生物醫用材料2021/3/29星期一1定義：生物材料（Biomaterials）即生物醫學材料（BiomedicMaterials）指“以醫療為目的的用于與組織接觸以形成功能無生命的材料”特征：用于與生命系統接觸和發生相互作用的，并能對其細胞、組織和器官進行診斷治療、替換修復或誘導再生的一類特殊的功能材料

生物材料是材料科學領域中正在發展的多種學科相互交叉滲透的領域，其研究內容涉及材料科學、生命科學、化學、生物學、解剖學、病理學、臨床醫學、藥物學等學科，同時還涉及工程技術和管理學科的范疇第一章生物醫用材料概述2021/3/29星期一2

生物醫用金屬材料:不銹鋼、鈷基合金，鈦及合金等廣泛應用于人工假體、人工關節、醫療器械等生物醫用無機材料:主要是生物陶瓷分為惰性生物陶瓷，如氧化鋁生物陶瓷表面生物活性陶瓷，如磷酸鈣基生物陶瓷可降解生物陶瓷，如β-磷酸三鈣陶瓷等生物醫用高分子材料天然的如多糖類、蛋白類合成的聚氨酯、聚乙烯、聚乳酸、聚四氟乙烯等，用于人體器官、組織、關節、藥物載體等生物醫用復合材料

不同種材料的混合或結合，克服單一材料的缺點，獲得性能更優的材料2021/3/29星期一3第二章醫用無機材料一生物醫用無機材料的基本條件：

1.良好的生物相容性

2.雜質元素及溶出物含量低

3.有效性

4.成型加工性能

5.良好的耐消毒滅菌性2021/3/29星期一4二生物醫用無機材料分類生物醫用無機材料生物陶瓷材料生物玻璃材料生物玻璃陶瓷生物醫用無機骨水泥生物復合無機材料2021/3/29星期一5第二節生物醫用陶瓷材料

定義：生物陶瓷是指與人體工程有關的可用于人體組織修復的一類陶瓷材料特點：⑴在人體內理化性能穩定，具有良好的生物相容性；

⑵材料的性能可通過成分的設計進行控制；⑶容易成型，可按需要制成各種形狀⑷容易著色，是良好的口腔材料2021/3/29星期一6典型的生物醫用陶瓷材料氧化呂陶瓷醫用碳材料性生物活性陶瓷可吸收生物陶瓷41232021/3/29星期一7第三節生物醫用無機骨水泥

骨水泥作為人工合成替代材料中的重要組成部分，在硬組織缺損修復和固定移植體過程中起著不可低估的作用發展歷程：第一代PMMA骨水泥第二代磷酸鈣骨水泥CPC新型CPC2021/3/29星期一8生物陶瓷中耳通氣引流管生物陶瓷人工聽小骨假體心臟瓣膜玻璃碳2021/3/29星期一9第一代PMMA骨水泥:優點：易成型和粘結性能好缺點：材料化學成份與人體骨成份完全不同，生物相容性差；單體放熱劇烈；細胞毒性；引起過敏第二代磷酸鈣骨水泥CPC20世紀80年代中期，E.brown和chow發現由幾種磷酸鈣鹽組成的混合物能在人體環境和溫度下自行固化，水化硬化過程基本不放熱，其水化成分最終轉化為羥基磷灰石由此可構成類似于硅酸鹽水泥樣的磷酸鈣水泥，用與人體骨的修復，故稱磷酸鈣骨水泥新型CPC的研究

1.藥物控釋骨水泥

2.注射型骨水泥

3.生物活性骨水泥2021/3/29星期一10第三章醫用金屬材料定義：是一種用作生物醫用材料的金屬或合金，又稱作外科用金屬材料或醫用金屬材料，是一類生物惰性材料。2021/3/29星期一11醫用金屬材料的特性與要求(1)生物相容性:即生物學反應最小(2)優良的機械性能:

