不锈钢与材料科学PPT课件

1、.第1，7章生物医学材料，第1节生物医学材料的用途，基本特性和分类，2005-05-09，3，生物医学材料的定义，与生命系统的接触和交互，细胞，组织和，生物材料，诊断，现代诊断系统，治疗，修复，替换，组织管功能增强，高级控制释放系统，常规生物材料组织工程学科生物材料，牙齿，人造血管，人工心脏瓣膜，心脏起搏器，脊椎修复支架，2005-05-09，11，生物医学材料的研究内容，生物生理环境，组织内容，器官生理功能及其替代方法。具有特殊生理功能的生物医学材料的合成、修改、加工整形及材料的特殊生理功能与其结构有关。材料和生物体的细胞、组织、血液、体液、免疫、内分泌等生理系统的相互作用，材料毒性副作用刺

2、激方案。材料杀菌、消毒、医疗安全评价方法和标准、医疗材料和产品生产管理及国家规定。2005-05-09，12，生物医学物质的分类，医疗物质的来源：天然生物物质，合成物质。根据医用材料的性质，分为高分子材料、金属材料、无机非金属材料、天然生物材料。医用材料按人体使用的部位分类：硬组织材料、软组织材料、心血管材料、血液替代材料、分离透析材料。根据医用材料使用要求(非可移植材料、可移植材料、血液接触材料、分解和可吸收材料)分类。2005-05-09，13，生物医学材料的基本要求，生物相容性化学稳定性力学条件其他要求，2005-05-09，14，生物相容性，对人体无毒性，无刺激，无畸形，不排除在体内，

3、无炎症，无慢性感染，种植体对周围组织无局部或全身性反应，最好结合骨和化学，具有生物活性。没有溶血，凝固反应等。2005-05-09，15，化学稳定性，体液侵蚀，有害分解物生成渡边杏盒吸收膨胀，软化变质。本身不变。2005-05-09，16、足够的静态强度，如机械条件、弯曲、压缩、拉伸、剪切等；具有适当的杨氏模量和硬度的疲劳、摩擦、磨损、润滑性能。2005-05-09，17，其他要求，良好的间隙，体液和硬件组织可以很容易地成长。易于加工，使用方便。热稳定，高温消毒不变质等性能。第二节，生物医学材料市场开发概述，全球生物医学材料市场，中国生物医学材料生物医学工程学科产业市场增长率为28(全球市场增

4、长率为20%)，位居世界第一。我国人工关节置换年增长率为30，远远高于美国4。国家科学技术部数据，中国生物医疗材料市场，775万肢体残疾患者和每年300万骨损伤患者增加需要大量骨修复材料2000万心血管疾病患者全球生物医学材料细分市场发展，增长率为26%，增长率为45%，市场800亿美元，高速增长，高速增长，高速增长随着国民购买力的提高和保健意识的加强，今后国内医药品市场规模将每年以5000万美元的幅度增长。中国石化市场，我国生物材料和产品所占的世界市场份额不到1.5。产品技术水平处于初级阶段，产品单一。类似的产品与外国产品相比基本上属于模仿，经常知识产权较少。生物医学材料和产品的70%到80

5、%都要依赖进口。处于产业开始阶段。生物医学材料产业现状：我国生物医学材料产业化，我国有6000多家制药企业，但总体上，技术资源、资金实力比不上西方制药企业。其中只有几家企业控制释放系统。我国企业的研发投资总体上很少，不能与国际约束相提并论。我国的控制释放制以研发为主，产业化产品少，市场基本是进口药品制。药物控制释放产业现状：产业发展方向，市场快速增长需求一般生物医学材料，控制释放系统，组织工程学科材料；加强研发能力建设，加强学科交叉，加强自身知识产权技术和产品开发生产-学习-研究的结合。第三节，普通生物医学材料，钛合金系列材料生物陶瓷复合化和生物活性高分子生物材料模拟生化和高性能，3.1金属生

6、物医学材料，金属生物医学材料必须是一种生物惰性材料。除了良好的力学性能和相关物理性质外，还必须具有良好的抗生理腐蚀性和组织相容性。应用于临床的医用金属材料主要是不锈钢钴合金钛合金等三类茄子。它们主要用于骨骼和人工器官等硬组织的修复和替换、心血管和软组织的修复、制造的结构组件等。根据不锈钢、显微组织的特点，可以分为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、沉淀硬化不锈钢等类型。铁素体和马氏体不锈钢的主要成分是Fe，Cr，C。马氏体不锈钢耐蚀性随碳含量的减少和铬含量的增加而增加，随碳含量的增加而增加。目前铁索体和马氏体不锈钢等用于医疗器械。2005-05-09，32、奥氏体不锈钢省加元素Cr和Ni

