生物醫(yī)用復(fù)合材料ppt課件(編輯修改稿)
2025-02-01 13:38 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 HA生物活性陶瓷是一類應(yīng)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(wú)毒副作用，作為植入材料可引導(dǎo)新骨的生長(zhǎng)。近年來(lái)，為了提高生物陶瓷材料的力學(xué)可靠性，許多增韌補(bǔ)強(qiáng)的技術(shù)已用于 HA生物陶瓷， 晶須或纖維增強(qiáng)生物陶瓷材料的研究也受到人們的廣泛關(guān)注 。 HA晶須由于具有良好的生物相容性，它既可作為增強(qiáng)材料，也可作為基體組分，成為生物醫(yī)用材料中最有價(jià)值的增強(qiáng)材料。 HA晶須增強(qiáng)復(fù)合材料的斷裂韌性和抗彎強(qiáng)度也有了明顯改善。 HA晶須增韌復(fù)合材料的增韌機(jī)理主要是 基體的壓應(yīng)力作用和裂紋的偏轉(zhuǎn)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(fù)合材料燒結(jié)后， HA基體受壓應(yīng)力作用，而 HA晶須受張應(yīng)力作用。 HAHA晶須復(fù)合材料中殘余應(yīng)力場(chǎng)的存在，使 HAHA晶須復(fù)合材料具有較大的斷裂韌性，同時(shí)裂紋的偏轉(zhuǎn)效應(yīng)對(duì)復(fù)合材料也起到增韌作用。 （二）生物活性陶瓷 生物玻璃復(fù)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(zhì)的結(jié)合強(qiáng)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(qiáng)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(fù)合材料（ ApatteBioactive Glass Composite）簡(jiǎn)稱 ABC復(fù)合材料。 在矯形外科用材料中，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)用于骨缺損修復(fù)材料進(jìn)行大量的研究。生物無(wú)機(jī)材料由于材質(zhì)性能的限制，修復(fù)部位多限于小塊骨缺損修復(fù)及非承重部位骨缺損的修復(fù)，然而臨床治療中最常見(jiàn)一些需進(jìn)行大段骨或承重骨缺損的修復(fù)，單憑一種材料難以滿足上述要求，武漢工業(yè)大學(xué)按 多元雜化理論 ，對(duì)大段骨缺損修復(fù)用支架材料進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)出一種可生生物降解、新骨易長(zhǎng)入的磷酸三鈣－生物玻璃（ TCP－ HA－ BG）復(fù)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(fù)合材料在1120℃ 下保溫 。 表 63為幾種常見(jiàn)的復(fù)合陶瓷的性能比較 （三）生物活性陶瓷 生物惰性陶瓷復(fù)合材料 利用 HA與 ZrO2制備復(fù)合材料的目的就是獲得具有良好生物相容性、高的力學(xué)強(qiáng)度和韌性的生物復(fù)合材料。其相組成見(jiàn)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(jiǎn)稱 Z0Y）、部分穩(wěn)定 ZrO2[四方相合立方相，含 Y2O33%（摩爾），簡(jiǎn)稱Z3Y]和穩(wěn)定 ZrO2[立方相，含 6%Y2O3（摩爾），簡(jiǎn)稱 Z6Y]。煅燒后的 TCP粉末（ Z3Y和 Z6Y分別按質(zhì)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(jié)成復(fù)合材料，其密度及相對(duì)密度如表 65。 2. TCPZrO2 TCPZrO2復(fù)合材料抗彎強(qiáng)度與 ZrO2 含量關(guān)系如圖 67，材料的抗彎強(qiáng)度隨 ZrO2含量的增加而增加，含 % Y2O3（摩爾）的 TCP陶瓷其抗彎強(qiáng)度只有 ，與 TCP10% ZrO2復(fù)合材料相近。復(fù)合材料的強(qiáng)度直接與 ZrO2 的含量有關(guān)，TCP67%（質(zhì)量） Z6Y復(fù)合材料的抗折強(qiáng)度可達(dá) 199MPa，比 βTCP單相陶瓷的抗折強(qiáng)度 138MPa高得多。用單邊切口梁法測(cè)定的 TCP67%（質(zhì)量） Z6Y和 TCP67%（質(zhì)量） Z3Y的斷裂韌性因子 KIC分別達(dá) 、 m1/2，而 βTCP單相燒結(jié)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(fù)合材料無(wú)論彎曲強(qiáng)度還是斷裂韌性與 ZrO2Y2O3 陶瓷比均較低。 納米陶瓷復(fù)合材料是 一種高性能陶瓷材料 ，實(shí)驗(yàn)證明，納米陶瓷復(fù)合材料的室溫強(qiáng)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(fù)合的 HA不易燒結(jié)，易開(kāi)裂，燒結(jié)溫度較高時(shí)， HA還易分解。添加燒結(jié)助劑 MgO，在同樣燒結(jié)條件下，觀察到 5%（質(zhì)量） MgO+5%（質(zhì)量） SiC（ n）復(fù)合的 HA陶瓷材料呈淺綠半透明，抗彎強(qiáng)度大 110MPa，KIC為２ .11MPam1/2，抗壓強(qiáng)度 718MPa，比純 HA陶瓷抗彎強(qiáng)度提高 ， KIC提高２倍，抗壓強(qiáng)度提高 ，同生物體硬組織性能相當(dāng)。 四、生物活性涂層材料 Al2O3復(fù)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(cè)定擴(kuò)散進(jìn)入玻璃涂層中 Al2O3的含量，其結(jié)果如圖 68，擴(kuò)散進(jìn)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(jìn)入玻璃層中能有效地增強(qiáng)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(jī)械性能差，因此常常將生物活性玻璃涂于高強(qiáng)材料如 Al2O金屬等，以改善其性能。 ZrO2復(fù)合材料 除 Al2O3外， ZrO2由于具有較高的斷裂強(qiáng)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(wú)界面結(jié)合力，只能通過(guò)機(jī)械結(jié)合的方式與組織結(jié)合。云母－磷灰石玻璃陶瓷具有可加工性和生物反應(yīng)活性，能與人體組織形成界面鍵合，而且具有較高的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，可作為植入材料，應(yīng)用于外科手術(shù)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(jié)合。 圖 69是各種形狀和大小的 ZrO2植入假體。 第四節(jié) 生物無(wú)機(jī)與有機(jī)高分子復(fù)合材料 一 、概述 生物醫(yī)用無(wú)機(jī)與高分子復(fù)合材料的研究與開(kāi)發(fā)，目前還處于研究階段，用于臨床的復(fù)合材料較少。但這類復(fù)合材料 易于模擬自然骨的結(jié)構(gòu)與組成 ，可根據(jù)材料植入部位或置換的要求進(jìn)行材料的設(shè)計(jì)，合理調(diào)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(fù)合制成的復(fù)合型人工骨，植入體內(nèi)后，高分子逐漸被降解、代謝，同時(shí)人體組織長(zhǎng)入，與羥基
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