山东大学：《生物医学工程导论》课程电子教案（PPT课件）04 生物材料

生物材料 生物医学工程导论

1 生物材料 生物医学工程导论

生物材料 生物医学材料的发展概况 生物材料的分类及性能 医用金属材料 医用高分子材料 其他生物医学材料 生物医学材料的安全性 生物材料的发展趋势 纳米医学材料简介 2

2 生物材料 • 生物医学材料的发展概况 • 生物材料的分类及性能 • 医用金属材料 • 医用高分子材料 • 其他生物医学材料 • 生物医学材料的安全性 • 生物材料的发展趋势 • 纳米医学材料简介

4.1生物医学材料的发展概况 生物医学材料是生物医学科学中的最新分支学 科，是生物、医学、化学和材料科学交叉形成 的边缘学科。具体涉及到化学、物理学、高分 子化学、高分子物理学、生物物理学、生物化 学、生理学、药物学、 基础与临床医学等很多 学科 。 ISO定义，生物材料(Biomaterials): 即生物医 学材料(Biomedical Materials),它是指“以 医疗为目的，用于与组织接触以形成功能的无 生命的材料”。另有定义是：具有天然器官组 织的功能或天然器官部分功能的材料 。 3

3 4.1 生物医学材料的发展概况 • 生物医学材料是生物医学科学中的最新分支学 科，是生物、医学、化学和材料科学交叉形成 的边缘学科。具体涉及到化学、物理学、高分 子化学、高分子物理学、生物物理学、生物化 学、生理学、药物学、基础与临床医学等很多 学科 。 • ISO定义，生物材料（Biomaterials）即生物医 学材料（Biomedical Materials），它是指“以 医疗为目的，用于与组织接触以形成功能的无 生命的材料”。另有定义是：具有天然器官组 织的功能或天然器官部分功能的材料

生物材料的开发和利用可追溯到3500年前，那 时的古埃及人就开始利用棉纤维、马鬃作缝合 线缝合伤口；印第安人则使用木片修补受伤的 颅骨。2500年前，中国和埃及的墓葬中就发现 有假牙、假鼻和假耳。人类很早就用黄金来修 复缺损的牙齿，并沿用至今。1588年人们用黄 金板修复颚骨。1775年就有用金属固定体内骨 折的记载。1851年发明了天然橡胶的硫化方法 后，有人采用硬胶木制作了人工牙托的颚骨。 器官移植取得巨大进展，但有难题：排异、器 官来源、法律、伦理等。因此医学界对生物医 学材料和人工器官的要求日益增加。 A

4 • 生物材料的开发和利用可追溯到3500年前，那 时的古埃及人就开始利用棉纤维、马鬃作缝合 线缝合伤口；印第安人则使用木片修补受伤的 颅骨。2500年前，中国和埃及的墓葬中就发现 有假牙、假鼻和假耳。人类很早就用黄金来修 复缺损的牙齿，并沿用至今。1588年人们用黄 金板修复颚骨。1775年就有用金属固定体内骨 折的记载。1851年发明了天然橡胶的硫化方法 后，有人采用硬胶木制作了人工牙托的颚骨。 • 器官移植取得巨大进展，但有难题：排异、器 官来源、法律、伦理等。因此医学界对生物医 学材料和人工器官的要求日益增加

目前被详细研究过的生物材料已超过1000种 被广泛应用的有90多种，1800多种制品。西方 国家每年耗用生物材料量以10~15%的速度增 长，1980年全球医用生物材料及制品的销售额 为200亿美元，1990年达500亿美元，1995年近 1000亿美元。 我国生物材料的研究起步较晚（五十年代）， 但发展很快。 5

5 • 目前被详细研究过的生物材料已超过1000种， 被广泛应用的有90多种，1800多种制品。西方 国家每年耗用生物材料量以10~15%的速度增 长，1980年全球医用生物材料及制品的销售额 为200亿美元，1990年达500亿美元，1995年近 1000亿美元。 • 我国生物材料的研究起步较晚（五十年代）， 但发展很快

4.2生物材料的分类及性能 两种分类方法 按应用性质来分类 抗凝血材料（心血管材料）、齿科材料、骨 科材料、眼科材料、 吸附解毒材料（血液灌 流用)、假体材料、缓释材料、生物粘合材 料、透析及超滤用膜材料、一次性医用材料， 等等 6

6 4.2 生物材料的分类及性能 • 两种分类方法 • 按应用性质来分类： 抗凝血材料（心血管材料）、齿科材料、骨 科材料、眼科材料、吸附解毒材料（血液灌 流用）、假体材料、缓释材料、生物粘合材 料、透析及超滤用膜材料、一次性医用材料， 等等

