生物材料学-医用无机非金属材料
无机非金属,金属,高分子三大类3D打印医用材料介绍
无机非金属，金属，高分子三大类3D打印医用材料介绍目前可用于3D打印的生物医用材料主要有金属、陶瓷、聚合物、生物墨水等，其特点是分布范围较广，但是种类极少。
本综述着重总结了近年来利用金属、陶瓷、聚合物等材料，通过 3D 打印技术制备生物医用材料的研究进展。
3D 打印技术是 20 世纪 80 年代后期开始逐渐兴起的一项新兴制造技术，它是指在计算机控制下，根据物体的计算机辅助设计( CAD) 模型或计算机断层扫描( CT) 等数据，通过材料的精确3D 堆积，快速制造任意复杂形状3D 物体的新型数字化成型技术。
3D 打印技术的基本制造过程是按照“分层制造、逐层叠加”的原理，通过计算机控制的 3D 打印系统进行逐层打印，叠加后最终获得三维产品。
3D 打印技术的应用领域也在随着技术的进步而不断扩展，包括生活用品、机械设备、生物医用材料，甚至是活体器官、在生物医学领域，目前 3D 打印技术在国际上已开始被应用于器官模型的制造与手术分析策划、个性化组织工程支架材料和假体植入物的制造、以及细胞或组织打印等方面。
利用 3D 打印技术则可以根据不同患者的CT、磁共振成像 (MRI) 等成像数据，快速制造个性化的组织工程支架材料，不仅能实现材料与患者病变部位的完美匹配，而且更有利于促进细胞的生长与分化，获得理想的组织修复效果。
对于生物医用材料领域，打印材料的局限性严重阻碍了3D打印技术的发展。
生物医用材料的3D打印尤为困难，需要考虑材料的强度、安全性、生物相容性、组织工程材料的可降解性等，目前可用于3D打印的生物医用材料主要有金属、陶瓷、聚合物、生物墨水等，其特点是分布范围较广，但是种类极少。
本综述着重总结了近年来利用金属、陶瓷、聚合物等材料，通过 3D 打印技术制备生物医用材料的研究进展。
医用无机非金属材料无机非金属生物材料主要包括生物陶瓷、生物玻璃、氧化物及磷酸钙陶瓷和医用碳素材料。
生物陶瓷生物陶瓷具有高硬度、高强度、低密度、耐高温、耐腐蚀等优异性能，在医学骨替代品、植入物，齿科和矫形假体领域有着广泛的应用。
生物医用敏感材料课件ppt
▪ 温敏凝胶在免疫隔离膜上的应用
代谢型组织工程中常将产生细胞因子和激素的细 胞以水凝胶固定化，此水凝胶膜材起免疫隔离作用，它 的半渗透性仅允许细胞的营养物、代谢物及所产生的细 胞因子和激素通透，而截留抗体、补体和免疫细胞而起 免疫隔离作用。
P(NIPAm-co-5%AA)凝胶填充的人工胰脏示意图
不同共聚组成比的MMA-DMA凝胶随pH变化等温线：
含 量 增 加
MMA
3.聚环氧乙烷与聚丙烯酸互穿网络响应性凝 胶
聚环氧乙烷与聚丙烯酸之间形成氢键。
高pH环境，羧基电离成羧基负离子，静电 相斥，凝胶溶胀；
低pH环境，羧基不电离，氢键稳定，凝胶 收缩。 4. 聚丙烯酸－聚乙烯亚胺共聚物
聚丙烯酸的羧基对pH敏感， pH ，凝胶网络 溶胀。
型和物理交联型形状记忆聚合物。单体和聚合物的混合物
25C, NaCl随胶囊外pH变化渗透率的改变（胶囊交替地浸到pH=2或pH=12的水溶液中）。
➢ 两个前提: 例1 刀豆球蛋白系统
SMP是指对已经赋形的高聚物在一定的条件下（如加热、光照、改变酸碱度、磁场等）实施变形，将这种变形状态保存下来；
（聚2环）氧生乙物烷医与用聚无丙机烯压酸电互材穿料网络响主应链性凝或胶侧链上带有大量的亲水基团
PBA凝胶中与糖基结合的胰岛素释放机制
PBA凝胶中糖基胰岛素的脉冲释放
例3 P(MAA-g-EG) responsive hydrogel
H+浓度敏感
Chem. Soc. Rev., 2005, 34, 276–285
（四）光响应性凝胶
由热敏性材料中引入对光敏感的基团制成的。
