生物医用陶瓷材料106页PPT

在骨髓细胞中包含有能分化成骨细胞的干细胞，所以预先从患者身上采一些骨细胞，把它放置于多孔性的人体活性陶瓷之中，在体外 培养直至分化出骨芽细胞，再把它随同陶瓷埋人骨缺损部，这时骨形成就更有效，人们正期待着开发出这种骨填充陶瓷材料。
利用玻璃陶瓷结晶化之前的高温流动性，可制成精密铸造的玻璃陶瓷。
1 几种新型的生物陶瓷 金属、聚合体与陶瓷复合而成的生物陶瓷是较好的生物材料，它是把HAP粒子注入到超塑性钛合金中，现已通过磷酸化处理表面，成 功地增强了生物纤维的性质，这种复合陶瓷可用于过滤器，人造导管等，它有很好的应用前景。 4)用作放射治疗癌症的陶瓷 (2)陶瓷的组成范围比较宽，可以根据实际应用的要求设计组成，控制性能的变化。 (6)在移植陶瓷应用范围不断扩大基础上，人造血管和人造气管等软组织材料的应用将是今后的重点研究课题。 由于生物体硬组织(牙齿、骨)的主要成分是羟基磷灰石，因此有人也把羟基磷灰石陶瓷称之为人工骨。 一种新型的生物陶瓷是Fe2O3-Li2O-P2O5-SiO2-Al2O3-ZnO-Mg系统的磁性材料，可用于治疗肿瘤，也可将该材料与磷酸三钙材料复合 制成人工骨材料用于修复骨缺损。
特种陶瓷课件66生物陶瓷 1113
1 引言
随着经济的发展和人口老龄化，以及工业、交通、体育 等事故导致的创伤增加，人们对生物医用材料及其制品 的需求量越来越大。近三十年来，生物医用材料的研究 与开发取得了令人瞩目的成就，使数以百万计的患者获 得康复，大大提高了骨伤患者的生活质量。
由于陶瓷可在相当大的范围内改变其成分和结构，并影 响其理化性能，因此，陶瓷已由单一的器皿发展为结构 材料、功能材料；由日常生活进人到各行各业，直到尖 端科技领域，陶瓷在生物医学领域也有广泛应用，如人 工牙、人工骨、人工关节等。
(5)易于着色，如陶瓷牙可与天然牙媲美，利于整容、 美容。

（2）无机有机复合是当前研究热点之一
（3）材料的多元复合是发展的重要方向
（4）具有特异性能的生物活性材料；
（5）力学相容性好又有促进组织生长功能的材 料；
（6）具有人体组织结医构学P的PT 复合材料
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HAP的粉体制备方法 主要包括：固相反应法、 化学沉淀法、水热合成法、 溶胶—凝胶法、醇化合物 法等几种。
Ca10(PO4)6(OH)2
HAP系生物 材料的研究现状
（1）HAP的粉体制备工艺
（2）羟基磷灰石的成型与 烧结工艺
（3）HAP系复合材料目前 已达到的性能
（4）HAP系复合材料的应 用
医学PPTຫໍສະໝຸດ 201.2 生物材料的国（内A）外成研型工究艺 现状 常用的成型工艺主要有：注浆成型、 压制成型、等静压成型和凝胶浇注成型 等。
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发展
❖ 公元前2500年在中国及埃及人的墓穴中已 发现有假手、假耳等人工假体，我国隋唐 时代就有了补牙用的银膏。
❖ 金银铂 ❖ 不锈钢 ❖ 纯钛的骨钉、骨板 ❖ Ti-Ni形状记忆合金
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❖ 目前国外有数以百万计的人靠人工器官维持着生 命。仅在美国，每年约有100万人接受人工器官的 植入手术。其中，人工心脏瓣膜3.5万人，人工血 管18万人；人工髋骨12.5万人；人工膝盖605万人； 人工肾5万人。
（ B ） 一 般 报 道 的 整 体 HAP 的 弯 曲 强 度 在 30 ～ 177MPa之间，人体致密骨的弯曲强度在170MPa
左右。 （1）HAP的粉体制备工艺
（C）一般报道的整体HAP的断裂韧性在
0.7MPa ·m1/（2左2右），人羟体基骨磷的断灰裂石韧性的在成2-1型0 与 MPa · m1/2之烧间结。 工艺

