仿生物材料的制备与应用讲稿

仿生物材料,荷兰鹿特丹“城市仙人掌”和中国的“鸟巢”,世界第一个仿生机器人“弗兰克”,仿生物材料的制备与应用,1.生物陶瓷及其复合材料2.组织工程材料3.仿生智能材料,生物陶瓷及其复合材料,生物陶瓷材料指在成分上与生物具有相容性一类仿生物无机陶瓷材料。目前的主要产品有：a.生物惰性陶瓷材料b.生物活性陶瓷材料c.生物陶瓷复合材料,1生物陶瓷概述,在18世纪前，人们就开始用柳枝、木、麻、象牙等天然材料作为骨修复材料；约19世纪前，由于冶金技术和陶瓷制备工艺的发展，开始用纯金、纯银、铂等贵金属作牙修复及骨缺损修复；本世纪中叶以前,由于冶金技术的进步，钴铬铝合金、纯钛和钛合金等被应用到人工骨的领域，有机玻璃等高分子材料也开始用于临床；本世纪60年代初,在新技术革命浪潮推动下，材料科学迅速地发展，人们开始有目的、有计划地探索、发现和合成新材料，其中最有代表性的就是生物陶瓷的研究和高分子材料。,最早的生物材料的应用镶牙,生物陶瓷的概念和分类,生物陶瓷泛指与生物体或生物化学相关的陶瓷材料，分为与人体相关的陶瓷(种植类陶瓷)和与生物化学相关的陶瓷(生物工程类陶瓷)二大类。应用的范围有人工牙冠、牙根、人工血管和人工尿管，更有用于酶固定、细菌、微生物分离、液相色谱注和DNA等方面。,人工血管,一般可分为一下三类：,1）生物惰性陶瓷2）生物活性陶瓷3）复合生物陶瓷,人造肌肉纤维，它以近年来倍受人们注目的纳米碳管为成份，其伸缩性和灵敏度超过迄今的任何人造材料。,羟基磷灰石生物陶瓷,羟基磷灰石涂层钛基牙种植体,称-磷酸三钙化学式为Ca3(PO4)2，简-TCP。,一、生物惰性陶瓷材料,生物惰性陶瓷主要是指化学性能稳定，生物相溶性好的陶瓷材料。这类陶瓷材料的结构都比较稳定，分子中的键力较强，而且都具有较高的机械强度，耐磨性以及化学稳定性。植入骨组织后，能和骨组织产生直接的、持久性的骨性接触，界面外一般无纤维组织介入，形成骨融合。,一、生物惰性陶瓷材料,生物惰性陶瓷的种类：氧化铝陶瓷氧化锆陶瓷非活性玻璃和玻璃陶瓷医用碳素材料氮化硅,氧化锆陶瓷,氧化锆具有高熔点和化学稳定性，具有优良的生物相容性。与氧化铝陶瓷相比具有高的断裂韧性，高的抗弯强度和低的弹性模量。,氧化锆陶瓷,适合作全髋关节假体复合表面应用问题：含有放射性元素，很难清除,http:/,二、生物活性陶瓷材料,生物活性陶瓷包括:表面生物活性陶瓷生物吸收性陶瓷(又叫生物降解陶瓷)。,表面生物活性陶瓷,生物表面活性陶瓷通常含有羟基，还可做成多孔性，生物组织可长入并同其表面发生牢固的键合。这类陶瓷在生物体内基本不被吸收，材料有微量溶解，能促进委员会体周围新骨生成，并与骨组织形成牢固的化学键结合,生物吸收性陶瓷,生物吸收性陶瓷的特点是能部分吸收或者全部吸收，在生物体内能诱发新生骨的生长。,生物陶瓷复合材料,三、生物陶瓷复合材料两种制备技术：一种是基底表面制备磷酸钙生物陶瓷涂层。第二种是采用第二相作为增强相。,涂层生物陶瓷材料,人工骨关节生物陶瓷涂层,羟基磷灰石涂层钛基牙种植体,组织工程材料,组织工程材料是用于代替某些生物体组织器官或恢复、维持以及改善其功能的一类仿生材料。常见的组织工程材料包括组织引导材料、组织诱导材料、组织隔离材料、组织修复材料和组织替换材料等。,组织引导材料主要是引导组织再生和生长，从而控制新生组织的质量。组织诱导材料主要是通过材料表面连接活性配体，使材料释放生物信息，诱导细胞核组织的生长和修复。组织隔离材料就是用于隔离植入体与宿主的生物接触避免宿主对植入体的异体排斥和免疫排斥。组织修复材料常用于骨骼和牙齿。,人造血管,仿生智能材料,仿生智能材料一般指能模仿生命系统，同时据哟感知和驱动双重功能的材料。仿生智能材料的三大要素：感知、响应和反馈。目前主要有智能高分子凝胶材料、智能药物释放体系以及仿生薄膜材料等。,智能高分子凝胶材料目前主要用于蛋白质分离、细胞培养、人工肌肉驱动器、心脏起搏器、形状记忆凝胶的等。,智能高分子凝胶,定义：高分子凝胶是指三维网络结构的高分子化合物与溶剂组成的体系，由于它是一种三维网络立体结构，因此它不被溶剂溶解，同时分散在溶剂中并能保持一定的形状。最大的特点:体积相转变,智能高分子凝胶的刺激响应性与分类,智能凝胶的应用,人工肌肉驱动器心脏起搏器形状记忆凝胶等,智能药物释放体系IntelligentDrugDeliverySystems,智能药物释放体系主要是为了在分子水平上控制药物在体内的活性、空间分布和作用时间卡法的一些药物释放载体材料和响应系统。,磁场响应体系,将一种铁磁种子与智能凝胶混合作为药物载体材料，由电源和线圈构成的手表大小的装置控制产生磁场，使凝胶收缩释放药物，或膨胀停止释放药物。,pH响应体系,在低pH条件下此类凝胶收缩而抑制药物释放，而在高pH环境时发生溶胀，使药物快速释放出来。PH响应性高分子凝胶作为胃病药物载体，置于结肠部位，随着胃液PH的变化而释放和停止释放胃病药物，达到自动调节治疗胃病的目的,仿生薄膜材料,仿生薄膜材料主要是