第一篇:生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)導(dǎo)論綜述
生物醫(yī)學(xué)材料綜述
【摘要】:生物醫(yī)學(xué)材料是一類(lèi)具有特殊性能、特殊功能,用于人工器官、外科修復(fù)、理療康復(fù)、診斷、治療疾患,并且對(duì)人體組織不會(huì)產(chǎn)生不良影響的材料?,F(xiàn)在各種合成和天然高分子材料、金屬和合金材料、陶瓷和碳素材料以及各種復(fù)合材料,制成的產(chǎn)品已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于臨床和科研。
【關(guān)鍵詞】:生物,醫(yī)學(xué),材料,醫(yī)療器械,創(chuàng)傷,組織,植入
前言:材料科學(xué)與物理、化學(xué)、生物學(xué)及臨床科學(xué)越來(lái)越緊密的結(jié)合產(chǎn)生了一個(gè)新興的產(chǎn)業(yè)——-生物醫(yī)學(xué)材料產(chǎn)業(yè)。生物醫(yī)學(xué)材料已經(jīng)成為生物醫(yī)學(xué)工程的四大支柱產(chǎn)業(yè)之一,它為醫(yī)學(xué)、藥物學(xué)及生物學(xué)等學(xué)科的發(fā)展提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ),作為材料學(xué)的一個(gè)重要分支,它對(duì)于促進(jìn)人類(lèi)文明的發(fā)展必將做出更大的貢獻(xiàn)。
隨著材料工業(yè)的發(fā)展和人工器官的廣泛應(yīng)用,生物醫(yī)學(xué)材料這門(mén)新興交叉學(xué)科已經(jīng)成為新技術(shù)革命的一個(gè)重要組成部分。經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)成形了新型的生物材料工業(yè)體系,目前比較有代表性的生物材料產(chǎn)品包括:
1、用于人工器官及待用品制造的膨體聚四氟乙烯、低溫各向同性碳、表面修飾語(yǔ)交聯(lián)的血紅蛋白、碳化硅酯和高分子質(zhì)量聚乙烯等。
2、用于人工關(guān)節(jié)及骨代替的高分子質(zhì)量高密度聚乙烯、氧化鋯陶瓷、甲基丙烯酸甲酯語(yǔ)苯乙烯共聚物等。
3、用于人工膜替換的甲基丙烯酸酯等。
4、用于應(yīng)用黏合劑的亞甲基丙二酸酯、GRF膠,蛋白膠等。
正文:我國(guó)生物材料的應(yīng)用和開(kāi)發(fā)研究起步比較晚,但是隨著政府的重視和投入的不斷增加,取得一批較高水平的研究和科研成果,如生物活性骨、關(guān)節(jié)系統(tǒng)替換材料、人工心臟瓣膜等心血管替換材料以及眼科手術(shù)用高分子復(fù)合材料等。
生物材料產(chǎn)業(yè)作為新興的產(chǎn)業(yè)具有極大的發(fā)展前景,到21世紀(jì)初一直保持著較高的增長(zhǎng)速度,其中蘊(yùn)藏著巨大的經(jīng)濟(jì)利益和社會(huì)利益。我國(guó)生物材料產(chǎn)業(yè)不僅受?chē)?guó)內(nèi)的條件制約,同時(shí)也面臨著國(guó)外企業(yè)的激烈競(jìng)爭(zhēng),加入WTO后我國(guó)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)將會(huì)面臨更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
作為體內(nèi)移入物的材料, 不僅要在生物條件下物理機(jī)械性能長(zhǎng)期穩(wěn)定, 而且要對(duì)人體的組織、血液、免疫等系統(tǒng)不產(chǎn)生不良影響:
一、生物相容性:生物相容性是生物醫(yī)學(xué)材料特定應(yīng)用中伴隨著適應(yīng)宿主反應(yīng)發(fā)揮有效作用的能力。生物醫(yī)學(xué)材料和生物系統(tǒng)接觸后,一方面材料要受生理環(huán)境的作用,引起可能導(dǎo)致其降解和性質(zhì)蛻變的材料反應(yīng),另一方面材料也將對(duì)周?chē)M織和整個(gè)機(jī)體發(fā)生作用,引起諸如炎癥、局部或全身毒性等宿主反應(yīng)。所以要求:沒(méi)有毒性和過(guò)敏反應(yīng),具有化學(xué)穩(wěn)定性;具有良好的耐蝕性;沒(méi)有致癌性和抗原性;不會(huì)引起血液凝固和溶血;不會(huì)引起異常的新陳代謝;不會(huì)在生物體內(nèi)變質(zhì),產(chǎn)生吸收物和在生物體內(nèi)變質(zhì)等]。
應(yīng)該注意的是,在某種應(yīng)用條件下是生物相容的材料在另一種條件下則不一定是生物相容的。直接接觸血液,主要考查與血液互相作用的生物相容性,稱(chēng)血液相容性;直接與肌肉、骨骼、皮膚等組織接觸并互相作用的生物相容性,稱(chēng)一般生物相容性。
