法不正确的是A．防水层具有阻隔飞沫进入口鼻内的作用B．熔喷聚丙烯属于合成高分子材料C．熔喷聚丙烯材料难溶于水D．用完后应投入有标志的垃圾箱【答案】D【解析】【分析】【详解】A.由医用外科口罩的结构示意图可知防水层具有阻隔飞沫进入口鼻内的作用,A项正确；B.熔喷聚丙烯通过丙烯加聚反应制得，属于合成高分子材料，B项正确；C.熔喷聚丙烯材料通过丙烯加聚反应制得，属于烃类无亲水基，难溶于水，C项正确；D.口罩用完后属于有害物质，所以用完后应不能投入有标志的垃圾箱，D项错误；答案选D。
2．化学与生活密切相关，下列有关说法正确的是( )A．漂白粉既可做漂白棉麻纸张的漂白剂，又可做游泳池及环境的消毒剂和净水剂B．燃放烟花呈现出多种颜色是由于烟花中添加了Na、Cu、Fe、Pt等金属的单质C．合金材料的组成元素一定全部是金属元素D．纯净的二氧化硅是制备光导纤维的原料【答案】D【解析】【分析】【详解】A.漂白粉具有强氧化性，既能杀菌消毒，又具有漂白性，所以漂白粉既可用来漂白棉、麻、纸张，也能用作游泳池及环境的消毒剂，但不能做净水剂，A错误；B.燃放烟花呈现出多种颜色是由于烟花中添加了一些金属元素，而不是金属单质，B错误；C.合金材料的组成元素不一定全部为金属元素，可能含有非金属元素，C错误；D.光导纤维的原料为二氧化硅，D正确；答案选D。
3．下列说法正确的是（）A．Ⅰ图中：如果MnO2过量，浓盐酸就可全部消耗B．Ⅱ图中：湿润的有色布条能褪色，烧杯NaOH溶液的作用是吸收尾气C．Ⅲ图中：生成蓝色的烟D．Ⅳ图中：用该装置可以验证酸性：盐酸>碳酸>硅酸。
【答案】B【解析】【分析】【详解】A．利用浓盐酸和MnO2在加热条件下反应制备氯气，随着反应进行，盐酸浓度会下降，下降到某种程度，二者不再反应无法生成Cl2，A项错误；B．氯气的漂白性来源于Cl2与水反应生成的次氯酸，干燥布条中无水，所以无法产生次氯酸，颜色不会褪去，湿润布条含水，可以产生次氯酸，颜色会褪去；若将尾气直接排放，其中未反应的氯气会污染空气，所以需要将尾气通入NaOH溶液中进行吸收，B项正确；C．铜在氯气中燃烧，产生棕黄色的烟，C项错误；D．利用盐酸与石灰石反应可制备CO2，所以可证明盐酸酸性强于碳酸；由于盐酸具有挥发性，制备出的CO2中会含有HCl杂质，HCl杂质也能与硅酸钠溶液反应产生白色沉淀；若不对制备出的CO2进行除杂，其中的HCl杂质会干扰碳酸和硅酸酸性强弱的验证过程，因此上述装置并不能实现验证酸性强弱的目的，D项错误；答案选B。
无机非金属，金属，高分子三大类3D打印医用材料介绍目前可用于3D打印的生物医用材料主要有金属、陶瓷、聚合物、生物墨水等，其特点是分布范围较广，但是种类极少。
本综述着重总结了近年来利用金属、陶瓷、聚合物等材料，通过 3D 打印技术制备生物医用材料的研究进展。
3D 打印技术是 20 世纪 80 年代后期开始逐渐兴起的一项新兴制造技术，它是指在计算机控制下，根据物体的计算机辅助设计( CAD) 模型或计算机断层扫描( CT) 等数据，通过材料的精确3D 堆积，快速制造任意复杂形状3D 物体的新型数字化成型技术。
3D 打印技术的基本制造过程是按照“分层制造、逐层叠加”的原理，通过计算机控制的 3D 打印系统进行逐层打印，叠加后最终获得三维产品。
3D 打印技术的应用领域也在随着技术的进步而不断扩展，包括生活用品、机械设备、生物医用材料，甚至是活体器官、在生物医学领域，目前 3D 打印技术在国际上已开始被应用于器官模型的制造与手术分析策划、个性化组织工程支架材料和假体植入物的制造、以及细胞或组织打印等方面。
利用 3D 打印技术则可以根据不同患者的CT、磁共振成像 (MRI) 等成像数据，快速制造个性化的组织工程支架材料，不仅能实现材料与患者病变部位的完美匹配，而且更有利于促进细胞的生长与分化，获得理想的组织修复效果。
对于生物医用材料领域，打印材料的局限性严重阻碍了3D打印技术的发展。
生物医用材料的3D打印尤为困难，需要考虑材料的强度、安全性、生物相容性、组织工程材料的可降解性等，目前可用于3D打印的生物医用材料主要有金属、陶瓷、聚合物、生物墨水等，其特点是分布范围较广，但是种类极少。
本综述着重总结了近年来利用金属、陶瓷、聚合物等材料，通过 3D 打印技术制备生物医用材料的研究进展。
医用无机非金属材料无机非金属生物材料主要包括生物陶瓷、生物玻璃、氧化物及磷酸钙陶瓷和医用碳素材料。
生物陶瓷生物陶瓷具有高硬度、高强度、低密度、耐高温、耐腐蚀等优异性能，在医学骨替代品、植入物，齿科和矫形假体领域有着广泛的应用。
第一章测试
1
【单选题】(10分)
下列哪项与信息、能源并称为当代文明的三大支柱？（）
A.
