新材料概论-生物材料

HuazhongUniversityofScience&Technology生物医学材料2019年8月13日1HuazhongUniversityofScience&Technology22.1.生物医学材料概论生物医学材料(BiomedicalMaterials)★生物医学工程的重要分支★生物学、医学、材料学的交叉学科★生物医学工程的物质基础HuazhongUniversityofScience&Technology32.1.1生物材料和生物医学材料的定义生物材料(Biomaterial)生物医学材料(BiomedicalMaterial)－－其定义随科学技术的发展而演变HuazhongUniversityofScience&Technology4生物材料(Biomaterials)“植入活体内或与活体结合而设计的与活体系统不起药物反应的惰性物质”－－1960‘s，ClemsonUniv.,USA特征：人造、非生命、医用、生物相容2.1.1生物材料和生物医学材料的定义HuazhongUniversityofScience&Technology5无药物反应－－－生物材料与药物的区别惰性－－－化学稳定、生物稳定随着生物材料的发展，该定义已明显不适应生物材料的功能与范畴的飞速发展－－－载药生物材料、生物活性材料2.1.1生物材料和生物医学材料的定义HuazhongUniversityofScience&Technology6指用于替代、修复组织器官的天然或人造材料。HuazhongUniversityofScience&Technology7假肢骨钉骨板人造髋关节HuazhongUniversityofScience&Technology8载药生物材料(药物缓释材料)在材料(最常见的是修复材料)中复合治疗药物，植入人体后缓慢释放，进行辅助治疗2.1.1生物材料和生物医学材料的定义HuazhongUniversityofScience&Technology9带药涂层心血管支架经过膨胀后的带药支架带药涂层在0.9%NaCl溶液中的药物释放HuazhongUniversityofScience&Technology10生物活性材料(Bio-activeMaterial)植入后，按照预先设计进行生物降解或与生物系统发生一定作用，促使生理功能的恢复如：BMP/TCP骨修复材料(特征：可降解、可诱导成骨)2.1.1生物材料和生物医学材料的定义HuazhongUniversityofScience&Technology11“生物医学材料是用于取代、修复活体组织的人造或天然的材料”－－－1980‘s不限制：人造/天然，体内/体外，活性/惰性，长期/短期范围：医用、生物相容2.1.1生物材料和生物医学材料的定义HuazhongUniversityofScience&Technology12牙修复假体硅胶HuazhongUniversityofScience&Technology13除医学中使用的生物材料外，还有大量应用于生物学领域的材料，如细胞培养、蛋白质处理等，目前也将其划入生物材料的范畴2.1.1生物材料和生物医学材料的定义14HuazhongUniversityofScience&Technology152.1.1生物材料和生物医学材料的定义BiomaterialsBiologicalMaterialsBiomedicalMaterials特指医用材料其它生物学应用材料HuazhongUniversityofScience&Technology16世界上第一把100%可降解伞，使用特殊的生物降解材料制成HuazhongUniversityofScience&Technology17纳米机器人在清理血管中的有害堆积物HuazhongUniversityofScience&Technology18OMOM胶囊内镜系统HuazhongUniversityofScience&Technology19A、生物医学材料的历史2.1.2生物医学材料的发展HuazhongUniversityofScience&Technology20生物医学材料的应用特征：生物医学材料很少单独使用，通常是结合在医学装置中替代发生病变或失去功能的生命体器官2.1.2生物医学材料的发展A、生物医学材料的历史HuazhongUniversityofScience&Technology21最早的应用可追溯到公元前3500年棉花纤维、马鬃缝合伤口－－－古埃及，BC.3500木片修补颅骨缺损－－－墨西哥印地安人2.1.2生物医学材料的发展A、生物医学材料的历史HuazhongUniversityofScience&Technology222.1.2生物医学材料的发展A、生物医学材料的历史木质及石质的假牙、假鼻、假耳－－－中国、埃及，BC.2500黄金修补牙缺损－－－中国、埃及、罗马，BC.2000HuazhongUniversityofScience&Technology23据文献记载1588年，黄金板修复颚骨1775年，金属内固定骨折1809年，黄金种植牙1851年，天然硫化橡胶制作人工牙托及颚骨2.1.2生物医学材料的发展A、生物医学材料的历史HuazhongUniversityofScience&Technology242.1.2生物医学材料的发展A、生物医学材料的历史进入20世纪，高分子材料的应用带来了生物医学材料的巨大发展－1937年，PMMA用于牙科－1940‘s，维尼龙用于血管修复－1958年，涤纶用于动脉修复－1960’s，PMMA、UHMPE全髋关节HuazhongUniversityofScience&Technology25自20世纪50年代，各种复杂人工器官的出现，标志着生物医学材料及人工关节的发展进入了新的阶段－－生物医学材料学科与其它相关技术的交叉与渗透更趋深入人工心脏瓣膜、人工肺、人工肾、人工心脏、人工胰……2.1.2生物医学材料的发展A、生物医学材料的历史HuazhongUniversityofScience&Technology26B、生物医学材料的典型应用举例-人体的“发动机”与支架2.1.2生物医学材料的发展HuazhongUniversityofScience&Technology◆人体的“发动机”27HuazhongUniversityofScience&Technology•心脏是一个强壮的、不知疲倦、努力工作的强力泵。