金属生物材料制备与加工
生物材料加工制备技术的研究进展
生物材料加工制备技术的研究进展随着人们生活水平的提高和技术的不断更新换代，生物材料的应用范围也越来越广泛。
目前，生物材料广泛应用于医疗、食品、环保等领域。
然而，生物材料的加工制备技术也需要不断创新和进步。
本文将从生物材料加工制备技术的研究进展方面进行探讨。
一、生物材料加工制备技术的现状生物材料加工制备技术主要包括物理加工、化学加工、生物加工和机械加工等方面。
目前，国内外已经出现了许多生物材料加工制备技术的成功案例。
例如，植物提取物和天然产物可以用离子液体作为溶剂进行深度提取；尖晶石材料可以用溶胶-凝胶法制备制备；利用纳米技术制备基于生物分子的传感器等。
二、生物材料加工制备技术研究的重点目前，生物材料加工制备技术研究的重点主要集中在以下方面。
1、纳米技术在生物材料中的应用纳米技术在生物材料中的应用已经取得了一定的成果，并受到越来越多的关注。
通过纳米技术，可以改变材料的物理、化学和生物学性质。
纳米技术还可以使生物材料具有更好的生物相容性，从而改善其临床效果。
2、基于可持续发展的生物材料近年来，随着人们对可持续发展的重视，基于可持续发展的生物材料受到越来越多的关注。
这些生物材料包括天然生物材料、可降解生物材料、可循环的生物材料等。
这些生物材料在医疗、食品和环保方面都具有很好的应用前景。
3、高效制备和分离生物材料的新技术高效制备和分离生物材料的新技术也是目前生物材料加工制备技术研究的重点之一。
这些新技术可以提高生物材料的纯度和产率，并能减少生物材料的损失率和能耗。
三、未来展望随着生物材料的应用领域不断扩大，生物材料加工制备技术的研究也会越来越受到人们的关注。
未来，人们需要更加注重生物材料的可持续发展，推动生物材料实现低成本、高效率和环保型制备。
同时，人们还需要探索更加先进和高效的生物材料加工制备技术，为应用领域提供更加优质、安全和可靠的生物材料产品。
总之，生物材料加工制备技术的研究是一个多学科交叉的领域，需要围绕生物材料的性质、结构和应用领域等方面展开研究。
生物医学材料的制备与性能测试技术综述
生物医学材料的制备与性能测试技术综述引言：生物医学材料是应用在医疗领域的一类特殊材料，它能与生物系综合地相互作用，以实现医疗应用的目标。
这些材料在组织修复、药物传递、生物传感和医疗器械等方面发挥着重要的作用。
本文将综述生物医学材料的制备与性能测试技术，以便深入了解这些关键步骤对于材料的性能和应用的影响。
一、生物医学材料的制备技术：1. 材料选择和设计：生物医学材料的制备首先需要选择合适的原料。
常见的生物医学材料包括金属、陶瓷、聚合物和复合材料等。
根据应用需求，需要提前确定材料所需的物理、化学和生物学性能。
同时，根据材料的特性和应用要求，进行合适的设计和构造，以满足预期的功能需求。
2. 制备方法：生物医学材料的制备方法多种多样，常见的方法包括溶胶-凝胶、电化学沉积、热处理、机械加工和3D打印等。
其中，溶胶-凝胶技术是一种常用的制备方法，通过溶胶的凝胶化过程，可以形成具有均匀结构和孔隙的材料。
电化学沉积则是一种能够在电极上沉积金属或陶瓷的方法，通过控制电流密度和电位，可以获得特定性能的材料。
热处理是指通过加热和冷却等处理方式，对材料的结构和性能进行调控。
机械加工和3D 打印技术能够实现对材料的精确加工和构建。
3. 表面修饰与功能化：为了提高生物医学材料的生物相容性、降低免疫反应和改善生物活性，常常需要对材料表面进行修饰和功能化处理。
常见的表面修饰方法包括离子注入、等离子体处理、离子束照射和化学修饰等。
功能化处理则是将特定的生物活性物质引入材料表面，如药物、细胞因子和生物胶等，以实现特定的功能需求。
二、生物医学材料的性能测试技术：1. 生物相容性测试：生物医学材料的生物相容性是指材料与生物体相互作用时不引起明显的毒性、炎症和免疫反应。