強度與彈性模量（與生物體匹配）耐磨性(3)耐腐蝕性能：腐蝕不僅降低或破壞金屬材料的機械性能，導致斷裂，還產生腐蝕產物，對人體有刺激性和毒性。2021/3/29星期一12常用的醫用金屬材料1)齒科：鑲牙、齒科矯形、牙根種植及輔助器件2)人工關節和骨折內固定器械：人工肩關節、肘關節、全髖關節、半髖關節、膝關節、踝關節、腕關節及指關節。各種規格的皮質骨和松質骨加壓螺釘、脊椎釘、骨牽引鋼絲、人工椎體和顱骨板等，3)心血管系統：各種傳感器、植入電極的外殼和合金導線，可制作不銹鋼的人工心臟瓣膜、血管內擴張支架等4)其它：如用于各種眼科縫線、人工眼導線、眼眶填充、固定環等。2021/3/29星期一13

醫用金屬材料的腐蝕

腐蝕：材料與周圍介質的化學、電化學或物理溶解作用而導致的破壞過程。

是金屬與它所處的環境之間發生的一種不希望出現的化學反應，

將會導致金屬形成氧化物、氫氧化物或其他化合物而持續析出

2021/3/29星期一14金屬材料的耐腐蝕性能的途徑

（1）在材料表面形成保護層（2）提高材料表面光潔度（3）物理化學方法(改善金屬生物材料表面性能的主要方法)a.熱噴涂b.脈沖激光融覆c.離子濺射d.噴砂法e.電結晶法f.電化學法g.離子注入2021/3/29星期一15醫用金屬材料研究進展

醫用鎂及鎂合金材料的研究鎂合金具備作為可降解骨植入材料的多方面優點：(1)鎂是人體內含量最多的陽離子之一，幾乎參與人體內所有的新陳代謝過程。(2)鎂及鎂合金的彈性模量約為45GPa，更接近人骨的彈性模量，能有效降低應力遮擋效應；鎂與鎂合金的密度約為1.7g/cm3，與人骨密度(1.75g/cm3)接近，符合理想接骨板的要求。(3)鎂具有獨特的體內降解性能

。(4)鎂資源豐富，價格低廉。2021/3/29星期一16第四章生物醫用復合材料生物醫用復合材料——是由兩種或兩種以上不同材料復合而成的生物醫用材料1.分類：復合材料一般有基體材料和增強材料組成

(1)按基體：陶瓷基醫用復合材料、高分子基醫用復合材料、金屬基醫用復合材料

(2)按組織反應：生物惰性醫用復合材料、生物活性醫用復合材料、可吸收醫用復合材料

(3)按增強體的形態和性質：纖維增強醫用復合材料，顆粒增強醫用復合材料2021/3/29星期一172.性能特點比強度、比模量抗疲勞性能好抗生理腐蝕性好力學相容性能好2021/3/29星期一18生物無機與無機復合材料以氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、生物玻璃、生物玻璃陶瓷、羥基磷灰石、磷酸鈣等材料為基體，引入顆粒、晶片、晶須或纖維等增強體。一、生物陶瓷與生物陶瓷復合材料二、生物陶瓷與生物玻璃復合材料三、生物活性涂層無機復合材料2021/3/29星期一19生物無機與有機高分子復合材料幾乎所有的生物體組織都是由兩種或兩種以上的材料構成的

例如人體中的骨骼和牙齒可看作由膠原蛋白、多糖基質等高分子構成的連續相和彌散于中的羥基磷灰石晶粒復合而成。利用高彈性模量的無機材料增強高分子材料的剛性，并賦予其生物活性利用高分子材料的可塑性增進生物無機材料的韌性。主要應用于硬組織的修復與重建。2021/3/29星期一20一、生物活性陶瓷—天然生物高分子復合材料1、HA—膠原復合材料與自然骨有機質接近的膠原與HA陶瓷復合，使之能與受骨的骨膠原末段的氨基和羥基結合，形成具有生物活性的化學結合界面。其強度比HA陶瓷提高2-3倍。2、HA—纖維蛋白粘合劑復合材料纖維蛋白粘合劑有纖維蛋白原和凝血酶組成。具有良好的生物相容性，完全的生物降解性，無毒、不影響機體的免疫系統，對HA的結構無影響。二、生物活性陶瓷與生物高分子復合材料1、HA—聚乳酸復合材料:具有良好的生物相容性、可吸收性、生物活性和骨結合能力

