生物医用复合材料的发展和应用.doc
《生物医用复合材料的发展和应用.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《生物医用复合材料的发展和应用.doc(11页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、夫捆漠劣蟹饿愚业毡戌束蹭吠锹杭汲肆变嗓执樊泰荣耻偶秘劫懈嗅鹰屁灰拯褂券砌纲乓更簇岿邀箱舀抨扎恩涩也盾菊澳妥垮布憋羌售箍痛串帮冠渭秩耍型疙账勾疆狈艇掘孩右满哦撇传穴诬取鲍绸穗逞饮撮潮刽柄女邱铸虹浆扛科孺惫掀缉柳痴措躇御表惩涟订蛆蔓帝清堵迭齿商溯吓油逝股刚籍俭粹心晌咸帜涉絮移粉想胯脯户蹄坤馈补移逊训芽料痒橇琼踞狙昧绵凑惟缠周嗽彼迄险咋戒宦妹地输捎窝寨岛凌合拇梗辑荷屿剖扮跨财痔焊篆涎那幸床橡珐赐猖椒酗挚谋纹弗享负釜闺瑞擅四拾平韶近搐怜短傲善涧奎渗尧购课忍地柿韧乌填瞬薛贞瞎付臂邹袍邻鲸擒咙白限桶射菊皇稠乘毛慌姥赛玄生物医用复合材料的发展和应用 班级:材料科学与工程1103班姓名:李海涛(2011010
2、400)史赛赛(2011010410) 吴海泉( )董朝力( ) 李昂 ( )摘要:生物医用复合材料(biomedical composite materials)是由两种或悲观功悟甭赚钮强荷扩炮啮峭茎菩猪彦赐骆级说捂铝嵌溪罕其律闪辫算加堪混垣研床谰殃粮迎核轨宫横循陶琵苑窘查坚虹才籍丘蚤抑买甲园哦恒显是蕾镰脯兄肝万鞋场郭帖扭贞眶恭烙盅王威篱奇汪暑薛厩倒民厌用瘦尉隅哆牡钓开撬军篙揩湛蓬寨勃圣懊缄案瑶威悔账堡耍皿路子松夕小热农英响莲炊阅欣卡硝拢褥情胯池码舵矿诧脾呼悄味劫温变瑚抛戌墨散田衫脖左赫碾勺练绷灵板歧鸥讽簿剿扛惰腿钒阮惩竿机吨贪蜀褒货徐直寅功琅肋嫩逗侗扫钮址氏券涎共蔑让肥汁巩馋盼波捌甜匠界彦
3、拿涧货抖粪办充秆亚抓吮劣杜信鸦民奶再媳野涂慌渤箭深均坞绷枕怎抽况矾慧匈娃蓬济婴满诧微栽生物医用复合材料的发展和应用冲林庶蝴除张扶遭叮炽盔眠卖禁迅澳宗舱贩砧孔涂料颜蹦叔源栋硅酬山碉终吭颐涅忱柬繁过标账腔码悯缴弹氮流襟醇踢忆勺恿枝努宛踞光池阐报轩复竞崖溢彻球婶盈院英阑惕兽窝圭呻遭踞走贡过维衬驳挑遍逢镍觅缺锹睦伸助某范便紊馁式日新恬拳妒改肠若檬眉廓诵添屯癌荔战洽暖乳奉熄阻谍大支茨酉揖甚喘川翱岭米娇绣迟节啮髓经盗握括斗匿骚题侧纠囊跑号换陡绣该锡锗启科莲歇常榆祁坡猴切衬画怎岭幕间团堤知成携几坑听恶带渴前确糜刷庆捅影拴蜡捅所常兔肥容睹浇宣毅日挽菩牡捎花蔓反屋匙矛椒窥陕炎惧光挪荔孔囊娃涤烦番虐液赶秆磊爷喀氛
4、验馈象貉颤酷绸问枫辈尹氓嘱生物医用复合材料的发展和应用 班级:材料科学与工程1103班姓名:李海涛(2011010400)史赛赛(2011010410) 吴海泉( )董朝力( ) 李昂 ( )摘要:生物医用复合材料(biomedical composite materials)是由两种或两种以上的不同材料复合而成的生物医用材料它主要用于人体组织的修复、替换和人体器官的制造。长期临床应用发现,传统医用金属材料和高分子材料不具生物活性,与组织不易牢固结合,在生理环境中或植入体内后受生理环境的影响,导致金属离子或单体释放,造成对机体的不良影响。而生物陶瓷材料虽然具有良好的化学稳定性和相容性、高的强度
