1、生物材料学生物材料学1生物材料应用实例之一生物材料应用实例之一23聚丙稀4聚乙烯5678生物材料应用实例之二生物材料应用实例之二9生物材料应用实例之三生物材料应用实例之三10生物材料应用实例之四生物材料应用实例之四1112131415161718 指生物材料具备或完成某种生物功能时应该指生物材料具备或完成某种生物功能时应该具有的一系列性能。具有的一系列性能。根据用途主要分为根据用途主要分为:承受或传递负载功能承受或传递负载功能。如人造骨骼、关节和牙等，占。如人造骨骼、关节和牙等，占主导地位主导地位;控制血液或体液流动功能控制血液或体液流动功能。如人工瓣膜、血管等。如人工瓣膜、血管等;电、光、声
2、传导功能电、光、声传导功能。如心脏起博器、人工晶状体、。如心脏起博器、人工晶状体、耳蜗等耳蜗等;填充功能填充功能。如整容手术用填充体等。如整容手术用填充体等。1.1.生物功能性生物功能性 生物材料的性能生物材料的性能19 指生物材料有效和长期在指生物材料有效和长期在生物体内或体表生物体内或体表行行使其功能的能力。用于表征生物材料在生物体内与使其功能的能力。用于表征生物材料在生物体内与有机体相互作用的生物学行为。生物相容性主要包有机体相互作用的生物学行为。生物相容性主要包括血液相容性、组织相容性。材料在人体内要求无括血液相容性、组织相容性。材料在人体内要求无不良反应，不引起凝血、溶血现象，活体组
3、织不发不良反应，不引起凝血、溶血现象，活体组织不发生炎症、排拒、致癌等。生炎症、排拒、致癌等。根据材料与生物体接触部位分为：根据材料与生物体接触部位分为：血液相容性血液相容性。材料用于心血管系统与血液接触，主。材料用于心血管系统与血液接触，主要考察与血液的相互作用要考察与血液的相互作用.与心血管外的组织和器官接触与心血管外的组织和器官接触。主要考察与组织的。主要考察与组织的相互作用，也称一般生物相容性相互作用，也称一般生物相容性力学相容性力学相容性。考察力学性能与生物体的一致性。材。考察力学性能与生物体的一致性。材料要有合适的强度、硬度、韧性、塑性等力学性能料要有合适的强度、硬度、韧性、塑性等
4、力学性能以满足耐磨、耐压、抗冲击、抗疲劳、弯曲等医用以满足耐磨、耐压、抗冲击、抗疲劳、弯曲等医用要求。要求。2.2.生物相容性生物相容性 20A.A.生物体对生物材料的响应宿主反应生物体对生物材料的响应宿主反应 A:A:血液反应血液反应 1 1、血小板血栓；、血小板血栓；2 2、凝血系统激活；、凝血系统激活；3 3、纤溶系统激活；、纤溶系统激活；4 4、溶血反应；、溶血反应；5 5、白细胞反应；、白细胞反应；6 6、细胞因子反应；、细胞因子反应；7 7、蛋白粘附；、蛋白粘附；B:B:免疫反应免疫反应 1 1、补体激活；、补体激活；2 2、体液免疫反应、体液免疫反应（抗原抗体反（抗原抗体反应）；
5、应）；3 3、细胞免疫反、细胞免疫反应。应。C:C:组织反组织反应应 1 1、炎症反应；、炎症反应；2 2、细胞粘附、细胞粘附 3 3、细胞增殖、细胞增殖（异常分化）（异常分化）4 4、形成蘘膜、形成蘘膜 5 5、细胞质的、细胞质的转变转变（1 1）生物学反应）生物学反应21（2 2）生物体对生物反应的变化）生物体对生物反应的变化 A.A.急性全身反应急性全身反应 过敏、毒性、溶血、发热、神经麻痹等过敏、毒性、溶血、发热、神经麻痹等B.B.慢性全身反应慢性全身反应 毒性、致畸、免疫、功能障碍等毒性、致畸、免疫、功能障碍等C.C.急性局部反应急性局部反应 炎症、血栓、坏死、排异等炎症、血栓、坏死
