生物医学无机材料
常用的生物医学材料
无机材料
羟基磷灰石支架
钛牙种植体
在骨组织工程中用于促进骨再生， 替代病变或损伤的骨组织。
用于牙科种植手术，替代丢失的 牙齿。
陶瓷牙冠
具有优异的生物相容性和美观度， 适用于牙齿修复。
无纺布材料
1 透气性
无纺布可以通过微孔让空气和水分通过，有利于创伤敷料的呼吸。
2 吸湿性
无纺布能迅速吸收液体，使湿敷料保持干燥。
生物降解聚合物，用于制作缝合线和骨修复材料。
2
聚氨酯（PU）
具有良好的弹性和耐久性，被用于心脏支架和血管修复。
3
聚乙烯醇（PVA）
可溶于水的材料，常用于眼药水和凝胶质量控制。
天然聚合物材料
明胶 海藻酸钠 壳聚糖
用于软骨修复和细胞培养基。 在药物缓释系统中应用广泛。 可作为生物黏合剂和药物输送平台。
可吸收骨移植物
用于骨损伤修复和重建，随着时 间的推移逐渐被人体吸收。
金属材料
不锈钢
在医疗器械和手术工具中广 泛使用，具有良好的耐腐蚀 性和强度。
钛合金
由于其低密度和良好的生物 相容性，被用于制造人工关 节和牙科植入物。
银
具有抗菌性能，在创面敷料 和抗菌产品中常被使用。
合成聚合物材料
Байду номын сангаас
1
聚乳酸（PLA）
常用的生物医学材料
生物医学材料是在医学领域应用广泛的材料，主要包括生物降解性材料、金 属材料、合成聚合物材料、天然聚合物材料、无机材料、无纺布材料和面板 材料。
生物降解性材料
可吸收支架
一种用于血管内成形术的医疗器 械，能够最终在人体内被吸收， 避免了长期使用金属支架的副作 用。
可降解缝线
无机纳米材料应用下生物医学论文
无机纳米材料应用下生物医学论文无机纳米材料应用下生物医学论文1无机纳米材料在生物医学上的应用1.1药物载体许多药物都有细胞毒性，在杀死病毒细胞的同时，也会对正常细胞造成损伤。
因而，理想的药物载体不仅应有较好的生物相容性、较高的载药率，还应具有靶向性，即到达目标病灶部位才释放药物分子。
无机纳米材料的大小和表面的电荷等理化性质决定了纳米材料的性能，研究这些可控特性可应用在生物医学领域中。
例如，用多孔硅作为药物载体递送柔红霉素，治疗视网膜疾病持续时间从几天延长到3个月。
通过调控将纳米粒子孔径从15nm变为95nm，使柔红霉素的释放率增大了63倍，从而调控药物的释放。
用介孔二氧化硅纳米粒子运载化疗药物、探针分子向肿瘤细胞进行递送，可用于癌症等疾病的靶向性治疗和早期诊断。
介孔二氧化硅在药物传输、靶向给药、基因转染、组织工程、细胞示踪、蛋白质固定与分离等方面有广泛的应用。
碳纳米管及其衍生材料可开发用于电敏感的透皮药物释放，又可作药物载体进行持续性释放。
比如，用超支化聚合物修饰碳纳米管，可以从复合物的羟基末端聚集活性基团，从而增强溶解性能，作为抗癌的药物载体，也可以用作药物缓释载体。
用聚乙烯亚胺修饰多壁碳纳米管，分散性好，能降低对细胞的毒性，进一步结合在壳聚糖/甘油磷酸盐上，能增加凝胶的机械强度。
同时，改变溶液的pH值、温度等来构建具有双缓释功能的温敏性凝胶，能减少凝胶的突释现象。
纳米钻石（dND）装载化疗药物具有较低的毒性和较高的生物兼容性。
将叶酸等靶向分子修饰纳米钻石表面，用于装载抗癌药物，以H2N-PEG-NH2作为桥梁分子，形成纳米靶向载药系统，对C6细胞具有靶向作用，为研制肿瘤靶向治疗提供了参考依据。
为了避免被单核细胞、巨噬细胞系统等非特异性吸收，并让药物优先进入肿瘤细胞，用超支化缩水甘油（PG）修饰纳米钻石得到dND-PG，有较好的生物相容性，能避免被正常细胞的巨噬细胞非特异性摄取。
加载抗癌药物阿霉素显示出对肿瘤细胞具有选择性的毒性作用，可作为肿瘤药物载体，对肿瘤细胞进行选择性给药。
