口腔材料学总论讲义.ppt

口腔材料学,安徽医科大学口腔医学院口腔修复学教研室,第一节 概述,地位发展史学科教育分类,重要性内容要求发展方向标准化,口腔生物材料学的知识体系,口腔生物材料学,医用生物材料学,生物材料学,临床医学,材料学,物理学,化学,工程技术,生物医学,口腔医学,口 腔 理 工 学,五 口腔材料学学科教育,口腔医学专科口腔医学本科（五、七年制）研究生（硕士、博士）博士后,七 口腔材料的分类,（一）按材料性质分类（二）按材料与口腔组织 的接 触方式分类（三）按材料的应用部位分类（四）按材料用途分类,（一）按材料性质分类 1.有机高分子材料 2.无机非金属材料 3.金属材料,（二）按材料的应用部位分类,1.非植入人体的材料（义齿修复体、粘接体等）2.植入人体的材料（骨牙缺损修复体、牙体、根管充填体等）,（三）按材料与口腔组织的接触方式分类1.直接、长期与口腔组织接触的材料（义齿基托和冠桥修复材料等)2.直接、暂时与口腔组织接触的材料(印模和蜡型材料等）3.间接与口腔组织接触的材料（模型和包埋材料等）,（四）按材料用途分类 1.印模材料 5.粘接材料 2.模型材料 6.种植材料 3.义齿材料 7.齿科预防保健材料 4.充填材料 8.其他,八 口腔材料的标准和标准化组织,材料标准评价特定的口腔材料性能的技术文件,材料生产,材料标准,临床应用,口腔材料的标准化组织,1 国际牙科联盟(FDI)2 国际标准化组织(ISO):ISO/TC106-dentistry：84 个 国家的标准化组织组成,3 中国口腔材料和器械设备标准化技术委员会(TC99),4 美国牙科材料标准(ADA),5 其他国家：英国(BSI)、法国(NF)、日本(JIS)、,德 国(DIN)、澳大利亚(SSA)、北欧(NIOM)等,九 关于口腔材料的研究问题(一)宏观研究口腔材料的研究发展战略与对策口腔材料的现代概念与生物医学基础口腔材料的生物相容性与活性评价口腔材料的性能检测与标准化口腔材料及制品的开发与产业化,(二)总体设计研究,口腔材料本体相态与组合的设计研究口腔材料界面组成与结构的设计研究口腔材料表面修饰与组装的设计研究,(三)综合性研究,口腔梯度功能材料的研究口腔生物电活性及磁性材料的研究口腔纳米材料的研究口腔粘接材料的研究口腔种植材料的研究口腔功能修复与重建材料的研究,口腔整形美容材料的研究口腔预防保健材料的研究口腔组织工程支架材料的研究口腔消毒灭菌材料的研究口腔智能材料的研究,(四)具体应用研究,口腔防龋材料的研究口腔脱敏材料的研究口腔银汞合金及复合材料的研究口腔充填复合树脂修复材料的研究口腔玻璃离子体水门汀的研究,口腔根管充填材料的研究口腔牙周治疗与修复材料的研究口腔印模材料的研究口腔模型材料的研究口腔义齿基托材料的研究,口腔烤瓷冠桥修复材料的研究口腔陶瓷全冠修复材料的研究口腔铸造合金修复材料的研究口腔铸造陶瓷修复材料的研究口腔铸造包埋材料的研究,口腔种植牙修复材料的研究口腔骨缺损修复材料的研究口腔赝复材料的研究口腔骨固定材料的研究口腔正畸矫治材料及附件的研究口腔保健材料的研究,第二节材料的性能,一 物理性能二 机械性能三 化学性能四 生物性能,人牙及常用口腔材料的线胀系数(10-6k-1),体胀系数 cubic expansion coefficient,VdV(VdT),式中：V 温度为T时的体胀系数(K-1),V 温度为T时式样的体积（mm3）,dV 物体体积的改变,dT 温度的变化,(三)热导率thermal conductivity,=面积热流量/温度梯度,式中:热导率 单位：瓦(特)每米开(尔文)，W/(mK),面积热流量=热流量/面积，瓦(特)每平方米，W/m-2,热流量：单位时间内通过一个面的热量，瓦(特)，W意义：增加温度感觉和避免刺激,（四）流电性 galvanism,在口腔环境中存在异种金属修复体相接触时，由于不同金属之间的电位不同，将会出现电位差，导致微电流产生。