生物醫(yī)用復合材料ppt課件(編輯修改稿)
2025-02-01 13:38 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 HA生物活性陶瓷是一類應用廣泛的生物活性陶瓷材料，它具有與人體骨骼組織成分相似的礦物組成，并具有良好的生物相容性、安全、無毒副作用，作為植入材料可引導新骨的生長。近年來，為了提高生物陶瓷材料的力學可靠性，許多增韌補強的技術已用于 HA生物陶瓷， 晶須或纖維增強生物陶瓷材料的研究也受到人們的廣泛關注 。 HA晶須由于具有良好的生物相容性，它既可作為增強材料，也可作為基體組分，成為生物醫(yī)用材料中最有價值的增強材料。 HA晶須增強復合材料的斷裂韌性和抗彎強度也有了明顯改善。 HA晶須增韌復合材料的增韌機理主要是 基體的壓應力作用和裂紋的偏轉作用 。這是由于 HA晶須單晶體沿 C軸方向具有較大的熱膨脹系數(shù)，復合材料燒結后， HA基體受壓應力作用，而 HA晶須受張應力作用。 HAHA晶須復合材料中殘余應力場的存在，使 HAHA晶須復合材料具有較大的斷裂韌性，同時裂紋的偏轉效應對復合材料也起到增韌作用。 （二）生物活性陶瓷 生物玻璃復合材料 羥基磷灰石是生物活性最好的材料之一，但它與骨質的結合強度只有 45S5生物活性玻璃的 70%，而 45S5生物玻璃雖然生物親和性好、彈性模量低，但抗折強度小，為提高生物材料綜合性能，發(fā)展了 HA生物活性玻璃復合材料（ ApatteBioactive Glass Composite）簡稱 ABC復合材料。 在矯形外科用材料中，國內(nèi)外學者對用于骨缺損修復材料進行大量的研究。生物無機材料由于材質性能的限制，修復部位多限于小塊骨缺損修復及非承重部位骨缺損的修復，然而臨床治療中最常見一些需進行大段骨或承重骨缺損的修復，單憑一種材料難以滿足上述要求，武漢工業(yè)大學按 多元雜化理論 ，對大段骨缺損修復用支架材料進行研究，設計出一種可生生物降解、新骨易長入的磷酸三鈣－生物玻璃（ TCP－ HA－ BG）復合材料，其中生物玻璃的配料組成為SiO247%～ 50%、 Ca3(PO4)220%～ 28%、CaCO320%～ 30%、 Na2CO310%～ 25%。復合材料在1120℃ 下保溫 。 表 63為幾種常見的復合陶瓷的性能比較 （三）生物活性陶瓷 生物惰性陶瓷復合材料 利用 HA與 ZrO2制備復合材料的目的就是獲得具有良好生物相容性、高的力學強度和韌性的生物復合材料。其相組成見表 64。 bTCP采用沉淀法制備，其 Ca/P比為 ；選用三種不同的氧化鋯：高純 ZrO2（單斜相，不含 Y2O3，簡稱 Z0Y）、部分穩(wěn)定 ZrO2[四方相合立方相，含 Y2O33%（摩爾），簡稱Z3Y]和穩(wěn)定 ZrO2[立方相，含 6%Y2O3（摩爾），簡稱 Z6Y]。煅燒后的 TCP粉末（ Z3Y和 Z6Y分別按質量比 9： 1， 1： 1或 1：2濕式混合，在 80MPa下加壓成型，然后在 1400℃ 空氣中 3h燒結成復合材料，其密度及相對密度如表 65。 2. TCPZrO2 TCPZrO2復合材料抗彎強度與 ZrO2 含量關系如圖 67，材料的抗彎強度隨 ZrO2含量的增加而增加，含 % Y2O3（摩爾）的 TCP陶瓷其抗彎強度只有 ，與 TCP10% ZrO2復合材料相近。復合材料的強度直接與 ZrO2 的含量有關，TCP67%（質量） Z6Y復合材料的抗折強度可達 199MPa，比 βTCP單相陶瓷的抗折強度 138MPa高得多。用單邊切口梁法測定的 TCP67%（質量） Z6Y和 TCP67%（質量） Z3Y的斷裂韌性因子 KIC分別達 、 m1/2，而 βTCP單相燒結體的 KIC值卻只有 MPam1/2。由于 ZrO2 和 TCP分散不均，且 TCP與 ZrO2 的熱膨脹系數(shù)相差較大， TCPZrO2 復合材料無論彎曲強度還是斷裂韌性與 ZrO2Y2O3 陶瓷比均較低。 納米陶瓷復合材料是 一種高性能陶瓷材料 ，實驗證明，納米陶瓷復合材料的室溫強度和韌性比單組分材料高 2～ 5倍。研究發(fā)現(xiàn)，單一納米 SiC（ n）復合的 HA不易燒結，易開裂，燒結溫度較高時， HA還易分解。添加燒結助劑 MgO，在同樣燒結條件下，觀察到 5%（質量） MgO+5%（質量） SiC（ n）復合的 HA陶瓷材料呈淺綠半透明，抗彎強度大 110MPa，KIC為２ .11MPam1/2，抗壓強度 718MPa，比純 HA陶瓷抗彎強度提高 ， KIC提高２倍，抗壓強度提高 ，同生物體硬組織性能相當。 四、生物活性涂層材料 Al2O3復合材料 生物活性玻璃涂層Ａ l2O3陶瓷，其涂層厚度為 60mm,試樣在 1000～ 1300℃ 溫度下煅燒 30min后，在 HF中溶解 10h，測定擴散進入玻璃涂層中 Al2O3的含量，其結果如圖 68，擴散進入玻璃層中的 Al2O3量隨 SiO2量的減少而減少，并隨熱處理溫度呈線性增加，大量 Al2O3進入玻璃層中能有效地增強生物玻璃與 Al2O3的界面。 生物活性玻璃是一種良好的生物活性材料，但機械性能差，因此常常將生物活性玻璃涂于高強材料如 Al2O金屬等，以改善其性能。 ZrO2復合材料 除 Al2O3外， ZrO2由于具有較高的斷裂強度和韌性以及低的彈性模量而用作外科惰性陶瓷植入體。但 ZrO2陶瓷與組織無界面結合力，只能通過機械結合的方式與組織結合。云母－磷灰石玻璃陶瓷具有可加工性和生物反應活性，能與人體組織形成界面鍵合，而且具有較高的長期穩(wěn)定性，可作為植入材料，應用于外科手術中。因此可將生物玻璃陶瓷涂于 ZrO2陶瓷，以提高 ZrO2假體育宿主骨的界面結合。 圖 69是各種形狀和大小的 ZrO2植入假體。 第四節(jié) 生物無機與有機高分子復合材料 一 、概述 生物醫(yī)用無機與高分子復合材料的研究與開發(fā)，目前還處于研究階段，用于臨床的復合材料較少。但這類復合材料 易于模擬自然骨的結構與組成 ，可根據(jù)材料植入部位或置換的要求進行材料的設計，合理調配高分子材料的種類與制備方法，滿足臨床需要。例如采用羥基磷灰石與可降解高分子材料復合制成的復合型人工骨，植入體內(nèi)后，高分子逐漸被降解、代謝，同時人體組織長入，與羥基
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