医用无机材料
图3 鸡蛋壳中的晶粒及晶界
二 生物陶瓷材料的分类
• 按其生物性能,生物陶瓷可分为3类如表1 所示：
结构稳定,具有较高的 强度、耐磨性及化学 稳定性。
第一节 概述
• 一 生物医用无机材料的基本条件：
1.良好的生物相容性 2.杂质元素及溶出物含量低 3.有效性 4.成型加工性能 5.良好的耐消毒灭菌性
二 生物医用无机材料分类
• 按照无机材料的成分和性质分类
1.生物陶瓷材料 2.生物玻璃材料 3.生物玻璃陶瓷 4.生物医用无机骨水泥 5.生物复合无机材料
• 具体机制： ①生物化学溶解
是一种体液介导过程。溶解速率决定于多种因 素，包括周围体液成分和PH、材料的比表面积 、材料的相组成和结构、材料的结晶度和杂质 的种类及含量以及材料的溶度积等。
②物理解体
是体液浸入陶瓷，导致由于烧结不完全而残留 的微孔，使连接晶粒的“细颈”溶解，从而解 体为微粒的过程。
优点：生物相容性良好，在人体内稳定性高， 机械强度较大。
缺点： ①与骨不发生化学结合，长时间后与骨的固定
会发生松弛； ②机械强度不高； ③杨氏模量过高(380GPa)； ④摩擦系数铝陶瓷制成多孔质形态，使骨组织 长入其孔隙而使植入体固定，保证植入物 与骨头的良好结合。
生物陶瓷骨体
生物陶瓷血管
三 典型的生物陶瓷材料
（一）惰性生物陶瓷材料 生物惰性陶瓷是一类暴露于生物环境中，与组织几乎不 发生化学变化的材料，所引起的组织反应主要表现为材 料周围会形成厚度不同的包裹性纤维膜。
主要用于人体骨骼、关节及齿根的修复和替换，以及心 脏瓣膜等
生物医用材料
生物医用材料高分子材料、无机材料及金属材料均已在生物医学领域被应用，作为人体修复材料。
但从生物相容性的特性分析，则高分子材料与无机材料有着更大的应用前景。
美国于1996年对人工骨与各类关节的市场需求量预测为约200万件，中国骨折病人约10倍于此。
是一项重大的社会福利问题。
无机生物医用材料可分为三大类，即惰性材料、表面活性材料及可吸收材料。
属于惰性材料类的有氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、生物微晶玻璃、复合材料及涂层材料。
属于表面活性材料类的有生物活性玻璃、生物活性微晶玻璃、磷灰石类材料、复合及涂层材料。
属于可吸收材料类的主要是羟基磷灰石及可吸收的磷酸钙材料。
本文拟对涂层材料稍加介绍。
其制备方法是以上述三类材料中的任何一种为对象，一般以钛合金为基底，用等离子喷涂方法将它们在基底材料上形成一层结合牢固的涂层。
这类涂层材料具有若干优点，首先可使具有生物相容性好的材料直接与生物体相接触；其次可以利用钛合金基底的强度与韧性；另外涂层材料含有许多微孔，又与被植入体周围的生物体相容，在动物中大量、长期试验证明，生物组织可以长入到微孔中，亲合性好，形成紧密的结合体。
因此是比较理想的植入体。
现已有肘关节、膝关节及髋关节产品，可供医生选用。
在上海一地已有二百多病例。
根据对植入髋关节病人的实例统计，在未植入前，有2/3的病人在没有手杖时，就完全不能行走；而在植入后则有90％的病人借助手杖即可长距离行走，其中3/4的病人可脱开手杖行走，效果相当明显。
以上谈了四点不求全面，但已看出高性能无机材料可具有多种优异的性能，因而获得了广泛的应用，并有着巨大的发展潜力和美好的前景。
新材料和材料科学与工程本身就是高技术的重要组成部分；而且其他众多高技术领域的发展，都离不开新材料作为它们的基础与支撑。
因此展望高性能无机材料的未来，将是一幅十分诱人的图画。
无机纳米材料在生物医学的应用
