1、生物兼容性涂層 生醫材生醫材(biomaterials)生醫資在廣義而言泛指普通與醫療相關的資，如檢查與診斷的器械、手術器械、與人體器官的替代品。Clemson Advisory Board for Biomaterials “Definition of the word biomaterial, The 6th Annal Intermalionel BiomaterialSymposium, April 20-24, 1974.血糖計-愛奧樂醫療器材人工牙根-光宏科技股份人工髖關節-結合骨材血糖計血糖計人工髖關節人工髖關節人工牙根人工牙根生物兼容性生物兼容性(biocompatible)生

2、物兼容性在許多文獻中并沒有很明確的定義，在1987 ，Williams 曾解釋過(Biocompatibility is the ability of a biomaterials to perform with an appropriate host response in a specific application)普通泛指，當生醫資植入生物體中，不會產生毒性反響與嚴重的發炎，且能使周圍組織正常生長，被植入的生物體也能存活，此資就具有一定程度的生物兼容性。蘇建榮 針對不同外表處置之鈦合金骨螺絲作生物親和性的評價勝利大學醫學工程所,2002.6氧化鈦氧化鎳Al2O3 陶瓷Carbon Bi

3、ological qualityMechanical qualityBioadhesiveAdhesion osteogenesisBioinertContact osteogenesisPMMA Implant-grade steelBiotolerantDistance osteogenesis玻璃陶瓷HA 陶瓷TCP 陶瓷BioactiveExchange osteogenesis生物兼容性與生醫資性質比較生物兼容性與生醫資性質比較想的生醫植體必備條件想的生醫植體必備條件生物學生物學力學力學其他條件其他條件好的耐蝕性且不含毒性特殊的潤性及耐磨性足夠的強度及耐疲和組織有好的兼容性彈性系盡可

4、能與骨骼接近制造加工及價格等不會導致血液異常凝固與致癌不引起不正常的代謝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.生醫材之分生醫材之

5、分材材機械性質機械性質代表性材代表性材金屬材高強度、韌性316L不銹鋼、鈦及鈦合金等陶瓷材高強度、低破壞韌性氧化鋁、HA、生醫玻璃高分子材低強度、磨耗性較差PMMA復合材磨耗性佳、低彈性模數 金屬披覆HA鈦金屬其優點與應用鈦金屬其優點與應用u質輕與高強度 u彈性極佳 u低溫韌性高 u低熱傳導，升溫快 u人體親和性 u抗過敏性 u絕佳的抗腐蝕特性 運動器材儲氫生醫器材石化工業造船工業航太工業國防工業汽車工業建築鈦金屬鈦金屬鈦金屬表面處方法鈦金屬表面處方法鈦金屬表面處方法機械方法化學方法物方法切削磨削拋光噴砂激光蝕刻陽極氧 化 溶膠|凝 膠 化學處 化學氣相沉 積 生物化學改 質 離子注入與沉 積

6、 物氣相沉 積 熱噴 塗 鈦金屬的陽極處鈦金屬的陽極處鈦的化學活性強，置于大氣下易與氧結合構成層氧化鈦薄膜，其薄膜具有好的機械性質，并可以防止鈦繼續被氧化，但因自然生成之氧化鈦層構造松散且不均勻，故以人工方式在鈦外表生成致密且均勻的氧化鈦層做進一步之運用，使其外表產生適當氧化鈦層并加以染色，以添加其美觀、耐蝕、機械強度等，其處置方法通稱之為陽極處置(Anodizing)?？沦t文,“腐蝕及其防制(全華科技圖書股份,1995)展新興業股份 在鈦氧化鈦的界面反響為 ：TiTi2+2e-在氧化鈦-電解液的界面反響為 ：2H2O2O2-+4H+ 2H2OO2+4H+4e-氧化反響中，氧化層不斷增厚，其二

7、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，電壓超越氧化層的耐電壓，會有大量氣體出現，甚至出現火花，被稱為微弧氧化(MAO)，外表會構成多孔的二氧化鈦(anatase 和Rutilus )。在文獻中指出經微弧氧化后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) 10