生物
B.
材料
C.
建筑
D.
机械
2
【单选题】(10分)
下列材料中，年产量（体积）最大的是（）。
A.
无机非金属材料
B.
复合材料
C.
金属材料
D.
高分子材料
3
【单选题】(10分)
常用医用口罩的核心主体结构中熔喷层和纺粘层是由什么材料制成？（）
A.
不锈钢
B.
铝合金
C.
聚丙烯纤维
D.
碳纤维
E.
玻璃纤维
4
【单选题】(10分)
下列哪项不是我国改性塑料行业存在的问题？（）
A.
有的企业专注于引进国外技术，而忽视了自主研发
B.
改性塑料企业生产规模普遍偏小
C.
低端领域和高端领域都需要从国外进口
D.
国内企业市场占有率低
5
【多选题】(10分)
高分子材料可以应用到下列哪些领域？（）。
A.
包装
B.
建筑
C.
体育
D.
电器
6
【多选题】(10分)
根据用途来分，塑料可分为（）?
A.
热塑性塑料
B.
通用塑料
C.
工程塑料
D.
热固性塑料
E.。
无机非金属材料在生物医学中的应用西南交通大学材料科学与工程学院-李森-20085650 【摘要】介绍无机非金属材料在生物医学各个领域中的应用和发展前景等。
【关键字】无机非金属生物材料，惰性无机非金属生物医用材料，表面生物活性陶瓷材料，可吸收和降解生物陶瓷材料，临床应用，前景。
【正文】一、无机非金属材料以及无机非金属生物医用材料的特点无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。
是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。
无机非金属材料的提法是20世纪40年代以后,随着现代科学技术的发展从传统的硅酸盐材料演变而来的。
无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。
在晶体结构上,无机非金属的晶体结构远比金属复杂，并且没有自由的电子。
具有比金属键和纯共价键更强的离子键和混合键。
这种化学键所特有的高键能、高键强赋予这一大类材料以高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性,以及宽广的导电性、隔热性、透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。
硅酸盐材料是无机非金属材料的主要分支之一，硅酸盐材料是陶瓷的主要组成物质。
陶瓷不生锈、不燃烧，而且抗腐蚀，强度也比较好，可以大大弥补金属材料和有机材料的缺陷。
陶瓷不仅可以制成具有优良生物惰性的材料，而且也可以制成具有优良生物活性的材料。
生物医用材料根据在生物体内的活性，分为三类：惰性生物陶瓷材料，主要是氧化铝陶瓷材料、碳质材料等，植入体内后与周围组织之间形成纤维包膜；表面生物活性陶瓷材料，如生物医用玻璃和玻璃陶瓷、羟基磷灰石等，植入体内后材料能与周围组织形成牢固的化学键结合（骨性结合）；可吸收和降解生物陶瓷材料，主要是磷酸三钙陶瓷材料，植入体内后会逐渐被降解、吸收，从而被新生组织替代。
目前，约有40余种生物陶瓷材料在医学、整形外科方面制成了50余种复制和代用品，发挥着非常重要的作用。
生物医用人工骨修复材料研究现状1.研究背景人体骨组织本身有一定的再生和自修复能力，但只限于小面积的骨缺损，并且随着年龄的增长、疾病、其他因素，这种能力会有所衰退。
其中，软骨是一种致密的结缔组织。
关节软骨缺乏血供以及受伤后未分化的细胞难以迁移到受伤部位，所以其自身修复的能力较差。
因此对于创伤、感染、肿瘤以及发育异常的个原因引起较大的骨缺损，单纯依靠骨组织自身的修复自然无法自然自愈，需要进行骨移植手术治疗。
常用人工骨修复材料分为四类，为金属材料、有机高分子材料、无机非金属材料、复合材料[1]。
1.人工骨修复材料分类及特点2.1 金属材料用于人工骨的金属材料主要材料为不锈钢、钛合金、钴基合金，此外还有贵金属、纯金属钽、铌、锆。
金属材料的优点是力学强度高，缺点是可能有毒性、易腐蚀，应力遮挡效应，易造成骨质疏松[2]。
