生体复合材料

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1、几种生体复合材料的综述复合材料学作业学院：材料科学与工程学院班级：11030442学号：11030442541姓名：党琛完成日期：2013年10月5号几种生体复合材料的综述摘要生体医用功能材料是一种与人类的生 命和健康密切相关的新型材料。由于材料 选择的多样性和生物功能的可代替性，已 受到科技界的广泛重视，成为最有发展前 景的材料之一。随着生物医学工程和材料 科学工程的发展，生体材料在治疗疾病或 者人体损伤方面得以广泛使用。但人们对 治疗效果的要求不断提高，单一的生体材 料并不能满足人们的需求。生体材料开始 趋向于复合化、智能化和功能化。本文综 述了生体复合材料在人体医疗应用、研究 进展和发展

2、前景。关键词：陶瓷基 金属基、高分子 基、碳纤维、生物相容性、生体医用高分 子材料、医用复合材料。In this paper,Born body medicaI functional materials is a kind of is closely related to human life and heaI th of new mater iaI. Due to the diversity of materials selection and biological function of sex can be substituted, has been v/idely promoted b

3、y the techno Iogy. as one of the most promi s ing materials With the development of biomedicaI eng ineer ing and material sc i enee and eng in eer ing, rav/ mat erial v/idely used in the treatment of disease or injury to human body. But people for the requi rement of increasing the treatment effect,

4、 a single raw material can not meet peoples needs. Raw material composite began to tend to. intel I igent and functional. This paper reviev/s the bi rth body composite mater ial applied in the human body heal th. the research progress and development prospectKeywords: ceramic base and metal base pol

5、ymer, carbon fiber. ? biological phase引言：功能材料是指具有优良的 电学、光学、磁学、热学、力学、声学、 化学和生物学功能，特殊的物理、化学、 生物学效应，能完成功能相互转化，被用 于非结构目的之用的高技术材料，它包括 金属、类金属、陶瓷、有机高分子、复合 材料等。生体医用功能材料又称为生物材 料或生物医学材料，是一种特殊的功能材 料，是研制人工器官的物质基础，是一类 与人类的生命和健康密切相关的新型材料。简介生物医用复合材料（biomedical condosite materials）是由两种或两种以 上的不同材料复合而成的生物医用材料， 它主要用于人

6、体组织的修复、替换和人工 器官的制造1。长期临床应用发现，传 统医用金属材料和高分子材料不具生物活 性，与组织不易牢固结合，在生理环境中 或植入体内后受生理坏境的影响，导致金 属离子或单体释放，造成对机体的不良影 响。生物医用复合材料根据应用需求进行 设计，由基体材料与增强材料或功能材料 组成，复合材料的性质将取决于组分材料 的性质、含量和它们之间的界面。常用的 基体材料有生体医用高分子、医用碳素材 料、生物玻璃、玻璃陶瓷、磷酸钙基或其 他生物陶瓷、医用不锈钢、钻基合金等医 用金属材料；增强体材料有碳纤维、不锈 钢和钛基合金纤维、生物玻璃陶瓷纤维、 陶瓷纤维等纤维增强体，另外还有氧化错、 磷酸

7、钙基生物陶瓷、生物玻璃陶瓷等颗粒 增强体。归纳起来，一个具备了以下七个方面 性能的材料，可以考虑用作医用材料：（1） 在化学上是惰性的，不会因与体液接触而 发生反应；（2）对人体组织不会引起炎 症或异物反应；（3）不会致癌：（4）具 有抗血栓性，不会在材料表面凝血；（5） 长期植入体内，不会减小机械强度；（6） 能经受必要的清洁消毒措施而不产生变性;（7）易于加工成需要的复杂形状。按照不同的性质，生体生体医用高分 子材料可分为非降解型和可降解型两类：对于前者，要求其在生物环境中能长 期保持稳定，不发生降解、交联或物理磨 损等，并具有良好的物理机械性能。非降 解型高分子主要包括聚乙烯、聚丙烯、聚

