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生物相容性塗層

生物相容性塗層. 國立高雄應用科技大學 機械與精密工程研究所 微奈米結構與分析實驗室. 學生：陳韋廷 指導教授：鄭宗杰 信箱： tcchengme@cc.kuas.edu.tw. 生醫材料在廣義而言泛指一般與醫療相關的材料，如檢查與診斷的器械、手術器械、與人體器官的替代品。. 人工牙根. 人工髖關節. 血糖計. Clemson Advisory Board for Biomaterials “Definition of the word biomaterial ＂ , The 6th Annal Intermalionel Biomaterial

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生物相容性塗層

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Presentation Transcript

  1. 生物相容性塗層 國立高雄應用科技大學 機械與精密工程研究所 微奈米結構與分析實驗室 學生：陳韋廷 指導教授：鄭宗杰 信箱：tcchengme@cc.kuas.edu.tw

  2. 生醫材料在廣義而言泛指一般與醫療相關的材料，如檢查與診斷的器械、手術器械、與人體器官的替代品。生醫材料在廣義而言泛指一般與醫療相關的材料，如檢查與診斷的器械、手術器械、與人體器官的替代品。 人工牙根 人工髖關節 血糖計 Clemson Advisory Board for Biomaterials “Definition of the word biomaterial＂, The 6th Annal Intermalionel Biomaterial Symposium, April 20-24, 1974. 血糖計-----愛奧樂醫療器材有限公司 人工牙根---光宏科技股份有限公司 人工髖關節-聯合骨材

  3. PMMA Implant-grade steel 氧化鈦 氧化鎳 玻璃陶瓷 HA 陶瓷 TCP 陶瓷 Al2O3陶瓷 Carbon Biological quality Mechanical quality Bioactive Exchange osteogenesis Biotolerant Distance osteogenesis Bioinert Contact osteogenesis Bioadhesive Adhesion osteogenesis • 生物相容性在許多文獻中並沒有很明確的定義，在1987 年，Williams 曾解釋過(Biocompatibility is the ability of a biomaterials to perform with an appropriate host response in a specific application) • 一般泛指，當生醫材料植入生物體中，不會產生毒性反應與嚴重的發炎，且能使周圍組織正常生長，被植入的生物體也能存活，此材料就具有一定程度的生物相容性。 生物相容性與生醫材料性質比較 蘇建榮 針對不同表面處理之鈦合金骨螺絲作生物親和性的評估　成功大學醫學工程所,2002.6

  4. 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.

  5. 質輕與高強度 • 彈性極佳 • 低溫韌性高 • 低熱傳導，升溫快 • 人體親和性 • 抗過敏性 • 絕佳的抗腐蝕特性

  6. 鈦的化學活性強，置於大氣下易與氧結合形成ㄧ層氧化鈦薄膜，其薄膜具有良好的機械性質，並可以防止鈦繼續被氧化，但因自然生成之氧化鈦層結構鬆散且不均勻，故以人工方式在鈦表面生成緻密且均勻的氧化鈦層做進一步之應用，使其表面產生適當氧化鈦層並加以染色，以增加其美觀、耐蝕、機械強度等，其處理方法通稱之為陽極處理(Anodizing)。鈦的化學活性強，置於大氣下易與氧結合形成ㄧ層氧化鈦薄膜，其薄膜具有良好的機械性質，並可以防止鈦繼續被氧化，但因自然生成之氧化鈦層結構鬆散且不均勻，故以人工方式在鈦表面生成緻密且均勻的氧化鈦層做進一步之應用，使其表面產生適當氧化鈦層並加以染色，以增加其美觀、耐蝕、機械強度等，其處理方法通稱之為陽極處理(Anodizing)。 柯賢文,“腐蝕及其防制”(全華科技圖書股份有限公司,1995) 展新興業股份有限公司

  7. 在鈦－氧化鈦的界面反應為 ：Ti→Ti2++2e- • 在氧化鈦-電解液的界面反應為 ：2H2O→2O2-+4H+ 2H2O→O2↑+4H++4e- • 氧化反應中，氧化層不斷增厚，其二氧化鈦電阻較大，因此所需之電壓降也較大，當電壓足夠大時氧化層就可以不斷生長。 • 在陽極氧化過程中，電壓超過氧化層的耐電壓，會有大量氣體出現，甚至出現火花，被稱為微弧氧化(MAO)，表面會形成多孔的二氧化鈦(anatase 和Rutilus )。 • 在文獻中指出經微弧氧化後的多孔性氧化層可誘導磷灰石的附著。 Bangcheng Yanga, Masaiki Uchidab, Hyun-Min Kimc,*.etl, Preparation of bioactive titanium metal via anodic oxidation treatment Biomaterials 25 (2004) 1003–1010

