第9章--生物医学功能材料.pptx
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1、亚洲四大邪术亚洲四大邪术:中国中国PSPS术,泰国变性术、日本化妆术,韩国术,泰国变性术、日本化妆术,韩国整容术整容术整容术整容术整容术整容术生物医学材料是用于与生命系统生物医学材料是用于与生命系统接触接触和发生相互作用的,并能对其细胞、组织和器官和发生相互作用的,并能对其细胞、组织和器官进行进行诊断治疗、替换修复或诱导再生诊断治疗、替换修复或诱导再生的一类的一类天然或人工合成天然或人工合成的特殊功能材料,又称生物材的特殊功能材料,又称生物材料。料。9.1 9.1 生物医学材料的特征与评价生物医学材料的特征与评价9.2 9.2 人工器官与生物医学材料人工器官与生物医学材料9.3 9.3 药物载
2、体药物载体9.4 9.4 组织工程材料组织工程材料?公元前公元前50005000年,黄金修复失牙;年,黄金修复失牙;公元前公元前35003500年,古埃及,棉花纤维、马鬃等缝合伤口;年,古埃及,棉花纤维、马鬃等缝合伤口;公元前公元前25002500年,中国、埃及,假手、假鼻、假耳等人工假体;年,中国、埃及,假手、假鼻、假耳等人工假体;隋末唐初,银膏补牙隋末唐初,银膏补牙-成分是银、锡、汞,与现代牙齿填充材料汞齐合金类似。成分是银、锡、汞,与现代牙齿填充材料汞齐合金类似。18511851年发明年发明天然橡胶的硫化方法后,开始利用天然高分子硬橡木制作人工牙托天然橡胶的硫化方法后,开始利用天然高分子
3、硬橡木制作人工牙托和颚骨进行临床治疗;和颚骨进行临床治疗;18921892年,用硫酸钙填充骨缺损,这是陶瓷材料植入人体的最早实例。年,用硫酸钙填充骨缺损,这是陶瓷材料植入人体的最早实例。7070年代后,医用复合材料研究开发。年代后,医用复合材料研究开发。9090年代以后,借助于生物技术和基因工程的发展,由无生物存活性材料扩展到年代以后,借助于生物技术和基因工程的发展,由无生物存活性材料扩展到具有生物学功能的材料领域,其基本特征是具有促进细胞分化、增殖、诱导组织再生、具有生物学功能的材料领域,其基本特征是具有促进细胞分化、增殖、诱导组织再生、参与生命活动等功能。参与生命活动等功能。公元前公元前5
4、0005000年,黄金修复失牙;年,黄金修复失牙;公元前公元前35003500年,古埃及,棉花纤维、马鬃等缝合伤口;年,古埃及,棉花纤维、马鬃等缝合伤口;公元前公元前25002500年,中国、埃及,假手、假鼻、假耳等人工假体;年,中国、埃及,假手、假鼻、假耳等人工假体;隋末唐初,银膏补牙隋末唐初,银膏补牙-成分是银、锡、汞,与现代牙齿填充材料汞齐合金类似。成分是银、锡、汞,与现代牙齿填充材料汞齐合金类似。18511851年发明天然橡胶的硫化方法后,开始利用天然高分子硬橡木制作人工牙托年发明天然橡胶的硫化方法后,开始利用天然高分子硬橡木制作人工牙托和颚骨进行临床治疗;和颚骨进行临床治疗;1892
5、1892年,用年,用硫酸钙硫酸钙填充骨缺损,这是陶瓷材料植入人体的最早实例。填充骨缺损,这是陶瓷材料植入人体的最早实例。7070年代后,年代后,医用复合材料医用复合材料研究开发。研究开发。9090年代以后,借助于生物技术和年代以后,借助于生物技术和基因工程基因工程的发展,由无生物存活性材料扩展到的发展,由无生物存活性材料扩展到具有生物学功能的材料领域,其基本特征是具有促进细胞分化、增殖、诱导组织再生、具有生物学功能的材料领域,其基本特征是具有促进细胞分化、增殖、诱导组织再生、参与生命活动等功能。参与生命活动等功能。9.1 9.1 生物医学材料的特征与评价生物医学材料的特征与评价l生物材料的研究
