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Desarrollo y aplicación de materiales compuestos biomédicos

Abstract: el material compuesto biomédico (biomedicos materiales compuestos por dos o más de dos clases

de distintos materiales compuestos y biomédica se utiliza principalmente para la fabricación de la reparación y

sustitución de tejidos humanos y órganos del cuerpo humano. Aplicación clínica a largo plazo encontró que la

médicos tradicionales de metal y polímero materiales con actividad biológica, la organización y no es

fácil firmemente combinado, de efectos ambientales y fisiológicos en el ambiente fisiológico o

implantado en el cuerpo, resultando en iones metálicos o liberación del monómero, resultando en efectos adversos en el cuerpo.

Y material biológico de cerámica aunque tiene buena estabilidad química y compatibilidad, alta resistencia y

resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión, pero la resistencia a la flexión del material es baja, alta fragilidad, en la

entorno fisiológico de la fatiga y resistencia a la rotura no es alta, no llenaban las medidas fuertes, en

sólo se utiliza para llevar una carga, o tener sólo la situación de estrés compresivo neto. Por lo tanto, el material solo puede

no, cumplir los requisitos de aplicación clínica. Utilizando las diferentes propiedades del compuesto y

material compuesto de biomédica, tiene tanto las propiedades de los materiales y conseguir un grupo de solo material

no tienen el nuevo desempeño, con el fin de obtener la estructura y propiedades similares al tejido humano para

materiales biomédicos abre un diámetro de manera amplia, material compuesto biomédico se convertirá en el más

activos en el campo de materiales biomédicos de investigación y desarrollo.


Un resumen de los materiales compuestos biomédicos:


1, la evolución de la situación:


Con el progreso de la civilización social, desarrollo económico y la mejora del nivel de vida,

la gente prestar más atención a su propia rehabilitación médica. Al mismo tiempo, social acelerado de la población

crecimiento, herramientas de tráfico en gran número, el ritmo de aceleración de vida, enfermedades, desastres naturales, accidentes,

deportes lesiones y lesiones ocurrieron con frecuencia, resultando en el aumento de accidentes a las personas. Por lo tanto, la

desarrollo de materiales médicos Bio para la reparación y regeneración de órganos y tejidos humana es de gran social

beneficio. Perspectivas para las dentaduras en principios c. 3500 años, fibra de algodón egipcio, la sutura de la crin de la herida;

Indios mexicanos de madera reparación de cráneo lesionado; Se encontraron BC 500 años de tumbas chinas y egipcias,

prótesis de nariz y oreja falsos. En 1936, la invención del vidrio orgánico, pronto haciendo prótesis dentales y dentales, así

ahora todavía está en uso. En 1949, los Estados Unidos publicado por primera vez papeles de polímero médicos, introducidas por primera vez mediante el uso de

PMMA como hueso de cráneo, articulación y fémur utilizando fibra de la poliamida como una sutura quirúrgica la aplicación clínica;

50 años, de polímero de silicona se utiliza en el campo médico, acelerar el desarrollo de cosméticos, de sustitución, de órgano.

Así podemos ver que estos materiales utilizados en la reparación de órganos humanos tienen una larga historia de desarrollo,

denominan materiales biomédicos.


Material biomédico es un nuevo tipo de material, tiene una perspectiva de amplia aplicación, sólo material de molecularidad elevada,

todo el mundo en la clínica aplicación de tener clases más de 1800, más de 90 variedades de

productos y consumido por los países occidentales en los materiales de polímero médicos cada año a una tasa del 10%

~ crecimiento del 20%. Con el desarrollo de la ciencia moderna y la tecnología, especialmente la gran brecha

de tecnología biológica, la aplicación de materiales biológicos será más extensa.


2, definición:


Como materiales biomédicos son un campo nuevo, no hay ninguna definición terminante. Esto fue interpretado como

sigue: materiales biomédicos es la implantación de organismos o combinados con material de tejido biológico. Puede ser

utilizados para diagnóstico, tratamiento y la sustitución de los organismos en los tejidos, órganos, o mejorar su

funciones. Estos materiales se utilizan para tejido duro y tejido blando a reparación y reemplazo por largo plazo, corto

término y reparación superficial.