无机纳米材料在生物医学的应用无机纳米材料是指尺寸在纳米级别的无机物质，具有独特的物理和化学性质。
随着纳米技术的发展，无机纳米材料在生物医学领域的应用也越来越多。
本文将重点介绍无机纳米材料在生物医学中的应用，包括药物传递、生物成像和组织修复等方面。
无机纳米材料在药物传递方面具有很大的潜力。
由于其纳米尺度的特点，无机纳米材料可以通过细胞膜进入人体内部，并将药物送达到特定的细胞或组织。
例如，磁性纳米颗粒可以通过外加的磁场控制其在体内的运动，实现靶向输送药物。
金纳米颗粒具有高表面积和良好的生物相容性，可以有效地包装和释放药物，并提高药物的生物利用度。
另外，无机纳米材料还可以通过改变其表面性质来增强药物的溶解度、稳定性和药效。
在生物成像方面，无机纳米材料可以用作造影剂，用于增强医学影像的对比度。
金纳米颗粒可以吸收和发射特定波长的光线，从而产生明亮的影像。
量子点是一种特殊的无机纳米材料，可以根据其颗粒的大小和组成调整其荧光发射的波长，从而实现多光谱成像。
磁性纳米颗粒具有良好的磁性和超顺磁性，可以用于磁共振成像和磁导航。
除了药物传递和生物成像，无机纳米材料还可以用于组织修复。
骨组织工程是一个重要的研究领域，旨在重建骨骼缺损。
无机纳米材料可以用作骨生长因子的载体，促进骨细胞的增殖和分化。
此外，无机纳米材料还可以通过调节细胞外基质的组成和结构来模拟人体组织的微环境，促进组织再生和修复过程。
尽管无机纳米材料在生物医学中的应用前景广阔，但也面临一些挑战和风险。
首先，无机纳米材料的生物安全性需要进一步研究和评估。
其次，无机纳米材料在体内的代谢和清除机制尚不完全清楚。
此外，无机纳米材料的制备和表征技术需要不断改进和发展，以满足生物医学应用的要求。
在总结上述内容的基础上，可以看出无机纳米材料在生物医学领域的应用具有广泛的前景。
随着技术的不断进步和不断优化，无机纳米材料将为药物传递、生物成像和组织修复等方面的研究和应用提供更多可能性，为人们的健康问题解决方案提供新的突破。
常用的生物医学材料
生 物 传 感 器
生物传感器利用生物功能性物质的分子识别功能，有选 择的检测反应物质并把各种变化转换成可测信号。高分 子刺激响应材料多制成膜，膜孔的闭张状态可由环境因 素所控制，或是高分子链的构型、构象，理化特性会对 刺激因素发生变化
常用的生物医学材料
本节介绍几种常用的生物医学金属材料、 无机生物医学材料、高分子生物医学材料，以 及最近受到人们普遍关注的、有望制造出具有 高生理功能的人工器官的杂化生物医学材料。
本节介绍几种常用的生物医学金属材料、无机 生物医学材料、高分子生物医学材料，以及最近受到 人们普遍关注的、有望制造出具有高生理功能的人工 器官的杂化生物医学材料。
一、生物医学金属材料
金属材料是生物医学 材料中应用最早的。由金 属具有较高的强度和韧性， 适用于修复或换人体的硬 组织，早在一百多年前人 们就已用贵金属镶牙。随 着抗腐蚀性强的不锈钢、 弹性模量程骨组织接近铜 铁合金，以及记忆合金材 料、复合材料等新型生物 医学金属材料的不断出现， 其应用范围也在扩大。
3.与细胞的杂化
人工材料与细胞的杂化最早用于人工血管的伪内膜法。杂化 细胞材料还可用于生物传感器，还可制造生物人工器官。
人工血管
人工仿真耳
人工髋关节
END
常用的抗凝措施是：材料表面的肝素化、亲水化、负电荷化、 化学惰性化和生物活性化：也有采取假内膜或培育一层内皮细胞的 技术措施的。对高分子材料进行分子设计改性也望可取得较好的血 液相容性。
2.药用高分子材料