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一 AX型晶体结构
具有NaCl结构的离子晶体的晶胞
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具有CsCl结构的离子晶体的晶胞
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二 AmXn型晶体结构
具有CaF2结构的离子晶体的晶胞
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二.生物医用陶瓷材料的基本条件与要求
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
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B 其它的惰性氧化物陶瓷 氧化锆陶瓷
单斜晶体(m) 1170℃ 四方晶(t) 2370℃ 立方晶(c) 2715℃ 熔体
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氧化锆，氧化镁，以及混合氧化物陶瓷 （如组成：氧化锆50-60%,氧化铝10-20%,氧化钾7-10%的陶瓷）
混合氧化物陶瓷组成，色泽，热膨胀系数可调，可用作人工牙齿
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1972年，Aoki和Jarcho成功烧结了羟基磷灰石，制得了羟基磷灰石陶瓷，并在 随后的几年中发现，烧结羟基磷灰石具有良好的生物活性，从此开始了生物活 性陶瓷发展的新纪元；
1973年，Driskell等报道了β-Ca3(PO4)2多孔陶瓷植入生物体后，能被迅速吸收， 并发生了骨置换， 称之为可吸收陶瓷(Absorbable ceramics)，即生物可降解陶 瓷；
Hale Waihona Puke BIOmaterials第三代
活性、可降解 生物活性玻璃、硅酸钙
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陶瓷显微结构
由许多不规则的晶粒所组成，中间有晶界隔开
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(2) 材料制品的组成范围较宽，可以灵活地设计组成和调制性能。如降解生物 陶瓷，可根据在体内不同部位的应用调节降解速度，使之与骨生长速度匹 配，满足临床要求。
(3) 成型方法多，可根据需要制成各种形状和尺寸，致密或多孔结构等。 (4) 易于着色，如陶瓷牙冠与天然牙齿外观逼真，利于整容、美容手术。
9.2 生物功能性和生物相容性
研制具有修复功能的人工替换材料，十分重要
生物功能性
代替患病、缺损 或衰老的硬组织
矫治先天 畸形
整容和美容
恢复硬组织的形 态和功能

大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
相容性
生物相容性
力学相容性
抗血栓
与生物组织有优异的亲和性
物理化学稳定性
在体内长期稳定，不分解、不变质、不变性
灭菌性
生物陶瓷不仅应具有足够的强度，不发生灾难性脆性断裂、疲劳、蠕变及腐 蚀取量生致生人生生成。决断突 生物不物物 破植体于裂变 化陶平陶陶 坏入 、它，作 反瓷整瓷瓷 ，材 辐所而用 应植的必作 不料 射承且而，入植须为会必等其受形同生入对植形须的弹的成时物体生入成能作性应的，体表物材血以用形力化它后面体料栓无而变大学又所，无和。菌改应小键不形能毒人状 变当、结会成和、体态 其和组合被的生无血生 功生。被织机物害液能存化替间械组、相，下作换形嵌织无接使来用的成连很刺触接，所组的好，，激触不破织地界也要、的会坏结可相面求无宿因。合以匹性植过主环是，配质入敏组境植这以。物反织条入种及植不应受件体结材会人、到如和合对料体无感干生可血本的致染热理以液身力畸。、环是细的学和湿境组胞弹相致热间织造性容癌、发长模性气等
代表组成是： Na2O 4.8％，K2O 0.4％，MgO 2.9％，CaO 34.0％，SiO2 46.2％，P2O5 11.7％。

伤区与正常组织的界缘十分清楚，这是由于激光脉冲时程
短，生物组织的导热性差，瞬间放热来不及扩散到受照射
部位以外的缘故。辐照后，由于继发变化，如炎症、出血、 再生等，会使原初清楚的损伤界缘逐渐变得模糊。
压力效应
• 普通光的光压是微不足道的，然而聚焦 激光束焦点上的能量密度达到 10(兆瓦/厘 米时带来的压力约为40克/厘米，这将给生 物组织造成相当可观的一次压力作用。聚 焦激光束焦点上的能量，在短时间转换成 热能,同时伴随有受照射面上物质的蒸发,组 织热膨胀和组织液从液相到气相的相变等 现象。这些物理变化产生的压力作用，称 为二次压力作用。由这种作用产生的冲击 波是激光致伤的另一原因。
热效应
• 可见和红外光谱区的长脉冲（脉冲宽为 毫秒级）及连续波激光,作用于生物组织时, 引起生物物质变化的主要机制是产热。生 物组织吸收激光辐射后，温度升高；当组 织中温度超过45°C，并且持续时间超过1 分钟时，就会引起细胞蛋白质变性，使细 胞损伤。热效应与曝光范围和持续时间关 系密切。
• 亨利克斯和莫里茨的研究，给出了激光辐照引起组织破坏 的时间-温度关系曲线(见图[激光辐照引起组织破坏的时间 -温度关系曲线])。辐照时间和受照部位温升按指数函数变 化。短时、高温和长时、低温都可造成组织破坏。如果曝 光持续时间短于 1秒，温度即使升高到70°C，组织依然 可以耐受。若曝光持续时间超过 10秒，温升只到58°C, 组织就会破坏。热效应是激光致伤的最重要因素。激光损
（二）生物活性陶瓷包括表面生物活性陶瓷和生物 吸收性陶瓷（生物降解陶瓷）。生物表面活性陶瓷 通常含有羟基, 还可做成多孔性, 生物组织可长入并 同其表面发生牢固的键合；生物吸收性陶瓷的特点 是能部分吸收或者全部吸收, 在生物体内能诱发新 生骨的生长。生物活性陶瓷有生物活性玻璃、 羟 基磷灰石陶瓷、 磷酸三钙陶瓷等几种。主要用于 骨组织的修复。