6、、排异等D.D.慢性局部反应慢性局部反应 致癌、钙化、炎症、溃疡等致癌、钙化、炎症、溃疡等22B.B.材料在生物体内的响应材料反应材料在生物体内的响应材料反应金属腐蚀金属腐蚀聚合物降解聚合物降解磨损磨损 生物机体作用于生物材料材料反应，生物机体作用于生物材料材料反应，其结果可导致材料结构破坏和性质改变而丧失其结果可导致材料结构破坏和性质改变而丧失其功能。可分为如下三个方面：其功能。可分为如下三个方面：23（1 1）金属腐蚀）金属腐蚀 生物体内的腐蚀性环境生物体内的腐蚀性环境：（：（1 1）含盐的溶）含盐的溶液是极好的电解质，促进了电化学腐蚀和水解；液是极好的电解质，促进了电化学腐蚀和水解；（2
7、 2）组织中存在具有催化或迅速破坏外来成分）组织中存在具有催化或迅速破坏外来成分能力的多种分子和细胞。将对生物金属材料产能力的多种分子和细胞。将对生物金属材料产生腐蚀。生腐蚀。24对于生物材料而言多为局部腐蚀，具体包括应对于生物材料而言多为局部腐蚀，具体包括应力腐蚀开裂、点腐蚀、晶间腐蚀、腐蚀疲劳以力腐蚀开裂、点腐蚀、晶间腐蚀、腐蚀疲劳以及缝隙腐蚀等，导致生物材料整体破坏。及缝隙腐蚀等，导致生物材料整体破坏。虽然金属材料在生物体内保持惰性状态，但仍虽然金属材料在生物体内保持惰性状态，但仍然可能会有物质溶入生物组织中，并对生物体然可能会有物质溶入生物组织中，并对生物体组织产生毒性反应，造成组织的
8、损害。如不锈组织产生毒性反应，造成组织的损害。如不锈钢中溶出的钢中溶出的CrCr6 6生物组织的毒性。生物组织的毒性。25（2 2）聚合物降解聚合物降解 聚合物在长期使用过程中，由于受到聚合物在长期使用过程中，由于受到氧、热、紫外线、机械、水蒸气、酸碱及微生氧、热、紫外线、机械、水蒸气、酸碱及微生物等因素作用，逐渐失去弹性，出现裂纹，变物等因素作用，逐渐失去弹性，出现裂纹，变硬、变脆或变软、发粘、变色等，从而使它的硬、变脆或变软、发粘、变色等，从而使它的物理机械性能越来越差的现象。物理机械性能越来越差的现象。26 聚合物老化易形成的碎片、颗粒、小聚合物老化易形成的碎片、颗粒、小分子量单体物质，
9、因此使用它时必须谨慎，对分子量单体物质，因此使用它时必须谨慎，对耐久性器件，必须保持一定强度和其它机械性耐久性器件，必须保持一定强度和其它机械性能，老化产物不能对周围组织有毒害作用。能，老化产物不能对周围组织有毒害作用。例如，医用缝合线降解时会产生酸性例如，医用缝合线降解时会产生酸性物质，如果量少，很容易被人体中的化学物质物质，如果量少，很容易被人体中的化学物质中和，如果老化产物较大，则会对周围组织产中和，如果老化产物较大，则会对周围组织产生损害。生损害。27（3 3）磨损磨损 人工关节常用材料为人工关节常用材料为TiTi6 6AlAl4 4V V，由于表面易氧化生，由于表面易氧化生成成TiO
10、TiO2 2，其耐磨性差，植入人体后，其耐磨性差，植入人体后，磨损磨损造成在关节周围造成在关节周围组织形成黑褐色稠物，从而引起疼痛。钛合金人工全髋关组织形成黑褐色稠物，从而引起疼痛。钛合金人工全髋关节平均寿命一般都低于节平均寿命一般都低于1010年。年。目前，大量的人工髋关节是由坚硬的金属或陶瓷目前，大量的人工髋关节是由坚硬的金属或陶瓷的股骨头与超高分子聚乙烯的髋臼杯组合成，然而它的寿的股骨头与超高分子聚乙烯的髋臼杯组合成，然而它的寿命也不超过命也不超过2525年。长期随访资料显示，假体失败的主要原年。长期随访资料显示，假体失败的主要原因是超高分子聚乙烯因是超高分子聚乙烯磨损颗粒磨损颗粒所造成
11、的界面骨溶解，从而所造成的界面骨溶解，从而导致假体松动。这种磨损颗粒所导致的异物巨细胞反应，导致假体松动。这种磨损颗粒所导致的异物巨细胞反应，又称颗粒又称颗粒病病，是晚期失败的最主要原因。，是晚期失败的最主要原因。28生物材料性能评价生物材料性能评价1.1.生物材料机械性能评价生物材料机械性能评价 测试标准测试标准 ASTMASTM（the American Society for the American Society for Testing and MaterialsTesting and Materials）例如：拉伸强度测试标准例如：拉伸强度测试标准 金属金属 ASTM E8ASTM
