当前位置:
文档之家› 材料科学与工程前沿生物医用材料
材料科学与工程前沿生物医用材料
展出组织工程材料、可降解生物材料。
北京航空航天大学
我国生物医用材料市场
➢ 我国生物医学材料的生物医学工程产业的市场增长率高达 28%(全 球市场增长率20%),居全球之首。
✓我国人工关节 替换年增长率高达30%,远高于美国的4%。
✓ 775万肢残患者和每年新增的300万骨损伤患者——需要大量骨修复 材料
北京航空航天大学
生物相容性
2、宿主反应:材料对活体系统的作用
➢由于材料中的元素、分子或其它降解产物在生理环境下 被释放而进入邻近的生物组织和整个活体系统,也可能是 源于材料制品对组织的机械、电化学或其它刺激作用。
宿主反应包括:局部反应、全身毒性反应、过敏反应、 致畸、致癌、致突反应和适应性反应。
➢两种反应的结果可能导致机体中毒和机体对材 料的排斥。
生物学评价标准 1)美(ASTM)、英、加三国标准:1986年 2)国际标准ISO :1992 3)中国标准:1997年
评价依据: 1)接触部位:体表、体内组织、骨骼、牙和血液; 2)接触方式:直接、间接 3)接触时间:短暂≦24h,短中期<30天;长期>30天; 4)用途:一般功能、生殖与胚胎及生物降解。
北京航空航天大学
生物材料分类
按用途分类
➢骨骼-肌肉系统修复和替换材料 ➢软组织材料 ➢心血管系统材料 ➢医用膜材料 ➢组织粘合剂和缝线材料 ➢药物释放载体材料 ➢临床诊断及生物传感器材料 ➢可生物降解吸收材料 ➢齿科材料
北京航空航天大学
生物医用材料应用实例
北京航空航天大学
典型生物医用材料
➢生物医用金属材料
北京航空航天大学
生物医用材料
北京航空航天大学
生物医用材料
颅额面微型钛板
北京航空航天大学
生物医用材料
➢ 生物医用陶瓷材料
① 生物惰性:植入人体后仍维持自身结构并不引起人体免疫反应。 ② 生物活性:可与人体组织形成结合。 ③ 生物降解:在被被生组织替代后在体内可以降解,化学副产物可通过代谢被分解吸收。
心血管支架
北京航空航天大学
生物医用材料
α-钛合金
钛合金 的分类
α+ß 钛合金 ß-钛合金
高温性能好 组织稳定 焊接性能好 常温强度低 塑性不够高
综合力学性能好 强度高 焊接性能好 塑性高 中等温度组织不稳定
常温强度好 塑性加工性能好 组织不稳定 冶金工艺复杂
北京航空航天大学
生物医用材料
Ti6Al4V合金 (TC4)
材料北科京学航与空航工天程大前学沿之生物医用材料
生物医用材料
Biomedical Materials
主要内容
一. 生物医用材料定义及发展 二. 生物相容性与生物医用材料 三. 典型疾病与生物医用材料
北京航空航天大学
一.生物医用材料定义及发展
北京航空航天大学
生物材料定义
➢ 生物医用材料(Biomedical Materials) 生物材料(Biomaterials)
多肽、自由基对材料的生物降解作用。
北京航空航天大学
生物相容性
生物医用材料与生物系统直接结合,会产生两种 反应:材料反应和宿主反应
1、材料反应:活体系统对材料的作用,即材料在生物活体 中的响应。 ➢材料在生理环境中被腐蚀、吸收、降解、磨损、失效等, 从而使材料的功能特性发生改变,理化性质发生退变,最 后导致材料失效。
北京航空航天大学
发展历史
公元前5000年:古代人就尝试用黄金修复失牙; 公元前3500年,棉花纤维、马鬃作缝合线 1588年,黄金板修复颚骨 1775年,金属固定体内骨折 20世纪30年代:工业生产医用材料; 20世纪中后期:高分子工业推动生物医用材料的发展; 20世纪80年代后期:材料科学与现代生物技术相结合发
北京航空航天大学
生物相容性
血液相容性 生物相容性
组织相容性
抗血小板血栓形成 抗凝血性 抗溶血性 抗白细胞减少性 抗补体系统亢进性 抗血浆蛋白吸附性 抗细胞因子吸附性
细胞黏附性 无抑制细胞生长性 细胞激活性 抗细胞原生质转化性 抗炎症性 无抗原性 无诱变性 无致癌性 无致畸性
北京航空航天大学
生物相容性评价
北京航空航天大学
医用不锈钢
主要合金元素:铬、碳、镍和钛
北京航空航天大学
生物医用材料
铁素体和马氏体不锈钢
➢适合做医疗器械 ➢不适合植入
不锈钢针头
不锈钢药膏调刀
不锈钢持针钳 北京航空航天大学
生物医用材料
奥氏体不锈钢
奥氏体不锈钢是作 为医用金属植入材 料最重要的钢类, 如:316L不锈钢
(00Cr17Ni14Mo2 )
➢ 对生物Leabharlann 进行诊断、治疗和置换损坏的组 织、器官或增进其功能的材料。
俞耀庭,张兴栋,《生物医用材料》,2001
*生物材料可以是人造的,也可以是天然的 或者是它们相结合的功能材料
北京航空航天大学
➢人体中已经商业化的生物医用材料器件
Intraocular lenses 人工晶体: 硅凝胶\PMMA
髋关节:钛合金
北京航空航天大学
生物相容性评价-中国国家标准
国家标准GB/T16886 系列医疗器械生物 学评价标准中表面 器械部分。
北京航空航天大学
生物材料分类
按材料组成和 性质
➢医用金属材料 ➢医用高分子材料 ➢生物陶瓷材料 ➢生物医学复合材料
按材料在生理 环境中的生物 化学反应水平
➢近惰性生物医学材料 ➢生物活性医学材料 ➢可生物降解和吸收材料
Al :Al是唯一α稳定元素,同时是最主要的强化元素, 固溶强化作用显著。随Al量的增加,合金的强度提高, 而塑性无明显降低,当Al的质量分数超过7%后,由于 组织中出现脆性的Ti3Al化合物,使塑性显著降低,故 其质量分数不超过7%
V: 钒与 ß钛属于同晶元素,具有ß稳定化作用。钒在 ß钛中无限固溶, 而在α-Ti中也有一定的固溶度。钒具 有显著的固溶强化作用,提高合金强度同时,能保持良 好的塑性,还能提高钛合金的热稳定性。
✓2000万心血管病患者——每年需要24万套人工心瓣膜 ✓肾衰患者——每年需要12万个肾透析器
北京航空航天大学
二、生物相容性与生物医用材料
北京航空航天大学
生物相容性
➢ 生物相容性:生物医用材料与人体之间相互 作用产生各种复杂的生物、物理和化学反应 的一种概念。
引起生物材料变化的因素: 1)生理活动中骨骼、关节、肌肉的力学性动态运动; 2)细胞生物电、磁场、电解和氧化作用; 3)新陈代谢过程中的生物化学和酶催化反应; 4)细胞黏附和吞噬作用。 5)体液中的各种酶、细胞因子、蛋白质、氨基酸、