3, clasificación:


Según la composición y propiedades de los materiales:


Materiales de polímero médicos (polietileno, poliuretano, PTFE, poli metil metacrilato, caucho de silicón,

ácido láctico polivinílico, polivinílico hidroxi acético ácido);


Médicos materiales metálicos (acero inoxidable, aleaciones de base cobalto, titanio y aleaciones de titanio y preciosos

metales);


、Medical material cerámico (hydroxyapatite);

M

médica materiales compuestos (metal matrix revestimiento cerámico sistema, etcetera.).


Nivel de reacción químico biológica en el entorno fisiológico:


Materiales biomédicos inertes, materiales activos biológicos, biodegradables y absorbidos materiales biológicos


Según el uso de:


Sistema músculo esquelético de reparación y reemplazo materiales (hueso, tendón conjunto, diente)


Material de tejidos blandos (piel, mama, esófago, vejiga respiratoria)


Materiales del sistema cardiovascular (válvula artificial del corazón, vasos sanguíneos, cardiovascular intubación)


Material médico membrana (membrana de purificación de sangre y separación membrana, membrana de permeabilidad selectiva de gas, la lente de contacto corneal)

Materiales de liberación de drogas, etcetera...

4, requisitos de selección del material compuesto biológico y médico

Debido a la complejidad del medio ambiente fisiológico del cuerpo humano, los materiales médicos implantados tendrá factores físicos, químicos y biológicos a largo plazo y el órgano o tejido biológico existe muchas interacciones dinámicas, así que materiales biomédicos deben cumplir los siguientes requisitos:

Buena organización y compatibilidad física;

Tiene excelente estabilidad química, es decir, la estructura o naturaleza del material médico no es debido al ambiente biológico y el papel de los cambios, mientras que el material médico no puede causar el rechazo de los organismos;

(3) tiene excelentes propiedades mecánicas, a saber: médicos materiales deben tener flexibilidad y resistencia mecánica suficiente y para soportar las fuerzas mecánicas en materiales biológicos y médicos seleccionados para tejidos biológicos y la fuerza de tracción y flexión, módulo, dureza y resistencia al desgaste es constante;

Tiene propiedades antibacterianas y proceso de formación de excelente rendimiento, no debido a las dificultades de mecanizado que limita su aplicación [1].

Dos. Estado de la investigación de compuestos biomédicos

Dos. Estado de la investigación de compuestos biomédicos

Según los materiales de matriz diferentes compuestos biomédicos pueden dividirse aproximadamente en tres tipos, metales base, Tao Ciji y materiales compuestos de matriz polimérica. A través del correspondiente proceso formación método, todo tipo de materiales se hace en materiales compuestos biológicos en diferentes campos médicos.

1, metal base de materiales compuestos biomédicos

Biomédica materiales compuestos de matriz metálica, tales como acero inoxidable, aleación de titanio, en comparación con los tradicionales materiales médicos, material compuesto de matriz metálica médicos con alta resistencia mecánica, flexibilidad excelente, funcionamiento de la resistencia de fatiga es buena, excelente proceso de moldeo. Pero los solos materiales metálicos en la aplicación del entorno fisiológico se enfrenta a un importante problema de la corrosión, los iones del metal a la difusión de tejidos biológicos puede causar efectos secundarios tóxicos y la degradación de su propia naturaleza es fácil conducir al fracaso del implante. Por lo tanto, no es fácil a la corrosión y tiene una buena biocompatibilidad de la matriz del metal biomédico de materiales compuestos es un nuevo tipo de personal de investigación a desarrollar.

Cuando se trata de materiales metálicos, las primeras personas pensarán de materiales de base de titanio. Material médico titanio debido a su alta resistencia, dureza y proceso de moldeo buena es ampliamente utilizado hueso artificial y articulación artificial, material de raíz. Superficie de titanio modificado material compuesto del revestimiento de la matriz de titanio. No sólo tiene la suficiente fuerza y dureza, pero también tiene buen biocompatibility, es considerado una de las ventajas de los materiales del metal y otros materiales de la manera más eficaz. Milella [2] añadiendo una pequeña cantidad de agua en la solución de alcohol de titanato con el sol - gel tecnología., polimerización de hidrólisis de éster de un coloide polimérico. En la solución, se extrajeron las muestras, secado y tratamiento térmico a alta temperatura y gel de titanio fue preparado en titanio y superficie de la aleación de titanio. Si añades sal y fosfato de calcio en el sol de TiO2, compuesto de la capa que contiene calcio y fósforo. Selección de diferentes relación Ca/P/Ti, extracción de múltiples, la capa de la composición es una distribución gradiente. Entre el recubrimiento y el sustrato es el fosfato de calcio y la concentración de titanio, calcio y fósforo desde el exterior al interior, mientras que el contenido de titanio es todo lo contrario. Después de la implantación del cuerpo humano demostró buen biocompatibility. Zhu Minggang [3] usando el mismo sol gel método, por la relación entre la masa de 2. 86: trimetil 1 nitrato de calcio y fosfato en la preparación de la solución de sol, a través de capa múltiples, sinterización, en la superficie del metal titanio apoyan la porosidad 12% de la capa bioactiva HA. La formación de una capa de Ti, Ca, zona de transición de la componente de P, extensibles experimentos muestran que la interfacial fuerza de 28MPa de vinculación.