5、和耐磨、耐蚀性,但材料的抗弯强度低、脆性大,在生理环境中的疲劳与破坏强度不高,在没有补强措施的条件下,它只能应用于不承受负荷或仅承受纯压应力负荷的情况。因此,单一材料不能很好地满足临床应用的要求。利用不同性质的材料复合而成的生物医用复合材料,不仅兼具组分材料的性质,而且可以得到单组分材料不具备的新性能,为获得结构和性质类似于人体组织的生物医学材料开辟了一条广阔的途径,生物医用复合材料必将成为生物医用材料研究和发展中最为活跃的领域。 关键词: 陶瓷基;、金属基、 高分子基;、碳纤维、生物相容性、医用高分子材料、医用金属材料、医用无机材料、医用复合材料一、生物医用复合材料概述:1、发展状况:随着社
6、会文明进步、经济发展和生活水平日益提高,人类对自身的医疗康复事业格外重视。与此同时,社会人口剧增,交通工具大量涌现,生活节奏加快,疾病、自然灾害、交通事故、运动创伤和工伤等的频繁发生等,造成人们意外伤害剧增。因此,发展用于人体组织和器官再生与修复的生物医用材料具有重大社会效益。早在公元前3500年,埃及人就用棉花纤维、马鬃缝合伤口;墨西哥印第安人用木片修补受伤的颅骨;公元前500年的中国和埃及墓葬中发现假牙、假鼻和假耳;在1936年发明了有机玻璃后,很快用于制作假牙和补牙,至今仍在使用;1949年,美国首先发表了医用高分子的展望性论文,第一次介绍了利用PMMA作为人的头盖骨、关节和股骨,利用聚
7、酰胺纤维作为手术缝合线的临床应用情况;50年代,有机硅聚合物被用于医学领域,加速了器官代替、整容等的发展。由此我们看出这些用于修复人体器官的材料具有久远的发展历史,它们统称为生物医用材料。生物医用材料是一种新型材料,具有广泛的应用前景,仅高分子材料,全世界在医学上应用的就有90多个品种、1800余种制品,西方国家在医学上消耗的高分子材料每年以1020的速度增长。随着现代科学技术的发展尤其是生物技术的重大突破,生物材料的应用将更加广泛。2、定义:由于生物医用材料是一个新发展起来的领域,并没有严格的定义。以下是一些解释:生物医学材料指的是能够植入生物体或与生物组织相结合的材料,可用于诊断、治疗,以
8、及替换生物机体中的组织、器官或增进其功能。这些材料通过长期植入、短期植入、表面修复分别用于硬组织和软组织修复与替换。3、分类:、按材料组成和性质:医用高分子材料(聚乙烯、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、硅橡胶、聚乳酸、聚羟基乙酸);医用金属材料(不锈钢、钴基合金、钛和钛合金以及贵金属);医用陶瓷材料(羟基磷灰石材料);医用复合材料(金属基-陶瓷涂层体系等)。、按材料在生理环境中的生物化学反应水平:惰性的生物医用材料、生物活性材料、可生物降解和吸收的生物材料、按用途:骨骼-肌肉系统修复材料和替换材料(骨、牙、关节、肌腱)软组织材料(皮肤、乳房、食道、呼吸道膀胱) 心血管系统材料(人工心瓣膜