生物相容性测试是衡量材料是否适合用于医疗应用的重要指标。
常见的生物相容性测试方法包括细胞毒性测试、小动物体内实验和组织切片观察等。
通过这些测试，可以评估材料对细胞和组织的影响，从而确定材料的生物相容性。
生物材料的生产与制备
生物材料的生产与制备生物材料是近年来兴起的一种新型材料，它以生物大分子为主要成分，具有天然、可再生和环保等特点，因此备受人们关注。
生物材料主要用于医疗、食品、环保等领域，其生产与制备也逐渐成为科技界的研究热点。
本文将简要介绍生物材料的生产与制备。
一、生物材料的生产生物材料的生产主要分为两种方式，一种是从天然生物材料中提取，另一种是利用生物技术制备。
1、天然生物材料的提取天然生物材料是指从动物、植物等天然生物中提取的材料。
这类材料常见的有海藻酸、壳聚糖、明胶等。
提取天然生物材料的过程通常包括采集、预处理、提取等几个步骤。
如从海藻中提取海藻酸，需要先采集海藻，利用化学方法或物理方法将其提取出来。
这个过程中需要考虑提取的效率和纯度等因素，以保证提取出的天然生物材料具有良好的性质和适用性。
2、生物技术制备生物技术制备生物材料是指利用生物合成和生物转化技术，通过基因工程等方式合成材料。
这种方式的优点是纯度高、成本低、可控性强，因此在近年来得到了广泛的应用。
生物技术制备的生物材料种类很多，如蛋白质、多糖等。
其中，生物合成的蛋白质常用于医疗领域，如合成血红蛋白等。
而多糖则可应用于食品、化妆品等领域。
二、生物材料的制备生物材料的制备是指将生物大分子转化为可用于不同领域的具体产品。
生物材料的制备过程需要根据材料的性质和应用领域进行选择，一般包括以下步骤。
1、材料的选择不同的生物材料适用于不同的领域，因此在进行材料制备前需要进行材料的筛选和选择。
常见的生物材料有质地轻、吸附性好的海绵状多孔性生物材料，如氨基酸、明胶等。
而在医学、药物制造上常使用的是蛋白质、多糖等生物高分子材料。
2、处理和加工处理和加工是指通过物理、化学等手段改变材料的性质和形态，以适合生产需求。
加工过程需要注意材料的特性，如温度、PH值、离子强度等，避免不必要的损失。
3、功能化将生物材料加入特定的功能基团，能够增强其性能和应用能力。
如将含有羟基（-OH）的生物材料加入羧基（-COOH）等，以使其具有更好的吸附能力和生物活性。
功能材料专业《生物材料制备与加工》课程教学大纲
【生物材料制备与加工】【Biomaterials Preparation and Procession】一．基本信息课程代码：【104551】课程学分：【2/32】面向专业：【功能材料（生物材料方向）】课程性质：【专业方向选修】开课院系：【生物与医学工程学院】使用教材：主教材【《生物材料制备与加工》第一版,石淑先主编, 2009年8月,化学工业出版社.】辅助教材【《生物医学材料学性能与制备》第一版,陈晓峰、翁杰主编, 2021年4月，人民卫生出版社.】先修课程：有机化学100281(3)、物理化学100301(3)、无机化学100042(3)、高分子化学与物理100561 (3)、生物材料103671 (2)二．课程简介本课程阐述生物材料的合成、制备与成型加工，结合材料科学和生物学应用的相关知识，突出生物材料的设计、制备与加工的方法，并列举一些实例加强理解。
从而培养学生对生物材料的设计、制备和改性的能力。
三.选课建议生物材料制备与加工课程作为生物医学工程学科基础选修课，建议先修有机化学100281(3)、物理化学100301(3)、无机化学100042(3)、高分子化学与物理100561(3)、生物材料103671(2)等化学材料类基础课程，有利于本科二年级学习生物材料制备与加工课程能够比较清晰理解生物材料的合成、制备与加工的方法以及相关知识。