12、 E8 橡胶橡胶 ASTM D412ASTM D412 刚性塑料刚性塑料 ASTM D638ASTM D63829 1 1、医用金属作为受力期间，在人、医用金属作为受力期间，在人体内服役，其受力状态及其复杂，如人工体内服役，其受力状态及其复杂，如人工关节，每年要承受约关节，每年要承受约3.63.610106 6次、且数倍于次、且数倍于人体重量的载荷冲击和磨损。人体重量的载荷冲击和磨损。2 2、人体骨的力学性能因年龄、人体骨的力学性能因年龄、部位而异，评价骨和材料的机械性能最重部位而异，评价骨和材料的机械性能最重要的指标有：抗拉抗压强度、屈服强度、要的指标有：抗拉抗压强度、屈服强度、弹性模量。疲
13、劳极限和断裂韧性等；弹性模量。疲劳极限和断裂韧性等；303、对于摩擦部位的材料，一般用硬度反映其耐磨对于摩擦部位的材料，一般用硬度反映其耐磨性能。性能。4 4、弹性模量是生物材料的重要性质之一，过高过、弹性模量是生物材料的重要性质之一，过高过低都不行。模量相对与骨过高，在应力作用下，低都不行。模量相对与骨过高，在应力作用下，承受应力的金属和骨将产生不同的应变，在金承受应力的金属和骨将产生不同的应变，在金属与骨的接触面会出现相对位移，从而造成界属与骨的接触面会出现相对位移，从而造成界面处松动；长时间下，还会造成应力屏蔽，引面处松动；长时间下，还会造成应力屏蔽，引起骨组织的功能退化和吸收。过低，变
14、形较大，起骨组织的功能退化和吸收。过低，变形较大，起不到固定和支撑作用。起不到固定和支撑作用。312 生物学评价标准生物学评价标准 生物材料的生物学评价一般按用途、生物材料的生物学评价一般按用途、接触方式、接触人体部位和接触时间等划接触方式、接触人体部位和接触时间等划分，但标准还未完全实现统一，且随着新分，但标准还未完全实现统一，且随着新一般生物相容材料向智能生物材料（如组一般生物相容材料向智能生物材料（如组织工程材料）转变，标准还在完善。织工程材料）转变，标准还在完善。目前各国在已基本统一的国际标准目前各国在已基本统一的国际标准化组织提出的生物标准上，保留了各自的化组织提出的生物标准上，保留
15、了各自的特点。特点。32目前已有的标准有：目前已有的标准有：1 1、ISO10993.1ISO10993.119921992至至ISO10993.12ISO10993.1219921992；2 2、美国、美国ASTMASTM（F748F7488282）标准；）标准；3 3、我国在美国和日本的基础上，、我国在美国和日本的基础上，19971997年由年由卫生部颁布了我们自己的标准。卫生部颁布了我们自己的标准。333435363738394041424344454647484950515253545556575859606162636465666768697071磷灰石胶原质骨单位同中心的薄片72中间的硅酸盐73聚乙烯74共价键氢键聚去甲羟基氮-硅土聚二甲基硅氧烷-硅土-钛酸盐75聚二甲基硅氧烷OR 二甲基硅油正硅酸乙酯钛酸四异丙酯7677787980818283阮建明阮建明 邹俭鹏邹俭鹏 黄伯云黄伯云 编著，生物材料学，科学出版社，编著，生物材料学，科学出版社，20042004年年崔福斋 冯庆玲编著，生物材料学，科学出版社，2004年84课程成绩组成：课程成绩组成：（1 1）平时成绩：占）平时成绩：占30%30%（2 2）考试成绩：占）考试成绩：占70%70%85
