功能陶瓷部分第4章生物医学材

主要内容4.1生物医学材料的发展概况4.2生物材料必须具备的条件4.3医用金属材料4.4生物陶瓷的特点及其分类惰性生物陶瓷表面活性生物陶瓷吸收性生物陶瓷生物复合材料当前第1页\共有101页\编于星期五\3点生物材料是指以医疗为目的，用于人体组织和器官的修复并代行其功能的材料。生物材料的种类很多。一般可分为天然材料和人工材料两大类。人工材料又可分为金属生物医学材料、生物陶瓷材料、生物医用高分子材料以及它们的复合材料。生物材料当前第2页\共有101页\编于星期五\3点①替代损害的器官或组织；如人造心脏瓣膜、假牙、人工血管等；

②改善或恢复器官功能；如隐型眼镜、心脏起搏器等；

③用于治疗过程；如介入性治疗血管内支架、用于血液透析的薄膜、药物载体等生物医学材料的用途当前第3页\共有101页\编于星期五\3点6/1/202334.1生物医学材料的发展概况生物材料的开发和利用可追溯到3500年前，那时的古埃及人就开始利用棉纤维、马鬃作缝合线缝合伤口；印第安人则使用木片修补受伤的颅骨。2500年前，中国和埃及的墓葬中就发现有假牙、假鼻和假耳。人类很早就用黄金来修复缺损的牙齿，并沿用至今。1588年人们用黄金板修复颚骨。1775年就有用金属固定体内骨折的记载。1851年发明了天然橡胶的硫化方法后，有人采用硬胶木制作了人工牙托的颚骨。1886年用钢片和镀镍钢治疗骨折，自此人工器官比较广泛应用于临床生物材料在20世纪80年代高速发展当前第4页\共有101页\编于星期五\3点生物医学材料的分类按材料的物质属性划分：生物医学材料医用金属材料医用生物陶瓷医用高分子材料医用复合材料当前第5页\共有101页\编于星期五\3点按材料的用途进行分类：生物医学材料口腔医用材料硬组织修复与替换材料(用于骨骼和关节等)软组织修复与替代材料(用于皮肤、肌肉、心、肺、胃等)医疗器械材料当前第6页\共有101页\编于星期五\3点生物材料是研制人工器官及一些重要医疗技术的物质基础，综观人工器官及医疗装置的发展史，每一种新型生物材料的发现都引起了人工器官及医疗技术的飞跃。生物惰性医用硅橡胶—人工耳、人工鼻、人工颌骨等血液相容性较好的各向同性碳被复材料—碟片式机械心脏瓣膜血液亲和性及物理机械性能较好的聚氨酯嵌段共聚物—促使人工心脏向临床应用跨越一大步可形成假生物内膜的编织涤纶管—人工血管向实用化飞跃。当前第7页\共有101页\编于星期五\3点4.2生物医学材料的基本要求材料与机体组织发生的两种反应：活体系统材料材料反应宿主反应包括生物环境对材料的腐蚀、降解、磨损和性质退化，甚至破坏。包括局部和全身反应，如炎症、细胞毒性、凝血、过敏、致癌、畸形和免疫反应等。当前第8页\共有101页\编于星期五\3点①对人体无毒、无刺激、无致畸、致敏、致突变或致癌作用；②生物相容性好，在体内不被排斥，无炎症，无慢性感染，种植体不致引起周围组织产生局部或全身性反应，最好能与骨形成化学结合，具有生物活性；③无溶血、凝血反应等。

(一)生物相容性4.2生物材料必须具备的条件当前第9页\共有101页\编于星期五\3点

(二)化学稳定性①耐体液侵蚀，不产生有害降解产物；②不产生吸水膨润、软化变质；③自身不变化等。当前第10页\共有101页\编于星期五\3点(三)力学条件①足够的静态强度，如抗弯、抗压、拉伸、剪切等；②具有适当的弹性模量和硬度；③耐疲劳、摩擦、磨损、有润滑性能。