6、内容、分类和基本性能要求生物材料的研究内容、分类和基本性能要求l生物材料的生物相容性及生物学评价生物材料的生物相容性及生物学评价l生物材料的研究现状、研究方向和发展趋势生物材料的研究现状、研究方向和发展趋势研究内容研究内容(1)生物体的生理环境、组织结构、器官生理功能及其替代方法的研究。(2)具有特种生理功能的生物医学材料的合成、改性、加工成形以及材料的特种生理功能与其结构关系的研究。(3)材料与生物体的细胞、组织、体液、免疫、内分泌等生理系的相互作用以及减少材料毒副作用的对策和方法研究。(4)生物医学材料的卫生处理和管理,及其医用安全性评价方法与标准的研究。生物医生物医药材料学是多材料学是多
7、门学科的共同学科的共同协作、互相借作、互相借鉴、突破旧有学科的狭小范、突破旧有学科的狭小范围而开而开创的一的一门新学科。新学科。9.1 9.1 生物医学材料的特征与评价生物医学材料的特征与评价临床医学临床医学(Clinical Medicine)主要是根据基础医学的基础,对病患的问题(有关身体或心理的疑问、不适或疾病)加以诊断、治疗的学科。医院内部医院内部分工来说,则分为临床、医技、行政、工勤等部门9.1 9.1 生物医学材料的特征与评价生物医学材料的特征与评价见课本的内容!钛与钛合金钛与钛合金羟基磷灰石生物活羟基磷灰石生物活性陶瓷人工骨性陶瓷人工骨人造人造髋骨髋骨生物陶瓷听小骨生物陶瓷听小骨
8、合金制股骨帽合金制股骨帽玻璃钢人工颅盖骨玻璃钢人工颅盖骨生物医学材料的基本性能要求生物医学材料的基本性能要求(1)生生物物相相容容性性 对于人体无毒,无刺激,无致畸、致敏、致癌,不排斥,无炎症,无溶血、凝血反应等。(2)化化学学稳稳定定性性 耐体液侵蚀,不产生有害降解产物;不产生吸水膨润、软化变质;自身不变化等。(3)力力学学条条件件 足够的静态强度,如抗压、抗弯等;具有适当的弹性模量和硬度;耐疲劳、耐摩擦、耐磨损、有润滑性能。(4)其他要求)其他要求 良好的孔隙度,易加工成形,热稳定性好。9.1 9.1 生物医学材料的特征与评价生物医学材料的特征与评价生物医学材料的生物相容性生物医学材料的生
9、物相容性生物相容性根据材料接触部位分为三类:(1)血液相容性:)血液相容性:材料用于心血管系统与血液直接接触,主要考察材料与血液的相互作用;(2)组织组织相容性:相容性:材料与心血管外的组织和器官接触,主要考察与组织的相互作用,也称一般生物相容性;(3)力学相容性:)力学相容性:对于植入体内承受负荷,以及要求其弹性形变和植入部位的组织的弹性形变相协调的生物材料的力学性能。材料与机体组织发生两种反应:材料反应和宿主反应。宿主反宿主反应应:生物机体对植入材料的反应(局部组织反应,全身毒性反应,过敏反应,致癌、致畸、致突变反应、适应性反应)。材料反材料反应应:材料对生物机体作用产生的反应(生理腐蚀、
10、吸收、降解及失效)。9.1 9.1 生物医学材料的特征与评价生物医学材料的特征与评价Ti-O薄膜表面血小薄膜表面血小板的形态板的形态(好好)Ti-O薄膜表面血薄膜表面血小板的形态小板的形态(差差)9.1 9.1 生物医学材料的特征与评价生物医学材料的特征与评价生物相容性评价:生物相容性评价:体外体外试验试验:溶出物测定、溶血试验、细胞毒性试验等。动动物物体内体内试验试验:急性全身毒性试验、刺激试验、致突变实验、肌肉埋植试验、致敏试验、长期体内试验等。生物材料研究现状:生物材料研究现状:多处于经验和半经验阶段,为满足应用要求。目前进入“生物医学材料分子设计学”的建立积累数据和资料的阶段,个别性能