8、 丙烯酸酯、芳香聚酯、聚硅氧烷、聚甲醛 等。可降解型高分子主要包括胶原、线性 脂肪族聚酯、甲壳素、纤维素、氨基酸、 聚乳酸、聚乙醇酸、聚己内酯等。根据使 用的目的或用途，生体生体医用高分子材 料还可分为心血管系统、软组织及硬组织 等修复材料。按照使用方式分生体生体医用高分子 材料人致可分为机体外使用与机体内使用 两大类:机体外用的材料主要是制备医疗用品， 如输液袋、输液管、注射器等。由于这些 高分子材料成本低、使用方便，现已人量 使用。机体内用材料又可分为外科用和内 科用两类。外科方面有人工器官、医用黏 合剂、整形材料等。内科用的主要是高分 子药物。所谓高分子药物，就是具有药效 的低分子与高分

9、子载体相结合的药物，它9具有长效、稳定的特点O二、各类基体复合材料简述根据基体材料的不同，可将生物医用 复合材料人致分为金属基、陶瓷基和高分 子基复合材料三类。通过相应的工艺成型 方法将各类材料制作成不同医学应用领域 的生物复合材料。1、金属基生物医用复合材料金属基生物医用复合材料，例如不 锈钢、钛合金等，与传统医学材料相比， 金属基医用复合材料的力学强度高、柔韧 性优良、耐疲劳性能好、成型工艺优异。 但单一的金属材料在生理环境的应用中面 临着腐蚀的重要问题，金属离子若向生物 组织扩散将会引起毒副作用，而自身性质 的退化易导致植入失效。因此一种即不易 腐蚀又有很好的生物相容性的金属基生物 医用

10、复合材料是科研人员所要研发的新型 材料。谈到金属医用材料，首当其冲人们会想起钛基材料。金属钛医用材料由于其高的强度、韧性以及良好的工艺成型而被广泛用于人工骨、人工关节、齿根材料等。对钛进行表面改性获得的钛基涂层复合材料，既具有足够的强度和韧性，又具有良好的生物相容性，被认为是目前综合金属材料和其它材料各自优点的最有效途（31径之一。Mi lei la等。采用溶胶-凝胶技术，通过在钛酸酯的醇溶液中加入少 量水，使酯水解聚合成聚合胶体。在此溶 液中浸提试样，干燥并经高温热处理，在 钛和钛合金表面制备钛凝胶。如杲在二氧 化钛溶胶中加入钙盐和磷酸酯，可制得含 钙和磷的复合涂层。选用不同的Ca/P/Ti

11、 配比，多次浸提，涂层各成分则呈梯度分 布。涂层与基体间是磷酸钙与钛胶的中介 层，钙磷的浓度由外到里逐渐减少，而钛 的含量正好相反。在植入人体以后表现出 良好的生物相容性。朱明刚等141 o同样 采用溶胶-凝胶法，由质量比为2. 86 ： 1 的硝酸钙和磷酸三甲脂配制的溶胶液，通 过多次涂敷、烧结，在金属钛表面支撑了 孔隙率为12%的HA生物涂层。层间形成 一个Ti、Ca、P的成分过渡区，拉伸实 验表明，界面结合强度为28MPa。同时，医用钛合金在临床上也得到了广泛 应用。苏向东等【刃。对NiTi合金的生 物相容性进行的研究表明，pH值在酸性、 中性及弱碱范围内,0. 9% NaCI生理液、

