鈦及生物醫(yī)學材料ppt課件

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第十三章鈦及生物醫(yī)學材料 1 羥基磷灰石涂層鈦基牙種植體 2 一定義 生物醫(yī)學材料是指具有特殊性能 特種功能 用于人工器官 外科修復 理療康復 診斷 治療疾患 而對人體組織不會產(chǎn)生不良影響的材料 3 二產(chǎn)生背景 生物醫(yī)學材料是生物醫(yī)學工程支柱之一 是材料科學與物理學 化學 生物學及臨床科學越來越緊密地結(jié)合的結(jié)果 為醫(yī)學 藥物學及生物學等學科的發(fā)展提供了豐富的物質(zhì)基礎 作為材料學的一個重要分支 它對于促進人類文明的發(fā)展必將作出更大的貢獻 4 三性能要求 無毒性 不致癌 不致畸 不引起人體細胞的突變和組織細胞的反應 與人體組織相容性好 不引起中毒 溶血凝血 發(fā)熱和過敏等現(xiàn)象 化學性質(zhì)穩(wěn)定 抗體液 血液及酶的作用 具有與天然組織相適應的物理機械特性 針對不同的使用目的具有特定的功能 5 四分類 1生物醫(yī)學金屬材料 6 醫(yī)用金屬材料是作為生物醫(yī)學材料的金屬或合金 具有很高的機械強度和抗疲勞特性 是臨床應用最廣泛的承力植入材料 主要包括鈷合金 Co Cr Ni 鈦合金 Ti 6A1 4V 和不銹鋼的人工關節(jié)和人工骨 鎳鈦形狀記憶合金具有形狀記憶的智能特性 能夠用于矯形外科 心血管外科 7 分類 2生物醫(yī)學高分子材料 8 生物醫(yī)學高分子材料有天然的和合成的兩種 發(fā)展得最快的是合成高分子醫(yī)用材料 通過分子設計 可以獲得很多具有良好物理機械性和生物相容性的生物材料 9 軟性材料常用作為人體軟組織如血管 食道和指關節(jié)等的代用品 合成的硬材料可以用作人工硬腦膜 籠架球形的人工心臟瓣膜的球形閥等 液態(tài)的合成材料如室溫硫化硅橡膠可以用作注入式組織修補材料 10 3生物醫(yī)學無機非金屬材料或生物陶瓷 分類 11 生物醫(yī)用陶瓷材料化學性質(zhì)穩(wěn)定 具有良好的生物相容性 生物陶瓷主要包括兩類 惰性生物陶瓷 如氧化鋁等 具有較高的強度 耐磨性能良好 生物活性陶瓷 如羥基磷灰石等 具有能在生理環(huán)境中逐步降解和吸收 或與生物機體形成穩(wěn)定的化學鍵結(jié)合的特性 因而具有極為廣闊的發(fā)展前景 12 4生物醫(yī)學復合材料 分類 13 生物醫(yī)學復合材料是由兩種或兩種以上不同材料復合而成的生物醫(yī)學材料 主要用于修復或替換人體組織 器官或增進其功能以及人工器官的制造 14 分類鈷合金和聚乙烯組織的假體常用作關節(jié)材料 碳 鈦合成材料是臨床應用良好的人工股骨頭 高分子材料與生物高分子 如酶 抗源 抗體和激素等 結(jié)合可以作為生物傳感器 15 5生物醫(yī)學衍生材料 分類 16 生物衍生材料是經(jīng)過特殊處理的天然生物組織形成的生物醫(yī)學材料 經(jīng)過處理的生物衍生材料是無生物活力的材料 但是由于具有類似天然組織的構(gòu)型和功能 在人體組織的修復和替換中具有重要作用 主要用作皮膚掩膜 血液透析膜 人工心臟瓣膜等 17 五未來發(fā)展方向 在保證安全性的前提下尋找組織相容性更好 耐腐蝕 持久性更好的多用途生物醫(yī)學材料 18 組織相容性 