7、，塑料高，形状多样，非磁性，易加工变形韧性；奥氏体不锈钢的生物相容性和综合力学性能牙齿比较好，得到了大量应用。在整形外科中用于制作各种人工关节和骨折内部固定架。口腔科常用于制作牙科治疗、矫正、牙根栽培等各种配件。钴基合金、钴基合金的钝化膜比不锈钢更稳定、耐蚀，移植到体内后不会产生明显的组织反应。口腔科最先应用的是钴铬钼合金，20世纪30年代末用于制作接骨板、骨钉等固定器械。20世纪50年代，我们成功地制造了人工髋关节。20世纪60年代，为了提高钴基合金的力学性能，开发了钴铬镍合金锻件和钴铬钼合金锻件，并应用于临床。为了改善钴系合金的疲劳性能，20世纪70年代开发了钴铬钨铁合金锻件和具有多相组织

8、的MP35N钴铬镍合金等，并在临床上应用。钛基合金，重金属元素离子(如Ni，Cr离子)牙齿人体组织内的含量过高会对人体组织产生一定的毒性。纯钛和钛植入物与周围组织几乎没有反应。采用钛基合金可以进一步提高移植金属材料的性能。Ti和氧反应形成的氧化膜致密稳定，有很好的钝化作用。因此，Ti合金具有很强的耐蚀性。Ti的密度小，高于强度，Ti合金的强度可以达到高水平。缺点：Ti合金的磨损和应力腐蚀更明显。总的来说，Ti合金对人体毒性小、密度低、接近天然骨骼的杨氏模量，是比较好的金属生物医学材料。，3.2生物陶瓷、陶瓷是高温处理的工艺整体无机非金属材料。其结构中键结合力大的离子键及共价键，因此良好的机械强

9、度、硬度、体内不易熔化、不易腐蚀、热稳定性好，加热消毒容易、耐磨性好，不易产生疲劳现象，满足栽培学的要求。陶瓷容易成型，可以根据使用要求进行多种形式和尺寸制作。随着加工设备及技术的发展，陶瓷的切削、研磨、抛光等已经成熟的工艺。不同种类的生物材料比较、根据生物陶瓷材料和生物组织的罪恶感，可以分为惰性生物陶瓷这三类茄子。牙齿生物陶瓷在体内与组织几乎没有反应，例如氧化铝陶瓷和蓝宝石、碳、氧化锆陶瓷、氮化硅陶瓷。活性生物陶瓷。在生理环境中与组织界面作用，形成化学键结合，与龙骨结合。羟基磷灰石等陶瓷及生物活性玻璃、生物活性微晶玻璃、可吸收的生物降解陶瓷在生物体内逐渐分解，被骨组织吸收，是磷酸三钙等骨骼的

10、重建材料。多种生物陶瓷在临床上有以下应用：可承受负载的定型、牙科、颌面：Al2O3陶瓷、稳定的ZrO2陶瓷、生物活性表面涂层(生物活性玻璃、生物玻璃)的相应材料等牙齿种植、牙齿增加：Al2O3陶瓷、氟聚合物/人工肌肉结合和韧带：PLA-碳纤维复合材料。2005-05-09，40，人工心脏瓣膜：热分解碳涂层(凝固，减少摩擦系数)；组织可以生长的涂层(心血管、矫形、牙齿、额头修复)大量使用Al2O3陶瓷。骨头的填充物。磷酸钙和磷酸钙粉末或粒子；脊椎手术：生物活性玻璃或生物活性玻璃陶瓷；眼睛：生物玻璃，羟基磷灰石。惰性生物材料氧化铝陶瓷，根据制造方法分为生物医学用氧化铝单晶氧化铝、多晶氧化铝、多孔氧

11、化铝三种。对于多晶氧化铝，只有高纯度(99.5%)、高密度(3.90g/cm3)、颗粒小、均匀(平均晶粒尺寸7m)的氧化铝陶瓷，才能使Al2O3比生物陶瓷的优越性，即优秀的生物相容性、摩擦系数、耐磨损性、耐磨多晶氧化铝陶瓷更单晶氧化铝，氧化铝也有一些茄子问题：1，骨骼和化学结合，需要很长时间，与骨骼的固定可能会松弛。2、机械强度不是很高。3、高杨氏模量(380 GPA)；4、摩擦系数，磨损速度不低。使用多孔氧化铝是氧化铝陶瓷和骨骼的结合不好，可以固定移植体，确保移植物和骨骼的良好结合。但是这样会降低陶瓷的机械强度，多孔氧化铝陶瓷的强度随着空隙的吝啬而急剧降低。因此，只能用于不负重或不负重的部分