当前第11页\共有101页\编于星期五\3点(四)其它要求①良好的空隙度，体液及软硬组织易于长入；②易加工成形，使用操作方便；③热稳定好，高温消毒不变质等性能。

当前第12页\共有101页\编于星期五\3点4.3金属生物医学材料在生物医学材料中，金属材料应用最早，已有数百年的历史。唐代就用银汞合金（主要成份：汞、银、铜、锡、锌）来补牙。医用金属材料是指一类用作生物材料的金属或合金，又称外科用金属材料。它是一类生物惰性材料，除具有较高的机械强度和抗疲劳性能，具有良好的生物力学性能及相关的物理性质外，还必须具有优良的抗生理腐蚀性、生物相容性、无毒性和简易可行及确切的手术操作技术.该材料是临床应用最广泛的承力植入材料，由于有较高的强度和韧性，已成为骨和牙齿等硬组织修复和替换、心血管和软组织修复以及人工器官制造的主要材料。化学周期表中的大部分金属不符合生物材料的要求，仅有小部分或经处理过的可用于临床。目前在临床使用的医用金属材料主要有不锈钢、钴基合金和钛基合金三大类，另外还有记忆合金、贵金属以及纯金属钽、铌和锆等。当前第13页\共有101页\编于星期五\3点不锈钢钴基合金钛基合金形状记忆合金贵金属纯金属钽、铌、铬4.3金属生物医学材料当前第14页\共有101页\编于星期五\3点4.3.1不锈钢铁基耐蚀合金（一般由铁、铬、镍、钼、锰、硅组成），易加工、价格低廉。一般不锈钢制成多种形体，如针、钉、髓内针、齿冠、三棱钉等器件和人工假体而用于临床，不锈钢还用于制作各种医疗仪器和手术器械。当前第15页\共有101页\编于星期五\3点表1几种主要的不锈钢的组成、性能和组织◆◆铁素体和马氏体不锈钢的耐蚀性随含碳量的降低和含铬量的增加而提高。不锈钢当前第16页\共有101页\编于星期五\3点3Cr13和4Crl3型马氏体不锈钢用于医疗器械，如刀、剪、制血钳、针头等。

00Cr18Ni10型奥氏体不锈钢可制作各种人工关节和骨折内固定器;在口腔科常用于镶牙、矫形和牙根种植等器件的制作。不锈钢的医学应用：当前第17页\共有101页\编于星期五\3点4.3.2钴（Co）基合金含有较高的铬和钼，又称钴铬钼合金，具有极为优异的耐腐蚀性（比不锈钢高40倍）和耐磨性，综合力学性能和生物相容性良好，可通过精密铸造成形状复杂的精密修复体性能特点：钝化膜更稳定，耐蚀性更好，而且其耐磨性是所有医用金属材料中最好的，植入体内不会产生明显的组织反应。临床上主要用于人工关节（特别是人体中受载荷最大的髋关节）人工骨及骨科内处固定器件的制造齿科修复中的义齿，各种铸造冠、嵌体及固定桥的制造心血管外科及整形科等由于其价格较高，加工困难，应用尚不普及。当前第18页\共有101页\编于星期五\3点当前第19页\共有101页\编于星期五\3点表2几种主要的钴基合金的组成、性能和组织口腔、骨板、骨钉、人工髋关节较低当前第20页\共有101页\编于星期五\3点CoCrMo合金医用钴基合金更适用于体内承载条件苛刻的长期植入件。当前第21页\共有101页\编于星期五\3点4.3.3钛（Ti）基合金临床应用广泛，其质轻、比强度高、力学性质接近人骨、强度远低于纯钛，耐疲劳、耐蚀性均优于不锈钢和钴基合金，且生物相容性和表面活性好，是较为理想的一种植入材料。抗断裂强度较低，耐磨性能不尽人意，加工困难。冶炼及成型工艺复杂，要求条件较高。主要用于：修补颅骨，制成钛网或钛箔用于修复脑膜和腹膜、人工骨、关节、牙和矫形物、人工心脏瓣膜支架、人工心脏部件和脑止血夹、口腔颌面矫形颌修补、手术器械、医疗仪器颌人工假肢等。当前第22页\共有101页\编于星期五\3点（三）钛基合金Ti为难熔稀有金属，熔点1762℃，密度小、比强度高；Ti合金对人体毒性小，密度小，弹性模量接近于天然骨，是较佳的金属生物医学材料。TiNi合金具有优良的形状记忆效应。Ti合金的强度可达到很高的水平，比强度是不锈钢的3.5倍；Ti与氧反应形成的氧化膜致密稳定，有很好的钝化作用，具有很强的耐蚀性。在生理环境下，Ti合金的均匀腐蚀很小，不会发生点蚀、缝隙腐蚀和晶间腐蚀。Ti合金的磨损与应力腐蚀较明显。当前第23页\共有101页\编于星期五\3点头颅微型钢板当前第24页\共有101页\编于星期五\3点具有一定形状的固体材料，在某一低温下进行一定限度以内的变形后，通过加热到这种材料固有的某一临界温度以上时，材料又恢复到初始形状的现象，称为形状记忆效应具有形状记忆效应的材料称为形状记忆材料4.3.4形状记忆合金当前第25页\共有101页\编于星期五\3点单程全程双程初始形状低温变形加热冷却三种形式形状记忆效应的当前第26页\共有101页\编于星期五\3点记忆效应优良、抗疲劳、耐磨损、抗腐蚀、生物相容性好等一系列的优点。缺点：加工困难，成本高