建议生物材料及生物医学工程专业学生在二年级下选修。
四．课程任务和教学目标本课程的任务是阐述生物材料合成、制备与成型加工。
通过对本课程的学习，使学生掌握生物材料的制备、改性、加工成型方法、性能及应用等知识，并对生物材料的新工艺和新技术有适当的了解。
拓展知识面，开阔应用视野，能将所学知识与本专业前沿领域相结合，分析解决专业实践中遇到的问题，激发和培养学生的创新能力和科研能力，为从事生物材料设计、改性、加工和应用奠定基础。
培养学生成为能够从事基础研究、应用研究和技术开发研究的综合型人才。
《材料制备与成型加工技术》课件——绪论
成型加工(Forming and processing)
02
料制品各种成型方法及操作，成型工艺特点，成型工艺的适应性，成型工艺流程，成型设备结构及作用原理，成型工艺条件及其控制，成型工艺在橡胶、塑料、纤维加工中的共性和特殊性，各种高分子材料制品的成型加工过程，成型加工新工艺和新方法。
高分子材料（macromolecule material
按照高聚物来源分类
结构高分子材料－－利用它的强度、弹性等力学性能功能高分子材料－－利用它的声、光、电、磁、热和生物等功能
按照材料学观点
天然高分子材料－－天然高聚物(natural)合成高分子材料－－合成高聚物(compound)
2、高分子材料的分类（Classification of Polymer Materials）
2、高分子材料加工(Polymer material processing)
通常是使固体状态（粉状或粒状）、糊状或溶液状态的高分子化合物熔融或变形，经过模具形成所需的形状，并保持其已经取得的形状，最终得到制品的工艺过程。制造过程如下：
（1）成型加工过程的四个阶段
00
原材料的准备
01
使原材料产生变形或流动，并成为所需的形状
工程塑料(Engineering plastic)
01
是指拉伸强度大于50MPa ，冲击强度大于6kJ/m2，长期耐热温度超过100℃的、刚性好、蠕变小、自润滑、电绝缘、耐腐蚀性能等优良的、可替代金属用作结构件的塑料。
02
No.1
（3）橡 胶(rubber)
No.2
橡胶是室温下具有粘弹性的高分子化合物，在适当配合剂存在下，在一定温度和压力下硫化（适度交联）而制得的弹性体材料（橡胶制品）。按用途和性能可将橡胶分为通用橡胶和特种橡胶。
生物材料生产
生物材料生产生物材料是一类由生物体或其衍生物制备的材料，具有良好的生物相容性和生物活性。
生物材料广泛应用于医学、生物工程以及其他领域。
生物材料的生产过程涉及多个环节，包括原料选择、材料制备、加工工艺以及质量控制等。
一、原料选择生物材料的原料主要来源于植物、动物或微生物。
在选择原料时，需要考虑材料的纯度、可获得性以及生物相容性等因素。
例如，用于制备人工骨骼的生物材料通常选用矿化组织或具有类似组织结构的材料，如羟基磷灰石等。
对于生物降解材料的生产，常选择可再生资源，如玉米淀粉等。
二、材料制备生物材料的制备包括材料的提取、纯化和修饰等步骤。
对于天然生物材料，常采用物理或化学方法提取材料的主要成分。
提取后的材料需要经过纯化过程，以去除杂质和不需要的组分。
为了改善材料的性能，还可以对材料进行修饰，如改变材料的物理形态或化学结构等。
三、加工工艺生物材料的加工工艺包括成型、固化和整形等步骤。
成型是将材料转化为所需形状的过程，可以采用注射、压缩、挤出等方法。
固化是指通过化学反应或物理过程将材料固定在所需形状上。
整形是对材料进行表面修饰或加工，以满足特定的应用需求。
四、质量控制生物材料的质量控制是保证产品质量和安全性的重要环节。
该过程包括原材料检验、过程监控和最终产品检测等，以确保生物材料符合相关标准和规定。