2.2 无机非金属材料无机非金属材料具有与天然骨良好的亲和性，可在人体内稳定存在，适合用作人体硬组织部位的替换材料。
磷酸钙、生物活性玻璃是骨修复研究中常用的无机非金属材料[3]。
磷酸钙有良好的生物降解性、理想的生物相容性和骨传导性。
磷酸钙表面能形成磷灰石层，与骨组织通过化学键稳定结合，进而提高与受损骨间的整合效果。
2.3 有机高分子材料骨组织工程研究中常用的有机高分子材料，根据来源可分为天然高分子与人工合成高分子两类。
其中，天然高分子包括胶原、纤维蛋白、丝素蛋白、甲壳素、透明质酸、海藻酸钠和壳聚糖等；人工合成高分子包括聚羟基乙酸（PGA）、聚乳酸（PLA）、羟基乙酸-乳酸共聚物（PLGA）和聚已内酯[4]。
胶原是天然骨中有机质的主要组成成分，具有良好的生物相容性。
它能为钙盐沉积提供位点，同时还能与调控细胞矿化的蛋白相结合，促进骨基质矿化。
但存在机械强度较低、降解过快等不可调控的缺陷。
2.4 复合材料复合材料是根据材料的优缺点，将两种或以上的不同材料进行复合制得，不仅兼具组分材料的性质，还可以得到单组分材料不具备的新性能。
舞年煤#第53卷•第8期•2020年8月医用卫生材料管理的措施及其机制研究—评《医用材料概论》—景阳，张晶（南京医科大学附属常州第二人民医院，江苏南京213000）现代医学发展达到了前所未有的高度，在临床应用中卫生材料及医用耗材品种的类型也不断丰富，医疗成本所占比例逐年提升。
在医用卫生材料使用中包括一次性物品及可反复使用物品。
卫生材料的使用复杂性较高，合理的分类和管理至关重要，在临床管理中可按照用途分为手术用特殊材料、手术用一次性卫生材料、骨科材料、介入诊疗特殊材料、一般诊疗用卫生材料等;按照使用收费情况分为可收费经简单医嘱患者可自行使用的、可收费必须经医护人员操作的、可收费经医护人员操作可重复使用的材料、不可收费的材料。
目前医用卫生材料种类品多,且高值耗材不断增加，实现医用卫生材料管理机制的构建成为医疗领域关注的重要话题。
《医用材料概论》一书聚集了国内各个领域中的知名学者和专家,涉及无机材料、有机材料、化学、生物学、临床医学、药学、工程学等10余种学科知识，针对医用材料展开了全面且系统的论述。
该书多次集中组稿、编稿，内容严谨,理论指导性强，是国内第一部针对生物医学工程专业本科生的教材。
该教材内容编著注重实用性,论述深入浅出，融合当前生物医用材料领域的最新知识，可作为高校学生以及科研领域相关研究人员参考教材。
《医用材料概论》一书于2017年由人民卫生出版社出版，为国家卫生和计划生育委员会“十三五”规划教材，全国高等学校教材。
该书由胡盛寿教授主编，胡盛寿教授为中国工程院院士，现为国家心血管病中心主任，中国医学科学院阜外医院院长，心血管疾病国家重点实验室主任、国家心血管疾病临床医学研究中心主任，不仅临床经验丰富，同时科研成果十分丰硕，先后获得“国家杰出青年科学基金”、教育部“创新团队”学科带头人等荣誉;组织并参与了国家“973”项目、“863”项目、“支撑计划项目”等研究课题,发表学术文章200余篇，其中SCI收录论著90余篇，可见其学术研究功力之深厚,这也是保证该教材严谨和内容深刻的重要原因。
生物医用材料的种类及应用摘要：生物医用材料是近年来发展迅速的新型高科技材料，如人工骨、高分子材料、无机非金属材料、复合材料等，本文根据其物质属性对常用的医用生物材料进行了分类及各部分最新的应用研究进展，根据分类对常用的医用生物材料在骨科、整形外科、牙科、口腔外科、心血管外科、眼外科、耳鼻喉科及普通外科方面的应用做了详细阐述。
生物医用材料的应用对挽救生命和提高人民健康水平做出了重大贡献，随着现代医学飞速发展不断获得关注，发展前景广阔。
关键词：生物医用材料人工骨生物陶瓷硅橡胶复合材料1生物医用材料1.1生物医用材料的定义生物医用材料（Biomedical Material）是用于对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的新型高技术材料。