形状记忆功能获得Ti-Ni基形状记忆合金Ti-Ni合金通过在1000℃左右固溶后，在400℃进行时效处理，再淬火得到马氏体。当前第27页\共有101页\编于星期五\3点特点：奇特的形状记忆功能、质轻、磁性微弱、强度较高、耐疲劳性能、高回弹性和生物相容性好等。缺点：加工困难，成本高

应用：管腔狭窄的治疗（喉气管狭窄、食管狭窄、胆道狭窄、尿道狭窄及闭锁等）：支架安入管腔狭窄的部位后，能将狭窄管腔撑开，并与管壁相贴紧，固定好；其生物相容性好，长期安放对黏膜无明显损伤；其高回弹性能顺应管道的弯曲，对人体刺激小。口腔科：用这种材料做成的种植牙具有齿槽骨切口小，固定牢靠等优点。骨科：人工关节，断骨连接、弯曲脊柱矫正。血管外科：治疗主动脉瘤、冠状动脉和椎动脉狭窄等。Ti-Ni基形状记忆合金当前第28页\共有101页\编于星期五\3点形状记忆合金血栓过滤器医学应用：牙齿矫形丝、血栓过滤器、动脉瘤夹、接骨板等（Ti-Ni合金）当前第29页\共有101页\编于星期五\3点NiTi记忆合金自扩张式气管内支架医学应用：当前第30页\共有101页\编于星期五\3点医学应用：“钛镍合金”食道架能在喉部膨胀成新的食道。必要时只要向食道里加上冰块，“食道”又会遇冷收缩，从而可轻易取出，使失去进食功能的食道癌患者提高了生活质量。消化道内支架血管内支架胆道内支架当前第31页\共有101页\编于星期五\3点医学应用：当前第32页\共有101页\编于星期五\3点紧固件