材料與活體組織之間相互容納的程度 1提高生物醫(yī)學材料的組織相容性 19 組織的生物學反應除了全身性的毒性外 更多的是材料周圍組織的局部反應 當材料作為一種異物或抗原與機體接觸時 會引起機體產(chǎn)生一系列防御反應 包括體液和細胞反應及補體活化 臨床表現(xiàn)為過敏性反應特征 這就提示了人們對生物材料致免疫特性研究的必要性 20 2醫(yī)學材料的生物功能化和生物智能化 五未來發(fā)展方向 21 原理 對材料表面進行分子生物學設計 主要方法 將一些有生理功能的物質(zhì)如蛋白質(zhì) 多肽 酶和細胞生長因子等固定在材料表面 充當鄰近細胞 基質(zhì)或可溶性因子的配基或受體 使表面形成一個能與生物活體相適應的過渡層 效果 傳統(tǒng)的生物材料經(jīng)表面分子設計后 增加了界面相容性 使異物反應減至最小 有效地改變了與組織 細胞結(jié)合的能力 22 五未來發(fā)展方向 3金屬材料在生物醫(yī)用材料中的應用 23 隨著科學技術(shù)的發(fā)展和外科醫(yī)療水平的提高 先后開發(fā)了不銹鋼 鈷合金 工業(yè)純鈦及鈦合金等一系列金屬生物醫(yī)學材料 金屬生物材料必須滿足生物 化學和機械力學等各項性能的要求 24 鈦和鈦合金的彈性模量最低 與人骨最為接近 有利于降低或消除植入物與人骨界面的應力屏蔽 避免假體松動 降低表面銹蝕 另外鈦金屬強度高 無毒 生物相容性好和抗腐蝕 抗疲勞 因而成為矯形外科 骨骼置換和關節(jié)修復等外科手術(shù)中最引人注目的金屬材料 25 4生物醫(yī)用材料的治療特性增強 五未來發(fā)展方向 26 生物醫(yī)學材料的發(fā)展不僅局限于作為人體相應器官的假體和代用品 利用多種學科的交叉研制具有治療特性的生物醫(yī)學材料也是未來的重要方向 研究表明 腫瘤部位的神經(jīng)和血管都不發(fā)達 其血流量僅為正常組織的1 15 在腫瘤部位注入或植入陶瓷材料熱種子 在交變磁場作用下通過磁滯加熱可使癌細胞死亡 其定位準確 安全可靠 27 通常鐵磁材料不具備生物活性 加熱后要用外科手術(shù)的方法植入或除去 而鐵磁微晶玻璃有良好的生物相容性 即使長期留在人體內(nèi)也無不良影響 同時滿足強磁性和良好的生物活性要求 28 隨著材料工業(yè)的發(fā)展和人工器官的廣泛應用 生物材料這門新興交叉學科已經(jīng)成為新技術(shù)革命的一個重要組成部分 經(jīng)濟發(fā)達國家已形成了新型的生物材料工業(yè)體系 由過去生產(chǎn)通用商品材料的工廠轉(zhuǎn)為由專業(yè)工廠來生產(chǎn) 六生物醫(yī)學材料產(chǎn)業(yè) 29 生物材料產(chǎn)品數(shù)目眾多 僅就高分子材料而言 世界范圍內(nèi)在醫(yī)學上的應用已達9O多個品種 1800余種制品 而且每年創(chuàng)新的材料數(shù)量正以10 15 的速度增長 根據(jù)預計 到2010年這個產(chǎn)業(yè)的市場銷售額將達到4O00億美元 可以達到藥物市場的銷售額 30 七中國生物醫(yī)學材料 中國生物醫(yī)學材料的應用和開發(fā)研究起步較晚 隨著政府的重視和投入的不斷增加 取得一批較高水平的研究和科研成果 如生物活性骨 關節(jié)系統(tǒng)替換材料 人工心臟瓣膜等心血管替換材料以及眼科手術(shù)用高分子復合材料等 31