纳米生物医学材料的应用

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1、纳米生物医学材料的应用摘要：纳米材料和纳米技术是八I•年代以来兴起的一个崭新的领域，随着研究的深入和技术的发展，纳米材料开始与许多学科相互交叉、渗透，显示出巨大的潜在应用价值,并且已经在一些领域获得了初步的应用。本文论述了纳米陶瓷材料、纳米碳材料、纳米高分子材料、微乳液以及纳米复合材料等在牛物医学领域中的研究进展和应用。关键字：纳米材料；生物医学；进展；应用1.前言纳米材料是结构单元尺寸小于lOOnm的晶体或非晶体。所有的纳米材料都具有三个共同的结构特点:(1)纳米尺度的结构单元或特征维度尺寸在纳米数量级(1

2、〜lOOnm),⑵有大量的界面或自由表面，⑶各纳米单元之间存在着或强或弱的相互作用。由于这种结构上的特殊性，使纳米材料具有一些独特的效应，包括小尺寸效应和表面或界面效应等，因而在性能上与具有相同组成的传统概念上的微米材料有非常显著的差异，表现出许多优异的性能和全新的功能，己在许多领域展示出广阔的应用前景，引起了世界各国科技界和产业界的广泛关注。“纳米材料”的概念是80年代初形成的。1984年Gleiter首次用惰性气体蒸发原位加热法制备成功具有清洁表面的纳米块材料并对其各种物性进行了系统研究。1987年美国和

3、西德同时报道，成功制备了具有清洁界面的陶瓷二氧化钛。从那时以来，用各种方法所制备的人工纳米材料己多达数百种。人们正广泛地探索新型纳米材料,系统研究纳米材料的性能、微观结构、谱学特征及应用前景，取得了大量具有理论意义和重要应用价值的结果。纳米材料已成为材料科学和凝聚态物理领域中的热点，是当前国际上的前沿研究课题之一山。2.纳米陶瓷材料纳米陶瓷是八十年代中期发展起来的先进材料,是由纳米级水平显微结构组成的新型陶瓷材料，它的晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸等都只限于lOOnm量级的水平⑵。纳米微粒

4、所具有的小尺寸效应、表面与界面效应使纳米陶瓷呈现出与传统陶瓷显著不同的独特性能。纳米陶瓷已成为当前材料科学、凝聚态物理研究的前沿热点领域，是纳米科学技术的重要组成部分⑶。陶瓷是一种多晶材料，它是由晶粒和晶界所组成的烧结体。由于工艺上的原因,很难避免材料中存在气孔和微小裂纹。决定陶瓷性能的主要因素是组成和显微结构，即晶粒、晶界、气孔或裂纹的组合性状，其中最主要的是晶粒尺寸问题,晶粒尺寸的减小将对材料的力学性能产生很大影响，使材料的强度、韧性和超塑性大大提高。常规陶瓷由于气孔、缺陷的影响，存在着低温脆性的缺点，它

5、的弹性模量远高于人骨，力学相容性欠佳，容易发生断裂破坏，强度和韧性都述不能满足临床上的高要求，使它的应用受到一定的限制。例如普通陶瓷只有在1000°C以上，应变速率小于10・4/s时,才会发生塑性变形。而纳米陶瓷由于晶粒很小，使材料中的内在气孔或缺陷尺寸大大减少，材料不易造成穿晶断裂，有利于提高材料的断裂韧性;而晶粒的细化又同时使晶界数量大大增加,有助于晶粒间的滑移，使纳米陶瓷表现岀独特的超塑性。许多纳米陶瓷在室温下或较低温度下就可以发生塑性变形。例如:纳米TiO2(8nm)陶瓷和CaF2陶瓷在180°C下,

6、在外力作用下呈正弦形塑性弯曲。即使是带裂纹的TiO2纳米陶瓷也能经受一定程度的弯曲而裂纹不扩散。但在同样条件下,粗晶材料则呈现脆性断裂。纳米陶瓷的超塑性是其最引入注目的成果。传统的氧化物陶瓷是一类重要的生物戻学材料，在临床上己有多方面应用，主要用于制造人工骨、人工足关节、肘关节、肩关节、骨螺钉、人工齿，以及牙种植体、耳听骨修复体等等。此外还用作负重的骨杆、锥体人工骨、修补移植海绵骨的充填材料、不受负重影响的人工海绵骨及兼有移植骨作用的髓内固定材料等。纳米陶瓷的问世，将使陶瓷材料在强度、破度、韧性和超塑性上都得

7、到提高,因此，在人工器官制造、临床应用等方面纳米陶瓷材料将比传统陶瓷有更广泛的应用并具有极大的发展前景山。目前，对于具有良好力学性能和生物相容性、生物活性的种植体的需求越来越大，由于生物陶瓷材料存在强韧性的局限性，大规模临床应用还而临挑战。随着纳米技术和纳米材料研究的深入，纳米生物陶瓷材料的优势将逐步显现，其强度、韧性、硬度以及生物相容性都有显著提高，随着生物医用材料研究的不断完善,纳米生物陶瓷材料终将为人类再塑健康人体⑷。经过近几年的发展，纳米生物陶瓷材料研究已取得了可喜的成绩，但从整体来分析，此领域尚处于

8、起步阶段，许多基础理论和实践应用还有待于进一步研究。如纳米生物陶瓷材料制备技术的研究一一如何降低成本使其成为一种平民化的医用材料；新型纳米生物陶瓷材料的开发和利用；如何尽快使功能性纳米生物陶瓷材料从展望变为现实，从实验室走向临床；大力推进分子纳米技术的发展，早日实现在分子水平上构建器械和装置，用于维护人体健康等，这些工作还有待于材料工作者和医学工作者的竭诚合作和共同努力才能够实现®。1.纳米碳材料纳