高分子化合物主要的三个方面 （1）作为控制释放药物的载体。 （2）作为药物使用。 （3）作为药物制剂的辅助材料。 特别是采用智能高分子材料，可使药物释放体系 （DDS）智能化。此体系的特点是药物是否需要可由药剂 本身判断，它可感知疾病引起的化学物质及物理量变化的 信号，药剂能对信号响应并自主地控制药物的释放。
二氧化硅在生物医学材料中的应用
二氧化硅在生物医学材料中的应用二氧化硅，又称为二氧化硅或二氧化硅，是一种常见的无机化合物，其化学式为SiO2。
由于其化学稳定性、高机械强度、生物相容性等优秀性质，二氧化硅在生物医学材料中得到了广泛的应用。
1.二氧化硅在生物医用材料中的作用机制二氧化硅在生物医用材料中的主要作用机制是物理保护。
二氧化硅由于高机械强度和硬度，能够提供优异的抗磨损和耐久性。
此外，SiO2的化学性质较为稳定，也可以防止生物体内化学反应对材料的破坏。
此外，二氧化硅具有较高的生物相容性，因此可以直接被人体所接受。
2.二氧化硅在人造关节中的应用人工关节是一种重要的生物医学材料，在骨科临床中有广泛应用。
而二氧化硅在人造关节中的应用则凸显了其优越性能。
二氧化硅能够增加关节表面的硬度和耐久性，有助于提高人工关节的寿命。
此外，由于二氧化硅具有较高的生物相容性，可以直接接触骨组织，有助于促进人工关节与正常骨组织间的结合。
3.二氧化硅在骨组织工程中的应用骨组织工程是一种力学化学方法，用于修复和再生损伤的骨组织。
二氧化硅在骨组织工程中有着广泛的应用。
由于其化学性质稳定，而且能够促进细胞的增殖和分化。
因此，二氧化硅可以用于制备骨修复支架，有助于促进骨再生。
此外，二氧化硅还可以提高骨细胞的数量和稳定性，促进骨生长的同时降低排斥反应的发生。
4.二氧化硅在制备医用纳米材料中的应用随着生物医学技术的不断进步，人们对医用材料的要求越来越高，因而诞生了各种各样的医用纳米材料。
二氧化硅在制备医用纳米材料中有着非常广泛的应用。
由于SiO2的化学性质稳定，且纳米级别的二氧化硅具有较强的生物相容性和生物安全性，因此可以用于制备各种医用纳米材料，如磁性纳米颗粒、金属纳米颗粒等。
综上所述，二氧化硅在生物医学材料中具有非常广泛的应用价值。
未来，随着科学技术的不断提高，人们对二氧化硅的认识也会变得更加深入，并发掘更多的新的用途。
生物医用材料-第五次课
19
3.4生物可降解医用无机材料
磷酸三钙（β-TCP）：Ca3（PO4）2，是组织工程中很好的支架 材料。
合成：固相反应法；沉淀法；改进的湿法粉碎法；
3.2生物惰性医用无机材料
碳质材料的类型：
热解碳：低温各向同性碳 玻璃碳：使聚合物放出挥发成分 蒸汽沉积碳：沉积在金属，陶瓷或高分子表面 碳纤维：有机纤维为原料
碳质材料的生物相容性：
在软组织和骨骼中仅有轻微的组织反应。
15
3.2生物惰性医用无机材料
碳质材料的临床应用：瓣膜材料
1，LTI碳涂层有足够的强度，十分耐磨； 2，优异的血液相容性，不产生血凝和血栓； 3，抛光后的Si-C涂层，是致密不透性的，不会引起降解； 4，无毒，无刺激性，不致癌。
3.5 生物医用无机材料的发展方向
二、发展趋势： 两个方面并重： 1，材料和植入体自身的改进和发展； 2，科学的质量控制和管理体系的建立和完善。
3.5 生物医用无机材料的发展方向
三、发展战略方向和前沿课题： 1，基础研究 （1）植入体与骨和软组织的生物化学变化研究； （2）生物陶瓷及其复合材料的生物力学适应性研究； （3）可降解生物陶瓷材料的降解机理研究； （4）生物活性陶瓷材料的生物活化机理研究
第三章 生物医用无机材料
一、生物医用无机材料的发展概况