它是研究人工器官和医疗器械的基础，己成为材料学科的重要分支，尤其是随着生物技术的蓬勃发展和重大突破，生物材料己成为各国科学家竞相进行研究和开发的热点。
当代生物材料已处于实现重大突破的边缘，不远的将来，科学家有可能借助于生物材料设计和制造整个人体器官，生物医用材料和制品产业将发展成为本世纪世界经济的一个支柱产业。
先由生物分子构成生物材料，再由生物材料构成生物部件。
1.2生物医用材料的种类生物材料品种很多，有不同的分类方法。
通常是按材料的物质属性分类，据物质属性，生物医用材料大致可以分为以下几种：（1）生物医用金属材料生物医用金属材料（Biomedical Metallic Materials）是作为生物医学材料的金属或合金，具有很高的机械强度和抗疲劳特性，是临床应用最广泛的承力植入材料，主要有钴合金（Co-Cr-Ni）、钛合金（Ti-6a1-4v）和不锈钢的人工关节和人工骨。
（2）生物医用高分子材料生物医用高分子材料（Biomedical Polymer）分为天然医用高分子材料和合成医用高分子材料，近年来合成高分子医用材料迅速发展，硕果累累。
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。
骨科生物医用材料骨科生物医用材料是骨科医学领域中的重要组成部分，它们在骨科治疗和修复中起着关键作用。
这些材料不仅可以用于骨折修复和关节置换手术，还可以用于骨缺损修复和骨肿瘤治疗等多个临床应用领域。
本文将介绍一些常见的骨科生物医用材料及其应用。
一、钛合金材料钛合金是目前最常用的骨科生物医用材料之一，具有良好的生物相容性和机械性能。
它广泛应用于骨折修复和关节置换手术中。
钛合金具有较低的密度和高的强度，可以减轻患者的负担，并提供良好的骨-材料界面。
二、生物陶瓷材料生物陶瓷材料是一类具有生物相容性和生物活性的无机非金属材料。
常见的生物陶瓷材料有羟基磷灰石、三氧化二铝和二氧化锆等。
它们可以用于骨缺损修复和关节置换手术中，能够促进骨细胞的生长和骨组织的再生。
三、生物聚合物材料生物聚合物材料是一类由天然或合成高分子化合物构成的材料。
常见的生物聚合物材料有聚乳酸、聚己内酯和聚酯氨基甲酸酯等。
它们具有良好的生物相容性和可降解性，在骨修复和组织工程中有广泛应用。
四、骨替代物骨替代物是一类可以代替真正骨组织的材料，常见的有羟基磷灰石和骨水泥等。
它们能够提供支撑和填充缺损骨组织的功能，促进骨细胞的生长和骨组织的再生。
五、生物活性物质生物活性物质是一类能够促进骨细胞的生长和骨组织的再生的物质。
常见的生物活性物质有生长因子、细胞因子和骨基质蛋白等。
它们可以通过植入或涂层的方式应用于骨修复和组织工程中，以提高骨组织的再生和修复效果。
总结起来，骨科生物医用材料在骨科治疗和修复中起着重要作用。
钛合金、生物陶瓷材料、生物聚合物材料、骨替代物和生物活性物质等不同类型的材料都具有特定的优势和应用范围。
它们的发展和应用将进一步推动骨科医学的进步，并为患者提供更好的治疗效果。
生物医用材料摘要：生物医用材料(Biomedical Materials)，又名生物材料(Biomaterials)，是一类具有特殊性能，应用于生物体疾病的诊断、治疗、康复和预防，以及替换生物体组织、器官、增进或恢复功能，诱导再生的材料。
它是研究人工器官和医疗器械的基础，是当代材料学科的重要分支，随着生物技术的蓬勃发展和重大突破，生物医用材料已成为科学家研究和开发的热点。
生物材料的特征之一是生物功能性(biofunctionality)，即能对生物体进行诊断、治疗或修复；二是生物相容性(biocompatibility)，即不引起生物组织血液等的不良反应。
关键词：生物医用材料、生物医用金属材料、生物医用高分子材料、生物医用无机非金属材料或生物陶瓷、生物医用复合材料、生物医用衍生材料自古以来，人类就不断的与疾病就不断的与病魔作斗争，生物医用材料是人类与疾病作斗争的有效工具之一。
在不同的历史时期，生物医用材料被赋予了不同的意义，在现代医学上有着举足轻重的医用地位。