待连接管室温下形状记忆合金套管，内径比待连接管外径小约4%液N2中扩管约8%

待连接管从两端插入室温套管收缩形成紧固密封件当前第33页\共有101页\编于星期五\3点EL1Ti6Al4V钛基合金制作的骨钉和骨板钛基合金的医学应用：广泛用于制作各种人工关节、牙床、人工心脏瓣膜、头盖骨修复等方面。当前第34页\共有101页\编于星期五\3点4.3.5贵金属（noblemetal）是一种金属或合金，如金子具有极高的抗氧化性和抗腐蚀性。贵金属具有独特稳定的物理和化学性能、优异的加工特性、对人体组织无毒副作用、刺激小等优良的生物学性能。主要用于口腔科的齿科修复，也可用于小型植入式电子医疗器械。当前第35页\共有101页\编于星期五\3点4.3.6纯金属钽（Ta）具有良好的抗生理腐蚀性和可塑性，独特的表面负电性使其具有优良的抗血栓性能和生物相容性，还有很高的抗缺口裂纹能力。植入骨内能和周围的新骨形成骨性结合；植入软组织中，肌肉等组织可依附在钽条上正常生长。退火后的纯钽很软，可加工成板、带、箔、丝等使用。主要用作接骨板、颅骨板、骨螺钉、种植牙根、颌面修复体、义齿及外科手术缝线和缝合针；钽网可用于肌肉缺损修补；钽丝和箔用于缝合修补受损的神经、肌腱和血管；钽还可以用于血管内支架及人工心脏、植入型电子装置；钽的同位素可用于放射治疗。只是由于钽的资源少、价格较高，使其推广受很大限制。当前第36页\共有101页\编于星期五\3点4.3.7纯金属铌（Nb）性能和应用范围与钽非常相似，用于修补颅骨和制作医疗器械。但由于来源困难，价格昂贵，使用受到限制，主要用于制造髓内钉等。当前第37页\共有101页\编于星期五\3点4.3.8纯金属铬（Cr）化学性能与金属钛相似，耐蚀性能、加工性能、稳定性和生物相容性都很好，主要用于人工骨和修补颅骨，可加工成各种板、带、线材在临床上使用。医用铬可与钛等同使用，但其价格较贵，在临床中较难推广。当前第38页\共有101页\编于星期五\3点医用金属材料的性能及应用材料性能主要应用不锈钢钴系合金金合金镍铬合金钛合金钽生物适应性差耐腐蚀；生物相容性良好耐腐蚀耐腐蚀耐腐蚀性良好耐腐蚀，与生物体系亲和性好人工骨、人工关节牙科材料人工牙人工牙人工关节基干纱布、缝合线当前第39页\共有101页\编于星期五\3点生物陶瓷——主要是用于人体硬组织修复和重建的生物医学陶瓷材料。

生物陶瓷的类型和特点惰性生物陶瓷材料可吸收生物材料生物活性陶瓷可治疗癌症的生物陶瓷4.4生物陶瓷的特点及其分类当前第40页\共有101页\编于星期五\3点生物陶瓷活性生物陶瓷：可被吸收的生物降解陶瓷：在生物体内与组织几乎不发生反应或反应很小。如：氧化铝陶瓷、碳、氧化锆陶瓷、氮化硅陶瓷等。在生理环境下与组织界面发生作用，形成化学键结合。如：羟基磷灰石等陶瓷及生物活性玻璃，生物活性微晶玻璃。在生物体内可被逐渐降解，被骨组织吸收，是一种骨的重建材料。如：磷酸三钙等。惰性生物陶瓷：当前第41页\共有101页\编于星期五\3点生物陶瓷的特点具有良好的机械强度、硬度，而且在体内难溶解，不易腐蚀变质，热稳定性好，便于加热消毒，耐磨性好，不易产生疲劳现象，满足种植学的要求陶瓷的组成范围比较宽，可根据实际应用的要求设计组成，控制性能变化陶瓷成型容易，可根据使用要求，制成各种形态和尺寸，如颗粒型、柱形、管形；致密型或多孔型；制成牙根、关节、长骨、颌骨、颅骨等现在生物陶瓷的加工已日渐成熟当前第42页\共有101页\编于星期五\3点各类生物材料比较材料特性金属高分子陶瓷生物相容性不太好较好很好耐侵蚀性除贵金属外，多数不耐侵蚀，表面易变质化学性能稳定，耐侵蚀化学性能稳定，耐侵蚀，不易氧化、水解或降解耐热性较好，耐热冲击受热易变形，易老化热稳定性好强度很高差很高耐磨性不太好，磨损产物易污染周围组织不耐磨耐磨性好，有一定润滑性能加工及成型性能非常好，可加工成任意形状，延展性良好可加工性好，有一定韧性塑形性好，脆性大，无延展性当前第43页\共有101页\编于星期五\3点4.4.1惰性生物陶瓷4.4.2表面活性生物陶瓷4.4.3吸收性生物陶瓷4.4.4生物复合材料4.4生物陶瓷及其分类当前第44页\共有101页\编于星期五\3点4.4.1惰性生物陶瓷