分类
生物医用陶瓷可分为生物惰性陶 瓷、生物活性陶瓷和可降解陶瓷 等。
生物医用陶瓷的应用领域
人工关节
用于替代磨损或损坏的 关节，如髋关节和膝关
节。
牙科植入物
用于修复或替换牙齿。
血管和心脏瓣膜
用于替换病变的血管和 心脏瓣膜。
骨修复材料
用于修复骨折或填充骨 缺损。
生物医用陶瓷的发展历程
01
02
03
初期阶段
其他新型生物医用陶瓷材料
总结词
随着科技的不断进步，新型生物医用陶瓷材料也不断 涌现，如纳米生物医用陶瓷、光敏生物医用陶瓷等， 为医疗领域提供了更多的选择。
详细描述
纳米生物医用陶瓷是近年来研究的热点之一，通过将陶 瓷材料制备成纳米级，可以获得更优异的物理和生物学 性能。这种材料可以提高骨组织的再生和修复能力，降 低炎症反应和免疫排斥反应等。光敏生物医用陶瓷是一 种具有光敏特性的陶瓷材料，可以通过特定波长的光激 发产生光化学反应，从而在体内实现药物释放、光热治 疗等功能。这种材料在治疗癌症、感染等疾病方面具有 潜在的应用价值。
求。
加工性能决定了材料的加工精度 和表面质量，对于材料的临床应 用效果和使用安全性具有重要影
响。
03
生物医用陶瓷的制备工艺
粉末制备
固相法
将原料在高温下熔融、冷 却、破碎成粉末，再进行 筛分和分级。
化学法
通过化学反应生成所需的 陶瓷粉末，如沉淀法、溶 胶-凝胶法等。
物理法
利用物理过程制备陶瓷粉 末，如蒸发冷凝法、溅射 法等。
《生物医用陶瓷》ppt课件
contents
目录
• 生物医用陶瓷概述 • 生物医用陶瓷的特性 • 生物医用陶瓷的制备工艺 • 生物医用陶瓷的表面改性 • 生物医用陶瓷的最新研究进展 • 生物医用陶瓷的未来展望

主要包括三类： 一类如羟基磷灰石生物活性陶瓷，其表面本身就由羟基磷灰石构成； 另一类如生物活性玻璃，其表面虽不是羟基磷灰石，但可通过在生理环境中 发生化学反应而在表面形成羟基磷灰石履盖层。 第三类生物活性陶瓷也称生物降解陶瓷(又叫生物吸收性陶瓷)，如磷酸三钙 等，由手可在体内被逐步降解吸收并随精之选P为PT新生组织所替代，故也作为生物7 活性 陶瓷。
反应法和沉淀反应法。
1. 水热反应法
将CaHPO4与CaCO3，按摩尔比为6:4进行配料，并经24小时湿法球磨。然后 将球磨好的浆料倒入反应釜内，加入足够的蒸馏水，在80～100 ℃恒温情况下进
行搅拌反应，冷却后沉淀得到白色羚基磷灰石沉淀物。
此外，日本的青木秀希还直接用磷酸氢钙加水分解的方法在高压反应釜中制
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3. 烧成 烧成温度、保温时间、烧成气氛等都对氧化铝生物陶瓷的显微结构和性能产
生较大的影响，必须合理控制。 工艺条件对氧化铝(刚玉)生物陶瓷显微结构和性能有较大影响。
17.2.1.3 高纯氧化铝生物陶瓷的性能
要求氧化铝生物陶瓷强度要高，硬度要大，耐腐蚀、耐磨性好、热膨胀系数 要小，材质要轻。
目前国内外己将羟基磷灰石用于人工齿根、骨缺损、脑外科手术的修补、填 充等；用于制造耳听骨链和整形整容的材料。
此外，羟基磷灰石陶瓷在医学上还作为治病时植入体内的药物释放载体一一 人工骨核，治疗骨结核时应用。
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18 抗菌陶瓷
18.1 概述
埃及金字塔中的木乃伊的包裹布-------植物浸渍液 ------人类最早使用的抗菌剂 1935年德国人G.Domark采用季铵盐处理军服以防止伤口感染。 现代抗菌材料研究和应用--------抗菌塑料、抗菌纤维、抗菌陶瓷及抗菌金属等 -----应用 于各领域 。

