文档介绍：碳/碳生物材料及其应用
曹盛
1
生物炭材料
2
碳/碳生物材料
4
碳/碳植入体临床应用研究
3
碳/碳表面生物活性涂层
5
现状与展望
内容
炭材料具有很多形式
准晶热解炭
应用于植入体,主要是热解炭的涂层
主要应用于牙科的骨植入
炭材料
金刚石
石墨
非晶玻璃碳
一、生物炭材料
碳纤维
应用于肌腱,韧带
玻璃碳是通过控制某些有机物(如酚醛树脂、糖醇树脂)的加热分解过程,使聚合物的挥发组分失掉,留下一种像玻璃状的残留物。
特点:密度低,各向同性,与热解炭相比,机械性质差,因此应用较少。
玻璃碳
热解炭是在1000-2400℃范围内,将碳氢化合物在流化床内进行热解,使炭沉积在加工好的基体上.
医用上只用1500 ℃以下沉积的炭,称为低温各向同性炭(LTI炭),厚度可达1mm.
LTI炭心脏瓣膜
热解炭
各向同性无石墨良好的润滑性
1958年,美国Chance Vought航空公司实验室为了测定碳纤维增强酚醛树脂基复合材料中的碳纤维含量,由于实验过程中的失误,聚合物基体没有被氧化,反而被热解,意外得到了碳基体。
制备承重骨和关节的焦点集中在了碳纤维增韧碳/石墨复合材料上——C/C复合材料。
与金属假体相比,碳/ 碳假体具有更好的应力传递能力、没有疲劳损伤.
Amds 将碳/碳复合材料用于老鼠股骨
碳/ 碳复合材料具有极优异的硬组织相容性,骨皮层组织对它可很快适应,在碳/ 碳复合材料与骨之间没有形成任何过渡软组织层,也没有出现任何炎症反应.
Christel 等通过股骨植入实验、疲劳实验及有限元法评价了碳/ 碳复合材料髋关节的生物力学性能。
化学稳定性、不释放对人体产生毒、副作用的可溶物和高的静态及疲劳强度.
二、碳/碳生物材料
国外研究现状
首先考察了碳/碳复合材料用做人工髋关节的可行性,结果表明,其生物力学稳定,抗疲劳性能好,临床实验也证明其化学性质稳定,不释放对人体产生毒副作用的可溶物,是性能优良的髋关节假体材料。
研究了用溶胶-凝胶方法在碳/碳复合材料表面制备二氧化硅和硅酸钙涂层,该涂层可以提高碳/碳复合材料的表面生物矿化过程。
研究了碳/碳复合材料植入人体后,没有发现骨骼组织的坏死现象。
法国
波兰
俄罗斯
研究了多种不同基体和增强相的碳/碳复合材料的摩擦学特性和磨粒的生物学反应,结果表明,碳/碳复合材料磨损率低,磨粒直径低于100nm,没有发现明显刺激TNF-α的释放,无潜在的毒性。
英国
研究了碳/碳复合材料的人工齿根,开发了细刚性框架结构。并将碳/碳复合材料植入猿的大腿骨骼中,剪切强度达到23MPa。
日本
中国科学院金属研究所将碳/碳复合材料在狗的大腿骨和兔子的头骨中进行了种植试验,发现骨骼可以长入材料的空隙中。另外也研究了碳/碳复合材料表面胶原/磷灰石生物活性涂层。
西安交通大学用离子束辅助沉积技术在碳/碳复合材料表面涂覆氧化钛薄膜,经碱处理后,再在模拟体液中浸泡,可以生成磷灰石活性涂层。
内研究现状
华南理工大学在碳/碳复合材料表面嵌入了生物玻璃,发现涂层制备后,新生骨成熟时间短,界面成骨量增大。
山东大学在碳/碳复合材料在兔股骨区进行了短期植入实验,发现植入材料周围有新生骨骼生成。
西北工业大学用声电沉积新工艺在碳/碳复合材料在表面制备了羟基磷灰石生物活性涂层。
华中科技大学也研究开发了碳/碳复合材料牙齿种植体。