8、031010鈦金屬陽極處優勢鈦金屬陽極處優勢 添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協作用。 和基質成分交互作用后影響成骨細胞的附著及攀爬。 促進細胞的附著分子(attachment molecules)。 添加血液凝塊(blood clots)固持(retention)在植體外表的能力。 可促進成骨細胞活性(activity)的添加。 粗糙度外表會影響細胞附著及其構形，進而影響細胞為的表現。 Branemark R, Thesis, Goteborg Sweden: Goteborg University, 1996Pillar RM, Proceedings of an In

9、ternational Congress, Brussels. May. Excerpta Medica. Amsterdam., 60, 1985Pillar RM, Deporter DA, Watson PA and Valiquettl N, J of Biomedical materials Research., 25: 467., 1991Wennerberg A, Alberktsson T and Andersson B, Int. J Oral Maxillofac Implants., 11: 38., 1996實驗流程圖實驗流程圖Ti研磨及拋光研磨及拋光陽極處置陽極處置分

10、析分析外表形貌外表形貌晶格型態晶格型態生物兼容性測試生物兼容性測試電解液：硫酸，磷酸電解液：硫酸，磷酸處里時間：處里時間：120sSEMXRDSBF測試測試400nm400nm400nm電解液為硫酸在不同陽極處置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。低電壓低電壓高電壓高電壓評估生物兼容性的方法評估生物兼容性的方法評價生醫材之生物兼容性的方法有很多種，普通主要分為 體外(in vitro)和體內(in vivo)方面。體外(in vitro) ：在試管及培育皿中進，利用組織或器官的培育，測試材的毒性與對于細胞所產生的免疫景象的種種影響。體內(in vivo) ：將材直接植入

11、動物體內，可以經由組織切片處察看部分或整個系統的反響。D.F. Williams and R. Roaf, Implants in Surgery. W.B. SaundersCompany, London. 1973:149-64蘇建榮,針對不同外表處置之鈦合金骨螺絲作生物親和性的評價 國立勝利大學 醫學工程所, 2002,6體外試驗體外試驗體內試驗體內試驗快速獲得結果對毒性材敏感可做毒素定量分析可直接紀錄活細胞的反應無法長期評估實驗重復性差實驗變數多用于復雜的組織反應體外試驗體外試驗本實驗著重于體外實驗，將處置完的鈦金屬試片置放于模擬體液中數天，察看磷灰石于試片的附著情形。在體外實驗中首重

12、于仿真體液的配置，仿真體液主要為模擬人體中的環境與人體中細胞的附著情形如：Ringer 溶液、Hank 溶液、Fusayama 溶液、Jenkins 溶液體液離子濃度/(mmol/L)Na+ K+Mg2+Ca2+Cl-HCO3-HPO24-HO24 -人體血漿原始的SBF改進的SBF(cSBF)再改進的SBF(rSBF)最新改進的SBF(nSBF)142.0142.0142.0142.0142.05.05.05.05.05.01.51.51.51.51.52.52.52.52.52.5103.0148.8147.8103.0103.027.04.24.227.04.21.01.01.01.01

13、.00.500.50.50.5各種模擬體液和血漿的離子組成王曉東,彭曉峰,陸建鋒,王訃宣. 運用根底與工程學報, 2003,11 (2): 174Kokubo T, Takadama H. Biomaterials. 2006, 27: 2907體外試驗之模擬體液浸泡體外試驗之模擬體液浸泡用來配制仿真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 (KHPO43HO)六水合氯化鎂 (MgCl26HO)氯化鈣 (CaCl)硫酸鈉 (NaSO)三羥基氨基甲烷 (HOCH)CNH1mol/L的鹽酸 (1mol/L HCl)pH規范溶液(用以標定溶液

14、的pH值)次次號號試劑試劑添加量添加量純度純度/%/%12345678910NaClNaHCOKClKHPO43HO MgCl26HO1mol/L HClCaClNaSOTris1mol/L HCl8.035g0.355g0.255g0.231g0.311g39mL0.292g0.072g6.118g05mL99.599.599.599.098.0-95.099.099.0-Kokubo T, Takadama H. Biomaterials. 2006, 27: 2907模擬體液浸泡實驗模擬體液浸泡實驗 并將瓶置于恒溫培育箱并將瓶置于恒溫培育箱,溫度堅持在溫度堅持在36.5 模擬體液的體積通常是樣品暴露體稱的模擬體液的體積通常是樣