按生物材料的属性分类 天然生物材料一再生纤维、胶原、透明质酸、甲壳素等。 合成高分子生物材料—硅橡胶、聚氨脂及其嵌段共聚物、 涤纶、尼龙、聚丙烯腈、聚烯烃 医用金属材料一不锈钢、钛及钛合金、钛镍记忆合金等 无机生物医学材料一碳素材料、生物活性陶瓷、玻璃材料 杂化生物材料一指来自活体的天然材料与合成材料的杂化， 如胶原与聚乙烯醇的交联杂化等 复合生物材料一用碳纤维增强的塑料，用碳纤维或玻璃纤 维增强的生物陶瓷、玻璃等

7 • 按生物材料的属性分类： • 天然生物材料—再生纤维、胶原、透明质酸、甲壳素等。 • 合成高分子生物材料—硅橡胶、聚氨脂及其嵌段共聚物、 涤纶、尼龙、聚丙烯腈、聚烯烃 • 医用金属材料—不锈钢、钛及钛合金、钛镍记忆合金等 • 无机生物医学材料—碳素材料、生物活性陶瓷、玻璃材料 • 杂化生物材料—指来自活体的天然材料与合成材料的杂化， 如胶原与聚乙烯醇的交联杂化等 • 复合生物材料—用碳纤维增强的塑料，用碳纤维或玻璃纤 维增强的生物陶瓷、玻璃等

生物材料是研制人工器官及一些重要医疗技术的 物质基础，综观人工器官及医疗装置的发展史 每一种新型生物材料的发现都引起了人工器官及 医疗技术的飞跃。 生物惰性医用硅橡胶一人工耳、人工鼻、人工颌骨等 血液相容性较好的各向同性碳被复材料一碟片式机械 心脏瓣膜 血液亲和性及物理机械性能较好的聚氨酯嵌段共聚 物一促使人工心脏向临床应用跨越一大步 可形成假生物内膜的编织涤纶管一人工血管向实用化 飞跃。 8

8 • 生物材料是研制人工器官及一些重要医疗技术的 物质基础，综观人工器官及医疗装置的发展史， 每一种新型生物材料的发现都引起了人工器官及 医疗技术的飞跃。 • 生物惰性医用硅橡胶—人工耳、人工鼻、人工颌骨等 • 血液相容性较好的各向同性碳被复材料—碟片式机械 心脏瓣膜 • 血液亲和性及物理机械性能较好的聚氨酯嵌段共聚 物—促使人工心脏向临床应用跨越一大步 • 可形成假生物内膜的编织涤纶管—人工血管向实用化 飞跃

4.3医用金属材料 在生物医学材料中，金属材料应用最早，已有 数百年的历史。唐代就用银汞合金（主要成份 汞、银、铜、锡、锌)来补牙。 医用金属材料是指一类用作生物材料的金属或 合金，又称外科用金属材料。它是一类生物惰 性材料，除具有较高的机械强度和抗疲劳性能， 具有良好的生物力学性能及相关的物理性质外， 还必须具有优良的抗生理腐蚀性、生物相容性、 无毒性和简易可行及确切的手术操作技术. 9

9 4.3 医用金属材料 • 在生物医学材料中，金属材料应用最早，已有 数百年的历史。唐代就用银汞合金（主要成份： 汞、银、铜、锡、锌）来补牙。 • 医用金属材料是指一类用作生物材料的金属或 合金，又称外科用金属材料。它是一类生物惰 性材料，除具有较高的机械强度和抗疲劳性能， 具有良好的生物力学性能及相关的物理性质外， 还必须具有优良的抗生理腐蚀性、生物相容性、 无毒性和简易可行及确切的手术操作技术

该材料是临床应用最广泛的承力植入材料，由 于有较高的强度和韧性，已成为骨和牙齿等硬 组织修复和替换、心血管和软组织修复以及人 工器官制造的主要材料 化学周期表中的大部分金属不符合生物材料的 要求，仅有小部分或经处理过的可用于临床 目前在临床使用的医用金属材料主要有不锈钢、 钴基合金和钛基合金三大类，另外还有记忆合 金、贵金属以及纯金属钽、铌和锆等 10

10 • 该材料是临床应用最广泛的承力植入材料，由 于有较高的强度和韧性，已成为骨和牙齿等硬 组织修复和替换、心血管和软组织修复以及人 工器官制造的主要材料。 • 化学周期表中的大部分金属不符合生物材料的 要求，仅有小部分或经处理过的可用于临床。 目前在临床使用的医用金属材料主要有不锈钢、 钴基合金和钛基合金三大类，另外还有记忆合 金、贵金属以及纯金属钽、铌和锆等