特種陶瓷材料及工藝授課教師：蔣百靈教授材料科學(xué)與工程學(xué)院第八章-生物材料

生物材料是用于與生命系統(tǒng)接觸和發(fā)生相互作用的，并能歲細胞、組織和器官進行診斷治療、替換修復(fù)或誘導(dǎo)再生的一類天然或人工合成的特殊功能材料。生物材料是材料科學(xué)領(lǐng)域中正在發(fā)展的多種學(xué)科相互交叉滲透的領(lǐng)域，其研究內(nèi)容涉及到材料科學(xué)、生命科學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、解剖學(xué)、病理學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、藥科學(xué)等學(xué)科，同時還涉及工程技術(shù)和管理科學(xué)的范疇。生命材料有人工合成和天然材料，有單一材料、復(fù)合材料以及活體細胞或天然組織與無生命的材料結(jié)合而成的雜化材料。生命材料本身不是藥物，其治療途徑是以與無生物機體直接結(jié)合和相互作用為基本特征，可以說，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的進步與生物材料的發(fā)展是密不可分的。第八章-生物材料8.1.1根據(jù)材料屬性分類生物材料可分為生物醫(yī)用金屬材料、生物醫(yī)用高分子材料、生物陶瓷、生物醫(yī)用復(fù)合材料四類。1）生物醫(yī)用金屬材料是用作生物醫(yī)學(xué)材料的金屬或合金，具有高的機械強度和抗疲勞性能，應(yīng)用非常廣泛，遍及硬組織、軟組織、人工器官和外科輔助器材等各個方面。2）生物醫(yī)用高分子材料該材料除應(yīng)滿足一般的物理、化學(xué)性能外，還必須具有足夠好的生物相容性。按性質(zhì)可分為：非降解型和可生物降解型。主要用于人體軟、硬組織修復(fù)體、人工器官、人造血管、接觸鏡、膜材等方面。8.1生物材料的分類第八章-生物材料8.1.1根據(jù)材料屬性分類3）生物陶瓷又稱醫(yī)用非金屬材料，包括陶瓷、玻璃、碳素等，此類材料化學(xué)性能穩(wěn)定，具有良好的生物相容性。一般來說，生物陶瓷包括惰性生物陶瓷、活性生物陶瓷和功能活性生物陶瓷三類。4）生物醫(yī)用復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同材料復(fù)合而成的，且與其所有單體的性能相比，復(fù)合材料的性能都有較大程度的提高。該類材料主要用于修復(fù)或替換人體組織、器官或增進其功能以及人造器官的制造，它除應(yīng)具有預(yù)期的物理化學(xué)性質(zhì)外，還必須滿足生物相容性的要求。8.1生物材料的分類第八章-生物材料8.1.2根據(jù)材料的生物性能分類1）生物惰性材料指一類在生物環(huán)境中能保持穩(wěn)定、不發(fā)生活僅發(fā)生微弱化學(xué)法英的生物醫(yī)學(xué)材料，主要是生物陶瓷類和醫(yī)用合金類材料。包括：氧化物陶瓷；玻璃陶瓷；Si3N4陶瓷；醫(yī)用碳素材料和醫(yī)用金屬材料。2）生物活性材料是一類能誘發(fā)出或調(diào)節(jié)生物活性的生物醫(yī)學(xué)材料，羥基磷灰石是一種典型的生物活性材料，當(dāng)植入體內(nèi)時不僅能傳導(dǎo)成骨，而且能與新骨形成骨鍵合。生物活性材料主要包括：羥基磷灰石；磷酸鈣生物活性材料；磁性材料和生物陶瓷。8.1生物材料的分類第八章-生物材料8.1.2根據(jù)材料的生物性能分類3）生物降解材料指在被植入人體后，能不斷地發(fā)生分解，分解產(chǎn)物能夠被生物體所吸收或排出體外的一類材料。