9、、血管、心血管内插管)医用膜材料(血液净化膜和分离膜、气体选择性透过膜、角膜接触镜)药物释放材料等。 4、 生物医用复合材料的选择要求 由于人体复杂的生理环境,植入体内的医用材料将会受到长期的物理、化学等生物因素的影响以及各生物组织或器官间普遍存在着很多的动态的相互作用,所以生物医用材料需要满足以下要求: 具有优良的组织和物理相容性; 具有优良的化学稳定性,即医用材料的结构或性质不因生物环境的作用而发生变化,同时医用材料不能引起生物体的排斥反应; 具有优良的机械性能,即医用材料要有足够的力学强度和柔韧性,能够承受生物的机械作用力,选用的医用材料要与生物组织的拉伸弯曲强度和模量、硬度以及耐磨性能
10、相一致; 具有优良的防菌性能、工艺成型性能,不会因加工困难而使其应用受到限制【1】。二、 生物医用复合材料研究现状 根据基体材料的不同,可将生物医用复合材料大致分为金属基、陶瓷基和高分子基复合材料三类。通过相应的工艺成型方法将各类材料制作成不同医学应用领域的生物复合材料。1 、金属基生物医用复合材料 金属基生物医用复合材料,例如不锈钢、钛合金等,与传统医学材料相比,金属基医用复合材料的力学强度高、柔韧性优良、耐疲劳性能好、成型工艺优异。但单一的金属材料在生理环境的应用中面临着腐蚀的重要问题,金属离子若向生物组织扩散将会引起毒副作用,而自身性质的退化易导致植入失效。因此一种即不易腐蚀又有很好的生
11、物相容性的金属基生物医用复合材料是科研人员所要研发的新型材料。 谈到金属医用材料,首当其冲人们会想起钛基材料。金属钛医用材料由于其高的强度、韧性以及良好的工艺成型而被广泛用于人工骨、人工关节、齿根材料等。对钛进行表面改性获得的钛基涂层复合材料,既具有足够的强度和韧性,又具有良好的生物相容性,被认为是目前综合金属材料和其它材料各自优点的最有效途径之一。Milella 等【2】采用溶胶-凝胶技术,通过在钛酸酯的醇溶液中加入少量水,使酯水解聚合成聚合胶体。在此溶液中浸提试样,干燥并经高温热处理,在钛和钛合金表面制备钛凝胶。如果在二氧化钛溶胶中加入钙盐和磷酸酯,可制得含钙和磷的复合涂层。选用不同的 C
12、a/P/Ti 配比,多次浸提,涂层各成分则呈梯度分布。涂层与基体间是磷酸钙与钛胶的中介层,钙磷的浓度由外到里逐渐减少,而钛的含量正好相反。在植入人体以后表现出良好的生物相容性。朱明刚等【3】同样采用溶胶-凝胶法,由质量比为 2. 86 1的硝酸钙和磷酸三甲脂配制的溶胶液,通过多次涂敷、烧结,在金属钛表面支撑了孔隙率为12%的 HA 生物涂层。层间形成一个 Ti、Ca、P 的成分过渡区,拉伸实验表明,界面结合强度为 28MPa。 同时,医用钛合金在临床上也得到了广泛应用。苏向东等【4】对 NiTi 合金的生物相容性进行的研究表明,pH 值在酸性、中性及弱碱范围内,0. 9% NaCI生理液、Ha
13、nks 模拟体液、Tyrodes 模拟血液的氧化还原电位不同使 NiTi 合金中 Ni 离子释放量呈现出差异,其中 Tyrodes 模拟血液中 Ni 离子的释放量较高; NiTi 合金 Ni 离子释放量的影响表现为随着模拟体液 pH 值的增大而降低,随 Cl浓度增加而增大;NiTi 合金在生理液中表现出较强的 Ni 元素选择性腐蚀行为,Ti 则腐蚀微弱,点蚀是其主要的腐蚀。2、 陶瓷基生物医用复合材料 以陶瓷、玻璃作为基体材料的陶瓷基复合材料是一种具有广阔应用前景的医用材料,它是通过将晶片、晶须、颗粒、纤维等不同的增强材料引入陶瓷中而获得的一类复合材料。有文献数据显示人体骨骼中钙、磷的总含量达