心脏之于身体，如同发动机之于汽车。•如果按一个人心脏平均每分钟跳70次、寿命70岁计算的话，一个人的一生中，心脏就要跳动近26亿次。一旦心脏停止跳动而通过抢救不能复跳，那就意味着，一个人的生命终止了。◆人体的“发动机”28HuazhongUniversityofScience&Technology•心脏的跳动定义着人类生命的存在，可以说是人类的生命之根。•心脏病是人类健康的头号杀手。全世界1/3的人口死亡是因心脏病引起的，而我国，每年有几十万人死于心脏病。◆人体的“发动机”29HuazhongUniversityofScience&Technology◆心脏病与冠心病•心脏病（heartdisease）：是心脏疾病的总称，包括缺血性心脏病、风湿性心脏病、高血压性心脏病、先天性心脏病、心肌炎等各种心脏病。30HuazhongUniversityofScience&Technology◆心脏病与冠心病•冠心病全称：冠状动脉粥样硬化性心脏病。•冠心病定义：是指冠状动脉粥样硬化使血管腔狭窄或阻塞，导致心肌缺血缺氧或坏死而引起的心脏病。又名缺血性心脏病。•冠心病，是一种最常见的心脏病。31HuazhongUniversityofScience&Technology◆冠心病图片32HuazhongUniversityofScience&Technology◆冠心病的治疗•目前，冠心病的治疗分为药物治疗、外科手术和介入治疗三大类。•药物治疗--基础•外科手术--传统•介入治疗--新型33HuazhongUniversityofScience&Technology◆支架与搭桥•搭桥：就是在冠状动脉狭窄的近端和远端之间建立一条通道，使血液绕过狭窄部位而到达远端。这种手术称为冠状动脉旁路移植术，是在充满动脉血的主动脉根部和缺血心肌之间建立起一条畅通的路径，犹如在山壑江河之上搭起一座大桥而畅通无阻一样，因此有人形象地将其称为在心脏上架起了“桥梁”，俗称“搭桥”。34HuazhongUniversityofScience&Technology◆搭桥图片35HuazhongUniversityofScience&Technology◆支架与搭桥•血管支架：一种用金属等材料制成的血管内支撑体，它具有良好的可塑性和几何稳定性，送达血管中重度狭窄的病变部位后可以起到支撑血管、保障血液畅通流动的作用。36HuazhongUniversityofScience&Technology◆血管支架图片37HuazhongUniversityofScience&Technology◆血管支架的应用与开发•随着治疗冠心病的方法日益完善，创伤小的支架治疗成为很多心脏病患者的首选。•目前常用于制作支架的材料有医用不锈钢、金属钽及镍钛合金等。•镁合金支架的研制已成为血管支架开发的重点项目。38HuazhongUniversityofScience&Technology◆血管支架的植入方法•通常支架被安装在球囊导管上，通过球囊导管输送到血管病变处，由压力泵注入液体使球囊扩张，进而撑开支架及病变狭窄处的血管，撤出球囊导管，支架永久置于病变处，达到扩张狭窄血管、保持管腔血流通畅的目的。39HuazhongUniversityofScience&Technology◆球囊的工作过程40HuazhongUniversityofScience&Technology◆血管支架的介入过程41HuazhongUniversityofScience&Technology◆血管支架介入前后的对比42HuazhongUniversityofScience&Technology◆血管支架介入前后的对比43HuazhongUniversityofScience&Technology心脏病高发人群•年龄大于45岁的男性、大于55岁的女性•吸烟者•高血压患者•糖尿病患者•高胆固醇血症患者•有家族遗传病史者•肥胖者•缺乏运动或工作紧张者44HuazhongUniversityofScience&Technology◆心脏病认识的三个误区•瘦人不会得心脏病--引发心脏病的因素很多•不吃肉就不会得心脏病--荤素菜搭配、粗细粮结合•预防心脏病是中老年人的事--许多心脏病患者在儿童时期在动脉血管内壁上会出现一些紫色条纹，就是日后形成动脉粥样硬化斑块的基础。45HuazhongUniversityofScience&Technology◆预防心脏病大家要牢记•减肥--平衡饮食和锻炼•少吃蛋黄--胆固醇高•多运动--快走的效果最好•戒烟--戒烟2～3年后风险正常•注意饮食--低脂饮食•适量饮酒--1周喝3～9杯酒为宜•当心糖尿病--糖尿病患者是普通人的4倍。•控制情绪—特别是突发事件46HuazhongUniversityofScience&Technology472.1.3生物医学材料的基本性能要求HuazhongUniversityofScience&Technology48A、生物功能性(Biofunctionability)B、生物相容性(Biocompatibility)C、生物安全性(BiologicalSafety)2.1.3生物医学材料的基本性能要求HuazhongUniversityofScience&Technology49A、生物医学材料的生物功能性2.1.3生物医学材料的基本性能要求HuazhongUniversityofScience&Technology50生物医学材料的生物功