生物醫(yī)用復(fù)合材料2

1、生物醫(yī)用復(fù)合材料2概 述生物醫(yī)用復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同材料復(fù)合而成的生物醫(yī)用材料1. 分類：復(fù)合材料一般有基體材料和增強(qiáng)材料組成按基體：陶瓷基醫(yī)用復(fù)合材料、高分子基醫(yī)用復(fù)合材料、金屬基醫(yī)用復(fù)合材料按組織反應(yīng)：生物惰性醫(yī)用復(fù)合材料、生物活性醫(yī)用復(fù)合材料、可吸收醫(yī)用復(fù)合材料2按增強(qiáng)體的形態(tài)和性質(zhì)纖維增強(qiáng)醫(yī)用復(fù)合材料碳纖維和其他陶瓷纖維、玻璃纖維、金屬纖維和高分子纖維顆粒增強(qiáng)醫(yī)用復(fù)合材料氧化鋯、氧化鋁、氧化鈦等氧化物顆粒羥基磷灰石（HA）等生物活性顆粒3生物醫(yī)用復(fù)合材料的分類和應(yīng)用4生物醫(yī)用復(fù)合材料的分類和應(yīng)用5生物醫(yī)用復(fù)合材料的分類和應(yīng)用62. 性能特點(diǎn)比強(qiáng)度、比模量抗疲勞性能好抗生理腐蝕

2、性好力學(xué)相容性能好73. 生物醫(yī)用復(fù)合材料的界面界面侵潤性：增強(qiáng)體與基體侵潤與否是制備性能良好的復(fù)合材料的必要條件界面結(jié)合力：機(jī)械結(jié)合力、物理結(jié)合力、化學(xué)結(jié)合力機(jī)械結(jié)合力摩擦力：存在于所有復(fù)合材料中。決定于增強(qiáng)體的比面積和粗糙度以及基體的收縮。比面積和粗糙度越大，基體的收縮越大，摩擦力越大。物理結(jié)合力范德華力和氫鍵力：存在于所有復(fù)合材料中?；瘜W(xué)結(jié)合力化學(xué)鍵力8界面結(jié)合類型機(jī)械結(jié)合：基體與增強(qiáng)體之間純機(jī)械性連接的結(jié)合方式。存在于所有復(fù)合材料中。溶解和潤濕結(jié)合：基體與增強(qiáng)體之間溶解并伴隨一定程度的相互溶解（基體與增強(qiáng)體之一溶入另一種之中）而產(chǎn)生的結(jié)合方式。靠原子間的電子相互作用實(shí)現(xiàn)?？衫脽o機(jī)材料

3、中的玻璃相實(shí)現(xiàn)該結(jié)合。9界面結(jié)合類型反應(yīng)結(jié)合：基體與增強(qiáng)體之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在截面形成牢固的化學(xué)結(jié)合。借助偶聯(lián)劑（既有與基體反應(yīng)的官能團(tuán)又有與增強(qiáng)體反應(yīng)的官能團(tuán)），把兩種性質(zhì)差異很大的材料牢固的結(jié)合起來?；旌辖Y(jié)合：是實(shí)際的復(fù)合材料中最普遍的結(jié)合形式10第一節(jié) 生物無機(jī)與無機(jī)復(fù)合材料以氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、生物玻璃、生物玻璃陶瓷、羥基磷灰石、磷酸鈣等材料為基體，引入顆粒、晶片、晶須或纖維等增強(qiáng)體。一、生物陶瓷與生物陶瓷復(fù)合材料二、生物陶瓷與生物玻璃復(fù)合材料三、生物活性涂層無機(jī)復(fù)合材料11一、生物活性陶瓷與生物活性陶瓷復(fù)合材料1、HA-TCP復(fù)合材料的組成與性能122、HA-HA晶須復(fù)合材料：

4、HA晶須增韌效果與材料的氣孔率有關(guān)無壓燒結(jié)的HA-HA晶須復(fù)合材料，氣孔率較高，無明顯增韌效果如含0-30% HA晶須（Ca/P=1.66）的復(fù)合材料，1000-1100OC，30MPa，1-2h熱壓燒結(jié)，斷裂韌性提高40%，HA晶須具有明顯增韌效果，但其相對密度隨晶須含量增加而降低（92.5-95%）13二、生物活性陶瓷與生物玻璃復(fù)合材料1、HA-生物活性玻璃復(fù)合材料（Apatte-Bioactive Glass Composite，ABC）2、TCP-HA-BG多孔復(fù)合材料：為珊瑚狀連通氣孔，氣孔率45-55%，氣孔大小200-500微米抗折強(qiáng)度10.5MPa，熱壓強(qiáng)度25MPa用于大段骨

5、或承重骨的修復(fù)14三、生物活性陶瓷與生物惰性陶瓷復(fù)合材料氧化物陶瓷具有較高的強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性，但與生物組織為機(jī)械結(jié)合；生物活性陶瓷具有良好的生物相容性可與生物組織形成牢固的化學(xué)結(jié)合，但其脆性和低抗疲勞強(qiáng)度限制其應(yīng)用。以高強(qiáng)度氧化物為基材，摻入羥基磷灰石等生物活性陶瓷顆粒，以賦予生物活性以生物活性陶瓷為基材，摻入氧化物等顆粒以補(bǔ)強(qiáng)其力學(xué)性能15161、HA-ZrO2復(fù)合材料燒結(jié)溫度增加，抗折強(qiáng)度和斷裂韌性都增加例：添加50% TZ-3YZrO2，燒結(jié)燒結(jié)溫度抗折強(qiáng)度MPa斷裂韌性MPam1/21200OC1801.11350-1400OC3102.61400OC4002.8-3.0例：添加50%

