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1、李 伟,总 论,第 一 章,第一节 概述,地位 发展史 学科教育 分类,重要性 学习要求 发展方向 标准化,一、口腔材料学在口腔医学中的地位,口腔医疗水平是一个国家发达程度的重要标志之一 口腔医学是材料器械设备高度依赖型学科，口腔治疗水平的提高与口腔材料的发展水平高度相关 口腔材料学的发展不仅促进治疗技术提高，还促进治疗技术的革命 口腔材料学的发展方向代表口腔医学的未来,二、口腔材料学的重要性,口腔材料学是口腔基础医学与口腔临床的医学间的桥梁学科，是学习各口腔临床学科的基础 口腔材料学是口腔医学科学研究的重要领域，是口腔医学科学研究的主要对象 口腔材料学是口腔临床医师必须掌握的基础知识，以指导
2、临床治疗工作,三、口腔材料的发展史,古埃及、古罗马和中国古墓中发现石头和象牙制作的修复体 公元前500年（战国时期），开始有用树木皮作牙充填的先例 公元25年，出现用柳枝制作牙刷 公元703年（中国唐），有银膏补牙记载 1578年，李时珍详细记载银膏补牙（欧洲最早使用者为英国人Bell氏，1819年） 1530年，用纸浆、棉麻、皮革做面具，是颌面修复的雏形 1756年，采用蜡做印模和模型，开始出现新的修复方法,1826年，银汞合金全面问世，牙体修复进入划时代时期 1936年，甲基丙烯酸甲酯引进，义齿修复进入新时代 20世纪70年代，复合树脂问世使牙体修复进入新阶段 20世纪80年代，种植材料的
3、成功带来了牙缺失修复的新革命 90年代烤瓷、全瓷和钛金属材料使修复水平迈向更高的台阶,面向21世纪的口腔材料学,智能、纳米、梯度功能、电活性材料的研发将带来突破性发展 口腔组织工程材料的发展对牙再生技术的促进将带来一次新的口腔医学革命。,掌握各类口腔材料的基本性能、用途、特点和使用方法 了解各类口腔材料的物理、机械、化学及生物学性能 了解口腔材料的评价项目、评价方法、和评价指标体系 了解口腔材料学未来的发展方向,四、口腔材料学的学习要求,五、口腔材料学的发展方向,系统科学 交叉综合 简单实用 安全可靠,六、口腔材料的分类,（一）按材料化学性质分类 （二）按组织接触方式分类 （三）按材料应用部位
4、分类 （四）按材料临床用途分类,（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 （牙种植体、骨牙缺损修复体、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
5、料 4. 充填材料 8. 其它：（正畸，牙周，等）,八、口腔材料标准和标准化组织,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,国际牙科联盟 (FDI) 国际标准化组织 (ISO): ISO/TC106-dentistry：84 个 国家的标准化组织组成 中国口腔材料和器械设备标准化技术委员会(TC99) 美国牙科材料标准(ADA) 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) 口腔材料宏观水平研究 口腔材料研究的发展战略
6、与对策（面向未来） 口腔材料的现代概念与生物医学基础（替代与再生） 口腔材料的生物相容性与活性评价（统一认识） 口腔材料的性能检测与标准化（规范化、国际化） 口腔材料与多学科结合（自主创新）,(二) 口腔材料微观水平研究,口腔材料本体相态与组合的设计研究 （多相、复合型组成与结构） 口腔材料界面组成与结构的设计研究 （双向、交叉组成与结构） 口腔材料表面修饰与组装的设计研究 （多层、多功能组成与结构）,口腔梯度功能材料的研究 (组成、结构、密度） 口腔生物电活性及磁性材料的研究 （生物电磁作用） 口腔纳米材料的研究 (小尺寸、大表面积、界面、量子效应),口腔粘接材料的研究 (化学与物理粘接)
7、口腔种植材料的研究 (生物性结合) 口腔功能修复与重建材料的研究 (生物再生) 口腔整形美容材料的研究 (人工与天然修复),（三）口腔材料的研究重点,口腔预防保健材料的研究 (简便与社会化) 口腔组织工程支架材料的研究 (种子细胞再生) 口腔消毒灭菌材料的研究 (环境、器具、人员） 口腔信息材料的研究 （记忆与功能）,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,一、物理性能,(一) 尺寸变化 (二) 线胀系数 (三) 热导率(导热系数) (四) 流电性 (五) 表面张力 (六) 色彩性,（一）尺寸变化 dimensional change,=(L-LO)/ LO
8、 100%,式中： 尺寸变化,LO 原长(mm),L 变化后的长度（mm）,意义: 表示材料制品在化学、物理、机械作用下产生的形变,意义：表示每1度温度变化引起的单位长度的材料在长度上的改变。,线胀系数 linear expansion coefficient,L=dL(LdT),式中： L温度为T时的线胀系数(K),温度为时试样的长度（）,L 物体长度的改变,dT 温度的变化,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,意义：表示每1
9、度温度变化引起的单位体积的材料在体积上的改变。,(二) 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对组织的刺激,（三）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,意义：避免在口腔内存在两种金属修复体相接触，以保护牙髓组织不受损伤,（四）
10、表面张力 surface tension,表面张力：扩张表面单位所需要的力， 单位： 每米牛(N/m) 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：液体与固体表面接触作切线 与固、液界面之间的夹角。, 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,润湿与接触角的关系,意义: 接触角愈小、润湿性愈好、亲水亲组织性愈好,(五) 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）,
11、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,(一) 应力 (五)硬度 (二) 应变 (六)应变-时间曲线 (三) 应力-应变曲线 (七)挠曲强度和挠度 (四) 冲击强度 (八)热应力和裂缝扩展,(一)应力 stress,应力: 指物体内部各点各个方向的力学 状态 = F / S 式中： F：外力（N） S：受力面积（mm2） ：应力（MPa）,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 st
12、ress） 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：指材料在外力作用下形状 变化的量 =L/Lo式中： 应变 L：长度增量（mm） Lo ：指定参考状况下的长度(mm),（三）应力-应变的内容,弹性变形阶段 比例极限 弹性极限（可逆） 塑性变形阶段 屈服强度 极限强度 断裂强度（不可逆） 延伸率 延性和展性 回弹性和韧性 暂时和永久性形变,（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