12、。为了提高多孔氧化铝陶瓷种植体的强度，可以使用金属和氧化铝复合材料在金属表面形成多孔氧化铝薄层。牙齿复合材料都可以保证强度和孔隙度。缝隙大小对骨骼很重要，孔径牙齿为1040米时，只有组织生长，骨头没有生长。孔径为75100 m时，进入连接组织。骨头完全长大的孔径为100200米。，2020/8/14，43，碳材料，碳材料在1960年，碳材料很轻，具有良好的润滑性和疲劳耐疲劳性，弹性系数与人骨的密度几乎相同。碳材料的生物相容性特别是抗凝性好，血细胞中元素相容性好，不影响血浆中蛋白质和酶的活性。碳材料在人体内不发生反应和溶解，生物亲和力好，耐蚀性好，对人体组织的力学刺激也小。根据不同的生产工艺，徐

13、璐得到不同结构的碳材料，主要有三种茄子类型：玻璃碳材料：通过字典整形的孕育聚合物，轻松挥发成分制成。材料的剖面厚度通常为7mm低于。热解碳(LTI碳):通过将甲烷、丙烷等碳氢化合物通过硫化床，10002400热解和沉淀获得的。沉积层的厚度一般为1mm是。低温气相沉积碳(ULTI碳):由电弧等离子体溅射或电子束源制成的各向同性碳膜，薄膜厚度一般为1米左右。碳材料是用于修复心血管系统的理想材料，其缺点是在机体内长期发生碳离子扩散，会对周围组织产生染色，但迄今为止还没有对发现造成的气体产生不利影响。可吸收生物陶瓷、可吸收生物陶瓷移植到人体后，材料逐渐被吸收，新生骨逐渐变长，被替代。生物降解能使生物陶

14、瓷在生物医学中主要填补脸部和额头的骨缺损、牙周的空白，并作为药物的载体。最先使用的生物降解材料是石膏，石膏的兼容性很好，但吸收速度太快，通常新骨头没有生长，耗尽，崩溃的情况很多。目前广泛使用的生物降解陶瓷材料是磷酸三钙，根据材料物理化学原理，调整磷酸三钙的万成分和微观结构，可以制成分解速度不同的可吸收生物陶瓷材料。生物活性陶瓷羟基磷灰石，包括多种生物活性玻璃和羟基磷灰石等磷酸盐物质，被称为HA，因为HA占人体骨骼构成的70%，修复骨组织HA比金属和聚合物有更好的效果。HA移植到骨组织后，通过外缘生长和骨形成坚固的化学键连接，即骨连接。生物体中形成与骨组织紧密的化学键结合层，牙齿结合层防止植入物

15、材料腐蚀，具有耐疲劳性。生物活性微晶玻璃也称为生物活性玻璃陶瓷，是含有磷灰石微晶相的陶瓷材料。这些材料可以化学键与自然骨形成结合。生物活性玻璃陶瓷的制备工艺比较简单。首先通过混合和熔化获得均质玻璃熔体，然后根据对产品性能的要求选择不同的整形方式，制作注入成型法、粉末烧结法等植入物。在林爽实践中，生物玻璃成功地用作听骨、骨盆、脊椎和骨骼的填充物；通过磷灰石层和骨骼的结合，是生物活性物质的本质。可以治疗癌症的生物陶瓷，生物陶瓷不仅可以替代受损的组织，还可以就地杀死癌细胞，消除受损的组织，恢复受损的组织，而不需要移除。生物陶瓷的生物相容性和铁磁性可以作为癌症治疗的热源。例如，高密度玻璃热磁性由LiFe3O5和-Fe2O3和Al2O3-SiO2-P2O5玻璃体复合材料制成。将上述玻璃微球注射到肿瘤周围，放置在频率为10kHz，磁场强度为500Oe的交变磁场中，通过迟滞现象损失将肿瘤部位加热到43以上，有效治疗癌症，恢复骨组织的功能和开始。，4.3生物医学高分子材料、有机体或治疗过程中使用的高分子材料可分为天然高分子材料和合成高分子材料。强度和硬度低，可用作软组织替代品。不会发生生理腐蚀。制作上容易成型的缺点：由于体液或血液中的各种离子、蛋白质、酶的作用，聚合物可能会断裂和分解。耐磨、蠕变等性能也不如金属材料，是