2、其他

1）HA-聚乙烯2）HA-PMMA骨水泥

3）TCP-聚乳酸4）有機高分子表面活性陶瓷涂層2021/3/29星期一21第五章生物醫用高分子材料生物醫用高分子材料應用廣泛，既可植入體內，如聚乳酸骨板和骨釘，心臟瓣膜，人工血管，人工皮膚和人工軟骨等，亦可用做體外輔助裝置，如人工腎/血液透析、人工肺/血液氧合器、人工胰/胰島素釋放系統等。最主要的降解材料就是縫合線2021/3/29星期一22一、醫用高分子材料介紹1、材料的降解產物，具有很低或是可忽略的毒性，對生物體內的局部組織反應通常可預測2、材料具有適當的機械性質及可調控的降解時間，可滿足各種長期或短期植入物的需要。材料易控制加工制備成各式的生醫器材，并具有一致性。3、材料已被廣泛應用在醫學上或是藥學上，有許多形式已被美國食品及藥物管理局認可（FDA）2021/3/29星期一23二、生物醫用高分子材料的分類2025/4/122021/3/29星期一24天然膠原蛋白纖維蛋白甲殼素/殼聚糖兩親性多糖衍生物生物大分子前藥天然高分子類水凝膠三、天然可降解高分子2021/3/29星期一25聚酐類聚丙烯酸氰基酯聚乳酸聚原酸酯酯族酸聚酯聚縮醛聚酰胺四、人工合成高分子材料2021/3/29星期一26五、典型可降解高分子材料介紹聚乳酸PLA聚乙醇酸PGA及其共聚物用于縫合線，藥物釋放載體和組織工程，可生物降解，常以共聚調控降解時間聚羥基丁酸酯PHB及其共聚物可生物降解，用于藥物釋放載體和組織工程多糖和蛋白質是自然界中重要的天然高分子，具有很好的生物相容性、可降解性和低毒性，2021/3/29星期一27聚原酸酯(Polyorthoesters,POE）POE是通過多元酸或多元原酸酯與多元醇類經無水條件下縮合形成原酸酯鍵而制成。疏水型聚合物不溶于水，溶于THF等有機溶劑降解產物無毒、無副作用降解為“表面融蝕”（surfaceerosion）、聚丙交酯又稱聚乳酸

目前最有前途的可生物降解聚合物之一，因為它的原材料(淀粉和纖維素)是不會增加大氣中二氧化碳的農產品。2021/3/29星期一281降解的第一階段一般是水解過程，生成溶于水的低聚物和乳酸。2第二階段在微生物的作用下分解成二氧化碳和水以及其他小分子。通過加入一些親水性成分到聚合物中或降低聚乳酸的結晶度可以加速聚乳酸的降解。由于乳酸具有旋光性．聚乳酸也存在聚一D一乳酸(P—D—LA)、聚一L一乳酸(P—L—LA)和聚(D，L)一乳酸(P一(D，L)一LA)等幾種。

聚合物降解機理2021/3/29星期一29例如：聚原酸酯(POE)的水解機理2021/3/29星期一30第三節、可降解高分子材料在醫學領域的應用醫學領域應用外科手術縫合線骨科領域組織工程藥物釋放體系2021/3/29星期一31在組織工程中的應用組織工程（tissueengineering）應用工程科學和生命科學的原理與方法，在正確認識正常和病理哺乳動物的組織結構與功能關系的基礎上，研發、修復、維持或改善組織功能的生物替代物的一門新興學科。例如

現在大量商業用的人造皮膚有膠原蛋白、甲