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生物医药复合材料的开发与应用

Jun 08, 2016

摘要:生物医学复合材料(生物医学复合材料由两种或两种以上组成

的不同材料复合材料和生物医学材料,主要用于修复和制造

更换人体组织和器官。 长期临床应用发现

传统医疗金属材料和聚合物材料具有生物活性,组织而不是

容易结合,在生理环境中的环境和生理作用

植入体内,导致金属离子或单体释放,对身体造成不良影响。

而生物陶瓷材料虽然具有良好的化学稳定性和相容性,但强度高

耐磨性,耐腐蚀性,但材料的抗弯强度低,脆性高

生理环境的疲劳和断裂强度不高,没有充分强力的措施,

它只用于承载,或仅承受净压应力状况。 因此,单一材料可以

不符合临床应用要求。 使用复合材料的不同属性

生物医学复合材料,既具有材料性质又获得一组单一材料

没有新的表现,以获得类似于人体组织的结构和性质

生物医学材料开辟了广泛的直径,生物医学复合材料将成为最多的

积极从事生物医学材料研究与开发领域。


生物医学复合材料概述:


1,发展情况:


随着社会文明进步,经济发展和生活水平的提高,

人们更加重视自己的医疗康复。 同时社会人口快速增长

增长,交通工具数量众多,生活步伐加快,疾病,自然灾害,事故,

运动伤员发生频繁,造成人员事故激增。 因此,

生物医学材料的开发用于人体组织和器官再生修复具有很大的社会性

效益。 BC早期假牙的前景3500年,埃及棉纤维,马毛缝合伤;

墨西哥印度人由木修复受伤头骨; 公元前500年的中国和埃及的坟墓被发现,

假鼻子和耳朵假体。 1936年发明的有机玻璃,即将制造义齿和牙科,所以

还在使用中。 1949年,美国首次发表医学聚合物论文,首先引入使用

PMMA作为颅骨,关节和股骨使用聚酰胺纤维作为手术缝合的临床应用;

50年来,硅胶聚合物被用于医疗领域,加速器官替代,化妆品,发展。

所以我们可以看到,这些用于人体器官修复的材料有着悠久的发展历史,

它们被称为生物医学材料。


生物医药材料是一种新型材料,具有广阔的应用前景,只有高分子材料,

在世界各地的医疗应用中已有90多个品种,1800多种

产品和西方国家在医疗高分子材料中每年以10%的速度消费

〜20%的增长。 随着现代科学技术的发展,特别是伟大的突破

的生物技术,生物材料的应用将会更加广泛。


2,定义:


由于生物医学材料是新开发的领域,没有严格的定义。 这被解释为

如下:生物医学材料是植入生物体或与生物组织材料结合使用。 有可能

用于诊断,治疗和更换组织,器官中的生物体,或增强其生物

功能。 这些材料用于硬组织和软组织修复和替换长期,短

术语和表面修复。


3,分类:


根据材料的组成和性质:


医用聚合物材料(聚乙烯,聚氨酯,PTFE,聚甲基丙烯酸甲酯,硅橡胶,

聚乳酸,聚羟基乙酸);


医用金属材料(不锈钢,钴基合金,钛和钛合金,珍贵

金属);


,医用陶瓷材料(羟基磷灰石);

M

复合材料(金属基体陶瓷涂层体系等)。


生理环境中的生物化学反应水平:


惰性生物医学材料,生物活性材料,生物降解和吸收的生物材料


根据用途:


骨骼肌系统修复材料和替代材料(骨,牙,关节,肌腱)


软组织材料(皮肤,乳房,食道,呼吸膀胱)


心血管系统材料(人造心脏瓣膜,血管,心血管插管)


医用膜材料(血液净化膜和分离膜,气体选择渗透膜,角膜隐形眼镜)

药物释放材料等。

4,生物医药复合材料选择要求

由于人体生理环境的复杂性,植入的医疗材料将具有长期的物理,化学和生物学因素,生物组织或器官存在许多动态相互作用,因此生物医学材料需要满足以下要求:

良好的组织和物理兼容性;

具有优异的化学稳定性,即医疗材料的结构或性质不是由于生物环境和作用的变化,而医药材料不能引起生物的排斥;

(3)具有优异的机械性能,即医用材料应具有足够的机械强度和柔韧性,并能够承受生物和医用材料中选择生物组织的机械力,拉伸和弯曲强度,模量,硬度和耐磨性一致;

