硬组织替代及再生用高分子材料.ppt

1、1,硬组织替代与再生用高分子材料,主要内容： 1、人工骨和人工关节 2、齿科材料,2,骨骼是人体的支架。它具有保护体内的脑、心、肝、 脾、肺及盆腔内诸器官、支持体形、承受体重的作用， 并作为肌肉收缩和活动时的杠杆，通过关节而产生各种 运动。 人体骨骼由206块骨头组成。可分为颅骨、躯干骨和 四肢骨三大部分。各骨端借助韧带、关节连接起来构成 骨骼。 骨骼象其它活动组织一样，也有其生长、发展和衰 老的新陈代谢过程。,1、 人工骨和人工关节,3,人体骨骼示意图,4,1、优点 高分子材料作为骨科材料有很多优越性：如比重轻、 成型加工容易、价廉、在体内老化与腐蚀性小。 2、注意事项 高分子材料作为骨科材

2、料耐磨性差；在加工制作中 还必须注意聚合反应的完全；即使材料本身已是化学稳 定的，埋入组织后，仍有可能发生周围组织因代谢不全 而坏死的现象。,1.1 高分子材料用作骨科材料的优点及其注意事项,5,同时人工骨与生物体骨愈合时，当承受过重外力的 情况下，又会发生骨吸收现象而造成与人体骨的脱离。 在这里高分子材料与生物组织的物理化学、生物化学方 面的相互影响，也必须进一步积累动物试验与临床试验 的数据，而进行更深入的研究。,6,1.2 应用实例,因肿瘤、骨性关节炎、类风湿性关节炎、先天性发 育异常以及外伤等造成关节严重病损时，无论关节大小， 如髋关节、肩关节、肘关节、膝关节、腕关节、掌指关 节、指间

3、关节、踝关节、趾间关节等，均可考虑用人工 关节来代替病损的关节。 股骨、肱骨、胫骨等缺损或严重病变时，亦可用人 工骨来代替。,7,人工关节是模拟人体关节制成的植入性假体，以替代 病变或损伤的关节并恢复其功能。 用作人工关节的材料必须满足：生物相容性好；生物 力学相容性好；生物结合性能好、固定好；寿命长，一般 设计寿命约为2050年。 现有人工关节材料主要有金属材料、陶瓷材料、有机 高分子材料及复合材料。,8,用于人工关节的高分子材料主要有硅橡胶、聚乙烯和 超高分子量聚乙烯等。 硅橡胶主要用于指关节和肘关节等。但硅橡胶假体易 疲劳折断，机械性能的维持时间短；另外，生物相容性差， 磨损颗粒可引起异

4、物反应。 聚乙烯是最早被用于人工关节的高分子材料。目前超 高分子量的聚乙烯在人工膝关节、人工髋关节等方面已获 得成功，较好地解决了人工关节的摩擦磨损问题，延长了 使用寿命。,9,但长期随访病例显示，由于晚期磨损严重，造成人工 关节出现晚期松动现象。虽然目前认为聚乙烯磨损碎屑是 影响人工关节使用寿命的最主要的因素，但仍缺乏理想的 替代材料。,10,人造膝关节,11,聚丙烯人工指关节,12,人工关节的长久固定是十分重要的。在固定人工关节 时，常用到粘固剂。常用粘固剂是聚甲基丙烯酸甲酯类高 分子材料。 这种粘固剂采用粉状固体与液体分装的形式。固体常 为聚甲基丙烯酸甲酯及甲基丙烯酸甲酯苯乙烯共聚物，

5、并含有微量的过氧化苯甲酰。液体常为甲基丙烯酸甲酯单 体，以及少量的氢醌，N，N二甲基对甲苯胺。,13,使用时将粉剂与液体混合，迅速搅拌，反应甚为剧 烈。稍待几分钟，趁其尚未完全固化时，迅速将该聚合 物塞入骨髓腔中，待固化后，就能将人工关节的长柄固 定于骨髓腔中。骨粘固剂凝固过程很快，总共十几分钟 便完全固化，粘固作用是相当强的。,14,粘固剂优点虽多，但也存在一定的缺点，主要问题是 在聚合过程中会放出热量，温度最高可达90，这就容易 造成周围活组织的热坏死。 存在的另一个问题是在聚合过程中，单体并不全部参 加反应，总有一小部分会立即挥发。 因此在使用这类粘固剂时，一要积极采取降温措施， 二要尽