生物医用材料作为临床广泛应用的医疗用品，它具有以下较高的基本要求：无毒性、不致癌、不致畸和不引起人体细胞、组织和器官发生突变；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；化学性质稳定，抗体液、血液及酶的作用；具有与天然组织相适应的物理机械特性；针对不同的使用目的具有特定的功能。
生物医用材料可以按照来源、性质、应用部位、使用要求和材料的类型进行不同类型的分类。
下面我将从材料类型说一下：1.生物医用金属材料生物医用金属材料，就是外科用金属材料及生物医学手术中使用的合金或金属，属于惰性材料，具有较高的抗疲劳性能和机械强度、又有较好的生物力学特性。
目前广泛应用与外科辅助器材、人工器官、软硬组织等方面。
因为具有广泛的应用，所以它有较高的性能要求：（1）机械性能：要有足够的强度和韧性，适当的弹性与硬度，良好的抗疲劳性（金属材料的疲劳：材料、零构件在循环应力或循环应变作用下，在一处或几处逐渐产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。
第1章绪论1.1 概述生物医用材料是与生物系统相互作用且在医学领域得以应用的材料，其中生物系统包括细胞、组织、器官等，医学领域的应用则包括对疾病的诊断、治疗、修复或替换生物体组织或器官，增进或恢复其功能等。
生物医用材料本身不是药物，其作用不必通过药理学、免疫学或代谢手段实现，其治疗途径是与生物机体直接结合并产生相互作用，但有时为了促进生物医用材料更好地发挥其功能，也会将其与药物结合。
人类利用生物医用材料的历史十分悠久。
在公元前约3500年，古埃及人就利用棉花纤维、马鬃做缝合线缝合伤口，用柳树枝和象牙来修补受损的牙齿，墨西哥的印第安人则使用木片修补受伤的颅骨。
在中国和埃及的墓葬中就发现了公元前2500年的假牙、假鼻、假耳。
公元600年，玛雅人用海贝壳制作具有珠光的牙齿，在外观上甚至已经达到了如今所要求的骨整合水平。
尽管当时人们极度缺乏材料学、生物学、医学方面的相关知识，但这并不妨碍人们利用身边的某些天然材料来治愈伤口、解决人体生理或解剖功能丧失的问题。
从16世纪开始，金属材料开始在骨科领域得到大量应用，1588年，人们利用黄金板修复颚骨。
1775年，金属材料开始被用来固定体内骨折。
1851年，硫化天然橡胶制成的人工牙托和颚骨问世。
在这一时期，生物医用材料的发展非常缓慢，一方面受到当时自然科学理论水平和工业技术水平的限制，另一方面也与医生、科学家、工程师三者之间缺少合作有关，当患者的生命受到严重危害时，往往依靠医生单打独斗，凭借自己的小发明来解决问题。
进入20世纪中期以后，随着医学、材料学（尤其是高分子材料学）、生物化学、物理学的迅速发展，高分子材料、陶瓷材料和新型金属材料不断涌现，如：聚羟基乙酸、聚甲基丙烯酸羟乙酯、胶原、多肽、纤维蛋白、羟基磷灰石、磷酸三钙、形状记忆合金等，这些材料主要由材料学家研究设计，因此许多材料并不是专门针对医用而设计的，在临床应用过程中可能存在生物相容性问题，例如最初的血管植入物材料聚酯纤维（俗称涤纶）就来源于纺织工业，会与血液发生生物反应而导致血管阻塞。
无机非金属材料在生物医学中的应用材料0903 1101090308 金吉【摘要】介绍无机非金属材料在生物医学各个领域中的应用和发展前景等。
【关键字】无机非金属生物材料，惰性无机非金属生物医用材料，表面生物活性陶瓷材料，可吸收和降解生物陶瓷材料，临床应用，前景。
【正文】无机非金属材料品种和名目极其繁多,用途各异,因此,还没有一个统一而完善的。
无机非金属材料分类通常把它们分为普通的(传统的)和先进的(新型的)无机非金属材料两大类。
传统的无机非金属材料是工业和基本建设所必需的基础材料。
如水泥是一种重要的建筑材料;耐火材料与高温技术,尤其与钢铁工业的发展关系密切;各种规格的平板玻璃、仪器玻璃和普通的光学玻璃以及日用陶瓷、卫生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷和电瓷等与人们的生产、生活休戚相关。