在质量控制过程中，需要进行物理、化学和生物学等多方面的检测和分析，如材料的力学性能测试、材料的表面形貌观察以及生物相容性测试等。
总结生物材料的生产过程包括原料选择、材料制备、加工工艺和质量控制等环节。
选择合适的原料、采用适当的制备方法、掌握有效的加工工艺以及严格进行质量控制，对于生物材料的生产具有关键意义。
随着科学技术的不断发展，生物材料的生产将朝着更高效、更环保和更安全的方向发展，为人类的健康和福祉作出更大的贡献。
功能材料专业《生物材料制备与加工实验》课程教学大纲
生物材料制备与加工实验教学大纲Process Design for Biomedical Materials Experiments一、课程基本信息课程代码：【109551】课程学分/学时：【2/80】面向专业：【功能材料（生物材料方向）】课程性质：【实践教学必修课】开课院系：生物与医学工程学院先修课程：生物材料制备与加工104551；功能材料导论380501使用教材：（一）主教材主教材：生物医用材料生产过程设计-自编讲义（二）参考书目辅助教材：《生物工程专业综合大实验指导》（第一版），化学工业出版社，2009《生物工程综合性与设计性实验》（第一版），科学出版社，2015《生物医学材料综合实验》（第一版），科学出版社，2020二、课程目标“生物材料制备与加工实验”是功能材料专业的一门专业必修实践课。
学生通过本课程的学习，可掌握生物材料的概念、特点、制备工艺、质量控制与合理用药等基础理论、基本知识和实验技能，培养学生独立工作和进行科学研究的能力，具备解决生物材料过程中实际问题的能力，具有辩证思维和创造性思维方式。
培养学生正确的道德观和专业思想，结合临床对生物材料的迫切需求，激发学生以人为本、治病救人的职业使命感和专业自豪感，为将来从事药学及相关事业服务。
主要教学内容：静电纺纳米纤维的制备、载药物纤维药物释放实验、生物水凝胶的制备实验、水凝胶性能测试。
通过教学，学生需达到的课程要求如下：1. 通过实验使学生掌握生物实验室安全知识和生物材料制备安全操作规范，掌握药静电纺纳米纤维及生物水凝胶制备技术的基本方法、手段和操作技能；加深对所学基础理论的理解，培养学生进行科学研究、分析问题、解决问题的能力。
（支撑毕业要求指标点2.3，5.2）2.能够通过自主查阅文献，深化理解生物材料（静电纺纳米纤维及生物水凝胶）的基本理论、工程学方法、能对实际技术问题进行实验设计并开展实验研究。
（支撑毕业要求指标点2.3，3.1）3. 能够在生物材料设计与制备中体现创新意识，考虑健康、安全、文化以及环境等因素，理解并遵守职业道德和规范，履行应有的责任。
生物材料的制备技术及其应用
生物材料的制备技术及其应用生物材料是指通过对生物大分子高级结构的破坏而制备得到的人工材料。
常见的生物材料包括生物陶瓷、生物粘合剂、基因载体等。
生物材料的制备技术相对复杂，但其应用领域广泛，涉及到医疗、食品、环保以及新材料等方面。
本文将从制备技术和应用两方面论述生物材料的相关内容。
一、生物材料的制备技术在生物材料的制备技术中，最主要的方法是生化合成、生物模板法和纳米技术等。
1. 生化合成生化合成是通过生物大分子自身的特性，在体内聚集、放缩或者还原等一系列的作用，制备出需要的大分子体系。
例如，我们可以运用酸碱化学等手段，制备合成出功能性生物分子，也可以利用蛋白配体识别、酶促反应、DNA模板等技术，将两种或两种以上的生物分子捆绑在一起，最终具有新的性质。
这种方法虽然在制备过程中有一定的不确定性，但其得到的材料具有较高的生物相容性，并且非常有前景。
2. 生物模板法生物模板法是通过利用生物大分子内部的特定结构来制备材料。
例如，通过直接使用质子减进度等方法，制备出小型的显微尺寸草酸钙晶体等材料，或者通过将甲氧基聚乙二醇与DNA相结合，制备出柔性分子结构。