1808年，陶齿用于镶牙； 1892年，Dreesman发表了用熟石膏作为骨的缺损填充材料，但存在易 消耗，以致不能起作用； 1963年，Smith发展了陶瓷骨替代材料，多孔铝酸盐材料； 1969年，Hench教授研制了生物玻璃，开创了生物活性材料； 1970年以后，Smith开创，Driskell深入研究，可吸收陶瓷β-Ca3(PO4)2； 近年来，纳米生物医用无机材料得到快速的发展。
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学校：新乡医学院三全学院专业：生物医学工程
班级：51班
姓名：任淑敏
学号：20095235123
生物医学无机材料综述
-纳米材料在医学中的应用
【摘要】目的综述纳米技术在医学的应用与研究。
方法以文献复习与
综合方法进行分析。
结果纳米技术的学科交叉性特别明显，在新的生物
材料、生物活跃分子的有效传递，纳米级敏感器和传统生命系统监测生
命运转情况、营养运输、血液循环及烧创伤修复调控。
纳米技术结合分
子生物医学工程，将促进临床诊断、治疗的进步。
结论纳米技术的应
用，将对临床诊治、烧创伤处理及中医药基础研究发挥重要作用。
【关键词】纳米材料基因疗法生物医学工程
纳米技术内容十分广泛。
2002年2月美国“国家纳米技术倡议”
（National Nanotechnology Initiative）以国家科学基金会、国防部、商业部、能源部、运输部、财政部、科学与预算办公室和宇航部等部门形
成报告并称纳米技术将对21世纪的经济、国防与社会产生重大影响，可
与信息技术或生物技术一样，引导下一个工业革命，应放在科学技术优先
地位。
纳米技术之所以被如此重视，是因为当物质小到1-100nm时，由于
其量子效应，物质的局域性及巨大的表面与界面效应，使物质的很多性能
发生质变，能在分子、原子水平上制造材料和器件，这些变化渗透到很多
领域，可引导“新的工业革命”。
在自然界，植物通过叶片把光能转化为
化学能的光合作用就是纳米工厂的典型例子；人类的遗传基因序列做到了
原子级的结构精确和完美，如果有一个原子错位就可以导致遗传上的缺陷，人类细胞的再生和自我组合，脑细胞超前记忆能力，神经系统的信息传递
和反馈等都是纳米的完美典范。
对人类来说，应用生物学来实现科学技术
上纳米及控制和操纵而仅仅才是开始。
21世纪是生物和医药研究突飞猛进的年代。
纳米技术其学科交叉性
特别明显，在新的生物材料、生物活性分子的有效传递，纳米级敏感和传
感系统等方面在其生物结构及其过程将会取得突破性进展。
尤以纳米级敏
感器可监视生命器官运转情况、营养运输、血液循环及血脂浓度等。
其未
来突破重点为以下几个方面。
1、纳米技术与材料应用
快速有效决定基因序列，基因和药物的体内的走向传送和定位传递，使临床诊断和治疗过程效率得以提高。
已有一种具有超高灵敏性激光单元子分子探测术，可通过人的唾液、血液、粪便及呼出的气体及时发现体内只有亿万分之一的各种治病或带病游离因子。
根据不同的诊断和监测目的，利用纳米级微小探测针技术，在体内植入传感器，定位于体内不同的部位，也可随血液、淋巴在体内运行，将体内各种生物信息反馈于体外装置。
中国医科大学第二临床学院已能应用纳米级的微粒技术制成超顺磁性氧化铁超微颗粒脂质体的研究，用该技术可发现直径3mm以下的肝脏肿瘤，故对早期诊断肝癌十分有利。
瑞士苏黎世研究室研究出一种纳米DNA装置，即将一股DNA链固定到另一个超微固体上，另外放置于能互补的DNA链。
根据DNA互补原理形成双螺旋结构，并使这一超微结构弯曲产生足够的能量。
按此原理，软片上的DNA链能与人相应的DNA分子形成互补，用以识别癌细胞，如此可使癌在分子水平或几个癌细胞大小，即能得到早期诊断。
