生物醫(yī)用復(fù)合材料2PPT課件

1、第五章 生物醫(yī)用復(fù)合材料1概 述生物醫(yī)用復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同材料復(fù)合而成的生物醫(yī)用材料1. 1. 分類：復(fù)合材料一般有基體材料和增強(qiáng)材料組成按基體：陶瓷基醫(yī)用復(fù)合材料、高分子基醫(yī)用復(fù)合材料、金屬基醫(yī)用復(fù)合材料按組織反應(yīng)：生物惰性醫(yī)用復(fù)合材料、生物活性醫(yī)用復(fù)合材料、可吸收醫(yī)用復(fù)合材料第1頁(yè)/共30頁(yè)第五章 生物醫(yī)用復(fù)合材料2按增強(qiáng)體的形態(tài)和性質(zhì) 纖維增強(qiáng)醫(yī)用復(fù)合材料 碳纖維和其他陶瓷纖維、玻璃纖維、金屬纖維和高分子纖維 顆粒增強(qiáng)醫(yī)用復(fù)合材料 氧化鋯、氧化鋁、氧化鈦等氧化物顆粒 羥基磷灰石（HAHA）等生物活性顆粒第2頁(yè)/共30頁(yè)第五章 生物醫(yī)用復(fù)合材料3生物醫(yī)用復(fù)合材料的分類和應(yīng)用第3

2、頁(yè)/共30頁(yè)第五章 生物醫(yī)用復(fù)合材料4生物醫(yī)用復(fù)合材料的分類和應(yīng)用第4頁(yè)/共30頁(yè)第五章 生物醫(yī)用復(fù)合材料5生物醫(yī)用復(fù)合材料的分類和應(yīng)用第5頁(yè)/共30頁(yè)第五章 生物醫(yī)用復(fù)合材料62. 2. 性能特點(diǎn)性能特點(diǎn) 比強(qiáng)度、比模量 抗疲勞性能好 抗生理腐蝕性好 力學(xué)相容性能好第6頁(yè)/共30頁(yè)第五章 生物醫(yī)用復(fù)合材料73. 3. 生物醫(yī)用復(fù)合材料的界面界面侵潤(rùn)性：增強(qiáng)體與基體侵潤(rùn)與否是制備性能良好的復(fù)合材料的必要條件界面結(jié)合力：機(jī)械結(jié)合力、物理結(jié)合力、化學(xué)結(jié)合力機(jī)械結(jié)合力摩擦力：存在于所有復(fù)合材料中。決定于增強(qiáng)體的比面積和粗糙度以及基體的收縮。比面積和粗糙度越大，基體的收縮越大，摩擦力越大。物理結(jié)合力范

3、德華力和氫鍵力：存在于所有復(fù)合材料中?；瘜W(xué)結(jié)合力化學(xué)鍵力第7頁(yè)/共30頁(yè)第五章 生物醫(yī)用復(fù)合材料8界面結(jié)合類型 機(jī)械結(jié)合： 基體與增強(qiáng)體之間純機(jī)械性連接的結(jié)合方式。 存在于所有復(fù)合材料中。 溶解和潤(rùn)濕結(jié)合： 基體與增強(qiáng)體之間溶解并伴隨一定程度的相互溶解（基體與增強(qiáng)體之一溶入另一種之中）而產(chǎn)生的結(jié)合方式。 靠原子間的電子相互作用實(shí)現(xiàn)。 可利用無機(jī)材料中的玻璃相實(shí)現(xiàn)該結(jié)合。第8頁(yè)/共30頁(yè)第五章 生物醫(yī)用復(fù)合材料9界面結(jié)合類型 反應(yīng)結(jié)合： 基體與增強(qiáng)體之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在截面形成牢固的化學(xué)結(jié)合。 借助偶聯(lián)劑（既有與基體反應(yīng)的官能團(tuán)又有與增強(qiáng)體反應(yīng)的官能團(tuán)），把兩種性質(zhì)差異很大的材料牢固的結(jié)合起來。