响应性机理(3种)：
辐射技术引发
浅析生物医学材料的应用
浅析生物医学材料的应用摘要：生物医学材料是当今社会医疗保健的一种高新技术产业，由于生物医学材料较其他化学材料来说毒副作用比较小，而且生物相容性是非常好的，因此，人们对生物医学材料的使用越来越广泛。
其在医学领域得到广泛应用，主要应用于各种外伤或疾病引起的组织器官破损修复，最为经典的就是假牙假皮移植，骨骼替换和神经修复。
本文将浅析生物医学材料各种分类及其应用。
关键词：医学材料；临床应用；器官修复生物医学材料是一种毒副作用较小，生物相容性比较好的具有特殊性能和特殊功能的一种医用材料，它对人的生命，组织器官是无害的。
它的发展是以提升人类卫生健康水品，疾病治疗，医疗保健为目的一种生物材料。
随着人口老龄化和中青年创伤的增长，人们对生物医学材料及成品的需求逐步增加。
过往陈旧的生物医学材料以及不足以满足人们的治疗需求，新型的生物医学材料如雨后春笋。
例如各类新型的假肢以及可以做到和人类原有的手臂相差无几，包括外形手感及功能。
下文便是对新型医学材料的介绍。
1新型医学材料的概述生物医学材料是与生物系统直接作用，用以诊断、医治或置换生物机体由疾病或外伤引起的组织器官破损以及增强组织细胞功效的材料。
1.1 医学材料的发展背景生物医学材料快速发展的原因主要有四个：人口老龄化加剧、人体组织器官寿命有限、中青年创伤增加、人民生活水平提高及健康意识的增强。
而国家政策有时也推动着产业的发展。
我国是拥有14亿人口的人口大国，人口老龄化及青年创伤高速增加，创伤住院人员已经成为仅次于恶性肿瘤即癌症的第二大住院人员。
生物医学材料存在庞大的潜在市场，特别是在国民经济的发展同时人民生活水平的不断提高，人民对生物医学材料的需求与日俱增。
以生物医学材料包裹药物，可以预测生物医学材料在癌症、白血病和老年痴呆等的治疗拥有着广阔的市场空间。
1.2 国内外发展现状我国与印度由于人口众多具有极大的市场潜力，国内的生物医学材料企业也是拔地而起，如乐普医疗、泰格医药等。
生物材料定义与研究内容8
6. HCA层内生物部分的吸附 7. 小噬细胞反应 8. 成骨细胞的源细胞附着 9. 成骨细胞分化增殖 10. 基质产生 11.基质晶化和骨生长 12.成骨
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生物玻璃组成相图
E区为Bioglass@ 成分区域。
经典成分是：SiO2 45%、Na2O 24.5%、 CaO 24.5%、P2O5 6%
3.1无机材料概述
1 无机非金属材料的基本属性：
● 化学健主要是离于键、共价健以及混合键； ● 硬而脆、韧性低、抗压不抗拉； ● 熔点高，具有优良的耐高温和化学稳定性； ● 耐化学腐蚀性好；耐磨损
1
耐高温陶瓷
高强度结构陶瓷件
2 组织修复用无机非金属生物材料的发展
埃及金字塔的修建时期，当时用陶土进行骨缺损的填充， 1808年开始将陶瓷作为镶牙材料， 1892年使用石膏填充骨缺损， 1963年Smith报道一种陶瓷材料，用环氧树脂浸透含48％孔隙
a, a; 在骨髓腔中注入HAP颗粒 b,b’；在骨髓腔中注入生理盐水
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表面涂层牙根及关节
27
3 生物玻璃
Larry L Hench (1938-2015)，生物玻璃的发明人。生物玻璃是第一 种可以和人体组织结合的合成材料。这种性质称为“生物活性”
28
什么是玻璃的“生物活性” ？
包含两个方面含义： ①从材料学观点看，这是具有有限溶解度的材料，在 生理环境下能产生表面溶解或降解，通过与组织间物 质交换产生骨矿物成分——磷灰石富集，达到骨间的 化学结合 ②从生物学角度而言，植入体能与骨直接结合，即在 界面没有纤维组织膜或者此膜很薄，形成所谓骨性结 合界面，被视为生物活性材料的主要标志。