,-Zn,Cu+,H2SO4,原电池工作原理示意图,金冠和铝冠伽尼电流产生示意图,唾液,铝冠,金冠,（五）表面张力 surface force,表面张力（表面能）：扩张表面单位所需要的力 单位：每米牛(N/m)）（J.m-2)润 湿 性：液体在固体表面扩散的趋势，为液体 对固体的润湿性，用接触角（）表 示其大小。接 触 角：液体与气体表面接触作切线与固、液 界面之间的夹角。,三种表面张力与接触角的关系：rSV=rSL+rLVcos式中：rSV 固-气的表面张力 rSL 固-液的表面张力 rLV 液-气的表面张力 液体在固体表面 的接触角,rSV,rSV,rSL,rSL,rLV,rLV,液相,液相,固相,固相,0 固体被液体完全润湿 90 液体的润湿性良好 90 液体的润湿性差 180 液体完全不润湿,(六)色彩性,色彩的三个特性：色调hue：指颜色的名称 彩度chroma(饱和度):指颜色的纯度 明度value(明亮度):物体对光的 反射性,（非彩色只有明度的区别）,几种常用的描述颜色方法(1)肉眼观察(2)色卡、色片、比色板比色(3)光谱、光电测定(4)CIE标准色度系测定,二 机械性能（材料力学的相关概念）,(一)应力(五)硬度(二)应变(六)粘弹性(三)材料的基本变形(七)应力集中、裂隙扩展、热应力(四)冲击强度(八)疲劳,(一)应力 stress,内力:在外力作用下，物体内部各质点之间相互作用力的改变量。应力：单位面积所受的内力=F/S 式中：F：外力（N）S：受力面积（mm2）：应力（MPa）,F,F y,F x,正应力,剪应力,构件,应力的形式：,拉应力：(tensile stress)外力为拉力压应力：(compressive stress)外力为压力切应力：(shear stress）外力为剪切力（旋转应力、综合应力）,F,F,F,F,F,F,(二)应变 strain,应变：描述材料在外力作用下形状 变化的量线应变：=L/Lo：应变 L：长度增量 Lo：指定参考状况 下的长度(mm),角应变：,（三）、材料的基本变形,拉伸和压缩剪切弯曲扭转,1.拉伸和压缩,直杆两端有一对作用线与杆轴重合，大小相等，方向相反的力,压缩,拉伸,应力-应变曲线 stress-strain curves,P 正比例极限 E 弹性极限 Y上屈服点 Y下屈服点 A 极限强度 C 断裂强度,几个应变点及相应的应力含义,比例极限：P点所对应的应力值(P)，意义是当材料 应力不超过P时,其应力与应变呈线性变化,弹性极限：E点所对应的应力值，是材料不发生永久形变所能承受的最大应力，去除应力后，材料的形变可以恢复（弹性阶段）。,弹性模量 是量度材料刚性的量，即弹性 状态下应力与应变的比值。,屈服强度:Y点所对应的应力值(Y)，从Y点开始材料表现出塑性，卸载后应变不能恢复（永久形变）在YY阶段，应力虽然保持不变，应变仍在增加,4.极限强度：在材料断裂过程中产生的最大应力值（A），是材料在被破坏前所能承受的最大应力,断裂强度：材料在持续应力的作用下直至断裂时的强度，即曲线的C点,6.延伸率：材料在拉力作用下，所能经受的最 大拉应变 S=（AE）100%式中：s 延伸率，A 极限强度时的 应变值，E 弹性极限的应变值。意义：延伸率是材料延性和展性的标志 延伸率5%:脆性材料(如陶瓷)压应力拉应力 延伸率5%:延展性材料(如金合金),7.