1、生物兼容性涂层 国立高雄应用科技大学国立高雄应用科技大学 机械与精密工程研究所机械与精密工程研究所 微奈米结构与分析实验室微奈米结构与分析实验室1感谢你的观看2019年6月29生医材料生医材料(biomaterials)生医材料在广义而言泛指一般与医疗相关的材料，如检查与诊断的器械、手术器械、与人体器官的替代品。Clemson Advisory Board for Biomaterials“Definition of the word biomaterial,The 6th Annal Intermalionel BiomaterialSymposium,April 20-24,1974.血糖
2、计-爱奥乐医疗器材有限公司人工牙根-光宏科技股份有限公司人工髋关节-联合骨材血糖计血糖计人工髋关节人工髋关节人工牙根人工牙根2感谢你的观看2019年6月29生物兼容性生物兼容性(biocompatible)生物兼容性在许多文献中并没有很明确的定义，在1987 年，Williams 曾解释过(Biocompatibility is the ability of a biomaterials to perform with an appropriate host response in a specific application)一般泛指，当生医材料植入生物体中，不会产生毒性反应与严重的发炎，且
3、能使周围组织正常生长，被植入的生物体也能存活，此材料就具有一定程度的生物兼容性。苏建荣 针对不同表面处理之钛合金骨螺丝作生物亲和性的评估成功大学医学工程所,2002.6氧化钛氧化镍Al2O3 陶瓷Carbon Biological qualityMechanical qualityBioadhesiveAdhesion osteogenesisBioinertContact osteogenesisPMMA Implant-grade steelBiotolerantDistance osteogenesis玻璃陶瓷HA 陶瓷TCP 陶瓷BioactiveExchange osteogenes
4、is生物兼容性与生医材料性质比较生物兼容性与生医材料性质比较3感谢你的观看2019年6月29理想的生医植体必备条件理想的生医植体必备条件生物学生物学力学力学其他条件其他条件良好的耐蚀性且不含毒性特殊的润滑性及耐磨劳性足够的强度及耐疲和组织有良好的兼容性弹性系数尽可能与骨骼接近制造加工及价格等不会导致血液异常凝固与致癌不引起不正常的代谢K.H.Rateitschak and H.F.Wolf,Color Atlas of Dental Medicine.Thieme Medical Publishers.1995:11-24.M.S.Block,J.N.Kent,and L.S.Guerra,I
5、mplants in 80 dentistry.1997:45-62.J.B.Park,Biomaterials,An Introduction.Plenum Press,New York.:1979:4-5.4感谢你的观看2019年6月29生医材料之分类生医材料之分类材料材料机械性质机械性质代表性材料代表性材料金属材料高强度、韧性316L不锈钢、钛及钛合金等陶瓷材料高强度、低破坏韧性氧化铝、HA、生医玻璃高分子材料低强度、磨耗性较差PMMA复合材料磨耗性佳、低弹性模数 金属披覆HA5感谢你的观看2019年6月29钛金属其优点与应用钛金属其优点与应用u质轻与高强度 u弹性极佳 u低温韧性高 u
6、低热传导，升温快 u人体亲和性 u抗过敏性 u绝佳的抗腐蚀特性 运动器材储氢生医器材石化工业造船工业航天工业国防工业汽车工业建筑钛金属钛金属6感谢你的观看2019年6月29钛金属表面处理方法钛金属表面处理方法钛金属表面处理方法机械方法切削磨削抛光喷砂激光蚀刻化学方法阳极氧 化 溶胶|凝 胶 化学处 理 化学气相沉 积 生物化学改 质 物理方法离子注入与沉 积 物理气相沉 积 热喷 涂 7感谢你的观看2019年6月29钛金属的阳极处理钛金属的阳极处理钛的化学活性强，置于大气下易与氧结合形成层氧化钛薄膜，其薄膜具有良好的机械性质，并可以防止钛继续被氧化，但因自然生成之氧化钛层结构松散且不均匀，故以
7、人工方式在钛表面生成致密且均匀的氧化钛层做进一步之应用，使其表面产生适当氧化钛层并加以染色，以增加其美观、耐蚀、机械强度等，其处理方法通称之为阳极处理(Anodizing)。柯贤文,“腐蚀及其防制”(全华科技图书股份有限公司,1995)展新兴业股份有限公司 8感谢你的观看2019年6月29在钛氧化钛的界面反应为 ：TiTi2+2e-在氧化钛-电解液的界面反应为：2H2O2O2-+4H+2H2OO2+4H+4e-氧化反应中，氧化层不断增厚，其二氧化钛电阻较大，因此所需之电压降也较大，当电压足够大时氧化层就可以不断生长。在阳极氧化过程中，电压超过氧化层的耐电压，会有大量气体出现，甚至出现火花，被称
8、为微弧氧化(MAO)，表面会形成多孔的二氧化钛(anatase 和Rutilus)。在文献中指出经微弧氧化后的多孔性氧化层可诱导磷灰石的附着。Bangcheng Yanga,Masaiki Uchidab,Hyun-Min Kimc,*.etl,Preparation of bioactive titanium metal via anodic oxidation treatment Biomaterials 25(2004)100310109感谢你的观看2019年6月29钛金属阳极处理优势钛金属阳极处理优势 增加植体和骨组织的接触面积与骨细胞或骨组织机械性的嵌合作用。和基质成分交互作用后影响