骨的结构
20
牙釉质的结构
生物材料-ch5 生物医用无机非金属材料
1808 年 陶齿——镶牙 1892 年 熟石膏——骨填充 60-70 年代 多孔铝酸盐、多孔氧化铝陶瓷、单晶氧化铝陶瓷、玻璃
碳和热解碳、羟基磷灰石等——骨替代材料 70-80 年代 生物活性材料——硬组织修复
可吸收陶瓷——骨置换
第四章 生物医用无机非金属材料
7
三、材料分类
按材料性质
生物陶瓷——如单晶和多晶氧化铝陶瓷、羟基 磷灰石陶瓷等
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第一节 生物惰性无机材料
主要是指化学性能稳定，生物相容性好的无 机材料。
结构稳定，具有较高化学稳定性，在体内耐氧 化、耐腐蚀、不降解、不变性。
分子中的键力较强，都具有较高的机械强度和 耐磨性等。
不参与体内代谢过程，与骨组织不能产生化学 结合，被纤维结缔组织膜包围，形成纤维骨性 结合界面。
抗压强度(MPa)
4000 比热(kJ/KgK)
1.05
抗弯强度(MPa)
400 熔融温度(˚C)
2050
弹性模量(MPa)
350 电阻率(Ωm)
1013
硬度(HV)
2200 介电常数
9.2
热膨胀系数(×10-6 K-1 ) 6.6 磁化系数(×10-6 ) -1.45
氧化铝用作生物材料始于70年代初，目前已广泛 用于制作人工牙根、人工关节和人工骨。
生物玻璃——如45S5玻璃 生物玻璃陶瓷——如DICOR玻璃陶瓷 无机骨水泥——如α-TCP骨水泥 生物复合无机材料——羟基磷灰石+ β-TCP复
合材料、碳纤维增强无机骨水泥
第四章 生物医用无机非金属材料
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三、材料分类
按来源
天然生物矿物——钙化的贝壳和珍珠 合成的无机材料——羟基磷灰石陶瓷、β-TCP
无机非金属材料在生物医学中的应用
无机非金属材料在生物医学中的应用西南交通大学材料科学与工程学院-李森-20085650 【摘要】介绍无机非金属材料在生物医学各个领域中的应用和发展前景等。
【关键字】无机非金属生物材料，惰性无机非金属生物医用材料，表面生物活性陶瓷材料，可吸收和降解生物陶瓷材料，临床应用，前景。
【正文】一、无机非金属材料以及无机非金属生物医用材料的特点无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。
是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。
无机非金属材料的提法是20世纪40年代以后,随着现代科学技术的发展从传统的硅酸盐材料演变而来的。
无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。
在晶体结构上,无机非金属的晶体结构远比金属复杂，并且没有自由的电子。
具有比金属键和纯共价键更强的离子键和混合键。
这种化学键所特有的高键能、高键强赋予这一大类材料以高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性,以及宽广的导电性、隔热性、透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。
硅酸盐材料是无机非金属材料的主要分支之一，硅酸盐材料是陶瓷的主要组成物质。
陶瓷不生锈、不燃烧，而且抗腐蚀，强度也比较好，可以大大弥补金属材料和有机材料的缺陷。
陶瓷不仅可以制成具有优良生物惰性的材料，而且也可以制成具有优良生物活性的材料。