这种制备方式的出现，使得材料制备出来具有更加规则和可控的结构，同时，制备工艺也比较单一，大大降低了制备成本。
3. 纳米技术随着纳米技术的快速发展，其在生物材料制备中的地位越来越重要。
例如，产生目标粒子与材料间桥接反应的纳米介质，再经过表面修饰后，可以获得高稳定性和活性的生物界面应用材料。
其优越的性能、生物兼容性和与生物大分子的结合，有望在医学与材料科学等领域得到广泛应用。
二、生物材料的应用在医疗方面，生物材料应用得最多。
例如，生物陶瓷和生物粘合剂等材料的生物相容性和生物复合度很高，可以大量应用在牙医治疗、人工骨、人工关节等方面，实际应用中，生物陶瓷的小孔和形态接口对生物组织的成长和形成有着重要的作用，可以使人造枕骨与真骨完美地生化可以治愈骨骺间发炎。
生物粘合剂用于皮肤关闭时，可在使用时，保持其生物完整性，同时，对肌肉组织不产生伤害。
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n金属冷加工：通常指金属的切削加工，即用切削工具从金属材料 （毛坯）或工件上切除多余的金属层，从而使工件获得具有一定形状、 尺寸精度和表面粗糙度的加工方法。如车削、钻削、铣削、刨削、磨 削、拉削等。
6.3 生物金属材料毒性及腐蚀性
n 金属热处理 将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，
并种在工此艺6.温方2生度 法中 。物保金持属一材定料时间制后备，与又加以工不同基速础度冷却的一
n 特点 一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通
过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成 分，赋予或改善工件的使用性能。 n 工艺
金属材料毒性
第Ⅱ族的铍、镁、钙、锶、钡、锌、镉、汞－毒性强 第Ⅲ族铝、镓、铟和第Ⅳ族锡、硅、钛、锆－无毒 第Ⅵ族铬、钼、钨－无毒性 第Ⅰ、V及Ⅷ族中：
原子量小的铜、钒、砷、锑、铁、钴、镍－有毒 原子量大的金、钽、铂－未发现毒性
抗蚀性能提高方法
合金化 表面保护层 提高光洁度
6.3 生物金属材料毒性及腐蚀性
（Fe+Fe3C含碳0.77%）。 高温莱氏体：渗碳体和奥氏体组成的机械混合物（含碳4.3%）。
6.2生物金属材料制备与加工基础
金属材料加工
铸造 锻造 塑性加工 粉末冶金 金属热处理 金属冷加工 抛光
锻造 轧制 挤压 拉拔 拉伸 弯曲 剪切
6.2生物金属材料制备与加工基础
铸造：是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、 清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。
电化学结晶法
钛酸酯法 甘油磷酸盐法 阳极氧化法 电镀技术
6.5 不锈钢
国 内 外 外 科 植 入 物 用 奥 氏 体 不 锈 钢 的 化 学 成 分
6.5 不锈钢
医用不锈钢生产工艺
Ø低纯度医用不锈钢：一般采用惰性气 体保护，真空或非真空熔炼工艺生产。 Ø高纯度医用不锈钢：一般先通过真空 熔炼，然后再用真空电弧炉重熔或电渣 重熔除去杂质，使其纯化
金属化合物：是合金的组元间以一定比例发生相互作用而生成的一种新 相，通常能以化学式表示其组成。
6.2生物金属材料制备与加工基础
机械混合物：是由两种相或两种以上的相机械的混合在一起而得到 的多相集合体。
铁素体：是碳在α-Fe（体心立方结构的铁）中的间隙固溶体。 奥氏体：是碳在g-Fe（面心立方结构的铁）中的间隙固溶体。 渗碳体：是碳和铁形成的稳定化合物（Fe3C）。 珠光体：是铁素体和渗碳体组成的机械混合物