4、 混合結(jié)合： 是實(shí)際的復(fù)合材料中最普遍的結(jié)合形式第9頁(yè)/共30頁(yè)第五章 生物醫(yī)用復(fù)合材料10第一節(jié) 生物無機(jī)與無機(jī)復(fù)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，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(qiáng)體。引入顆粒、晶片、晶須或纖維等增強(qiáng)體。一、生物陶瓷與生物陶瓷復(fù)合材料一、生物陶瓷與生物陶瓷復(fù)合材料二、生物陶瓷與生物玻璃復(fù)合材料二、生物陶瓷與生物玻璃復(fù)合材料三、生物活性涂層無機(jī)復(fù)合材料三、生物活性涂層無機(jī)復(fù)合材料第10頁(yè)/共30頁(yè)第五章 生物醫(yī)用復(fù)合材料11一、生物活性陶瓷

5、與生物活性陶瓷復(fù)合材料一、生物活性陶瓷與生物活性陶瓷復(fù)合材料1 1、HA-TCPHA-TCP復(fù)合材料的組成與性能第11頁(yè)/共30頁(yè)第五章 生物醫(yī)用復(fù)合材料122 2、HA-HAHA-HA晶須復(fù)合材料：HAHA晶須增韌效果與材料的氣孔率有關(guān)無壓燒結(jié)的HA-HAHA-HA晶須復(fù)合材料，氣孔率較高，無明顯增韌效果如含0-30% HA0-30% HA晶須（Ca/P=1.66Ca/P=1.66）的復(fù)合材料，1000-11001000-1100OOCC，30MPa30MPa，1-2h1-2h熱壓燒結(jié)，斷裂韌性提高40%40%，HAHA晶須具有明顯增韌效果，但其相對(duì)密度隨晶須含量增加而降低（92.5-95%

6、92.5-95%）第12頁(yè)/共30頁(yè)第五章 生物醫(yī)用復(fù)合材料13二、生物活性陶瓷與生物玻璃復(fù)合材料1 1、HA-HA-生物活性玻璃復(fù)合材料（Apatte-Bioactive Glass CompositeApatte-Bioactive Glass Composite，ABCABC）2 2、TCP-HA-BGTCP-HA-BG多孔復(fù)合材料： 為珊瑚狀連通氣孔，氣孔率45-55%45-55%，氣孔大小200-500200-500微米 抗折強(qiáng)度10.5MPa10.5MPa，熱壓強(qiáng)度25MPa25MPa 用于大段骨或承重骨的修復(fù)第13頁(yè)/共30頁(yè)第五章 生物醫(yī)用復(fù)合材料14三、生物活性陶瓷與生物惰性

7、陶瓷復(fù)合材料三、生物活性陶瓷與生物惰性陶瓷復(fù)合材料氧化物陶瓷具有較高的強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性，但與生物組織為機(jī)械結(jié)合；生物活性陶瓷具有良好的生物相容性可與生物組織形成牢固的化學(xué)結(jié)合，但其脆性和低抗疲勞強(qiáng)度限制其應(yīng)用。1.1. 以高強(qiáng)度氧化物為基材，摻入羥基磷灰石等生物活性陶瓷顆粒，以賦予生物活性2.2. 以生物活性陶瓷為基材，摻入氧化物等顆粒以補(bǔ)強(qiáng)其力學(xué)性能第14頁(yè)/共30頁(yè)第五章 生物醫(yī)用復(fù)合材料15第15頁(yè)/共30頁(yè)第五章 生物醫(yī)用復(fù)合材料161、HA-ZrO2復(fù)合材料 燒結(jié)溫度增加，抗折強(qiáng)度和斷裂韌性都增加例：添加50% TZ-3YZrO2，燒結(jié)第16頁(yè)/共30頁(yè)第五章 生物醫(yī)用復(fù)合材料172

8、 2、TCP- ZrO2TCP- ZrO2復(fù)合材料 抗彎強(qiáng)度隨ZrO2ZrO2含量增加而增加第17頁(yè)/共30頁(yè)第五章 生物醫(yī)用復(fù)合材料18四、生物活性涂層材料 生物活性玻璃涂層氧化鋁復(fù)合材料，以改善氧化鋁陶瓷的表面活性 等離子體噴涂+1000-1300+1000-1300OOCC煅燒30min30min， 氧化鋁擴(kuò)散進(jìn)入玻璃層，有效增強(qiáng)生物活性玻璃與氧化鋁的界面結(jié)合。 12001200OOCC煅燒，表面玻璃中形成穩(wěn)定硅灰石相，基體相中遺留富余的CaOCaO和P P2 2OO3 3，在緩沖液中反應(yīng)20min20min后即有HAHA形成， HAHA形成速度加快。第18頁(yè)/共30頁(yè)第五章 生物醫(yī)用復(fù)