  8. 增加植體和骨組織的接觸面積與骨細胞或骨組織機械性的嵌合作用。 • 和基質成分交互作用後影響成骨細胞的附著及攀爬。 • 促進細胞的附著分子(attachment molecules)。 • 增加血液凝塊(blood clots)固持(retention)在植體表面的能力。 • 可促進成骨細胞活性(activity)的增加。 • 粗糙度表面會影響細胞附著及其構形，進而影響細胞行為的表現。 Branemark R, Thesis, Goteborg Sweden: Goteborg University, 1996 Pillar RM, Proceedings of an International Congress, Brussels. May. Excerpta Medica. Amsterdam., 60, 1985 Pillar RM, Deporter DA, Watson PA and Valiquettl N, J of Biomedical materials Research., 25: 467., 1991 Wennerberg A, Alberktsson T and Andersson B, Int. J Oral Maxillofac Implants., 11: 38., 1996

  9. Ti 研磨及拋光 電解液：硫酸，磷酸 處裡時間：120s 陽極處理 分析 表面形貌 晶格型態 生物相容性測試 SEM XRD SBF測試

  10. 400nm 400nm 400nm 低電壓 高電壓 電解液為硫酸在不同陽極處理電壓下產生明顯的孔洞，隨著電壓的上升，其孔洞尺寸也略微上升。

  11. 評估生醫材料之生物相容性的方法有很多種，一般主要分為 體外(in vitro)和體內(in vivo)兩方面。 • 體外(in vitro)：在試管及培養皿中進行，利用組織或器官的培養，來測試材料的毒性與對於細胞所產生的免疫現象的種種影響。 • 體內(in vivo)：將材料直接植入動物體內，可以經由組織切片處理觀察局部或整個系統的反應。 D.F. Williams and R. Roaf, Implants in Surgery. W.B. SaundersCompany, London. 1973:149-64 蘇建榮,針對不同表面處理之鈦合金骨螺絲作生物親和性的評估 國立成功大學 醫學工程所,2002,6

  12. 本實驗著重於體外試驗，將處理完的鈦金屬試片置放於模擬體液中數天，觀察磷灰石於試片的附著情形。本實驗著重於體外試驗，將處理完的鈦金屬試片置放於模擬體液中數天，觀察磷灰石於試片的附著情形。 • 在體外試驗中首重於模擬體液的配置，模擬體液主要為模擬人體中的環境與人體中細胞的附著情形例如：Ringer 溶液、Hank 溶液、Fusayama 溶液、Jenkins 溶液 各種模擬體液和血漿的離子組成 王曉東,彭曉峰,陸建鋒,王讣宣. 應用基礎與工程學報, 2003,11 (2): 174 Kokubo T, Takadama H. Biomaterials. 2006, 27: 2907

  13. 用來配制模擬體液的有以下化學試劑 • 氯化鈉 (NaCl) • 碳酸氫鈉 (NaHCO) • 氯化鉀 (KCl) • 三水合磷酸氫二鉀 (KHPO4．3HO) • 六水合氯化鎂 (MgCl2．6HO) • 氯化鈣 (CaCl) • 硫酸鈉 (NaSO) • 三羥基氨基甲烷 [(HOCH)CNH] • 1mol/L的鹽酸 (1mol/L HCl) • pH標準溶液(用以標定溶液的pH值) • 模擬體液浸泡試驗 • 並將瓶置於恆溫培養箱,溫度保持在36.5℃ • 模擬體液的體積通常是樣品暴露體稱的10倍 • 對表面形成的磷灰石可採用掃描電鏡(SEM)、薄膜X光繞射儀(TF-XRD)和紅外 光譜(FT-IR)進行分析 Kokubo T, Takadama H. Biomaterials. 2006, 27: 2907

  14. 在陽極處理方面，可在電解液中添加一些增加生物活性的材料，可改善骨整合的時間。在陽極處理方面，可在電解液中添加一些增加生物活性的材料，可改善骨整合的時間。 • 體外試驗只是初步測試，後續可嘗試體內試驗能有更完整的結果。 • 陽極處理後所生成的多孔性氧化層，除了生醫材料方面，可更進一步應用在其他領域，這也是未來可以探討的地方。

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