与人骨特性相当。
➢可与眼肌组织达到很好的融合, 并可
纳米 实现同步移动； 人工眼球 ➢可以通过电脉冲刺激大脑神经, 看到
精彩世界。
3. 用于生物材料的纳米陶瓷
• 3.2 纳米陶瓷微粒用作生物材料
纳米微粒的尺寸一般比生物体内的细胞、红血 球小得多, 这就为生物学研究提供了一个新的研究 途径。目前, 关于这方面的研究还处于初始阶段。
2. 纳米陶瓷
纳米陶瓷为什么能够满足生物陶瓷所需的功能？ （1）纳米微粒的尺寸很小，一般在 1nm~100nm 之
间。与常规陶瓷材料相比，纳米陶瓷中的内在气 孔或缺陷尺寸大大减小，材料不易造成穿晶断裂， 有利于提高固体材料的断裂韧性。 （2）晶粒的细化使晶界数量大大增加，有助于晶界 间滑移，使纳米陶瓷材料表现出独特的超塑性。 （3）纳米材料固有的表面效应使其表面原子存在许 多悬空键，并且有不饱和性质，具有很高的化学 活性。这一特性可以增加该材料的生物活性和成 骨诱导能力，实现植入材料在体内的早期固定。
• 纳米材料的问世，使生物陶瓷材料的生物学性能 和力学性能大大提高成为可能。
2. 纳米陶瓷
定义：
纳米陶瓷是指在陶瓷材料的显微结构中, 晶 粒、晶界及它们之间的结合都处在纳米尺寸水平, 包括晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺 寸、缺陷尺寸都是纳米级。
2. 纳米陶瓷
陶瓷材料的性能取决于其微观组织结构, 纳米 陶瓷由于晶粒的细化, 晶界数目以及扩散蠕变速 率的增加, 可使材料的强度、韧性和超塑性大为 提高, 并对材料的电学、热学、磁学、光学等性 能产生重要的影响。
生物陶瓷必须满足的生物学要求：
(1) 它是与生物机体相容的, 对生物机体组织无毒、 无刺激、无过敏反应、无致畸、致突变和致癌等 作用;

陶瓷的结构
一般来说，陶瓷是一种多晶材料，它是由晶粒和晶界所组 成的烧结体，显微组织由晶体相，玻璃相和气相组成。由于 各相的相对量变化很大，分布也不均匀，所以使各相的组成， 结构，数量，几何形状及分布状况都不相同，直接影响陶瓷 材料的性能。
▪ 陶瓷的结构类型可以用AmXn表示（表4-2）。A代表金属元 素；X代表非金属元素；m和n代表整数。最简单的陶瓷化合 物为AX型陶瓷晶体。
物相 磷灰石 磷钙矿 合强度，这种结合被称之为生物固定，相对于密实植入体的形态固定能够承受更大和更复杂的应力，但是为了维持组织的正常生长，
对长入多孔生物材料中的联接组织需提供充分的血液。
(3) 孔径大于l00µm的多孔体植入骨组织后。
羟基磷灰石（密HA度）和（磷酸g三/c钙m（3T）CP）都具有良好3.的1生6物相容性，临床上广泛3.应0用7于骨修复。
。目羟制前基备广 磷 HA泛灰粉应石末用的的的组方生成法弯（物及大降晶曲致M解体可P陶结强分a瓷构为）度是湿一法系和列干磷法酸。钙基11陶5瓷~，2包0括0 α-磷酸三钙、β1-4磷0酸~三1钙5(4β-TCP)、磷酸氧5四0钙~等1。50
杨氏模量 自此之后，不断有新型的生物活性玻璃被开发研制出来。
结 构 或 刚 玉 型 结 构 。 萤 石 结 构 的 氧 化 物 有 CeO 、 PrO 、 由于其组织成分与骨组织无机成分相同，故植入体内无明显异物反应，局部无明显炎症反应。
表加4致-6孔生剂物法活方性便玻简璃单及,可玻以璃制陶得瓷形的状化复学杂成、分气（孔质各量异分的数多）孔和材相料组,并成且多孔β-TCP生物陶瓷的孔径、孔隙率人为2可控,但是气孔率2 不是很高
ZrO 等（图4-2）。刚玉（Al O ）型结构的氧化物有Fe O 、 ,气孔的分布不均匀。

