生物无机与有机高分子复合材料
❖ 几乎所有的生物体组织都是由两种或两种 以上的材料构成的
例如人体中的骨骼和牙齿可看作由胶原蛋白、 多糖基质等高分子构成的连续相和弥散于中 的羟基磷灰石晶粒复合而成。
❖ 利用高弹性模量的无机材料增强高分子材 料的刚性，并赋予其生物活性
❖ 利用高分子材料的可塑性增进生物无机材 料的韧性。
共聚调控降解时间
聚羟基丁酸酯PHB及其共聚物 可生物降解，用于药物释放载体和组织工程 多糖和蛋白质是自然界中重要的天然高分子，具有很好的生
物相容性、可降解性和低毒性，
聚原酸酯(Polyorthoesters,POE）
POE是通过多元酸或多元原酸酯与多元醇类 经无水条件下缩合形成原酸酯键而制成。
料的机械性能，导致断裂，还产生腐蚀产物， 对人体有刺激性和毒性。
常用的医用金属材料
❖ 1)齿科：镶牙、齿科矫形、牙根种植及辅助器件 ❖ 2)人工关节和骨折内固定器械：人工肩关节、肘关节、全髋
关节、半髋关节、膝关节、踝关节、腕关节及指关节。各种 规格的皮质骨和松质骨加压螺钉、脊椎钉、骨牵引钢丝、人 工椎体和颅骨板等， ❖ 3)心血管系统：各种传感器、植入电极的外壳和合金导线， 可制作不锈钢的人工心脏瓣膜、血管内扩张支架等 ❖ 4)其它：如用于各种眼科缝线、人工眼导线、眼眶填充、固 定环等。
要方法)a.热喷涂b.脉冲激光融覆c.离子溅射d.喷 砂法e.电结晶法f.电化学法g.离子注入
医用金属材料研究进展
医用镁及镁合金材料的研究 镁合金具备作为可降解骨植入材料的多方面优点：
(1) 镁是人体内含量最多的阳离子之一，几乎参 与人体内所有的新陈代谢过程。
(2) 镁及镁合金的弹性模量约为45GPa，更接近 人骨的弹性模量，能有效降低应力遮挡效应； 镁与镁合金的密度约为1.7g/cm3，与人骨密度 (1.75g/cm3)接近，符合理想接骨板的要求。
主要应用于硬组织的修复与重建。
一、生物活性陶瓷—天然生物高分子复合材料 1、HA—胶原复合材料
❖ 与自然骨有机质接近的胶原与HA陶瓷复合，使之能与受骨的骨胶 原末段的氨基和羟基结合，形成具有生物活性的化学结合界面。其 强度比HA陶瓷提高2-3倍。
2、 HA—纤维蛋白粘合剂复合材料
❖ 纤维蛋白粘合剂有纤维蛋白原和凝血酶组成。具有良好的生物相容 性，完全的生物降解性，无毒、不影响机体的免疫系统，对HA的 结构无影响。
新型CPC的研究
1. 药物控释骨水泥 2. 注射型骨水泥
3. 生物活性骨水泥
第三章 医用金属材料
定义：是一种用作生物医用材料的金属 或合金，又称作外科用金属材料或医 用金属材料，是一类生物惰性材料。
医用金属材料的特性与要求
❖ (1)生物相容性:即生物学反应最小 ❖ (2)优良的机械性能: ❖ 强度与弹性模量（与生物体匹配） ❖ 耐磨性 ❖ (3)耐腐蚀性能：腐蚀不仅降低或破坏金属材
生物材料是材料科学领域中正在发展的多种学科相互交叉 渗透的领域，其研究内容涉及材料科学、生命科学、化学、 生物学、解剖学、病理学、临床医学、药物学等学科，同时 还涉及工程技术和管理学科的范畴
生物医用金属材料:不锈钢、钴基合金，钛及合金等
广泛应用于人工假体、人工关节、医疗器械等
生物医用无机材料:主要是生物陶瓷
疏水型聚合物
不溶于水，溶于THF等有机溶剂
降解产物无毒、无副作用
降解为“表面融蚀”（surface erosion）、
聚丙交酯又称聚乳酸 目前最有前途的可生物 降解聚合物之一，因为它的原材料(淀粉和纤 维素)是不会增加大气中二氧化碳的农产品。
聚合物降解机理
1
降解的第一阶段一 般是水解过程，生 成溶于水的低聚物 和乳酸。
定义：
生物陶瓷是指与人体工程有关的可用于人体组织修复的一类陶瓷材 料
特点：
⑴在人体内理化性能稳定，具有良好的生物相容性； ⑵材料的性能可通过成分的设计进行控制； ⑶容易成型，可按需要制成各种形状 ⑷容易着色，是良好的口腔材料
典型的生物医用陶瓷材料
1
氧化吕陶瓷
2
医用碳材料性
3
生物活性陶瓷
4
可吸收生物陶瓷
2
第二阶段在微生物的作用下分 解成二氧化碳和水以及其他小 分子。通过加入一些亲水性成 分到聚合物中或降低聚乳酸的 结晶度可以加速聚乳酸的降解。 由于乳酸具有旋光性．聚乳酸 也存在聚一D一乳酸(P—D— LA)、聚一L一乳酸(P—L— LA)和聚(D，L)一乳酸(P一(D， L)一LA)等几种。
例如：聚原酸酯(POE)的水解机理
第三节 生物医用无机骨水泥
骨水泥作为人工合成替代材料中的重要组成部分，在硬组织缺损修 复和固定移植体过程中起着不可低估的作用
发展历程：
第一代PMMA骨水泥
第二代磷酸钙骨水泥CPC
新型CPC
玻璃碳
心脏瓣膜
生
物
陶
瓷
中