这类陶瓷长期处于生理环境中而几乎不发生化学变化，即使发生轻微的化学或力学的降解作用，降解的浓度也相当的低，而且在邻近活组织处易被人体天然而有规律的机理所控制。主要包括：氧化铝陶瓷、碳化物陶瓷、氧化锆、碳素材料应用：外科矫形手术的假体、心血管装置等。当前第45页\共有101页\编于星期五\3点(一)氧化铝陶瓷优点：生物相容性良好，在人体内稳定性高，机械强度较大。惰性生物陶瓷材料缺点：①与骨不发生化学结合，长时间后与骨的固定会发生松弛；②机械强度不高；③杨氏模量过高(380GPa)；④摩擦系数、磨耗速度较大。当前第46页\共有101页\编于星期五\3点为什么是多孔状？当前第47页\共有101页\编于星期五\3点措施：采用多孔氧化铝

把氧化铝陶瓷制成多孔质形态，使骨组织长入其孔隙而使植入体固定，保证植入物与骨头的良好结合。改善：将金属与氧化铝复合在金属表面形成多孔性氧化铝薄层缺点：降低陶瓷的机械强度，多孔氧化铝陶瓷的强度随空隙率的增加而急剧降低。只能用于不负重或负重轻的部位。当前第48页\共有101页\编于星期五\3点(二)碳素材料(玻璃碳材、热解碳、低温气相沉积碳)优点：质轻且具有良好的润滑性和抗疲劳特性；弹性模量和致密度与人骨大致相同；生物相容性好，特别是抗凝血性佳，与血细胞中的元素相容性极好，不影响血浆中的蛋白质和酶的活性。在人体内不发生反应和溶解，生物亲和性良好，耐蚀，对人体组织的力学刺激小。

当前第49页\共有101页\编于星期五\3点三种主要类型的碳素材料：1)玻璃碳材：通过加热预先成型的固态聚合物使易挥发组分挥发掉而制得。玻璃碳制品特点：密度低，耐磨性和化学稳定性好，但强度与韧性较低，只能用于力学性能要求不高的场合。当前第50页\共有101页\编于星期五\3点2)热解碳(LTI碳)：将甲烷、丙烷等碳氢化合物通入硫化床中，在1000-2400℃