回弹性和韧性：回弹性表明使材料出现永久应变单位体积所需要的能量，由应力应变曲线弹性区的面积表示 韧性是材料抵抗开裂的能力，即防止裂缝穿过材料的断面转移或传播从而引起破坏的能力，韧性表明使材料断裂单位体积所需的能量，由应力应变曲线弹性区及塑性区的面积表示,回弹性相同的材料，屈服强度可以不同，韧性也可不同,2.剪切,杆在垂直于杆轴方向的横向力的作用下，杆的两相邻横截面将发生相对的错动，这种变形称为剪切变形。,P,P,剪切应力：剪切强度：剪切变形的特点：形状歪斜,3.弯曲,直杆受垂直于轴向的外力或力偶矩矢垂直于轴线的力偶的作用，使杆的任意两截面围绕垂直于杆轴线的的轴做相对的转动，同时轴线弯成曲线。梁,0,0,剪切力：弯矩;弯曲正应力：,挠曲强度和挠度,挠曲强度（flexure/bending strength）：反应材料在持续受力后弯曲直至断裂时的 强度 挠度（deflection）：物体承受其比例极限内的应力反复作用所 发生的疲劳性弯曲形变 韧性指标：基托,4.扭转,当杆件两横截面上，作用着一对大小相等，方向相反的力偶时，杆件发生扭转；受到扭转后，杆件的两横截面会发生围绕杆件的轴线的相对转动,0,大,扭矩：（外力偶：功率、转速）扭转的应力：一般为剪应力,（四）冲击强度,冲击强度（impact strength）：指材料 抵抗冲击破坏的能力 K=Eb/B(w-a)式中:K 冲击强度 Eb 断裂过程吸收的能量 B 式样的宽度 w 式样的厚度 a 式样缺口的深度 考察材料的脆性和韧性,(五)硬度,硬度（hardness）:固体材料抵抗弹性变形、塑性变形或破坏的能力（局部）布氏硬度 静负荷试验 洛氏硬度 魏氏硬度 努普硬度 动负荷试验 肖氏硬度,负荷,弹性变形阶段,塑性变形阶段,比例极限弹性极限,屈服强度极限强度断裂强度,回弹性,韧性,刚性韧性,弹性模量,挠曲强度挠度冲击强度,（六）、粘弹性（粘弹性体）,弹性体粘性体粘弹体 许多生物流体和固体组织器官,1.应力松弛,试件在固定温度下受力，应变保持不变的情况下，而应力随时间的延长而降低，这种现象称为应力松弛,t,弹性体,部分松弛,完全松弛,G,2.弹性滞后,应力应变曲线在应力增加时的上升曲线与应力下降时的下降曲线（恢复曲线）不重合，在恢复阶段虽应力同上升阶段相同，但其应变大于上升阶段,3.蠕变,物体在定应力的作用下，应变随时间不断增加的现象,t,弹性应变,粘性应变,延迟应变,（七）应力集中、裂隙扩展、热应力,应力集中：在材料截面处，有应力骤然增大的现象。常发生在材料的孔、裂纹、螺纹等处。当应力集中到一定程度可产生裂纹而破坏裂纹扩展,无裂缝应力分布示意图,有裂缝应力分布示意图,热应力 温度变化产生的应力形成 裂纹 及扩展（口腔环境的温度变化 不同质的修复材料）,热,冷,（八）疲劳,疲劳是材料在循环应力的作用下发生的破坏疲劳强度：发生部位：应力集中或强度较低部位（缺陷处）发生过程：裂纹的产生和扩展,三 化学性能,（一）腐蚀和变色（二）扩散和吸附（三）老化（四）化学性粘接,（一）腐蚀和变色,变色 腐蚀开始发生的阶段，修复体表面 变色或失去光泽腐蚀 材料由于周围环境的生物和化学侵 四 蚀而造成的破坏或变质,均匀腐蚀：,局部腐蚀：腐蚀只发生在材 料表面,腐蚀的形态,腐蚀的类型,湿 腐 蚀：有水存在,干 腐 蚀：无水存在,物质受外界生物化学作用，迅速 产生全面腐蚀,局部腐蚀的类型孔蚀：表面小孔状局部腐蚀缝隙腐蚀：发生在材料的缝隙内，隙缝内外离子或气体浓度差别造成晶间腐蚀：发生于金属晶粒边界附近，金属热处理或冷加工不当造成,磨损腐蚀：金属表面同时受流体的磨损和腐蚀作用引起的破坏应力腐蚀：当拉应力和腐蚀介质同时存在时发生疲劳腐蚀:周期应力与腐蚀的共同作用引起金属的破裂选择性腐蚀：成分和结构不一的材料，一部分元素被腐蚀浸出，只剩其余组分构成海绵状物质,（二）扩散和吸附,扩散：物体原子、分子向周围移动的现象吸附：离子、原子或分子之间，借助于静 