6、量减少单体用量。,15,2、齿科材料,16,齿科所用的材料包括高分子材料、合金、陶瓷等。 其中高分子材料的研究、发展和应用最为活跃。 将从龋齿填补、假牙镶补及在颚骨内埋植等三个方 面阐述高分子材料的研究和应用情况。,17,2.1 龋齿填补用树脂,龋齿填补用树脂是充填于龋齿空洞部分所采用的高 分子材料的通称。这种材料必须在填补以后，常温下几 分钟之内硬化，补好空洞，抑制龋蛀，保护牙组织的正 常生理功能。因此这种树脂必须具备以下条件： 具有与人体组织的适应性，对齿组织及口腔粘膜 等没有危害作用；,18, 具有化学稳定性，在口腔内长期留置，不受唾液、 食物、细菌、酶等的分解，不易老化，不会溶解渗出其

7、 他物质； 色泽稳定，从美容的观点出发，应具与人齿及牙 根相似的色泽，不易变色，不被污染，受紫外线照射也 不变色和退色； 形状、尺寸稳定，聚合固化时收缩小，咬合受压 时变形小，热膨胀系数小；,19, 有适当的机械性能，如具有一定的硬度、抗拉强 度、压缩强度、弹性率、耐磨擦性、耐疲劳性等； 与人齿粘结性好，能把龋洞完全封闭，同齿组织 结合紧密，防止再次发生龋蛀； 能进行X射线造影，在诊断上易于判断效果；,20, 操作简便，在口腔内几分钟时间就能完成填补操 作，并具有相应的粘度和迅速的固化时间，配合相应的 器械，形成使医师易于接受的新的整套工艺。 用这种方法治疗龋齿，还必须注意，在治疗以后龋蚀 不

8、应再发生或扩大，这就对树脂提出了更高的要求。,21,树脂充填材料，其主要成分为丙烯酸类树脂、无机填 料、引发剂等。 树脂基质可选用聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯 丙烯酸甲酯共聚物、丙烯酸环氧树脂、羟甲基环氧树脂、 芳香族双甲基丙烯酸酯类聚合物等材料。 引发剂可根据树脂成分选定。,树脂填充材料的组成,22,齿组织与填补用树脂的粘结,要使树脂发挥良好的治疗作用，必须使树脂与齿组 织紧密而牢固地粘合，否则在缝隙间还会产生二次龋蚀 现象。为了解决这个问题，提出了粘结的方法。,23,牙齿的主要组成物为牙釉质、牙骨质、牙本质和齿 髓。牙釉质和牙骨质构成齿冠的外层，最硬，莫氏硬度 为67，主要成分为羟基磷

9、灰石。牙本质稍软，莫氏硬 度为45，含较多的有机质和水分。牙齿中心部位的齿 髓则含有丰富的血管和神经活组织。 牙釉质、牙本质和齿髓的材性差别很大，故粘结比 较困难。虽经人们经过长期的努力，但至今尚无十分理 想的粘合剂。,24,目前最重要的齿科粘合剂是双酚A双(3甲基丙烯 酰氧基2羟丙基)醚,简称Bis-GMA。它的分子中同时 具有亲水基和疏水基，因此，粘结性能优良，可用作补牙 用复合充填树脂。它是一种双官能团单体，聚合时放热少， 体积收缩小，聚合后成体型结构，耐磨，膨胀系数小。用 紫外光照射或用过氧化苯甲酰N,N双（羟乙基） 对甲苯胺引发体系引发，可在室温下快速聚合。,25,Bis-GMA的化