11、的分子设计已被应用。较活跃的生物医学材料主要有高抗凝血材料、生物活性陶瓷及玻璃、钛及钛合金、镍钛记忆合金、生物活性缓释材料及靶向药物在体材料、生物粘合剂、可生物降解与可吸收性生物材料、纳米生物材料、智能与杂化材料和血液净化材料。9.1 9.1 生物医学材料的特征与评价生物医学材料的特征与评价生物材料研究方向生物材料研究方向p生物相容性的分子设计学研究;p血液相容性材料研究;p生物膜材料研究;p缓释材料研究;p天然生物材料中再生胶原及弹性纤维蛋白的稳定化和增强处理方法、甲壳素和透明质酸代替物的应用研究;p生物陶瓷生物陶瓷和生物玻璃材料的研究;p医用钛及钛合金、镍钛合金材料表面与体液相互作用机理和
12、生化反应及金属表面生物惰性化处理方法的研究;p生物材料表面修饰学的研究;p生物相容性的表征及评价方法研究;生物活性材料、仿生材料、智能材料、生物/合成杂化材料的研究。9.1 9.1 生物医学材料的特征与评价生物医学材料的特征与评价l单晶氧化铝c 轴方向具有相当高的抗弯强度,耐磨性能好,耐热性好,可以直接与骨固定。l已被用作人工骨、牙根、关节、螺栓。并且该螺栓不生锈,也不会溶解出有害离子,与金属螺栓不同,勿需取出体外。l60年代后期,广泛用作硬组织修复。l70年代至80年代中期,世界许多国家如美国、日本、瑞士等国家,都对氧化物陶瓷,特别是氧化铝生物陶瓷进行了广泛的研究和应用。l由于氧化铝陶瓷植入
13、人体后表面生成极薄的纤维膜,界面无化学反应,多用于全臀复位修复术及股骨和髋骨部连接。l通过火焰熔融法制造的单晶氧化铝,强度很高,耐磨性好,可精细加工,制成人工牙根、骨折固定器等。多晶氧化铝,即刚玉,强度大,用于制作人工髋关节,人工骨,人工牙根和关节。l单晶氧化铝陶瓷的机械性能更优于多晶氧化铝,适用于负重大、耐磨要求高的部位,但其不足之处在于加工困难。中国陶瓷在实验室研究水准上完全可达到ISO 标准,但用于临床仍有一定差距,材料未达到ISO 标准。氧化铝生物陶瓷生物材料发展趋势生物材料发展趋势 筛选现有或新出现的材料;研究材料的相容性、机械性和老化性;表面修饰的研究;材料的分子设计。9.29.2
14、人工器官与生物医学材料人工器官与生物医学材料l人工器官概述人工器官概述l人工器官的种类及基本原理人工器官的种类及基本原理l人工器官的现状及发展人工器官的现状及发展9.29.2人工器官与生物医学材料人工器官与生物医学材料 人工器官人工器官是用人工材料制是用人工材料制成能部分或全部替代病成能部分或全部替代病损损的自的自然器官,以然器官,以补偿补偿、替代或修复、替代或修复自然器官的功能的器件或装置。自然器官的功能的器件或装置。除人除人脑脑外,几乎人体各个器外,几乎人体各个器官都在官都在进进行人工仿真研制。行人工仿真研制。9.29.2人工器官与生物医学材料人工器官与生物医学材料人工心脏人工心脏是推动血
15、液循环完全替代或部分替代人体心脏功能的机械心脏。人工心脏关键是血泵。血泵:包括膜式血泵、囊型血泵、管型血泵、摆形血泵及螺形血泵五种,材料有硅橡胶、甲基硅橡胶、嵌段硅橡胶、聚氨酯、聚醚氨酯、聚四氟乙烯织物、聚酯织物复合物、聚烯烃橡胶、生物高分子材料以及高分子复合材料,其中聚氨酯性能最好。9.29.2人工器官与生物医学材料人工器官与生物医学材料人工心脏瓣膜人工心脏瓣膜 指能使心脏血液单向流动而不返流,具有人体心脏瓣膜功能的人工器官。人工心脏瓣膜主要有两类:生物瓣和机械瓣。机械瓣机械瓣:最早使用的是笼架球瓣,是在一金笼架内有一球形阻塞体(阀体),制瓣材料一般包括:坚硬材料(支架)、弹性材料(阻塞体)
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