锻造：是利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得 具有一定力学性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法，是锻压
（锻造与冲压）的两大组成部分之一。 金属塑性加工：是使金属在外力（通常是压力）作用下，产生塑性变
形，获得所需形状、尺寸和组织、性能的制品的一种基本的金属 加工技术。 粉末冶金：是制取金属或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合 物）作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合以及各种 类型制品的工艺技术。
适应功能需要
n 易于加工造型和制作， 易植入和再次手术。
n 价格低廉， 来源易得．便于推广应用。
6.2生物金属材料制备与加工基础
金属材料种类
黑色金属：铁、铬、锰 有色金属
金属材料组织
金属 合金 相 固溶体 固溶强化 金属化合物 机械混合物 铁素体 奥氏体 渗碳体 珠光体 高温莱氏体
合金：是一种金属元素与另外一种或几种元素，通过熔化或其他方法结
医用高纯不锈钢加工
Ø热加工 Ø冷加工 Ø机械加工 Ø清洗 Ø杀菌 Ø包装
6.5 不锈钢
外科用316L不锈钢在不同加工条件下的标准力学性质
金属材料腐蚀
均匀腐蚀 点腐蚀 电偶腐蚀 缝隙腐蚀 晶间腐蚀 磨蚀 疲劳腐蚀 应力腐蚀
均匀腐蚀：是化学或电化学反应全部在暴露表面上或在大部分表面上均匀 进行的一种腐蚀。
点腐蚀：发生在6金.3属生表物面金某个属局材部料，毒也性就是及说腐在蚀金性属表面出现了微电池作
用，而作为阳极的部位要受到严重的腐蚀。 电偶腐蚀：发生在两个具有不同电极电位的金属配件偶上。缝隙腐蚀是由
其它
钽及其合金、稀土金属、铂族金属、 其它稀有金属Li、V、Ga、Ge、Sn等
生物金属材料要求
n 生物相容性良好 n 足够的机械性能 n 理化性能良好
组织反应：ASTM—F4的 标准是在动物体内埋藏 6月，纤维包膜厚度 <0.03mm为合格。
高度惰性
n 所制成器件符合生物力学要求， 设计合理， 结构简单，
6.4 生物金属材料表面改性
金属表面处理的技术和方法
序号 1
3 4 5 6
物理技术 等离子喷涂技术 离子束注入/常规气相 沉积技术 磁控管溅射技术 激光熔覆涂层技术 微波等离子技术 高温烧结涂层技术
化学方法 溶胶-凝胶法
酸-碱处理法
双氧水处理法 单用酸处理法 单用碱处理法 诱导矿化法
电化学法 电泳法
于环境中化学成分的浓度分布不均匀引起的腐蚀，属闭塞电池腐 蚀，多发生在界面部位。 晶间腐蚀：是发生在材料内部晶粒边界上的一种腐蚀。 磨蚀：是植入器件之间切向反复的相对滑动所造成的表面磨损和腐蚀环境 作用所造成的腐蚀。 疲劳腐蚀：是材料在腐蚀介质中承受某些应力的循环作用所产生的腐蚀。 应力腐蚀：是在应力和腐蚀介质共同作用下出现的一种加速腐蚀的行为。
生物金属材料的制备与加工
第6章 生物金属材料的制备与加工
Ø金属材料制备与加工基础 Ø生物金属材料毒性及腐蚀性 Ø生物金属材料表面改性 Ø不锈钢、钴基合金、钛及其合金等 Ø多孔生物金属材料
6.1 概述
不锈钢 生物金属材钴料基合金
镍钛合金
美国 不锈钢：约75％
钴：约20％ 其余：约 5％(钛及其合金)
合而6成.2的生具物有金金属属特材性料的制物备质。与加工基础
相： 是合金中同一化学成分、同一聚集状态，并以界面相互分开的各 个均匀组成部分。
固溶体：是一个（或几个）组元的原子（化合物）溶入另一个组元的晶 格中，而仍保持另一组元的晶格类型的固态金属晶体。固溶体分 间隙固溶体和置换固溶体两种。
固溶强化：是由于溶质原子进入溶剂晶格的间隙或结点，使晶格发生畸 变，使固溶体硬度和强度升高的现象。