【培訓(xùn)】生物兼容性涂層ppt課件

1、生物兼容性涂層 生醫(yī)材生醫(yī)材(biomaterials)生醫(yī)資在廣義而言泛指普通與醫(yī)療相關(guān)的資，如檢查與診斷的器械、手術(shù)器械、與人體器官的替代品。Clemson Advisory Board for Biomaterials “Definition of the word biomaterial, The 6th Annal Intermalionel BiomaterialSymposium, April 20-24, 1974.血糖計(jì)-愛奧樂(lè)醫(yī)療器材人工牙根-光宏科技股份人工髖關(guān)節(jié)-結(jié)合骨材血糖計(jì)血糖計(jì)人工髖關(guān)節(jié)人工髖關(guān)節(jié)人工牙根人工牙根生物兼容性生物兼容性(biocompatible)生

2、物兼容性在許多文獻(xiàn)中并沒有很明確的定義，在1987 ，Williams 曾解釋過(guò)(Biocompatibility is the ability of a biomaterials to perform with an appropriate host response in a specific application)普通泛指，當(dāng)生醫(yī)資植入生物體中，不會(huì)產(chǎn)生毒性反響與嚴(yán)重的發(fā)炎，且能使周圍組織正常生長(zhǎng)，被植入的生物體也能存活，此資就具有一定程度的生物兼容性。蘇建榮 針對(duì)不同外表處置之鈦合金骨螺絲作生物親和性的評(píng)價(jià)勝利大學(xué)醫(yī)學(xué)工程所,2002.6氧化鈦氧化鎳Al2O3 陶瓷Carbon Bi

3、ological qualityMechanical qualityBioadhesiveAdhesion osteogenesisBioinertContact osteogenesisPMMA Implant-grade steelBiotolerantDistance osteogenesis玻璃陶瓷HA 陶瓷TCP 陶瓷BioactiveExchange osteogenesis生物兼容性與生醫(yī)資性質(zhì)比較生物兼容性與生醫(yī)資性質(zhì)比較想的生醫(yī)植體必備條件想的生醫(yī)植體必備條件生物學(xué)生物學(xué)力學(xué)力學(xué)其他條件其他條件好的耐蝕性且不含毒性特殊的潤(rùn)性及耐磨性足夠的強(qiáng)度及耐疲和組織有好的兼容性彈性系盡可

4、能與骨骼接近制造加工及價(jià)格等不會(huì)導(dǎo)致血液異常凝固與致癌不引起不正常的代謝K.H. Rateitschak and H.F. Wolf, Color Atlas of Dental Medicine. Thieme Medical Publishers. 1995:11-24.M.S. Block, J.N. Kent, and L.S. Guerra, Implants in 80 dentistry.1997: 45-62.J.B. Park, Biomaterials, An Introduction. Plenum Press, New York.: 1979:4-5.生醫(yī)材之分生醫(yī)材之

5、分材材機(jī)械性質(zhì)機(jī)械性質(zhì)代表性材代表性材金屬材高強(qiáng)度、韌性316L不銹鋼、鈦及鈦合金等陶瓷材高強(qiáng)度、低破壞韌性氧化鋁、HA、生醫(yī)玻璃高分子材低強(qiáng)度、磨耗性較差PMMA復(fù)合材磨耗性佳、低彈性模數(shù) 金屬披覆HA鈦金屬其優(yōu)點(diǎn)與應(yīng)用鈦金屬其優(yōu)點(diǎn)與應(yīng)用u質(zhì)輕與高強(qiáng)度 u彈性極佳 u低溫韌性高 u低熱傳導(dǎo)，升溫快 u人體親和性 u抗過(guò)敏性 u絕佳的抗腐蝕特性 運(yùn)動(dòng)器材儲(chǔ)氫生醫(yī)器材石化工業(yè)造船工業(yè)航太工業(yè)國(guó)防工業(yè)汽車工業(yè)建築鈦金屬鈦金屬鈦金屬表面處方法鈦金屬表面處方法鈦金屬表面處方法機(jī)械方法化學(xué)方法物方法切削磨削拋光噴砂激光蝕刻陽(yáng)極氧 化 溶膠|凝 膠 化學(xué)處 化學(xué)氣相沉 積 生物化學(xué)改 質(zhì) 離子注入與沉 積

