生物医学材料资料

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1、第一章绪论1.1前言生物医学材料[]（biomedicalmaterials）又称为生物材料。是用以和生物系统接合，以诊断、治疗或替换机体中的组织、器官或增进其功能的材料。它可以是天然产物，也可以是合成材料，或者是它们的结合物，还可以是有生命力的活体细胞或天然组织与无生命的材料结合而成的杂化材料。与生物系统直接接合是生物医学材料最基本的特征，如直接进入体内的植入材料，人工心肺、肝、肾等体外辅助装置等与血液直接接触的材料。生物医学材料除应满足一定的理化性质要求外，还必须满足生物学性能要求，即生物相容性要求，这是它区别于其他功能材料的最重要的特征。生物医用材料可以按多种方法分类。根据

2、材料的组成和性质，可以分为医用金属及合金、医用高分子材料、生物陶瓷，以及它们结合而成的生物医学复合材料。根据在生物环境中发生的生物化学反应水平，可分为近于惰性的、生物活性的以及可生物降解和吸收的材料。1.2骨水泥的产生与发展目前生物活性陶瓷作为骨填充、修复材料已经在临床上大量应用，但由于这些材料都是高温烧结后的块状或颗粒状，不具有可塑性。医生在手术过程中无法按照病人骨缺损部位任意塑型，而且不能完全充填异形骨空穴。另一方面，人工关节的固定、不稳定性骨折的内固定等同样也需要一种新的生物医用材料。因此，一种新型的生物材料－骨水泥成为了人们关注的热点。生物骨水泥在发展过程中形成了两大体系

3、：生物相容性较差的PMMA骨水泥和生物相容性良好的磷酸钙骨水泥。1.2.1PMMA骨水泥以聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥(polymethyImethacrylatecement,PMMA)，为代表的传统丙烯酸酯类骨水泥是一种由粉剂和液剂组成的室温自凝粘结剂[]。但PMMA属于生物惰性材料，不能与宿主骨组织形成有机的化学界面结合，另外凝固聚合过程中产生热量、单体的细胞毒性作用、可操作时间有限等不足也限制了其临床应用[]。1.2.2CPC骨水泥磷酸钙骨水泥(CalciumPhosphateCement,CPC)最早由美国的Brown和Chow于20世纪80年代提出[]，CPC是由一种或几种

4、磷酸钙盐粉末的混合物与调和用的液相发生水化发应，在生理条件下能自固化，如：在温度(37℃)、湿度(100%)条件下发生水化反应得到与人体骨组织相近的固化产物－羟基磷灰石或透钙磷灰石，因此具有一定的可降解性和良好的生物相容性[]。常见的磷酸钙盐见表1-1所示。表1-1主要磷酸钙盐种类名称分子式缩写Ca/P一水磷酸二氢钙无水磷酸二氢钙二水磷酸氢钙无水磷酸氢钙α-磷酸三钙β-磷酸三钙羟基磷灰石氟磷灰石磷酸四钙Ca(H2PO4)2·H2OCa(H2PO4)2CaHPO4·2H2OCaHPO4α-Ca3(PO4)2β-Ca3(PO4)2Ca10(PO4)6(OH)2Ca10(PO4)6FC

5、a4(PO4)2OMCPMMCPADCPDDCPAα-TCPβ-TCPHAP或HAFAPTTCP0.500.501.001.001.501.501.671.672.01.3磷酸钙骨水泥1.3.1磷酸钙骨水泥的种类CPC固相由各种磷酸钙和钙盐组成，其组成可随预期生成物性质（Ca/P比等）的不同而变化。不同研究者研制出了不同种类的磷酸钙骨水泥，表1-2列举部分代表性磷酸盐骨水泥[]。表1－2典型的磷酸钙骨水泥组成[6]序号骨水泥粉末组成简介1TTCP-DCP类水泥（1）TTCP+DCPD（2）TCP＋DCPD+HA（3）TTCP＋DCP（1）研制出的第一个CPC骨水泥（2）加入HA自

6、凝时间从22min降至9min（3）研究了骨水泥水化反应的机理及制备条件以及对抗压强度的影响2β-TCP类水泥（1）β-TCP+MCPM（2）β-TCP+MCPM+CPP+CSH+CSD（3）β-TCP+DCPD+CC（4）β-TCP+DCP+HA（1）基于β-TCP可作为可降解吸收植入材料，与MCPM研磨后用水调和生成DCPD水化物凝固；但DCPD酸性较大，对有机体有刺激作用，另外，凝结时间较快（30s）（2）配料除β-TCP+MCPM外，添加CPP，CSH，CSD最佳组成为64%TCP，16%MCPM，15%CSH，5%CPP（3）1990年Mirtichi等研究了β-TCP

7、类骨水泥的新体系：β-TCP+DCPD+CC，用DCPD和HA饱和液调和反应中生成的HA晶粒与β-TCP聚集体，起桥连接作用，从而提高了强度；反应中生成的CO2则增加水泥的孔隙度（4）研究了β-TCP粒度对CP骨水泥凝结时间和强度的影响，S/L=1.5，调和液含H3PO4、H2SO4、Na4P2O73α-TCP类水泥（2）α-TCP+DCPD（3）α-TCP+DCPD（4）α-TCP+DCPD+TTCP（5）α-TCP+MPCM+CaO+HA（晶种）（6）α-TCP+MPCM+C