生物医用材料根据在生物体内的活性，分为三类：惰性生物陶瓷材料，主要是氧化铝陶瓷材料、碳质材料等，植入体内后与周围组织之间形成纤维包膜；表面生物活性陶瓷材料，如生物医用玻璃和玻璃陶瓷、羟基磷灰石等，植入体内后材料能与周围组织形成牢固的化学键结合（骨性结合）；可吸收和降解生物陶瓷材料，主要是磷酸三钙陶瓷材料，植入体内后会逐渐被降解、吸收，从而被新生组织替代。
目前，约有40余种生物陶瓷材料在医学、整形外科方面制成了50余种复制和代用品，发挥着非常重要的作用。
《生物材料学》 课程教学大纲
《生物材料学》课程教学大纲一、课程名称（中英文）中文名称：生物材料学英文名称：Biomaterials Science二、课程代码及性质课程代码:0816473课程性质:专业选修课,选修课三、学时与学分总学时：40（理论学时：32学时；实践学时：0学时）学分：2.5四、先修课程材料科学基础、金属材料学、陶瓷材料学、高分子科学基础五、授课对象本课程面向材料科学与工程专业、功能材料专业学生开设六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用）本课程的教学目的:1. 系统掌握生物材料学方向的专业知识，具备应用这些知识分析、解决生物材料学复杂问题的能力；2. 掌握各种典型生物材料，具备独立进行生物材料选用的能力；3. 理解不同典型生物材料的使用要求，掌握典型生物材料的优缺点,具备运用所学知识进行各种生物材料的选用、性能检测等能力；4．了解生物材料的发展前沿，掌握其发展特点与动向。
七、教学重点与难点：教学重点：生物材料与生物组织的相互作用、医用金属材料、医用无机非金属材料、医用高分子材料、生物材料表面改性等内容。
教学难点：(1) 生物材料与生物组织的相互作用。
(2) 生物矿化的机制。
八、教学方法与手段：教学方法：(1)以课堂讲授为主,阐述该课程的基本内容,保证主要教学内容的完成;(2)安排适量的课堂讨论环节,使学生通过课下的资料查阅而掌握基本的专业资料获取方法、途径、整理归纳和讲演能力。
教学手段：(1)运用现代教学工具,在课堂上通过PPT讲授方式,实现图文并茂,形象直观;(2)收集典型生物材料实物,在课堂上进行针对性讲授。
九、教学内容与学时安排（1）总体安排教学内容与学时的总体安排，如表2所示。
（2）具体内容各章节的具体内容如下：第一章绪论 (4学时)1.1 生物材料概述1.2生物材料分类1.3生物材料的特征与评价第二章生物材料与生物组织的相互作用(4学时)2.1 氨基酸与蛋白质2.2 结构蛋白与结缔组织2.3 骨组织2.4 牙组织2.5 体液2.6 宿主反应第三章医用金属材料(4学时)3.1 金属植入材料3.2 医用金属材料的特性与要求3.3 常用医用金属材料3.4 齿科用金属3.5 其他金属3.6 医用金属材料的腐蚀3.7 金属与合金表面涂层处理3.8 医用金属材料研究进展第四章医用无机非金属材料(4学时) 4.1 氧化铝陶瓷4.2 低温热解碳4.3 羟基磷灰石4.4 生物玻璃4.5 珍珠第五章生物矿化(4学时)5.1 引言5.2 生物矿物的种类与功能5.3 矿化生物材料的成分5.4 天然生物矿物5. 5 生物矿化的一般原理第六章医用高分子材料(4学时)6.1 概述6.2 高分子材料的生物相容性6.3 生物吸收性高分子材料6.4 高分子材料在医学领域的应用第七章药物载体材料(4学时)7.1 简介7.2 药物释放载体7.3 高分子药物载体7.4 天然生物降解材料7.5 人工半合成高分子材料7.6 合成生物降解材料7.7 水溶性高分子7.8 智能型药物载体7.9 靶向药物制剂7.10 药物控制释放机制7.11 