6、 物氣相沉 積 熱噴 塗 鈦金屬的陽(yáng)極處鈦金屬的陽(yáng)極處鈦的化學(xué)活性強(qiáng)，置于大氣下易與氧結(jié)合構(gòu)成層氧化鈦薄膜，其薄膜具有好的機(jī)械性質(zhì)，并可以防止鈦繼續(xù)被氧化，但因自然生成之氧化鈦層構(gòu)造松散且不均勻，故以人工方式在鈦外表生成致密且均勻的氧化鈦層做進(jìn)一步之運(yùn)用，使其外表產(chǎn)生適當(dāng)氧化鈦層并加以染色，以添加其美觀、耐蝕、機(jī)械強(qiáng)度等，其處置方法通稱之為陽(yáng)極處置(Anodizing)。柯賢文,“腐蝕及其防制(全華科技圖書股份,1995)展新興業(yè)股份 在鈦氧化鈦的界面反響為 ：TiTi2+2e-在氧化鈦-電解液的界面反響為 ：2H2O2O2-+4H+ 2H2OO2+4H+4e-氧化反響中，氧化層不斷增厚，其二

7、氧化鈦電阻較大，因此所需之電壓降也較大，當(dāng)電壓足夠大時(shí)氧化層就可以不斷生長(zhǎng)。在陽(yáng)極氧化過(guò)程中，電壓超越氧化層的耐電壓，會(huì)有大量氣體出現(xiàn)，甚至出現(xiàn)火花，被稱為微弧氧化(MAO)，外表會(huì)構(gòu)成多孔的二氧化鈦(anatase 和Rutilus )。在文獻(xiàn)中指出經(jīng)微弧氧化后的多孔性氧化層可誘導(dǎo)磷灰石的附著。Bangcheng Yanga, Masaiki Uchidab, Hyun-Min Kimc,*.etl, Preparation of bioactive titanium metal via anodic oxidation treatment Biomaterials 25 (2004) 10

8、031010鈦金屬陽(yáng)極處優(yōu)勢(shì)鈦金屬陽(yáng)極處優(yōu)勢(shì) 添加植體和骨組織的接觸面積與骨細(xì)胞或骨組織機(jī)械性的嵌協(xié)作用。 和基質(zhì)成分交互作用后影響成骨細(xì)胞的附著及攀爬。 促進(jìn)細(xì)胞的附著分子(attachment molecules)。 添加血液凝塊(blood clots)固持(retention)在植體外表的能力。 可促進(jìn)成骨細(xì)胞活性(activity)的添加。 粗糙度外表會(huì)影響細(xì)胞附著及其構(gòu)形，進(jìn)而影響細(xì)胞為的表現(xiàn)。 Branemark R, Thesis, Goteborg Sweden: Goteborg University, 1996Pillar RM, Proceedings of an In

9、ternational Congress, Brussels. May. Excerpta Medica. Amsterdam., 60, 1985Pillar RM, Deporter DA, Watson PA and Valiquettl N, J of Biomedical materials Research., 25: 467., 1991Wennerberg A, Alberktsson T and Andersson B, Int. J Oral Maxillofac Implants., 11: 38., 1996實(shí)驗(yàn)流程圖實(shí)驗(yàn)流程圖Ti研磨及拋光研磨及拋光陽(yáng)極處置陽(yáng)極處置分

10、析分析外表形貌外表形貌晶格型態(tài)晶格型態(tài)生物兼容性測(cè)試生物兼容性測(cè)試電解液：硫酸，磷酸電解液：硫酸，磷酸處里時(shí)間：處里時(shí)間：120sSEMXRDSBF測(cè)試測(cè)試400nm400nm400nm電解液為硫酸在不同陽(yáng)極處置電壓下產(chǎn)生明顯的孔洞，隨著電壓的上升，其孔洞尺寸也略微上升。低電壓低電壓高電壓高電壓評(píng)估生物兼容性的方法評(píng)估生物兼容性的方法評(píng)價(jià)生醫(yī)材之生物兼容性的方法有很多種，普通主要分為 體外(in vitro)和體內(nèi)(in vivo)方面。體外(in vitro) ：在試管及培育皿中進(jìn)，利用組織或器官的培育，測(cè)試材的毒性與對(duì)于細(xì)胞所產(chǎn)生的免疫景象的種種影響。體內(nèi)(in vivo) ：將材直接植入