它具有抗菌性能和成型性能优良的工艺,不因加工困难而限制其应用[1]。

二。 生物医学复合材料研究现状

二。 生物医学复合材料研究现状

根据不同的基质材料,生物医学复合材料可大致分为金属基,陶瓷和聚合物基复合材料三种。 通过相应的成型方法,将各种材料制成不同医疗应用领域的生物复合材料。

1,金属基生物医用复合材料

金属基体生物复合材料,如不锈钢,钛合金,与传统医疗材料相比,医用金属基复合材料机械强度高,弹性好,抗疲劳性能好,成型工艺优良。 但单一金属材料在生理环境的应用中面临着一个重要的腐蚀问题,金属离子对生物组织的扩散会引起毒副作用,而且其本身的退化易导致植入失败。 因此,不容易腐蚀,具有良好的生物相容性,金属基体生物医用复合材料是一种新型研究人员要开发的。

当涉及金属材料时,第一批人会想到钛基材料。 医用钛材由于其高强度,韧性和良好的成型工艺广泛应用于人造骨和人造关节,根材料。 钛表面改性钛基复合材料。 它不仅具有足够的强度和韧性,而且具有良好的生物相容性,被认为是最有效的金属材料和其他材料的优点之一。 Milella [2]通过溶胶 - 凝胶技术在钛酸醇的醇溶液中加入少量的水,聚合物胶体的酯水解聚合。 在溶液中,将样品萃取,干燥并在高温下进行热处理,并在钛和钛合金表面上制备钛凝胶。 如果在TiO2溶胶中加入盐和磷酸钙,则含有钙和磷的复合涂层。 选择不同的Ca / P / Ti比,多次提取,组合物的涂层是梯度分布。 涂层与底层之间是磷酸钙和钛,钙和磷的浓度从外向内,而钛含量恰恰相反。 人体植入后表现出良好的生物相容性。 朱明刚[3]使用相同的溶胶凝胶法,以质量比为2. 86:三甲基1硝酸钙和磷酸盐在制备溶胶溶液中,通过多次涂布,烧结,在钛金属表面上支撑12%的HA生物活性涂层的孔隙度。 形成一层Ti,Ca,P组分过渡带,拉伸实验表明界面粘合强度为28MPa。

同时,医用钛合金已被广泛应用于临床实践。 Su Xiangdong [4]的NiTi合金生物相容性研究表明,pH在酸性,中性和碱性范围内,NaCl含量为0.9%,Hank模拟体液,Tyrode模拟血液氧化还原电位不同,NiTi合金在Ni离子释放量的差异,Tyrode的血液中Ni离子的模拟量释放到更高的水平; NiTi合金Ni离子释放量对模拟体液pH值的影响随着Cl - 浓度的增加而降低; NiTi合金在生理液体中表现出强Ni元素选择腐蚀行为,Ti腐蚀弱,点蚀是主要腐蚀。

2,陶瓷吉生物医学复合材料

在陶瓷中,玻璃作为陶瓷基复合材料的基材是具有广泛应用前景的医用材料,它是通过晶圆,晶须,颗粒,纤维等不同的增强材料制成的陶瓷中得到的一种复合材料。 文献资料显示,骨骼中钙和磷的总含量达到58%,许多研究人员已经开发了磷酸钙陶瓷作为骨移植材料。 早期使用陶瓷材料在身体的生命中不能与骨组织结合,如氧化铝陶瓷,到70年代出现了一些生物活性陶瓷。 随着临床应用,生物活性陶瓷作为骨修复材料逐渐开始应用。 然而,生物陶瓷材料本身具有低弯曲强度和较差的弹性特性,因此不能满足目前医疗水平的发展。 然而,生物活性陶瓷和其他材料结合后,形成了一种具有不同性质和新特性的陶瓷基生物复合材料。

Towler [5]通过使用烧结ZrO2纳米材料的高相对密度的HAP-ZrO2生物陶瓷复合材料,为了降低烧结温度和使用纳米ZrO2,ha在高温下不会分解,ha相为主要阶段。 在传统的烧结过程中,经常发生这种分解,与纯HA相比,复合材料的强度高于前者。 黄川永等[6]通过化学共沉淀法和两种超细氧化锆粉末制备,通过优化不同材料的组合,制备了HAP-ZrO2

通过红外光谱分析,X射线衍射,扫描电子显微镜和透射电子显微镜显示材料的组成和组织。 也揭示了两元素体系的组成和微观结构。 生物陶瓷复合材料HAP-ZrO2两元素体系的弯曲强度达到120MPa,断裂韧性达到1 M-1/2 74MPa,性能几乎是纯HA的近两倍,与人骨组织接近。 致密人骨的弯曲强度可达160MPa,断裂韧性为2 M-1/2 2MPa。 结果表明,生物陶瓷复合材料在机械性能,化学稳定性和生物相容性方面具有良好的性能。 目前,国外已经准备好了