纳米药物与制剂第八章组织工程(4学时)8.1绪论8.2组织工程的概念8.3组织工程的基本原理和方法8.4组织工程研究的国内外概况8.5组织工程的三大要素8.6组织工程的应用第九章生物材料表面改性(4学时)9.1 表面改性的意义与方法9.2 表面形貌的改变9.3 生成表面转化层9.4 表面施加涂层9.5 表面引入活性基团、接枝单体和结合化学分子9.6 表面生物化第十章生物材料安全性评价和管理 (4学时) 10.1 生物医学材料的安全性评价10.2 生物医学材料的监督与管理10.3 生物学评价进展概况（3）各章节的课后思考题（作业）及讨论要求思考题（课后作业）：第1章思考题：1.生物材料的分类与种类有哪些?2.生物材料的性能要求有哪些?第2章思考题：1.生物材料与生物组织相互作用包括哪些内容?2.生物材料植入生物体后的宿主反应包括哪些内容?第3章思考题：1. 医用金属材料的特性与要求有哪些?2.典型的医用金属材料有哪些?3. 医用金属材料的腐蚀特性有哪些?第4章思考题：1. 典型的医用无机非金属材料有哪些?2. 羟基磷灰石的制备技术有哪些?3.生物玻璃的特点有哪些?第5章思考题：1. 生物矿物的种类与功能有哪些?2. 生物矿物的一般原理是什么?第6章思考题：1. 高分子材料生物相容性包含的内容有哪些?2.生物降解高分子材料的种类与合成方法有哪些?3.生物高分子材料的典型应用领域有哪些?第7章思考题：1. 药物载体材料的特点和性能要求有哪些?2. 药物控制释放机制有哪些?第8章思考题：1. 组织工程的基本原理和方法包括哪些内容?2.组织工程的三大要素指的是什么?第9章思考题：1. 生物材料表面改性的意义有哪些?2. 生物材料表面改性的方法有哪些?3. 表面生物化的实现方法有哪些?第10章思考题：1.生物医学材料的安全性评价内容有哪些?2. 生物医学材料的开发程序流程包括哪些内容?讨论（思考题及作业）要求：1、每章节学习结束后，学生都要按上课教师的具体要求以书面的形式做一定数量的思考题，作为平时的作业成绩（按约10%计入课程总成绩）。
生物医用材料的种类及应用
生物医用材料的种类及应用摘要：生物医用材料是近年来发展迅速的新型高科技材料，如人工骨、高分子材料、无机非金属材料、复合材料等，本文根据其物质属性对常用的医用生物材料进行了分类及各部分最新的应用研究进展，根据分类对常用的医用生物材料在骨科、整形外科、牙科、口腔外科、心血管外科、眼外科、耳鼻喉科及普通外科方面的应用做了详细阐述。
生物医用材料的应用对挽救生命和提高人民健康水平做出了重大贡献，随着现代医学飞速发展不断获得关注，发展前景广阔。
关键词：生物医用材料人工骨生物陶瓷硅橡胶复合材料1生物医用材料1.1生物医用材料的定义生物医用材料（Biomedical Material）是用于对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的新型高技术材料。
它是研究人工器官和医疗器械的基础，己成为材料学科的重要分支，尤其是随着生物技术的蓬勃发展和重大突破，生物材料己成为各国科学家竞相进行研究和开发的热点。
当代生物材料已处于实现重大突破的边缘，不远的将来，科学家有可能借助于生物材料设计和制造整个人体器官，生物医用材料和制品产业将发展成为本世纪世界经济的一个支柱产业。
先由生物分子构成生物材料，再由生物材料构成生物部件。
1.2生物医用材料的种类生物材料品种很多，有不同的分类方法。
通常是按材料的物质属性分类，据物质属性，生物医用材料大致可以分为以下几种：（1）生物医用金属材料生物医用金属材料（Biomedical Metallic Materials）是作为生物医学材料的金属或合金，具有很高的机械强度和抗疲劳特性，是临床应用最广泛的承力植入材料，主要有钴合金（Co-Cr-Ni）、钛合金（Ti-6a1-4v）和不锈钢的人工关节和人工骨。