12、Hanks模拟体液、Tyrode* s模拟血液的 氧化还原电位不同使NiTi合金中Ni离 子释放量呈现出差异，其中Tyrodes模 拟血液中Ni离子的释放量较高；NiTi 合金Ni离子释放量的影响表现为随着模 拟体液pH值的增大而降低，随C1 浓 度增加而増人:NiTi合金在生理液中表现 出较强的Ni元素选择性腐蚀行为，Ti 则腐蚀微弱，点蚀是其主要的腐蚀。2. 陶瓷基生物医用复合材料陶瓷基复合材料是以陶瓷、玻璃或玻 璃陶瓷基体，通过不同方式引入颗粒、晶 片、晶须或纤维等形状的增强体材料而获 得的一类复合材料。目前生物陶瓷基复合 材料虽没有多少品种达到临床应用阶段， 但它已成为生物陶瓷研究中最

13、为活跃的领 域，其研究主要集中于生物材料的活性和 骨结合性能研究以及材料增强研究等。A1203、Zr03等生物惰性材料自70年 代初就开始了临床应用研究，但它与生物 硬组织的结合为一种机械的锁合。以高强 度氧化物陶瓷为基材，掺入少屋生物活性 材料,可使材料在保持氧化物陶瓷优良力 学性能的基础上赋予其一定的生物活性和 骨结合能力。将具有不同膨胀系数的生物 玻璃用高温熔烧或等离子喷涂的方法，在 致密A12O3陶瓷懺关节植入物表面进行涂 层，试样经高温处理，大量的A1203进入玻 璃层中，有效地增强了生物玻璃与A1203 陶瓷的界面结合，复合材料在缓冲溶液中 反应数十分钟即可有疑基磷灰石的形 成【。

14、为满足外科手术对生物学性能和 力学性能的要求，人们又开始了生物活性 陶瓷以及生物活性陶瓷与生物玻璃的复合 研究，以使材料在气孔率、比表面枳、生 物活性和机械强度等方面的综合性能得以 改善。近年来，对疑基磷灰石(HA)和磷酸三钙(TCP)复合材料的研究也口益增7多 。30%HA 与 70%TCP 在 1150C 烧结， 其平均抗弯强度达155MPa,优于纯HA和 TCP陶瓷，研究发现HA-TCP致密复合材料 的断裂主要为穿晶断裂，其沿晶断裂的程 度也人于纯单相陶瓷材料。HA-TCP多孔 复合材料植入动物体内，其性能起初类似 于(3 -TCP,而后具有HA的特性，通过调整 HA与TCP的比例，达到

15、满足不同临床需求 的目的。45SF1/4玻璃粉末与HA制备而 成的复合材料，植入兔骨中8周后取出，骨 质与复合材料之间的剪切破坏强度达8 27MPa,比纯HA陶瓷有明显的提高 。生物医用陶瓷材料由于其结构本身的 特点,其力学可靠性(尤其在湿生理环境中) 较差,生物陶瓷的活性研究及其与骨组织 的结合性能研究，并未能解决材料固有的 脆性特征。因此生物陶瓷的增强研究成为 另一个研究重点，其增强方式主要有颗粒 增强、晶须或纤维增强以及相变增韧和层 状复合增强等19101。3. 高分子基生物医用复合材料研究表明几乎所有的生物体组织都是 由两种或两种以上的材料所构成的，如人 体骨骼和牙齿就是由天然有机高分

16、子构成 的连续相和弥散于其基质中的疑基磷灰石 晶粒复合的。生物有机高分子基复合材料, 尤其生物无机与高分子复合材料的出现和 发展，为人工器官和人工修复材料、骨填 充材料开发与应用奠定了坚实的基 础111 。生体医用高分子材料在体内一般不产 生异体排斥反应，但是利用单一的高分子 作为医用支撑材料，其本身不足的力学性 能则成为其发展的软肋。利用高分子材料 作为基体相，金属、陶瓷、纤维等作为增 强相的高分子基复合材料已成为全球医用 材料新的发展趋势。研究认为，聚乳酸（PLA）是最多的 常被用作骨科的材料。属于生物降解可吸 收材料，具有很好的生物相容性。赵建华121等制备出了一种新型的PDL-LA/HA/DBM复合材料。测试得到该材料孔 径为100400|J m,孔隙率为71. 3%,初