13、的深度,一般情况下，在口腔内不会出现冲击破坏现象。,(五) 硬度,硬度（hardness）:固体材料本体及表面抵抗弹 性变形、塑性变形或破坏的 能力 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,六、应变-时间曲线,加载后一定时间内产生的应变变化情况， 反映弹性体和粘性体性质。,（七）挠曲强度和挠度,挠曲强度（flexure strength）： 反应材料在持续受力后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,义齿基托材料挠度测试标准(ISO）,挠度是对口腔基托材料特别有要求的性能,（八）热应力和
14、裂缝扩展,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 的修复材料其变化不同）,热,冷,三、化学性能,（一）变色和腐蚀 （二）扩散和吸附 （三）老化 （四）化学性粘接,（一）变色和腐蚀,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 蚀而造成的破坏或变质 （口腔用金属短期内将发生变色和腐蚀）,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,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：当应力和腐蚀
15、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材料的破坏 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,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,（二）扩散和吸附,扩散：物体原子、分子向周围移动的现象 （主要表现为化学性溶解） 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 （主要表现为化学性沉积）,（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下降和破坏的现象
16、在口腔环境中材料均会发生老化，以高分子材料较明显。,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、生物学性能,（一）生物安全性（biological safety） （二）生物有效性（effectiveness ） （三）生物相容性（biocompatibility） （四）生物功能活性（biofunctionability）,（一）生物安全性,生物安全性
17、：材料进入临床应用前具有安全使用的性质,分类,按接触性质分类,按接触时间分类,表面接触材料 外部接入材料 植入材料,短期接触 30d,口腔材料的生物安全性评价,1、体外试验 细胞毒性试验 采用体外组织细胞培养的方法，观察材料对细胞增殖及形态的影响，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,2、体内动物试验,检测材料对机体的全身毒性作用及局部组织反应,3、特殊试验,为口腔临床应用前试验，检测材料对拟使用部位的组织毒性作用,(二) 生物有效性,临床试验：评价材料对疾病治疗有效与否，同时 进一步观察体内对人体安全与否 材料检测：安全性评价，技术标准，动物试验
18、医疗机构：临床试验资质 伦理要求：知情权，保密义务，权益保障 试验方案：全面系统，目的明确（14项内容） 试验报告：全面记录，正反兼顾（10项内容） 全面考察材料对所治疗疾病的有效程度和毒副作用,（三）生物相容性,概念 影响因素 范围 检测方法 表征 评价方法,1、生物相容性概念,指生物体和材料的相互接纳程度，即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。 生物相容性一方面是指材料在生物体内能耐受宿主各系统作用而保持相对稳定，不被排斥和破坏；另一方面指材料尽可能不引起宿主的异源性识别反应，并与宿主组织形成长期的良好结合。 材料-组织界面是生物相容性的关键部位。,2、
19、生物相容性的评价,生物相容性受多种因素的影响，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体外和体内综合性评价，不能仅依靠单项指标。,生物相容性评价的层次,组织水平,细胞水平,分子水平,基因组学,蛋白组学,代谢组学,机体水平,分子水平三层次的评价不仅可以发现材料的微小生物学干扰，还可能揭示干扰的机制和过程,免疫学试验,植入试验,细胞学试验,3、生物相容性评价试验,体外试验揭示材料与组织之间的反应性质，了解材料与组织细胞的反应关系。如细胞学试验，遗传学试验，血液学试验，蛋白吸附试验，分子生物学试验等。 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
20、生物相容性检测。如皮下、骨植入试验，免疫学试验、全身毒性试验等。 简便有效的体外方法有： 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,4、生物相容性的判断,生物体对材料的接纳程度可以通过生物体对材料在不同层次上的反应指标来判断。生物体对材料的反应程度小，说明接纳程度大，生物相容性佳，反之则差。 比如： 组织反应：材料周围的纤维包膜越薄，生物相容性越好；材料周围的炎性细胞越少，生物相容性越好。 细胞反应：对细胞生长，增殖影响越小，生物相容性越好；反之则差。,5、生物相容性的范围,生物相容性的概念范围不仅局限于材料与机体的生物学反应，还指材料与宿主产生相互作用时所涉及的生物物理
21、学、生物化学，生物力学、生物电学等反应系统的影响。 比如： 机械性质：作为骨组织替代材料的生物材料，在材料比重，硬度，弹性模量等方面越接近天然骨越好。 电学性质：材料的电学性质与机体组织尽可能接近，在组织内不能产生原电池效应。,6、生物相容性的影响因素,1、材料自身的类型、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。 2、材料与组织的接触部位、方式、状态与时间以及采用的方法。,（四）生物功能活性,概念 范围 性质,1、生物功能活性概念,生物功能活性是指材料与宿主相互之间发挥最大生理功能活性的总称，又可称为生物活性。,2、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、电学和生物力学相吻合的生物医学范围。,3、生物功能活性性质,特点： 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的性质,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。,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； 具有促进宿主细胞组织再生并恢复其形态与功能的性质。,Thanks！,