它们产量大,用途广。
其他产品,如搪瓷、磨料(碳化硅、氧化铝)、铸石(辉绿岩、玄武岩等)、碳素材料、非金属矿(石棉、云母、大理石等)也都属于传统的无机非金属材料。
新型无机非金属材料是20世纪中期以后发展起来的,具有特殊性能和用途的材料。
它们是现代新技术、新产业、传统工业技术改造、现代国防和生物医学所不可缺少的物质基础。
主要有先进陶瓷(advanced ceramics)、非晶态材料(noncrystal material〉、人工晶体〈artificial crys-tal〉、无机涂层(inorganic coating)、无机纤维(inorganic fibre〉等。
下面我们重点来谈谈无机非金属材料在生物方面的应用一、无机非金属材料以及无机非金属生物医用材料的特点无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。
是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。
无机非金属材料的提法是20世纪40年代以后,随着现代科学技术的发展从传统的硅酸盐材料演变而来的。
无机非金属材料发展的新趋势及其影响从近代高技术的发展来看，无机非金属材料所起的基础和先导作用卓然。
上二十世纪下半叶兴起的高技术以其产业为例，化合物半导体材料促使光电子技术的很大发展，形成了半导体发光二极管和半导体激光器的新兴产业，特别是近十年宽禁带半导体材料，如GaN 材料的突破将推动全固态光源技术和产业的发展。
由于七十年代石英玻璃光导纤维的损耗小于20dB/km，才使光纤通信技术能够实用化。
近十年由于掺稀土离子的光纤放大器材料的突破，使多波复用长距离的光纤通信迅速发展。
由于在La－Ba－Cu－O化合物中观察到30k以上的超导转变，开创了高温超导的新兴技术领域。
碳富勒烯球和碳纳米管的诞生使纳米技术走向世纪的前沿。
弛豫铁电和压电单晶和陶瓷的突破使高性能超声和水声换能器、压电驱动器等得到发展，在医用等高技术领域广泛应用。
氧化物和超薄膜材料中巨磁电阻效应（GMR）和近十年隧道磁电阻效应的发现，使磁存储密度获得很大提高，磁记录产业得到迅速发展。
人们研究并发展了晶须增韧、颗粒弥散强化、相变增韧等多种途径，使一些新型的氮化物（如Si3N4、BN）、硼化物（如LaB6、ZrB2等）、碳化物（TiC、WC、SiC）等材料，其断裂韧性高达20MPa·m1/2以上，使陶瓷基复合材料进入实用化，推动了航空、航天和交通制造业。
21世纪无机非金属材料的发展具有低维化（在宏观和微观上）、复合化（材料的功能复合和组成复合）、智能化和环境友好等特征。
宏观上的低维化是从体材料向薄膜材料和纤维材料的发展。
现代信息功能器件（微电子、光电子和光子学器件）都是集成化的，因此主要应用薄膜材料。
结构材料也用涂层和薄膜来改性：增强、增韧、耐磨。
无机涂层包括各类热控涂层、耐高温防腐蚀涂层、抗氧化涂层、耐损涂层等，应用于航天器、核反应堆和远载工具上。
特别在结构材料的功能化上，薄膜具有特殊的作用。
因此无机非金属材料的薄膜制备、结构和性能、表面态以及发展新的薄膜材料的研究就十分重要。
生物医用材料的分类有哪些？生物医用材料(Biomedical Materials)是用来对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的材料。
生物医用材料的分类有哪些？接下来，就带你了解一下吧！它是研究人工器官和医疗器械的基础，已成为当代材料学科的重要分支，尤其是随着生物技术的蓬勃发展和重大突破，生物医用材料已成为各国科学家竞相进行研究和开发的热点。
骨形态发生蛋白（BMP）材料是第三代生物医用材料中的代表材料。
在不同的历史时期，生物医用材料被赋予了不同的意义。
其定义是随着生命科学和材料科学的不断发展而演变的。
但是，他们都有一些共同的特征。
即生物医用材料是一类人工或天然的材料，可以单独或与药物一起制成部件、器械用于组织或器官的治疗、增强或替代，并在有效试用期内不会对宿主引起急性或慢性危害。