2、纳米医用材料（或称纳米医生）
可进入血液循环中，用其类似的机械功能，以清除血管
内血栓及动脉血管壁上的斑块，改进血统，以防止心、脑梗塞。
还可适用于胆道与泌尿系统粉碎结石，以治疗胆道与泌尿系结石症。
也可击碎痛风尿酸结晶，再让血流清除碎片，可在一定时间内减轻疼痛，缓解患者痛苦。
3、利用纳米解决药物的靶向性
纳米技术目前以应用于药物载体的研究。
纳米粒子其
直径小于1nm，这些粒子既包括固体物质，还包括脂质和乳胶，可与药物形成复合物，通过不同的方式进入机体，经血液循环到达特定的组织或细胞，发挥诊断和治疗作用。
某些特殊的纳米粒子还可进入细胞内，达到基因治疗的目的，已能集中到肝、肺和胃肠的系统。
纳米粒子的作用还可能在严重烧伤者内脏并发症防治方面有着突破性进展。
4、纳米技术与基因疗法
基因治疗是临床治疗学上的重大发展，质粒DNA进入目的
白质、抗原等），能超越对症治疗效果。
纳米技术能使DNA通过主动靶向作用，定位于细胞。
将质粒DNA缩小到50-200nm，且带上负电荷，进入到细胞核，也可插入到细胞核DNA的确切部位，但其理化特性尚待研究。
5、纳米材料装上传感器或特异性载体
为帮助体内某些细胞运送物质，在国内组织工程药物释放
技术的应用研究中，利用脂肪族聚内脂具有缓释和保持生物活性功能的作用，作为药物载体，以提高细胞的增殖速度和修复效果，成功的修复大鼠坐骨神经5-20mm缺损。
或装上特殊手术刀，完成某些微型手术：如微型美容手术，宫内胎儿畸形整复术，切除视网膜的瘢痕，修复关节，缝合血管、神经等。
还可直接进入心脏行电击起搏，以及清除坏死组织，修复各种创面。
甚至有可能修复大脑或其他脏器的冻伤，使低温储存的人得以复活，将可能不是神话。
6、利用纳米材料的特殊力学性能
如将纳米颗粒压制成陶瓷材料，不像通常的陶瓷易碎，却
变成有较好的靶性及一定程度的延展性。
有报道氟化钙纳米材料在室温下可以大幅度弯曲而不断裂。
金属——陶瓷等复合纳米材料，则能更大的改变材料的力学性质，因此在医学上可能用来制造人工器官。
Bonfield（1994）已成功研制出模拟骨骼结构的纳米物质，其主要成分为与聚乙烯混合压缩后的羟基磷灰石网，物理特性符合理想的骨骼替代物。
其他的可应用于临床的纳米材料还有人工关节、美容植入假体及口腔正畸材料。
预测通过优化纳米管制备制动器，其获得能量转化效率，将是人工肌肉得以实现。
7、纳米材料中碳纳米管的应用
碳纳米管比钻石还耐用，其弹性如同人发，在1cm2上可
植100亿根，且敏感度很强，大大超过人们的耳蜗纤毛。
耳蜗纤毛的直径在100nm左右，长度在1-2um。
而纳米材料碳纳米管则可制造纳米直径在几纳米，长度则可达60um。
纤毛越长越细，弹性越大，能得到高敏感度的碳纳米材料人工耳蜗，用以监听水中游动的微生物节奏，监测水质，净化环境。
在改善环境卫生方面，美国桑迪亚国家实验所研制一种智能薄膜，实现了分子水平的物质过滤，由于只允许一定尺寸分子进入孔隙，可被用作化学传感器来探测分子，其敏感度比传统材料高500倍，这种智能薄膜
可以根据临近的分子打开或关闭孔隙，从而使环境污染的空气或水得以净化。
在血液循环中流动的纳米听诊器，监测特殊细胞功能失调对各种器官的疾病，癌症可得到早期诊断。
我国著名科学家钱学森1991年预言：我认为纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的重点，会是一场技术革命，从而又是21世纪又一次产业革命。
今天的纳米技术飞速发展，正将这一预言变成现实，纳米技术在生物医学工程领域的应用将成为21世纪必然的未来发展。