6、 ZrO2，1400OC燒結(jié)，材料抗壓強(qiáng)度MPa彈性模量GPaHA-ZrO21400126HA780107172、TCP- ZrO2復(fù)合材料抗彎強(qiáng)度隨ZrO2含量增加而增加抗折強(qiáng)度MPa斷裂韌性MPam1/2TCP-67%Z6Y1992.15TCP1381.143、HA-納米SiC復(fù)合材料：制備：添加燒結(jié)助劑MgO，900-1200OC燒結(jié)斷裂韌性顯著提高，與生物體硬組織性能相當(dāng)18四、生物活性涂層材料生物活性玻璃涂層氧化鋁復(fù)合材料，以改善氧化鋁陶瓷的表面活性等離子體噴涂+1000-1300OC煅燒30min，氧化鋁擴(kuò)散進(jìn)入玻璃層，有效增強(qiáng)生物活性玻璃與氧化鋁的界面結(jié)合。1200OC煅燒，表面

7、玻璃中形成穩(wěn)定硅灰石相，基體相中遺留富余的CaO和P2O3，在緩沖液中反應(yīng)20min后即有HA形成， HA形成速度加快。19第二節(jié) 生物無機(jī)與有機(jī)高分子復(fù)合材料幾乎所有的生物體組織都是由兩種或兩種以上的材料構(gòu)成的例如人體中的骨骼和牙齒可看作由膠原蛋白、多糖基質(zhì)等高分子構(gòu)成的連續(xù)相和彌散于中的羥基磷灰石晶粒復(fù)合而成。利用高彈性模量的無機(jī)材料增強(qiáng)高分子材料的剛性，并賦予其生物活性利用高分子材料的可塑性增進(jìn)生物無機(jī)材料的韌性。主要應(yīng)用于硬組織的修復(fù)與重建。20一、生物活性陶瓷與天然生物高分子復(fù)合材料二、生物活性陶瓷與生物高分子復(fù)合材料三、生物玻璃與生物高分子復(fù)合材料四、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料21一、生物

8、活性陶瓷天然生物高分子復(fù)合材料1、HA膠原復(fù)合材料與自然骨有機(jī)質(zhì)接近的膠原與HA陶瓷復(fù)合，使之能與受骨的骨膠原末段的氨基和羥基結(jié)合，形成具有生物活性的化學(xué)結(jié)合界面。膠原與多孔HA陶瓷復(fù)合，其強(qiáng)度比HA陶瓷提高2-3倍。2、 HA纖維蛋白粘合劑復(fù)合材料纖維蛋白粘合劑有纖維蛋白原和凝血酶組成。具有良好的生物相容性，完全的生物降解性，無毒、不影響機(jī)體的免疫系統(tǒng)，對HA的結(jié)構(gòu)無影響。22HA纖維蛋白粘合劑復(fù)合材料的結(jié)合強(qiáng)度（g/cm2)時間HA : 粘合劑1 : 0.51 : 11 : 1.510min7512511030min2303703201h38052048023二、生物活性陶瓷與生物高分子復(fù)

9、合材料1、HA聚乳酸復(fù)合材料聚乳酸（PDLLA)具有良好的生物相容性和可降解性，是一種中等強(qiáng)度的聚合物。但過于柔軟，缺乏骨結(jié)合能力，X光可穿透，不便臨床顯影觀察，限制了其在內(nèi)固定中的應(yīng)用。具有良好的生物相容性、可吸收性、生物活性和骨結(jié)合能力；24隨HA在PDLLA基體中的含量增加，抗彎強(qiáng)度和彈性模量也增加，可作為骨折內(nèi)固定材料。HA與PDLLA界面僅存在機(jī)械結(jié)合，可采用硅氧烷偶聯(lián)劑處理HA表面，增強(qiáng)其機(jī)械性能。HA/PDLLA抗彎強(qiáng)度(MPa)彈性模量(GPa)抗張強(qiáng)度(MPa)抗壓強(qiáng)度(MPa)抗剪強(qiáng)度(MPa)0/10030/7050/50258.5279.6213.96.57.812.1

10、154.193.9123.5118.9124.293.0134.4106.725PDLLA與HA顆粒復(fù)合有助于提高材料的初始硬度和剛性，延緩材料的早期降解速度，提高骨結(jié)合能力。隨著PDLLA的講解吸收，HA在體內(nèi)逐漸轉(zhuǎn)化為自然骨組織。材料抗彎強(qiáng)度(MPa)抗剪強(qiáng)度（體內(nèi)）(MPa)02周4周6周皮質(zhì)骨松質(zhì)骨PDLLA-HA(85/15)120-21011.52.13607060-905-1284.52108530262、其他1）HA-聚乙烯2）HA-PMMA骨水泥3）TCP-聚乳酸4）有機(jī)高分子表面活性陶瓷涂層27三、生物玻璃生物高分子復(fù)合材料AW生物玻璃陶瓷增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合材料AW%（體積）力學(xué)性能VHNE(GPa)(MPa)(%)020402.128.089.180.651.342.8417.8916.6714.87360130.75.328四、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料碳纖維增強(qiáng)PMMA復(fù)合材料顱骨修復(fù)試樣厚度(mm)彈性模量(GPa)抗彎強(qiáng)度(MPa)沖擊韌性(J/cm2)巴氏硬度密度(g/cm3)人顱骨G+C+PMMAPMMA4-51.72.510.4-15.522.12.4-4.1158-172289790.491.8-2.40.12-0.2544.3-54.648.8-55.844.51.70-1.801.