但由于生命现象是极其复杂的，是在几百万年的进化过程中适应生存需要的结果，生命具有一定得生长、再生和修复精确调控能力，这是目前所有人工器官和生物医用材料所无法比拟的。
因此，目前的生物医用材料与人们的真正期望和要求相差甚远。
生物医用材料的分类编辑生物医用材料按用途可分为骨、牙、关节、肌腱等骨骼-肌肉系统修复材料，皮肤、乳房、食道、呼吸道、膀胱等软组织材料，人工心瓣膜、血管、心血管内插管等心血管系统材料，血液净化膜和分离膜、气体选择性透过膜、角膜接触镜等医用膜材料，组织粘合剂和缝线材料，药物释放载体材料，临床诊断及生物传感器材料，齿科材料等。
生物医用材料按按材料在生理环境中的生物化学反应水平分为惰性生物医用材料、活性生物医用材料、可降解和吸收的生物医用材料。
生物医用材料按材料的组成和性质可以分类如下：生物医用金属材料生物医用金属材料是用作生物医用材料的金属或合金，又称外科用金属材料或医用金属材料，是一类惰性材料。
这类材料具有高的机械强度和抗疲劳性能，是临床应用最广泛的承力植入材料。
该类材料的应用非常广泛，遍及硬组织、软组织、人工器官和外科辅助器材等各个方面。
无机化学在新型生物医用玻璃中的应用有哪些在现代医学领域，新型生物医用材料的研发和应用正不断取得令人瞩目的进展，其中生物医用玻璃凭借其独特的性能和广泛的应用前景，成为了研究的热点之一。
而无机化学在新型生物医用玻璃的设计、制备和性能优化等方面发挥着至关重要的作用。
首先，让我们来了解一下什么是生物医用玻璃。
生物医用玻璃是一类具有特定组成和结构，能够与生物体组织相互作用并用于医疗目的的无机非金属材料。
与传统的金属和高分子医用材料相比，生物医用玻璃具有良好的生物相容性、可降解性和骨传导性等优点，在骨修复、药物载体、组织工程等领域有着广泛的应用潜力。
无机化学在新型生物医用玻璃的组成设计方面起着关键作用。
通过精确控制玻璃中各种无机元素的种类和含量，可以赋予玻璃特定的性能。
例如，在生物活性玻璃中，通常会引入硅（Si）、钙（Ca）、磷（P）等元素。
硅元素有助于形成稳定的网络结构，提高玻璃的化学稳定性；钙和磷元素则可以模拟人体骨组织的成分，促进骨组织的再生和修复。
此外，还可以添加一些微量的金属元素，如银（Ag）、铜（Cu）等，以赋予玻璃抗菌性能，减少术后感染的风险。
在制备方法上，无机化学也为新型生物医用玻璃的合成提供了多种选择。
溶胶凝胶法是一种常用的制备方法，它利用无机金属盐或醇盐在溶液中的水解和缩聚反应，形成均匀的凝胶，然后经过干燥和热处理得到玻璃。
这种方法可以在较低的温度下制备出高纯度、均匀性好的生物医用玻璃，并且能够精确控制玻璃的组成和微观结构。
另外，熔融法也是一种常见的制备技术，将原材料在高温下熔融混合，然后快速冷却得到玻璃。
通过控制熔融温度、时间和冷却速率等参数，可以调整玻璃的性能。
新型生物医用玻璃的性能优化离不开无机化学的参与。
玻璃的表面性质对于其与生物体的相互作用至关重要。
通过表面改性技术，如化学蚀刻、等离子体处理等，可以在玻璃表面引入特定的官能团，提高其生物活性和细胞黏附能力。
例如，利用氢氟酸对生物活性玻璃进行蚀刻处理，可以增加其表面粗糙度和孔隙率，有利于细胞的生长和分化。
一、羟基磷灰石
1、羟基磷灰石（HA）是人体骨组织的主要无机成分，占90％，碳酸钙等其它成
分占10％。
2、羟基磷灰石具有很好的生物相容性
二、羟基磷灰石的原粉的合成和制品成型
A、原粉的合成
1、化学共沉淀法
典型的方法：酸碱中和反应、钙盐和磷酸盐的反应。
此法易制得大量微晶状态或非晶态的HA粉末。
2、固相反应法（干法）
此法与普通陶瓷得制备方法基本相同，原料粉磨细混合，在1000－1300 C下高温合成结晶性HA。
此法合成的HA纯度高，结晶性好。
3、水热合成法
以CaCl2或Ca(NO3)2与NH4H2PO4为原料，以钛网为阴极、石墨为阳
极，控制一定的pH和沉积时间，得到CaHPO4.2H2O.随后经120～200 C
水蒸汽处理，即得HA.