9、成骨细胞的附着及攀爬。促进细胞的附着分子(attachment molecules)。增加血液凝块(blood clots)固持(retention)在植体表面的能力。可促进成骨细胞活性(activity)的增加。粗糙度表面会影响细胞附着及其构形，进而影响细胞行为的表现。Branemark R,Thesis,Goteborg Sweden:Goteborg University,1996Pillar RM,Proceedings of an International Congress,Brussels.May.Excerpta Medica.Amsterdam.,60,1985Pillar
10、RM,Deporter DA,Watson PA and Valiquettl N,J of Biomedical materials Research.,25:467.,1991Wennerberg A,Alberktsson T and Andersson B,Int.J Oral Maxillofac Implants.,11:38.,199610感谢你的观看2019年6月29实验流程图实验流程图Ti研磨及抛光研磨及抛光阳极处理阳极处理分析分析表面形貌表面形貌晶格型态晶格型态生物兼容性测试生物兼容性测试电解液：硫酸，磷酸电解液：硫酸，磷酸处里时间：处里时间：120sSEMXRDSBF测试
11、测试11感谢你的观看2019年6月29400nm400nm400nm电解液为硫酸在不同阳极处理电压下产生明显的孔洞，随着电压的上升，其孔洞尺寸也略微上升。低电压低电压高电压高电压12感谢你的观看2019年6月29评估生物兼容性的方法评估生物兼容性的方法评估生医材料之生物兼容性的方法有很多种，一般主要分为 体外(in vitro)和体内(in vivo)两方面。体外体外(in vitro)：在试管及培养皿中进行，利用组织或器官的培养，来测试材料的毒性与对于细胞所产生的免疫现象的种种影响。体内体内(in vivo)：将材料直接植入动物体内，可以经由组织切片处理观察局部或整个系统的反应。D.F.Wi
12、lliams and R.Roaf,Implants in Surgery.W.B.SaundersCompany,London.1973:149-64苏建荣,针对不同表面处理之钛合金骨螺丝作生物亲和性的评估 国立成功大学 医学工程所,2002,6体外试验体外试验体内试验体内试验快速获得結果对毒性材料敏感可做毒素定量分析可直接纪录活细胞的反应无法长期评估实验重复性差实验变量多用于复杂的组织反应13感谢你的观看2019年6月29体外试验体外试验本实验着重于体外试验，将处理完的钛金属试片置放于模拟体液中数天，观察磷灰石于试片的附着情形。在体外试验中首重于模拟体液的配置，模拟体液主要为模拟人体中的环
13、境与人体中细胞的附着情形例如：Ringer 溶液、Hank 溶液、Fusayama 溶液、Jenkins 溶液体液离子浓度/(mmol/L)Na+K+Mg2+Ca2+Cl-HCO3-HPO24-HO24-人体血浆原始的SBF改进的SBF(cSBF)再改进的SBF(rSBF)最新改进的SBF(nSBF)142.0142.0142.0142.0142.05.05.05.05.05.01.51.51.51.51.52.52.52.52.52.5103.0148.8147.8103.0103.027.04.24.227.04.21.01.01.01.01.00.500.50.50.5各种模拟体液和血浆
14、的离子组成王晓东,彭晓峰,陆建锋,王讣宣.应用基础与工程学报,2003,11(2):174Kokubo T,Takadama H.Biomaterials.2006,27:290714感谢你的观看2019年6月29体外试验之模拟体液浸泡体外试验之模拟体液浸泡用来配制模拟体液的有以下化学试剂氯化钠(NaCl)碳酸氢钠(NaHCO)氯化钾(KCl)三水合磷酸氢二钾(KHPO43HO)六水合氯化镁(MgCl26HO)氯化钙(CaCl)硫酸钠(NaSO)三羟基氨基甲烷(HOCH)CNH1mol/L的盐酸(1mol/L HCl)pH标准溶液(用以标定溶液的pH值)次次号号试剂试剂添加量添加量纯度纯度/%
15、/%12345678910NaClNaHCOKClKHPO43HO MgCl26HO1mol/L HClCaClNaSOTris1mol/L HCl8.035g0.355g0.255g0.231g0.311g39mL0.292g0.072g6.118g05mL99.599.599.599.098.0-95.099.099.0-Kokubo T,Takadama H.Biomaterials.2006,27:2907模拟体液浸泡试验模拟体液浸泡试验 并将瓶置于恒温培养箱,温度保持在36.5 模拟体液的体积通常是样品暴露体称的10倍 对表面形成的磷灰石可采用扫描电镜(SEM)、薄膜X光绕射仪(TF-XRD)和红外 光谱(FT-IR)进行分析 15感谢你的观看2019年6月29未来展望未来展望在阳极处理方面，可在电解液中添加一些增加生物活性的材料，可改善骨整合的时间。体外试验只是初步测试，后续可尝试体内试验能有更完整的结果。阳极处理后所生成的多孔性氧化层，除了生医材料方面，可更进一步应用在其他领域，这也是未来可以探讨的地方。16感谢你的观看2019年6月2917感谢你的观看2019年6月29
