生物材料学-医用无机非金属材料共90页

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。

无机非金属材料以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫系化合物（包括硫化物、硒化物及碲化物）和硅酸盐、钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐等含氧酸盐为主要组成的无机材料的泛称。

包括陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、搪瓷、磨料以及新型无机材料等。

其中陶瓷一词，随着与陶瓷工艺相近的无机材料的不断出现，其概念的外延也不断扩大。

最广义的陶瓷概念几乎与无机非金属材料的含意相同。

无机非金属材料也和金属材料以及有机高分子材料等一样，是当代完整的材料体系中的一个重要组成部分。

普通无机非金属材料的特点是：耐压强度高、硬度大、耐高温、抗腐蚀。

此外，水泥在胶凝性能上，玻璃在光学性能上,陶瓷在耐蚀、介电性能上,耐火材料在防热隔热性能上都有其优异的特性，为金属材料和高分子材料所不及。

但与金属材料相比，它抗断强度低、缺少延展性，属于脆性材料。

与高分子材料相比，密度较大，制造工艺较复杂。

特种无机非金属材料的特点是：①各具特色,例如:高温氧化物等的高温抗氧化特性；氧化铝、氧化铍陶瓷的高频绝缘特性；铁氧体的磁学性质；光导纤维的光传输性质;金刚石、立方氮化硼的超硬性质;导体材料的导电性质；快硬早强水泥的快凝、快硬性质等。

②各种物理效应和微观现象,例如：光敏材料的光-电、热敏材料的热－电、压电材料的力－电、气敏材料的气体-电、湿敏材料的湿度-电等材料对物理和化学参数间的功能转换特性。

③不同性质的材料经复合而构成复合材料，例如：金属陶瓷、高温无机涂层，以及用无机纤维、晶须等增强的材料。

沿革旧石器时代人们用来制作工具的天然石材是最早的无机非金属材料。

在公元前6000～前5000年中国发明了原始陶器。

中国商代（约公元前17世纪初～约前11世纪）有了原始瓷器，并出现了上釉陶器。

以后为了满足宫廷观赏及民间日用、建筑的需要，陶瓷的生产技术不断发展。

公元 200年（东汉时期）的青瓷是迄今发现的最早瓷器。

陶器的出现促进了人类进入金属时代，中国夏代（约公元前22世纪末至约前21世纪初～约前17世纪初）炼铜用的陶质炼锅，是最早的耐火材料。

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。

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。

一、无机非金属材料主要有陶瓷、玻璃、水泥三大类。

陶瓷主要是以黏土为原料烧制而成的一种多晶多相(气体、液体、晶体和非晶体)的聚集体；水泥为一种细磨材料，加入适量水后成为塑性浆体，能在空气中硬化，或在水中硬化，并能把其他增强材料牢固地胶结在一起的水硬性材料；玻璃为熔融物冷却硬化而得到的非晶态固体。

这些材料有史以来一直得到广泛应用，其中一部分因为特殊性能而用作生物材料。

二、无机非金属材料的基本属性：●化学健主要是离于键、共价健以及它们的混合键；●硬而脆、韧性低、抗压不抗拉、对缺陷敏感；●熔点高，具有优良的耐高温和化学稳定性；●一般自由电子数目少、导热性和导电性较小；●耐化学腐蚀性好；●耐磨损。

三、4.1.1无机非金属生物材料的发展无机非金属生物材料的使用可追溯列埃及金字塔的修建时期，当时用陶土进行骨缺损的填充，1808年开始将陶瓷作为镶牙材料，1892年使用石膏填充骨缺损，1963年Smith报道一种陶瓷材料，用环氧树脂浸透含48％孔隙的多孔铝酸盐树料，它与骨组织的物理性能相匹配。

无机生物材料在生物医学上广泛研究应用还是近三十年来的事，特别是发现羟基磷灰石陶瓷后，得到了飞速发展，该类材料具有生物相容性好，甚至有些还有生物活性，抗压强度高等优点。

四、3.1.2 无机非金属生物材料基本条件与要求1、良好的生物相容性化学稳定性降解产物无毒2、杂质元素及溶出物含量低As，Cd、Hg、Pb等重金属3、有效性抗压、耐磨、热膨胀4、成型加工性能脆性加工困难不同模具5、耐消毒灭菌性高压蒸汽消毒、辐射灭菌和环氧乙烷灭菌五、无机非金属材料品种非常多，考虑材料生物相容性、机械性能、加工性能、成本等因素，只有一小部分材料可用作生物材料，如1、陶瓷类中有氧化铝、氧化铁、低温各向同性碳、羟基磷灰石、磷酸钙、碳酸钙等，2、玻璃类主要有MgO-CaO-SiO2-P2O5、Na2O-CaO-SiO2-P2O5、CaO-Al2O3-P2O5系玻璃，水泥类主要有硫酸钙、磷酸钙等。