11、動(dòng)物體內(nèi)，可以經(jīng)由組織切片處察看部分或整個(gè)系統(tǒng)的反響。D.F. Williams and R. Roaf, Implants in Surgery. W.B. SaundersCompany, London. 1973:149-64蘇建榮,針對(duì)不同外表處置之鈦合金骨螺絲作生物親和性的評(píng)價(jià) 國(guó)立勝利大學(xué) 醫(yī)學(xué)工程所, 2002,6體外試驗(yàn)體外試驗(yàn)體內(nèi)試驗(yàn)體內(nèi)試驗(yàn)快速獲得結(jié)果對(duì)毒性材敏感可做毒素定量分析可直接紀(jì)錄活細(xì)胞的反應(yīng)無(wú)法長(zhǎng)期評(píng)估實(shí)驗(yàn)重復(fù)性差實(shí)驗(yàn)變數(shù)多用于復(fù)雜的組織反應(yīng)體外試驗(yàn)體外試驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)著重于體外實(shí)驗(yàn)，將處置完的鈦金屬試片置放于模擬體液中數(shù)天，察看磷灰石于試片的附著情形。在體外實(shí)驗(yàn)中首重

12、于仿真體液的配置，仿真體液主要為模擬人體中的環(huán)境與人體中細(xì)胞的附著情形如：Ringer 溶液、Hank 溶液、Fusayama 溶液、Jenkins 溶液體液離子濃度/(mmol/L)Na+ K+Mg2+Ca2+Cl-HCO3-HPO24-HO24 -人體血漿原始的SBF改進(jìn)的SBF(cSBF)再改進(jìn)的SBF(rSBF)最新改進(jìn)的SBF(nSBF)142.0142.0142.0142.0142.05.05.05.05.05.01.51.51.51.51.52.52.52.52.52.5103.0148.8147.8103.0103.027.04.24.227.04.21.01.01.01.01

13、.00.500.50.50.5各種模擬體液和血漿的離子組成王曉東,彭曉峰,陸建鋒,王訃宣. 運(yùn)用根底與工程學(xué)報(bào), 2003,11 (2): 174Kokubo T, Takadama H. Biomaterials. 2006, 27: 2907體外試驗(yàn)之模擬體液浸泡體外試驗(yàn)之模擬體液浸泡用來(lái)配制仿真體液的有以下化學(xué)試劑氯化鈉 (NaCl)碳酸氫鈉 (NaHCO)氯化鉀 (KCl)三水合磷酸氫二鉀 (KHPO43HO)六水合氯化鎂 (MgCl26HO)氯化鈣 (CaCl)硫酸鈉 (NaSO)三羥基氨基甲烷 (HOCH)CNH1mol/L的鹽酸 (1mol/L HCl)pH規(guī)范溶液(用以標(biāo)定溶液

14、的pH值)次次號(hào)號(hào)試劑試劑添加量添加量純度純度/%/%12345678910NaClNaHCOKClKHPO43HO MgCl26HO1mol/L HClCaClNaSOTris1mol/L HCl8.035g0.355g0.255g0.231g0.311g39mL0.292g0.072g6.118g05mL99.599.599.599.098.0-95.099.099.0-Kokubo T, Takadama H. Biomaterials. 2006, 27: 2907模擬體液浸泡實(shí)驗(yàn)?zāi)M體液浸泡實(shí)驗(yàn) 并將瓶置于恒溫培育箱并將瓶置于恒溫培育箱,溫度堅(jiān)持在溫度堅(jiān)持在36.5 模擬體液的體積通常是樣品暴露體稱的模擬體液的體積通常是樣