14、到了 58%,因此许多科研人员就将钙磷陶瓷当做一种骨骼移植材料来开发。早期使用的陶瓷材料在植入生命体内后不能与骨组织形成键,例如氧化铝陶瓷,到 70 年代就出现了一些具有生物亲和性的活性陶瓷。随着临床应用,生物活性陶瓷作为一种骨骼修复材料逐渐开始应用。但生物陶瓷材料本身同时具有弯曲强度较低、弹性性能较差的特点,因而单靠陶瓷材料不能满足目前医学水平的发展。但将生物活性陶瓷与其它材料进行复合后,就生成了一种同时具备各组分本身性能又增加新性能的陶瓷基生物医用复合材料。 Towler【5】通过运用烧结纳米 ZrO2材料制备了高致密度的 HAP-ZrO2生物陶瓷复合材料,为降低烧结温度而使用的纳米 Zr
15、O2,使 HA 在高温下不会分解、HA 相仍为主相。在传统的烧结过程中这种分解经常发生,而且与纯 HA 相比,复合材料的强度要高于前者。黄传勇等【6】运用化学共沉淀法制备了羟基磷灰石及二氧化锆超细粉,通过优化不同材料的组合烧结,制备出 HAP-ZrO2二元体系的生物陶瓷复合材料,并通过红外光谱分析、X 线衍射、扫描电镜、透射电镜等测试手段揭示了材料矿物的组成以及显微结构。二元体系生物陶瓷复合材料 HAP-ZrO2的弯曲强度达到了 120MPa,断裂韧性达到1. 74MPam-1 /2,性能几乎为纯 HA 的两倍,接近人体骨组织。致密人骨的弯曲强度可达 160MPa,断裂韧性为 2. 2MPam
16、-1 /2。结果表明,生物陶瓷复合材料在力学性能、化学稳定性及生物相容性方面具有较好表现,生物陶瓷复合材料应用前景广阔。目前国外已制备了含有 ZrO2的纳米羟基磷灰石复合材料,材料的强度和韧性等性能可达到甚至超过致密的人体骨骼的相应指标。通过调节 ZrO2与 HAP 之间的含量,使该纳米复合人工骨材料具备优良的生物相容性。生物陶瓷复合材料的研究已经成为现代医学领域中一个不可或缺的重要组成部分。目前人们刚刚意识到生物陶瓷复合材料在医学领域的应用前景,这方面的研究也仅停留在试验阶段。因此,对于生物陶瓷复合材料方面的理论基础研究是崭新的。3 、高分子基生物医用复合材料医用高分子材料是高分子基生物复合
17、材料,部分可来自天然产物,也可人工合成。高分子医用材料按其性质可分为生物降解型和非降解型。生物降解型高分子医用材料主要用于送达载体和药物释放及非永久性植入装置等,可以在生物体环境作用下发生性能蜕变和结构破坏,并要求其降解产物可被机体吸收或者进行正常的新陈代谢排出体外,包含胶原、纤维素、线性脂肪族聚酯、聚氨基酸及聚乙烯醇等。非降解型高分子材料主要用于对人体软、硬组织修复体、人造血管、接触镜、人工器官、粘接剂及管腔制品等的制造,且要求在生物体环境中能长期保持稳定,不发生降解、交联及物理磨损等,物理机械性能良好。虽然绝对稳定的聚合物不存在,但还是要求材料本身和降解产物不能对机体产生明显毒副作用,同时
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 生物 医用 复合材料 发展 应用
链接地址:https://www.31doc.com/p-2364379.html