9、合材料19第二節(jié) 生物無機(jī)與有機(jī)高分子復(fù)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(gòu)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(zhì)等高分子構(gòu)成的連續(xù)相和彌散于中的羥基磷灰石晶粒復(fù)合而成。利用高彈性模量的無機(jī)材料增強(qiáng)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(jìn)生物無機(jī)材料的韌性。主要應(yīng)用于硬組織的修復(fù)與重建。第19頁(yè)/共30頁(yè)第五章 生物醫(yī)用復(fù)合材料20一、生物活性陶瓷與天然生物高分子復(fù)合材料一、生物活性陶瓷與天然生物高分子復(fù)合材料二、生物活性陶瓷與生物高分子復(fù)合材料二、生物活性陶瓷與生物高分子復(fù)合材料三、生物玻璃與生物高分子復(fù)合材料三、生物玻璃與生物高分子復(fù)合材

10、料四、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料四、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料第20頁(yè)/共30頁(yè)第五章 生物醫(yī)用復(fù)合材料21一、生物活性陶瓷一、生物活性陶瓷天然生物高分子復(fù)合材料天然生物高分子復(fù)合材料1 1、HAHA膠原復(fù)合材料 與自然骨有機(jī)質(zhì)接近的膠原與HAHA陶瓷復(fù)合，使之能與受骨的骨膠原末段的氨基和羥基結(jié)合，形成具有生物活性的化學(xué)結(jié)合界面。 膠原與多孔HAHA陶瓷復(fù)合，其強(qiáng)度比HAHA陶瓷提高2-32-3倍。2 2、 HAHA纖維蛋白粘合劑復(fù)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(jī)體的免疫系統(tǒng)，對(duì)HAHA的結(jié)構(gòu)無影響。第21頁(yè)/共30頁(yè)第五章 生物醫(yī)用復(fù)合材

11、料22HAHA纖維蛋白粘合劑復(fù)合材料的結(jié)合強(qiáng)度（g/cmg/cm2 2) )第22頁(yè)/共30頁(yè)第五章 生物醫(yī)用復(fù)合材料23二、生物活性陶瓷與生物高分子復(fù)合二、生物活性陶瓷與生物高分子復(fù)合材料材料1 1、HAHA聚乳酸復(fù)合材料聚乳酸（PDLLA)PDLLA)具有良好的生物相容性和可降解性，是一種中等強(qiáng)度的聚合物。但過于柔軟，缺乏骨結(jié)合能力，X X光可穿透，不便臨床顯影觀察，限制了其在內(nèi)固定中的應(yīng)用。具有良好的生物相容性、可吸收性、生物活性和骨結(jié)合能力；第23頁(yè)/共30頁(yè)第五章 生物醫(yī)用復(fù)合材料24 隨HAHA在PDLLAPDLLA基體中的含量增加，抗彎強(qiáng)度和彈性模量也增加，可作為骨折內(nèi)固定材料。

12、 HAHA與PDLLAPDLLA界面僅存在機(jī)械結(jié)合，可采用硅氧烷偶聯(lián)劑處理HAHA表面，增強(qiáng)其機(jī)械性能。第24頁(yè)/共30頁(yè)第五章 生物醫(yī)用復(fù)合材料25 PDLLAPDLLA與HAHA顆粒復(fù)合有助于提高材料的初始硬度和剛性，延緩材料的早期降解速度，提高骨結(jié)合能力。隨著PDLLAPDLLA的講解吸收，HAHA在體內(nèi)逐漸轉(zhuǎn)化為自然骨組織。第25頁(yè)/共30頁(yè)第五章 生物醫(yī)用復(fù)合材料262 2、其他1 1）HA-HA-聚乙烯2 2）HA-PMMAHA-PMMA骨水泥3 3）TCP-TCP-聚乳酸4 4）有機(jī)高分子表面活性陶瓷涂層第26頁(yè)/共30頁(yè)第五章 生物醫(yī)用復(fù)合材料27三、生物玻璃三、生物玻璃生物高分子復(fù)合材料生物高