耳
通
生物陶瓷人工听小骨假体
气
引
流
管
第一代 PMMA骨水泥:优点：易成型和粘结性能
好
第二章 医用无机材料
一 生物医用无机材料的基本条件： 1.良好的生物相容性 2.杂质元素及溶出物含量低 3.有效性 4.成型加工生物医用 无机 材料
生物陶瓷 生物玻璃 生物玻璃
材料
材料
陶瓷
生物医 用无机 骨水泥
生物复 合无机
材料
第二节 生物医用陶瓷材料
二 、生物医用高分子材料的分类
2020/2/29
三、天然可降解高分子
胶原蛋白 纤维蛋白 甲壳素/壳聚糖
天然
两亲性多糖衍生物 生物大分子前药 天然高分子类水凝胶
四、人工合成高分子材料
酯族酸聚酯 聚原酸 酯
五、典型可降解高分子材料介绍
聚乳酸PLA 聚乙醇酸PGA及其共聚物 用于缝合线，药物释放载体和组织工程，可生物降解，常以
分为惰性生物陶瓷，如氧化铝生物陶瓷 表面生物活性陶瓷，如磷酸钙基生物陶瓷
可降解生物陶瓷，如β-磷酸三钙陶瓷等
生物医用高分子材料
天然的如多糖类、蛋白类 合成的聚氨酯、聚乙烯、聚乳酸、聚四氟乙烯等，用于人体器官、组织、 关节、药物载体等
生物医用复合材料
不同种材料的混合或结合，克服单一材料的缺点，获得性能更优的材料
在外科手术缝合线中的应用
高强度
不产生 炎性反
应
形成安 全牢固
的结
医用缝合线
的要求
无刺激 性和致
癌性
可自行降 解吸收
易于染色、 灭菌、消毒
制作方便， 价格低廉
最主要的降解材料就是缝合线
一 、医用高分子材料介绍
1、材料的降解产物，具有很低或是可忽略的 毒性，对生物体内的局部组织反应通常可预测
2、材料具有适当的机械性质及可调控的降解 时间，可满足各种长期或短期植入物的需要。 材料易控制加工制备成各式的生医器材，并具 有一致性。
3、材料已被广泛应用在医学上或是药学上， 有许多形式已被美国食品及药物管理局认可 （FDA）
(3) 镁具有独特的体内降解性能 。 (4) 镁资源丰富，价格低廉。
第四章 生物医用复合材料
生物医用复合材料——是由两种或两种以上不同材料复合而成 的生物医用材料
1. 分类：复合材料一般有基体材料和增强材料组成
(1)按基体：陶瓷基医用复合材料、高分子基医 用复合材料、金属基医用复合材料
(2)按组织反应：生物惰性医用复合材料、生物 活性医用复合材料、可吸收医用复合材料 (3)按增强体的形态和性质：纤维增强医用复 合材料 ，颗粒增强医用复合材料
第三节、可降解高分子材料在医学领域的应用
组织工程
药物释放 体系
骨科领 域
医学领 域应用
外科手术 缝合线
在组织工程中的应用
组织工程（tissue engineering） 应用工程科学和生命科学的原理与方法，在
正确认识正常和病理哺乳动物的组织结构与 功能关系的基础上，研发、修复、维持或改 善组织功能的生物替代物的一门新兴学科。 例如 现在大量商业用的人造皮肤有胶原蛋白、甲 壳素、聚-L-亮氨酸等酶催化生物降解材料
二、生物活性陶瓷与生物高分子复合材料
1、HA—聚乳酸复合材料:具有良好的生物相容性、可吸收性、生物 活性和骨结合能力
2、其他
1）HA-聚乙烯 2）HA-PMMA骨水泥
3）TCP-聚乳酸 4）有机高分子表面活性陶瓷涂层
第五章 生物医用高分子材料
生物医用高分子材料应用广泛，既可植入体 内，如聚乳酸骨板和骨钉，心脏瓣膜，人工 血管，人工皮肤和人工软骨等，亦可用做体 外辅助装置，如人工肾/血液透析、人工肺/ 血液氧合器、人工胰/胰岛素释放系统等。
2. 性能特点
比强度、比模量 抗疲劳性能好 抗生理腐蚀性好 力学相容性能好
生物无机与无机复合材料
以氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、生物玻璃、生 物玻璃陶瓷、羟基磷灰石、磷酸钙等材料 为基体，
引入颗粒、晶片、晶须或纤维等增强体。 一、生物陶瓷与生物陶瓷复合材料
二、生物陶瓷与生物玻璃复合材料 三、生物活性涂层无机复合材料
医用金属材料的腐蚀
腐蚀：材料与周围介质的化学、电化学或物理溶解 作用而导致的破坏过程。
是金属与它所处的环境之间发生的一种不希 望出现的化学反应，
将会导致金属形成氧化物、氢氧化物或其他 化合物而持续析出
金属材料的耐腐蚀性能的途径
❖ （1）在材料表面形成保护层 ❖ （2）提高材料表面光洁度 ❖ （3）物理化学方法(改善金属生物材料表面性能的主
缺点：材料化学成份与人体骨成份完全不同，生物相容 性差；单体放热剧烈；细胞毒性；引起过敏
第二代 磷酸钙骨水泥 CPC
20世纪80年代中期，E.brown和chow发现由几种磷酸 钙盐组成的混合物能在人体环境和温度下自行固化，水 化硬化过程基本不放热，其水化成分最终转化为羟基磷