生物医用材料需要经过 严格的临床试验和安全 评估，确保其安全性和 有效性。
个性化与定制化
随着医疗技术的发展， 临床对个性化、定制化 的生物医用材料需求越 来越高。
未来发展方向与展望
01
创新性研究
加强新材料、新技术和新工艺的研究，推动生物医用材料的创新发展。
02
交叉学科合作
加强生物医学工程、化学、物理学等多个学科的交叉合作，共同推动生
分类
根据用途可分为药物载体、医疗 器械、组织工程和再生医学材料 等。
生物医用材料的特性
生物相容性
功能性
稳定性
可加工性
材料与人体组织、血液 等相互作用时不产生有
害反应。
具备所需要的功能，如 传导热量、机械支撑等。
在体内保持稳定，不发 生降解、变质或毒性反
应。
易于加工成所需形状和 大小，以满足医疗需求。
常见的金属生物医用材料
不锈钢、钛和钛合金、钴铬合金等。
金属生物医用材料的优缺点
优点包括良好的机械性能和加工性能，缺点包括可能引发过敏反应 和金属腐蚀。
高分子生物医用材料
高分子生物医用材料的特性
01
具有良好的化学稳定性、生物相容性和加工性能，广泛用于制
造医疗用品、人工器官和药物载体等。
常见的高分子生物医用材料
氧化铝、氧化锆、生物活性玻璃和玻璃陶瓷等。
陶瓷生物医用材料的优缺点
优点包括良好的化学稳定性和生物相容性，缺点包括脆性大、加工 困难。
复合生物医用材料
复合生物医用材料的特性
通过将两种或多种材料组合在一起，发挥各自的优势，弥补单一材 料的不足，具有良好的综合性能。
常见的复合生物医用材料
聚合物/陶瓷复合材料、聚合物/高分子复合材料、金属/陶瓷复合 材料等。

《生物陶瓷材料》幻灯片
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生物陶瓷材料的现状与发展
目 1. 生物陶瓷材料的概念简述
2. 生物材料的开展历程 3. 生物陶瓷材料的分类 4. 生物Fra bibliotek瓷的特点及应用
录 5. 生物材料开展的热点
6. 生物陶瓷材料的开展重点
——人工骨研究的启蒙阶段
18世纪, 主要采用天然材料作为骨修复材料, 如柳枝、木、麻、象牙及贵金属等。
生物材料的开展历程
当今人类社会使用的材料可分为金属及其合金材料、 有机材料和无机非金属材料三大类。这些材料都曾先 后被用作人工硬组织的代替物, 并在应用中取得了珍 贵的经历、教训。回忆历史, 可分为几个阶段。
生物陶瓷材料的概述
• 生物陶瓷〔Bioceramies〕是指用作特定 的生物或生理功能的一类陶瓷材料，即直 接用于人体或与人体相关的生物、医用、 生物化学等的陶瓷材料。广义讲，凡属生 物工程的陶瓷材料统称为生物陶瓷。
生物材料的开展历程
当今人类社会使用的材料可分为金属及其合金材料、 有机材料和无机非金属材料三大类。这些材料都曾先 后被用作人工硬组织的代替物, 并在应用中取得了珍 贵的经历、教训。回忆历史, 可分为几个阶段。
生物惰性陶瓷材料
生物活性陶瓷材料
生物陶瓷材料的分类
1、生物惰性陶瓷材料
• 生物惰性陶瓷主要是指化学性能稳定，生物相容 性好，在生物体内与组织几乎不发生反响或反响 很小。如：氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、等。
• 这类陶瓷材料的构造都比较稳定，分子中的键力 较强，而且都具有较高的机械强度、耐磨性以及 化学稳定性。主要由氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷 以及陶材组成。其中，以Al、Mg、Ti、Zr 的氧 化物应用最为广泛。