主要包括β-TCP生物降解陶瓷和生物藥物載體兩類。前者用于修復(fù)良性骨腫瘤或瘤樣病變手術(shù)刮除后所致?lián)p傷；后者主要用作微藥庫型載體，可根據(jù)要求制成一定形狀和大小的中空結(jié)構(gòu)，用于各種骨科疾病。4）生物復(fù)合材料8.1生物材料的分類第八章-生物材料任何一種材料要作為生物醫(yī)用材料使用的話，除了應(yīng)具有必要的理化特性外，還需要滿足在生理環(huán)境下工作的生物學(xué)要求，即應(yīng)具有良好的生物相容性，這是生物醫(yī)用材料區(qū)別于其他材料的基本特征。1）組織反應(yīng)生物材料植入機體后，通過材料與機體組織的直接接觸與相互作用而產(chǎn)生兩種反應(yīng)，其一是宿主反應(yīng)，即機體組織與生物活體系統(tǒng)對材料作用的反應(yīng)；其二是材料反應(yīng)，即材料對機體生理環(huán)境作用的反應(yīng)。如圖8.2生物材料的特征與評價第八章-生物材料2）生物相容性生物材料在與集體組織發(fā)生直接接觸與相互作用時會產(chǎn)生有損傷機體的宿主反應(yīng)和有損傷材料性能的材料反應(yīng)，這種對材料生理環(huán)境條件下應(yīng)具有的特殊性能要求通常用生物相容性來表征。根據(jù)材料使用的目的和要求不同通常分為三類：血液相容性；組織相容性和生物降解吸收性。8.2生物材料的特征與評價第八章-生物材料8.3.1生物金屬材料金屬材料的種類很多，但能夠在人體生理環(huán)境條件下長期安全服役的卻不多。經(jīng)過長期的研究和臨床篩選而得到廣泛應(yīng)用的金屬材料主要有醫(yī)用不銹鋼、醫(yī)用鈷基合金、純鈦與醫(yī)用鈦合金、醫(yī)用形狀記憶合金和醫(yī)用貴金屬，此外還有醫(yī)用的磁性合金等。8.3.2生物陶瓷材料生物陶瓷材料廣義上指與人體工程相關(guān)的陶瓷材料，這類材料可以按應(yīng)用領(lǐng)域和化學(xué)成分進行分類，根據(jù)目前研究開發(fā)的狀況，生物陶瓷材料大體上可分為生物惰性陶瓷、生物活性陶瓷和色復(fù)合材料三類。8.3生物材料的合成與應(yīng)用第八章-生物材料8.3.3生物高分子材料生物高分子材料是一類用于臨床醫(yī)學(xué)的高分子材料，是生物材料的重要組成部分。生物高分子材料按其來源可分為天然高分子材料和人工合成高分子材料兩類。按材料的性質(zhì)可分為非降解型和可生物降解性兩類醫(yī)用高分子材料。按使用目的來劃分，則生物高分子材料又可分為軟組織修復(fù)替代材料、硬組織生物替代材料、介入性治療醫(yī)用材料、口腔科醫(yī)用材料、血液吸附凈化材料和心血管系統(tǒng)醫(yī)用材料等。8.3生物材料的合成與應(yīng)用第八章-生物材料8.3.4復(fù)合生物材料復(fù)合生物材料同其他復(fù)合材料醫(yī)用均是由兩種或兩種以上的不同類材料通過復(fù)合工藝組合而成的新型材料。由于人體的絕大多數(shù)組織都可視為復(fù)合材料，故研究與開發(fā)復(fù)合材料一直是生物材料發(fā)展中最活躍的領(lǐng)域之一。8.3.5新型生物材料新型生物材料主要分為醫(yī)用酶、生物衍生材料、生物技術(shù)衍生生物材料和生物分子材料等等。8.3生物材料的合成與應(yīng)用第八章-生物材料

目前所使用的生物材料有人工合成材料和天然材料，這些材料大多屬于生物“惰性”材料，不能為種子細胞的附著和生長提供良好的生物界面。為了使生物材料具有良好的生物相容性和細胞親和性，需對材料進