电力或分子间的范德华力所产生的 吸着现象,（三）老化,老化：材料在加工、储存和使用过程中物 理、化学性质和机械性能变坏现象,老化原因,外因,内因,物理、化学、生物,机械加工成型,材料的组成和结构,（四）化学性粘接,粘接：两个固体借助于两者界面间力的作 用而产生结合的现象，包括物理、机械和化学性结合化学性粘接：粘接剂表面的原子或离子与 被粘体表面的原子或离子间的结合，一般以共价键或离子键形式存在,四 生物性能,（一）生物安全性（biological safety）（二）生物相容性（biocompatibility）（三）生物功能活性（biofunctionability）,(一)生物安全性,生物安全性：材料进入临床应用前具有安全使用 的性质 表面接触器械 按接触性质分类 外部接入器械 植入器械 短期接触：24h 按接触时间分类 长期接触：24h30d 持久接触：30d,分类,口腔材料生物学评价试验,根据材料的用途、与材料可能接触的组织和接 触时间来考虑选择试验，分为三组 第一组：体外细胞毒性试验 采用体外组织细胞培养的方法，观察材料对细胞生长繁殖及形态的影响，评价材料的体外细 胞毒性。方法：铬释放法，分子过滤法，琼酯覆盖法等，简便快速灵敏,第二组,检测材料对机体的全身毒性作用及局部组织反应,第三组,为临床应用前试验，检测材料对拟使用部位的组织毒性作用,(二)生物相容性,概念 影响因素 范围 检测方法表征 评价方法,生物相容性概念,是指材料在宿主的特定环境和部位，与宿主直接或间接接触时所产生相互反应的能力。是材料在生物体内处于静动态变化过程中，能耐受宿主各系统作用而保持相对稳定，不被排斥和破坏的生物学性质。又称为生物适应性和生物可接受性。,生物相容性的范围,系指材料与宿主产生相互作用所涉及的生物理化学、生物力学、生物电学三个反应系统的生物医学范围。,生物相容性的表征,系指材料与宿主直接或间接接触时涉及组织接受与定向结合、应力传递与分布、生物电作用与反应相吻合的一系列生物学行为。,生物相容性的影响因素,涉及材料的类型、形状、成分结构及其表面特性，材料的化学、物理机械和电性能；另外，材料与组织的接触部位、方式、状态与时间以及采用的方法等各种因素均可影响材料的生物相容性。,生物相容性的检测方法,通过体外试验揭示材料与组织之间的反应性质，了解材料与组织的反应关系；体内试验是为了进一步对材料处于动态时的生物学行为进行生物相容性检测。PH值检测法 氨基检测法 蛋白吸附检测法 体外骨细胞培养检测法,生物相容性的评价,评价材料生物相容性应从微观至宏观、从局部至整体、从静态至动态等反应过程的规律和结果进行综合性评价。体外评价 体内评价,（三）生物功能活性,概念范围性质,生物功能活性概念,生物功能活性（biofunctionability）是指材料与宿主间发挥最大生理功能活性的总称，又可称为生物活性。,生物功能活性范围,材料与宿主接触部位组织的梯度功能组成与结构、生物物理化学、电学生物力学相吻合的生物医学范围,生物功能活性性质,材料与宿主的细胞与组织的相互作用过程中，能准确识别、传递和交换物质和能量，从而产生重组，并能与宿主正常的新陈代谢和生长发育过程相适应；在机体各种静力和动力的作用下不断促进组织修复，保持长期稳定并发挥最大的生物功能作用的性质。,（四）生命性,生命性系指材料融入宿主生命的永久过程，成为宿主的一部分能承担宿主的生理功能的生物学性质。这一性质是生物材料达到的最高理想境界，也是未来研究的目标。,