热解、沉积而得。沉积层的厚度一般为1mm。

全热解碳双叶瓣人工心脏瓣膜弹性模量为20GPa，抗弯强度高达275-620MPa，韧性好，韧性比氧化铝陶瓷高25倍。当前第51页\共有101页\编于星期五\3点3)低温气相沉积碳(ULTI碳)：用电弧等离子体溅射或电子束加热碳源制取的各向同性的碳薄膜，其膜厚一般在1μm左右。特点：高密度和高强度，但仅作为薄的涂层材料使用。UTLI涂层与金属的结合强度高，涂层的耐磨性良好，成为制造人工机械心脏瓣膜的理想材料。当前第52页\共有101页\编于星期五\3点心脏起搏器人造骨关节当前第53页\共有101页\编于星期五\3点4.4.2表面活性生物陶瓷这类生物陶瓷的表面可与生理环境发生选择性的化学反应，所形成的界面能保护移植物并防止降解，它们的化学成分与骨头等相似，具有良好的化学亲和性。特点：生物相容性优良，能与骨形成骨性结合界面，结合强度高，稳定性好，植入骨内具有诱导细胞生长的趋势，逐步参与代谢，甚至完全与生物体骨和齿结合成一体主要包括：羟基磷灰石陶瓷及生物活性玻璃等磷酸盐材料。当前第54页\共有101页\编于星期五\3点生物活性陶瓷1、羟基磷灰石：分子式为Ca10(PO4)6(OH)2，简称HA。因为HA占人体骨组成的70％-97％，所以修复骨组织HA较金属和聚合物具有更好的效果：HA植入骨组织后，在体液的作用下，钙和磷会游离出材料表面，被机体组织所吸收，并能与人体骨骼组织形成化学键结合，生长出新的组织。因此，羟基磷灰石陶瓷是目前公认的具有良好的生物相容性，并具有骨引导性，即生物活性的陶瓷材料。当前第55页\共有101页\编于星期五\3点生物活性陶瓷的突出特点：随着修复时间的延长，种植体表面形成与骨组织能够化学键结合的生物羟基磷灰石(HCA)。HCA在化学组成和微观结构上与骨的无机组成相同，HCA结合层能阻挡种植体材料被腐蚀，具有极好的耐久力和抗疲劳性能，从而在与骨的界面结合中发挥作用。化学式(Ca,M)10(PO4,Co3,X)6(OH,F,Cl)2M:Mg,Na,K或Sr,Pb,BaX:HPO42-,SO42-,硼酸盐等当前第56页\共有101页\编于星期五\3点2、生物活性玻璃(生物活性微晶玻璃)：是含有磷灰石微晶相的陶瓷材料。Na2O-CaO-SiO2-P2O5系列玻璃能与自然骨形成化学键结合，这是首次发现人造材料能与自然骨形成键结合。在临床实践上，生物玻璃已成功地用于做听骨、胯骨脊椎及骨的填充物。当前第57页\共有101页\编于星期五\3点生物活性材料的本质：通过磷灰石层与骨结合人造磷灰石与生物骨的磷灰石的结构较为相近，使新生骨与生物活性陶瓷材料直接相连，当骨内的磷灰石与种植体表面磷灰石直接接触时，两者形成化学键，从而减少了生命材料与非生命材料之间的界面能，使界面结合良好。当前第58页\共有101页\编于星期五\3点HAP制备方法水溶液法pH=8～10pH=8pH=7水热法200℃当前第59页\共有101页\编于星期五\3点固相反应法水蒸气水蒸气水蒸气1000℃1000℃当前第60页\共有101页\编于星期五\3点HAP应用人造齿根：成功率＞95%人造颌骨：HAP多孔体人造鼻软骨皮肤内移植骨填充材料牙膏添加剂人工中耳通气管材料金属种植体涂层当前第61页\共有101页\编于星期五\3点羟基磷灰石生物陶瓷羟基磷灰石涂层钛基牙种植体是一种安全、方便的听小骨缺损替代品，适用于因炎症(如慢性化脓性中耳炎)或外伤等病症造成听小骨缺损、畸形的患者作听小骨置换手术。HA生物陶瓷听小骨置换假体当前第62页\共有101页\编于星期五\3点必须提高羟基磷灰石陶瓷力学性能人工合成的羟基磷灰石粉末具有优良的生物相容性和生物活性,可用来制备各种硬组织植入材料。然而,目前这类骨植入材料因强度偏低,尤其是脆性太大尚难应用于人体承载部位。当前第63页\共有101页\编于星期五\3点金属增强:Ti、FeCr、Ag、不锈钢使用高强的第二相进行增韧预烧增韧加入烧结助剂促进烧结陶瓷增强：ZrO2、Al2O3，Si3N4高分子增强提高羟基磷灰石陶瓷力学性能的途径当前第64页\共有101页\编于星期五\3点炭材料在生物方面的应用炭在生物化学方面，属惰性材料。在生物力学上，它能适应许多具体使用的要求，承受一定载荷。它与其它的生物材料相比，特别应当提出的是炭材料的弹性模量与骨匹配良好，对疲劳加载不很敏感。由于炭质轻，在人体中具有较优良的生理相容性，表面状态和材料结构的可设计性，一定程度上能自润滑，因而是人类器官代用品良好材料之一。

