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纳米生物医学材料的应用论文关于纳米生物医学材料的应用论文纳米材料和纳米技术是八十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生物医学领域中的研究进展和应用纳米材料;生物医学;进展;应用纳米材料是结构单元尺寸小于100___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1~100___2有大量的界面或自由表面3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已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___“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已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
[1]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100___量级的水平
[2]纳米微粒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
[3]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还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℃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出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TiO28___陶瓷和CaF2陶瓷在180℃下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医学材料在临床上已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、硬度、韧性和超塑性上都得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
[1]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面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
[4]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——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___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___和医学工___的竭诚合作和共同努力才能够实现
[5]纳米碳材料由碳元素组成的碳纳米材料统称为纳米碳材料在纳米碳材料群中主要包括纳米碳管、气相生长碳纤维、类金刚石碳等;纳米碳管、纳米碳纤维通常是以过渡金属Fe、Co、Ni及其合金为催化剂,以低碳烃化合物为碳源,以氢气为载气,在873~1473K的温度下生成的,其中的超微型气相生长碳纤维又称为碳晶须具有超常的物化特性,被认为是超强纤维由它作为增强剂所制成的碳纤维增强复合材料,可以显著改善材料的力学、热学及光、电等性能在催化剂载体、储能材料、电极材料、高效吸附剂、分离剂、结构增强材料等许多领域有着广阔的应用前景
[6]纳米碳纤维除了具有微米级碳纤维的低密度、高比模量、比强度、高导电性之外还具有缺陷数量极少、比表___大、结构致密等特点这些超常特性和良好的生物相容性使它在医学领域中有广泛的应用前景包括使人工器官、人工骨、人工齿、人工肌腱在强度、硬度、韧性等多方面的性能显著提高;此外利用纳米碳材料的高效吸附特性还可以将它用于血液的净化系统清除某些特定的病毒或成份纳米碳材料是目前碳领域中崭新的高功能、高性能材料也是一个新的研究生长点对它的应用___正处于起步阶段,在生物医学领域中,纳米碳材料有重要的应用潜能纳米高分子材料也可以称为高分子纳米微粒或高分子超微粒,主要通过微乳液聚合的方法得到这种超微粒子具有巨大的比表___,出现了一些普通微米级材料所不具有的新性质和新功能已引起了广泛的注意聚合物微粒尺寸减小到纳米量级后高分子的特性发生了很大的变化主要表现在表面效应和体积效应两方面表面效应是指超细微粒的表面原子数与总原子数之比随着粒径变小而急剧增大表面原子的晶场环境和结合能与内部原子不同因缺少相邻原子而呈现不饱和状态具有很大的活性它的表面能大大增加易与其它原子相结合而稳定下来体积效应是由于超微粒包含的原子数减少而使带电能级间歇加大物质的一些物理性质因为能级间歇的不连续而发生异常这两种效应具体反映在纳米高分子材料上表现为比表___激增粒子上的官能团密度和选择性吸附能力变大达到吸附平衡的时间大大缩短粒子的胶体稳定性显著提高这些特性为它们在生物医学领域中的应用创造了有利条件目前,纳米高分子材料的应用已涉及免疫分析、药物控制释放载体、及介入性诊疗等许多方面
[7]纳米级骨修复材料具有传统材料无可比拟的生物学性能,已在___工程和生物材料研究中显示出广阔的应用前景,将不同生物材料复合___,研制出类似人骨的材料,将是今后骨修复材料的研究重点当前用于骨科临床的纳米产品不多,其性能、微观结构和生物学效应尚有待系统研究我们相信随着纳米技术、___工程技术和生物技术的发展与综合,必将研制出新一代性能优异的纳米骨材料,为治愈骨缺损和骨折提供最佳的选择
[8]纳米复合材料包括三种形式,即由两种以上纳米尺寸的粒子进行复合或两种以上厚薄的薄膜交替叠迭或纳米粒子和薄膜复合的复合材料前者由于纳米尺寸的粒子具有很大的表面能,同时粒子之间的界面区已经大到超常的程度,所以使一些通常不易固溶、混溶的组份有可能在纳米尺度上复合,从而形成新型的复合材料,研究和___无机/无机、有机/无机、有机/有机以及生物活性/非生物活性的纳米结构复合材料是获得性能优异的新一代功能复合材料的崭新途径目前应用较广的医用材料多由一些有机高分子制成受高分子的固有性质所限材料的机械性能不够理想碳纳米管具有比重低、长径比高、并且可以重复弯曲、扭折而不破坏结构因此是制备强度高、重量轻、性能好的复合材料的最佳承荷增强材料很多研究表明向高分子材料中加入碳纳米管可以显著改善原有聚合物的传导性、强度、弹性、韧性和耐久性等性质已经涉及的高分子材料包括聚氨酯、环氧树脂、聚苯乙烯等对聚氨酯/多壁碳纳米管复合膜
[9]和聚苯乙烯/多壁碳纳米管复合膜
[10]的机械拉伸实验均显示当碳纳米管与基体间存在良好的界面结合时聚合物中的碳纳米管可以增强聚合物抗张强度研究还发现对碳纳米管进行石墨化温度处理和进行功能化有助于增强碳纳米管与聚合物基体间的相互作用
[10]对于碳纳米管相关的复合膜和复合纤维的机械性能都有改善作用Webster等
[9]发现MWNT和聚氨酯形成的复合材料较之传统的医用聚氨酯具有更好的电导性和机械强度适合制造应用于临床的在体设备如可能作为检查神经___功能恢复情况的探针和骨科应用的假体等微乳液是由油、水、表面活性剂和表面活性剂助剂构成的透明液体,是一类各向同性、粒径为纳米级的、热力学、动力学稳定的胶体分散体系微乳液是热力学稳定体系,可以自发形成微乳液小球的粒径小于100___,微乳液呈透明或微蓝色微乳液结构的特殊性使它具有重要的应用前景近年来,随着乳液聚合理论和技术研究的不断深入,新型材料制备及分离技术的不断发展,人们对微乳液的应用研究十分___,不断___它在各领域中的应用,其中一些研究成果已转入实用化纳米材料是80年代中期发展起来的新型材料它所具有的独特结构使它显示出独特而优异的性能尽管已对纳米材料的制备、结构与性能进行了大量的研究但在基础理论及应用___等方面还有大量的工作尚待进行
[11]纳米材料所展示出的优异性能预示着它在生物医学工程领域尤其在___工程支架、人工器官材料、介入性诊疗器械、控制释放药物载体、血液净化、生物大分子分离等众多方面具有广泛的和诱人的应用前景随着纳米技术在医学领域中的应用临床医疗将变得节奏更快、效率更高诊断、检查更准确治疗更有效
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