（2）生物医用高分子材料生物医用高分子材料（Biomedical Polymer）分为天然医用高分子材料和合成医用高分子材料，近年来合成高分子医用材料迅速发展，硕果累累。
通过分子设计，可以获得很多具有良好物理机械性和生物相容性的生物材料。
二氧化硅纳米材料制备及在生物医用材料中的应用
二氧化硅纳米材料制备及在生物医用材料中的应用一、引言随着纳米科技的发展，纳米材料在生物医学领域中的应用越来越受到关注。
其中，二氧化硅纳米材料因其优异的化学和物理特性，在生物医学材料中有广泛的应用前景。
本文将介绍二氧化硅纳米材料的制备方法及其在生物医用材料中的应用。
二、二氧化硅纳米材料的基本特性二氧化硅纳米材料的化学成分为SiO2，是一种无机非金属化合物。
其具有高度透明、优异的热稳定性、低热膨胀系数、高硬度和耐磨性等优异物理性能。
此外，二氧化硅纳米材料还具有良好的生物相容性和生物安全性能。
三、二氧化硅纳米材料的制备方法1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是制备二氧化硅纳米材料的一种常用方法。
其主要步骤包括：先将硅烷预处理成溶胶状态，然后通过水解凝胶化反应生成凝胶，最后将凝胶进行热处理得到二氧化硅纳米材料。
2. 水热法水热法是另一种制备二氧化硅纳米材料的方法。
其基本原理是在高温、高压的条件下，使硅酸盐在溶液中发生水解反应，生成二氧化硅，并形成纳米颗粒。
该方法制备的二氧化硅纳米材料粒径均匀、形状规则，并且有良好的分散性。
3. 气相合成法气相合成法是利用气相化学反应制备二氧化硅纳米材料的方法。
该方法制备的二氧化硅纳米材料粒径小、分散性好，并且制备过程容易控制。
但是，该方法的制备条件较为严格，需要高温高压的反应条件，且所用的原料成本较高。
四、二氧化硅纳米材料在生物医用材料中的应用1. 生物传感器二氧化硅纳米材料具有高比表面积、优异的生化活性和生物相容性，可用于制备高灵敏的生物传感器。
例如，在荧光探针上包覆一层纳米二氧化硅材料可提高传感器对生物分子的检测灵敏度，并保持分子的稳定性。
2. 药物传递系统二氧化硅纳米材料还可用于制备药物传递系统。
将药物包载在二氧化硅纳米材料表面或内部，可实现对药物的保护和控制释放，提高药物的生物利用度和疗效，降低药物对身体的毒副作用。
3. 骨修复材料二氧化硅纳米材料还可用于制备骨修复材料。
生物医用材料简介
生物医用材料简介
汇报人： 2024-01-09
目录
• 生物医用材料的定义与分类 • 生物医用材料的特性与要求 • 生物医用材料的应用领域 • 生物医用材料的发展趋势与挑
战 • 生物医用材料的未来展望
01
生物医用材料的定义与分类
定义
01
生物医用材料是指用于诊断、治 疗、修复或替换人体组织、器官 或增进其功能的非金属、非陶瓷 类无机非金属材料。
药物缓释技术
利用生物医用材料制备的药物缓释剂 ，可在一定时间内持续释放药物，减 少服药次数和剂量。
组织工程
人工器官
利用生物医用材料和细胞工程技术， 可以构建人工器官，以替代病变或损 伤的器官。
组织修复
生物医用材料可以用于修复和再生人 体组织，如皮肤、骨骼、肌肉等。Βιβλιοθήκη 再生医学干细胞培养
生物医用材料可以作为干细胞培养的支架，促进干细胞增殖和分化，实现受损组织的再生修复。
总结词
生物活性是指生物医用材料能够与人体细胞或组织发生相互作用，促进细胞生长 、分化、修复等功能的能力。
详细描述
具有生物活性的材料能够与人体细胞或组织形成紧密的结合，增强材料与人体之 间的相互作用，促进组织再生和功能恢复。生物活性可以通过材料的表面改性、 生长因子加载等方式实现。
安全性
总结词
安全性是指生物医用材料在使用过程中对人体的无害性，以 及在生产、储存、运输等环节中的安全性。