当前第65页\共有101页\编于星期五\3点炭材料在生物方面的应用德国马克斯-普朗克协会下属固体研究所与美国、澳大利亚和意大利同行合作研究出人造肌肉纤维，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，这种人造肌肉纤维不仅适用于人体的移植和修复手术，还可作为未来机器人的运动构件，被誉为21世纪医学材料。炭材料和微生物关系的研究，实验证明，炭纤维固定微生物的能力比其他材料(尼龙、聚乙烯等)高得多。当前第66页\共有101页\编于星期五\3点CNTs作为增强剂所具有的优良的力学特性sp2杂化的碳碳键是自然界最强的化学键之一，强度比其他纤维高200倍，可以经受约100万个大气压压力而不破裂，比类似的纤维高二个数量级：轴向杨氏模量：200GPa～4000GPa轴向弯曲强度：14GPa轴向压缩强度：100GPa如此高的模量使其断裂过程具有一定塑性，不是脆性的；当前第67页\共有101页\编于星期五\3点

超高的韧性，理论最大延伸率可达20％,具有很大的回弹性,经受弯曲时不会出现断裂而仅仅其六边形及圆柱形状发生变化；密度仅为钢的1／6；耐强酸，强碱，在空气中973K以下基本不氧化，真空中1400oC仍具有热稳定性；当前第68页\共有101页\编于星期五\3点原位沉积法制备HAp/CNTs复合粉体Ca2+-s-CNTss-CNTsCa(NO3)2

1%SDSsolution(NH4)2HPO4AmorphousprecipitateEthanolwashinganddryingCNTsHAp/CNTscompositepowdersHydrothermaltreatment当前第69页\共有101页\编于星期五\3点原位沉积法制备HAp/CNTs复合粉体水热处理前后，复合粉体的XRD谱图当前第70页\共有101页\编于星期五\3点水热处理20h后，复合粉体的TEM形貌短棒状晶体长约40-60nm直径约15-25nm当前第71页\共有101页\编于星期五\3点热压烧结制备HAp/CNTs复相陶瓷1200℃热压烧结样品的XRD谱图

当前第72页\共有101页\编于星期五\3点热压烧结样品断口SEM照片－

2wt%CNTs/HAp

机械球磨混合复合粉体当前第73页\共有101页\编于星期五\3点SDS改性，原位沉积复合粉体KIC=3.66MPa.m1/2

HAp=0.8～1/2

当前第74页\共有101页\编于星期五\3点4.4.3可吸收生物陶瓷降解效应——植人人体后材料逐渐被吸收，同时新生骨逐渐长入而替代之，该效应称为降解效应。具有降解效应的陶瓷材料——可吸收生物陶瓷。主要应用：脸部和额部的骨修复，填补牙周的空洞，还可作为药物的载体。——生物降解材料主要包括：硫酸钙、磷酸三钙、各种钙磷酸盐。吸收性生物陶瓷的特点：其溶解作用可由正常的新陈代谢过程控制。能在合适的时间内完成特定的功能要求。其吸收过程不会显著地妨碍被正常的健康组织所取代的过程。当前第75页\共有101页\编于星期五\3点石膏石膏的相容性虽好，但吸收速度太快，通常在新骨未长成就消耗殆尽而造成塌陷。β-TCP移植后手术后8年β-磷酸三钙化学式为Ca3(PO4)2，简称β-TCP。当前第76页\共有101页\编于星期五\3点β-TCP的降解过程一般主要分为以下几个方面:①材料的晶界被侵蚀，使其变成粒子被吸收。②材料天然溶解形成新的表面相。③新陈代谢的因素，如吞噬细胞的作用，导致材料的降解吸收。当前第77页\共有101页\编于星期五\3点这类材料的优点为：生物相容性好，机械强度高，不发生排斥作用、高可靠性、高功能性等。包括：生物陶瓷在金属上的涂层、碳在金属或高分子物质上的涂层及各种复合材料。4.4.4生物复合材料当前第78页\共有101页\编于星期五\3点可治疗癌症的生物陶瓷

如：由LiFe3O5和a-Fe2O3与Al2O5-SiO2-P2O5玻璃体复合材料制得的高密度玻璃，具有热磁性。具有耐腐蚀又能发射β射线的生物陶瓷也可用于治疗癌症。如：Al2O5-SiO2-P2O5玻璃体复合材料，可以