Al mismo tiempo, aleación de titanio médica ha sido ampliamente utilizada en la práctica clínica. Su Xiangdong [4] de biocompatibilidad de la aleación de NiTi de la investigación muestran que, pH en el rango ácido, neutro y alcalino, 0. 9% NaCl fisiológicos líquidos, Hankand #39; s simulados fluidos corporales, Tyrodeand #39; s simulación sangre redox potencial diferente aleación de PSD en cantidad de liberación de iones Ni de una diferencia, que Tyrodeand #39; simulación de s de iones Ni en la sangre para liberar una cantidad mayor; La aleación de NiTi Ni disminuye la cantidad de liberación de iones de influencia con el pH del fluido corporal simulado con Cl - concentración creciente y aumentado; La aleación de NiTi en fluidos fisiológicos mostraron fuerte Ni elemento selectiva corrosión comportamiento débil, picaduras de corrosión de Ti es la corrosión principal.

2, Tao Ciji biomédica compuesto

En la cerámica, de cristal como el material de sustrato de materiales compuestos de matriz cerámica es un tiene la perspectiva de una aplicación amplia de los materiales médicos, es a través de la oblea, bigotes, partículas, fibras y otros diverso material refuerzo en la cerámica obtenida de una clase de material compuesto. Los datos de la literatura demuestran que el contenido total de calcio y fósforo en los huesos humanos ha alcanzado el 58%, muchos investigadores han desarrollado cerámicas de fosfato de calcio como material de injerto óseo. Uso temprano de materiales cerámicos en la vida del cuerpo no puede ser enlazado con tejido óseo, como la cerámica de alúmina, a la 70and #39; s apareció un número de cerámicos bioactivos. Con la aplicación clínica, cerámicas bioactivas como material de reparación ósea poco a poco comenzaron a aplicarse. Sin embargo, el bio cerámica material tiene las características de baja resistencia a la flexión y pobres propiedades elásticas, por lo que no puede satisfacer el desarrollo del actual nivel médico. Sin embargo, después de la combinación de cerámicas bioactivas y otros materiales, se formó una clase de cerámica en base biomédica compuestos con diferentes propiedades y nuevas propiedades.

Towler [5] mediante el uso de materiales de nano de ZrO2 sinterizados por los alta densidad relativa HAP-ZrO2 BIOCERAMICA materiales compuestos, con el fin de reducir la temperatura de la sinterización y el uso de nano ZrO2, ha a altas temperaturas no se descomponen, ha fase es la fase principal. En el proceso de sinterización tradicional, este tipo de descomposición a menudo se produce, y Comparado con puro HA, la fuerza del compuesto es mayor que la del anterior. Huang Chuanyong y así sucesivamente [6] preparan por el método de precipitación química co y polvo del zirconia ultrafino de dos, a través de la optimización de la combinación de diferentes materiales, la preparación de HAP-ZrO2

La composición y la microestructura de los materiales fueron revelados por análisis de espectro infrarrojo, difracción de rayos x, microscopio electrónico de barrido y microscopio electrónico de transmisión. También se revelaron la composición y microestructura del sistema de dos elementos. La resistencia a la flexión del sistema dos elemento de biológica cerámica compuesto HAP-ZrO2 alcanzó 120MPa, la resistencia a la fractura alcanza 1 M-1 2 74MPa, el rendimiento era casi dos veces que HA puro, que estaba cerca del tejido del hueso humano. La resistencia a la flexión del hueso humano denso puede llegar a 160MPa, y la resistencia a la fractura es 2 M-1 / / 2 2MPa. Los resultados mostraron que los compuestos biológicos de cerámica tuvieron buen desempeño en los aspectos de estabilidad química, propiedades mecánicas y la biocompatibilidad. En la actualidad, los países extranjeros han sido preparados


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