10、学结构式如下：,26,2.2 假牙用硬质树脂,做假牙的树脂必须有较好的机械强度与耐磨性，可 耐咀嚼，同时还必须有与人齿相近的色泽。单用聚甲基 丙烯酸甲酯显然不能完全适应使用要求。由此出现了各 种各样的改性产品。,27,自1965年开始引入了多官能基团的甲基丙烯酸酯单 体，以形成高度交联的热固性树脂。最初用二甲基丙烯 酸三缩乙二醇酯，但性能不佳。,28,其后，有人将60二甲基丙烯酸双酚A酯和40二甲 基丙烯酸三缩乙二醇酯作为共聚单体，与颗粒状聚甲基 丙烯酸甲酯配合制成聚合物，这是一种硬度、压缩强度、 耐磨性都较理想的假牙材料。 高度交联的聚合物，虽然提高了耐压强度，但具有 脆性，因此用作假牙在咬

11、嚼时遇到硬物易于爆碎。,29,从这类硬质树脂的结构分析中发现，多官能团单体与 颗粒状聚甲基丙烯酸甲酯混合之后，高交联度的聚合物与 颗粒状树脂的内部以及周围的混合部分之间有微观的分离 状态，形成三个相。这三个相对光的折射率不同，造成聚 合物色光呆板，没有人体齿那种类似半透明或微带透明的 外观，从审美观点看也还存在缺点。 所以要更进一步研究，解决色泽问题，以及从各组份 的配合着手，解决结构和强度问题。,30,2.3 人工种植牙,人工种植牙是利用人工生物材料制造的仿生牙，医生 将其植入患者的颌骨内以修复失牙，重建咀嚼功能。人工 种植牙这种仿生器官被植入牙床后，不仅形态逼真、美观 患者感觉像真牙一样，

12、而且没有传统假牙的塑料基托、金 属卡环等的外观和异物感，并可像真牙一样咀嚼食物。被 称为人类的“第三副牙齿”。,31,人工种植牙更确切的称谓应是人工种植牙根。因为 种植到颌骨内的仅仅是相当于牙根的部分，待这部分种 植体与颌骨愈合之后，再在种植体上镶牙。,32,关于种植牙的历史，早在古埃及已有妇女用象牙做成 假牙，装饰牙齿脱落部位的记载。1931年，在南美洪都拉 斯发现了公元前600年的人类头颅骨化石，证实了古代牙 种植技术的存在。这具头颅骨的下颌切牙部有磨成牙齿状 的贝壳插入，X线检查显示致密骨环绕贝壳，两者结合好。,33,真正的骨内种植开始于十九世纪。这个时期，种植 治疗已屡有报告，种植材料

13、大大增加，如金、银、瓷、 象牙、贝壳等。据报告，种植成功的时间有长达八年之 久。 现代种植牙的发展始于1978年。这一年，美国国家 医学研究所在哈佛召开了一次研讨会，严格地讨论了种 植牙的优点和危险性，第一次从专业角度，正面肯定了 种植牙。,34,种植牙材料： 1、以钛合金为主的金属合金材料，其优点是强度高，但 对组织和骨的适应性均较差。 2、陶瓷材料，具有机械强度高、耐腐蚀、无刺激和毒性、 与组织相容性好。 3、高分子材料，某些高分子材料与人体结构的天然高分 子有较相近的化学结构，但易被生物体降解并刺激生 物体。,35,4、碳素材料，优点是在生物体内有较高的稳定性，无生 物降解作用。缺点是脆性大，为黑色，使其使用范围 受限。 5、复合材料。人体牙齿往往是包含着有机物和无机物的 复杂复合体。上述单一材料由于受到单一结构的限制， 往往不能满足生物体的要求。因此复合材料的应用日 趋广泛。,36,人工齿根种植不成功的病例大多由以下原因形成： 咬合时过分用力；患者健康状况不佳；骨组织生活力 不强；口腔内消毒不佳或清洁状况不佳；齿根周围引 起炎症。,