被激发或发射β射线。当前第79页\共有101页\编于星期五\3点各种生物陶瓷在临床上的应用：1)能承受负载的矫形材料，用在骨科、牙科及颌面上如：Al2O3陶瓷、稳定ZrO2陶瓷、具有生物活性的表面涂层(生物微晶玻璃、生物活性玻璃)的相应材料等

2)种植齿、牙齿增高如：Al2O3陶瓷、氟聚合物／金属基复合材料、生物活性玻璃、自固化磷酸盐水泥和玻璃水泥、活性涂层材料等3)耳鼻喉代用材料如：Al2O3陶瓷、生物活性玻璃及生物活性微晶玻璃、磷酸盐陶瓷4)人工肌腱和韧带

如：PLA-碳纤维复合材料当前第80页\共有101页\编于星期五\3点5)人工心脏瓣膜如：热解碳涂层(抗凝血，摩擦系数小)6)可供组织长人的涂层(心血管、矫形、牙、额面修复)如：多孔Al2O3陶瓷7)骨的充填料

如：磷酸钙及磷酸钙盐粉末或颗粒8)脊椎外科

如：生物活性玻璃或生物活性玻璃陶瓷9)义眼

如：生物玻璃、多孔羟基磷灰石当前第81页\共有101页\编于星期五\3点人工髋关节其中髋臼用超高分子量聚乙烯制成，股骨多为金属制品，这种塑料与金属的配合

，使其耐磨性较金属与金属的配合强10倍。当前第82页\共有101页\编于星期五\3点应用：人工关节表面生物涂层特点:自1998年始，上海硅酸盐所对人工髋关节用真空等离子喷涂钛和羟基磷灰石涂层进行研制，现已进入涂层生产阶段。科技成果获国家发明三等奖、上海市科学进步二等奖。真空等离子喷涂钛和羟基磷灰石涂层的主要性能指标达国际先进水平。2003年至今已完成人工髋臼、股骨柄涂层10000余件供临床应用，社会和经济效益均比较显著。人工关节生物涂层当前第83页\共有101页\编于星期五\3点应用：人工牙表面生物涂层特点：上海硅酸盐研究所从八十年代末开始研究钛合金喷涂生物活性玻璃人工齿根，经过多年研究开发出了具有自主知识产权的工艺和配方并制备出性能优良的生物活性玻璃涂层人工牙根,并与上海市第六人民医院等单位合作开展临床实验，共进行了近500例临床植入实验，取得了良好的结果。生物活性玻璃涂层人工牙根当前第84页\共有101页\编于星期五\3点纳米生物材料“纳米蜜蜂”，这个“小蜜蜂”能背着“蜂毒肽”炸药包直达患处从而将癌细胞杀个殆尽纳米颗粒包裹住针对不同癌症的药物，颗粒的外面则是一层具有导航和识别癌细胞作用的蛋白质聚乙二醇当前第85页\共有101页\编于星期五\3点纳米生物材料—靶向药物载体当前第86页\共有101页\编于星期五\3点过程工程所制备出纳米晶自组装体抗癌药物载体碳酸钙纳米晶自组装体当前第87页\共有101页\编于星期五\3点纳米生物材料----磁性荧光复合材料Yu,S.-Y.;Zhang,H.-J.;Yu,J.-B.;Wang,C.;Sun,L.-N.;Shi,W.-D.Langmuir

2007,23,7836.

当前第88页\共有101页\编于星期五\3点TheendThankyou!!当前第89页\共有101页\编于星期五\3点复习题：什么是超导材料？它有哪些基本特性？超导材料的主要应用有哪些？什么是高温超导陶瓷？画出并说明其Hc-Tc曲线.什么是介电、铁电、压电、热释电陶瓷？他们的性质、原理、应用导电陶瓷本征半导体、杂质半导体，pn结什么是PTC、NTC、CTR半导体陶瓷？画出其电阻随温度的