此法适合制备完整的HA单晶
B、羟基磷灰石制品的成型
1、HA粉末合成后，还必须通过成型－烧结工艺提高其强度，
同时根据需要调节孔度和形状。
2、一般工艺过程为：
原料粉碎（球磨/干燥）——> 粘结剂（如需可加致孔剂）—
—> 等静压/热压成型——> 修边——> 烧结—
—> 成品修饰——> 产品
粘结剂：水；聚乙烯醇水溶液；石蜡、蜂蜡
致孔剂：双氧水、聚乙二醇、聚乙烯醇水溶液、PTFE球；
三、羟基磷灰石的结构与性能
1、羟基磷灰石的化学结构式为：Ca10(PO4)6(OH)2, Ca/P比为1.67,密度3.16g/cm3,
呈弱碱性(pH=7～9). 多晶的羟基磷灰石具有很高的弹性模量（40～117GPa), 人牙釉质为74GPa。
2、合成过程中，微量元素的加入：
La的加入，改善降解特性，HA表面均匀降解；
F的加入，改善HA的韧性，形成可切削陶瓷。
但作为骨组替代物，F 含量过高会影响骨组织的再生和一定抗压强度的维持。
也可将HA浆料注入多
孔泡沫塑料，然后烧结制成多孔材料
四、羟基磷灰石的应用
1、可应用于骨缺损的填充修补（或替换），例如：鼻梁骨、颌骨替换；
软骨、承力骨缺损（骨结核、骨瘤病灶的切除）的填充；承力骨（胫骨）的替换；
义眼球、人工听骨等；或者作为活性物质喷涂在其它材料表面。
2、一般地，多孔HA或粉末：强度低，适合做填充或药物载体；多孔、质轻，
适合做义眼球；
3、致密HA或空隙较少：承力骨的修复和替代
五、磷酸钙有 a-磷酸钙和 'b-磷酸钙两种化学结构，与羟基磷灰石有一定结构相似性。
以b-磷酸钙最为常用，有较快的降解速度，可做骨填充物。
a-磷酸钙有自
固化性质，可做骨水泥。
磷酸钙陶瓷制备
1、与羟基磷灰石制备工艺相似，以Ca(NO3)2与(NH4)2HPO4为原料，首先
合成Ca10(PO4)6(OH)2, 然后在较高温度下依次脱除氢原子和氧原子得到磷酸钙。
2、在1400 o C以上， b-磷酸钙转化为a -磷酸钙
六、3.5.2 磷酸钙的结构与性能
a-磷酸钙的独特性质－水硬性：
a-磷酸钙的生理盐水溶液中加入适当添加剂，37 C时凝胶化时间16分钟，室放置5天后抗压强度为30MPa，固化10天后，生成羟基磷灰石。
b-磷酸钙：半晶或无定形的，力学强度不及HA，但降解速度比HA快的多，多孔 b-磷酸钙几个月（9个月）内可完全降解。
七、磷酸钙的应用
1、良好的生物相容性。
2、由于强度较低，一般作填充物用，用于不承载较大负荷的部位，或作生物涂层
用；
3、自固化的磷酸钙可作骨水泥用于齿科材料或颌面整形、人工关节部件固定。
八、珊瑚(指石珊瑚而非软珊瑚)为海洋内腔肠动物珊瑚虫分泌的外骨骼沉积而成，
其壳体主要成分为碳酸钙，含量高达95％．
由于其良好的生物相容性、机械性能好，以及有合适的降解性能，在人骨修复方面得到了应用。
九、珊瑚的制备、结构与性能
珊瑚分天然珊瑚、人工合成珊瑚以及改性产物等。
一、天然珊瑚
天然珊瑚为一种多孔性结构体，是在海水中长期沉积(钙离于和含磷离子)作用形成的。
其主要成分碳酸钙为无定形结构，孔率介于30％一60％，孔径在100 m到几百微米之间．
它由于含有其他元素及有机物，与纯碳酸钙的性能有所不同。
另外，在孔隙率很大(60％)的情况下能保持一定的强度。
作为人工骨材料其抗压强度(约18.6MPa)不足，弹性模量（49.7GPa）与人骨相比偏高。
珊瑚的处理主要是去除有机质，可采用超声法和化学法，并在高压灭菌器消毒即可使用。
二、人工珊瑚
人工珊瑚主要通过化学或模仿生物沉积方法得到多孔碳酸钙．但无论从强度还是多孔性方面都无法与天然珊瑚相比。
三、改性珊瑚
将天然珊瑚的碳酸钙中的碳酸根换成磷酸根，则得到珊瑚羟基磷灰石，基本工艺为珊瑚在高温、高压下与磷酸二氢铵长时间反应，得到珊瑚羟基磷灰石。
该材料除保持珊瑚的孔结构外，还提高了珊瑚的硬度(一般莫氏硬度为5，而珊瑚一般为3-4)．而基磷灰石是骨组织的主要无机成分，与组织的相容性更好。
十、珊瑚中的CaCO3在体内可离解成Ca2+、HCO3-，其中HCO3-参与体液的HCO3-/CO2
缓冲体系，而Ca2+则可参与植入体表面的钙、磷离子交换，促进新骨的形成。
珊瑚的降解主要是破骨细胞的吞噬作用及碳酸酐酶(CA)对珊瑚的吸收。
珊瑚不改变机体正常的免疫状况，具有良好的生物相容性和骨亲和性；同时其孔结构有利于骨组织的长入和替代，有一定的骨传导作用。
十一、珊瑚在医学中的应用
珊瑚可用于口腔颌面部整形，鼻畸形患者，鼻小柱内植入珊瑚，以提起鼻尖。
珊瑚粉末与抗菌素膏混合后植入牙周以修复骨缺损。
用于颅脑手术，如颅骨创伤后畸形患者，珊瑚植入之后恢复形态。
珊瑚还用于颅骨盖髓术、颧弓骨折、人工全髋关节缺损、人工股骨头、人工骨义眼台等。