二、力學(xué)性能:一些生物醫(yī)學(xué)材料的最終使用是制成生物體內(nèi)可接受的器官和器件,由此,這樣的生物醫(yī)學(xué)材料必須與生物結(jié)構(gòu)(包括器官)的力學(xué)性能相容。為此,生物醫(yī)學(xué)材料應(yīng)具備有適當(dāng)?shù)牧W(xué)性能:有一定的靜載強(qiáng)度(包括抗拉、壓縮、彎曲和剪切強(qiáng)度);有適當(dāng)?shù)膹椥阅A亢陀捕?;有良好的耐磨性;(其中摩擦磨損是人工關(guān)節(jié)材料的關(guān)鍵)有耐腐蝕和耐腐蝕疲勞性;具有良好的潤(rùn)滑性等)。力學(xué)的相容性并不是要求力學(xué)性能一定要高,而是取決于它所受的應(yīng)力大小,要和相應(yīng)的被置換的組織相匹配。
三、和組織的結(jié)合性:這種結(jié)合可以是組織長(zhǎng)入不平整的植入表面而形成的機(jī)械嵌聯(lián)。也可以是植入材料和生理環(huán)境間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而形成的化學(xué)鍵結(jié)合。
四、耐生物老化性能:材料在活體內(nèi)要有較好的化學(xué)穩(wěn)定性, 能夠長(zhǎng)期使用,即在發(fā)揮其醫(yī)療功能的同時(shí)要耐生物腐蝕、耐生物老化。
事實(shí)上,正是由于高分子科學(xué)的發(fā)展才確立了生物醫(yī)學(xué)材料的學(xué)科地位。醫(yī)用高分子材料,包括合成和天然高分子,品種達(dá)100多種,已被廣泛應(yīng)用于各種韌帶、肌腱、皮膚、血管、角膜、骨和牙以及各種人工器官臟器的修復(fù)和制造。醫(yī)用高分子材料所包括的范圍雖然較繁雜,但大致上可歸納為5個(gè)方面:即軟組織替換材料、硬組織替換材料、生物降解材料、組織工程材料(又稱(chēng)雜化生物材料、生物化材料或第三代生物醫(yī)學(xué)材料)、藥物傳遞系統(tǒng)、粘接劑和高分子藥物等。根據(jù)材料的性質(zhì)分為生物降解和非生物降解材料兩大類(lèi)。所謂降解型高分子材料是指材料在植入體內(nèi)后,可在生物環(huán)境作用下發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞和性能蛻變,最終通過(guò)體內(nèi)新陳代謝分解而排出體外,如膠原、纖維素、聚氨基酸、殼聚糖及某些聚酯材料等;非降解型高分子材料則相反,可作長(zhǎng)期植入之用,如常見(jiàn)的聚乙烯、聚丙烯、硅橡膠、聚砜、聚丙烯酸酯(有機(jī)玻璃)等。生物復(fù)合材料是上述三種材料任意兩種以上復(fù)合而成的。生物醫(yī)學(xué)材料的研究仍屬于仿生學(xué)范疇。從材料科學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看,幾乎所有的生物體組織和器官,都是由兩種或兩種以上材料復(fù)合而成。
相比非常先進(jìn)的DNA重組技術(shù)、蒸汽的電池技術(shù)和生物化學(xué),帶來(lái)了眾多的生物制劑來(lái)治療應(yīng)用在最后的幾十年,進(jìn)步的交付技術(shù)這些生物制劑是遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后。例如,數(shù)以百計(jì)的治療性蛋白可以被生產(chǎn)的重組技術(shù),而他們的政府仍然依靠頻繁的注入。改善病人的依從性來(lái)這式療法,緩釋注射、口服、吸入交貨已經(jīng)吸引了廣泛的研究工作從1970年代,沒(méi)有人曾經(jīng)成功了。同樣對(duì)于亞單位疫苗或microencapsules功能細(xì)胞開(kāi)發(fā)輔助系統(tǒng),增強(qiáng)免疫反應(yīng),或細(xì)胞內(nèi)途徑調(diào)節(jié)國(guó)際米蘭,或細(xì)胞膠囊免費(fèi)的成纖維細(xì)胞在表面還面臨著一系列難以克服的困難,滿意解決方案還可用盡管長(zhǎng)期的研究。事實(shí)上,成功取得了非常有限的交貨的生物治療建議設(shè)計(jì)、裝配或合成新材料系統(tǒng)的鑰匙交付的新技術(shù)生物療法,組裝和它如何被用來(lái)實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破在持續(xù)釋放的蛋白質(zhì)藥物從可降解聚合物微球,一個(gè)長(zhǎng)期存在的挑戰(zhàn),幾十年來(lái)一直困擾著科學(xué)家。
【參考文獻(xiàn)】:
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孟慶嗯 高振英
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第二篇:常用生物醫(yī)學(xué)材料
常用生物醫(yī)學(xué)材料
南華大學(xué)
電氣學(xué)院
20104320135
李闖
摘要: 醫(yī)用硅橡膠(silicone rubber)是美容外科中應(yīng)用較廣的生物材料(組織代用品).它是高分子有機(jī)化合物聚硅酮的一種橡膠樣固體形態(tài),又稱(chēng)二甲基硅氧烷。隨著生物醫(yī)學(xué)和材料的發(fā)展,各種人工制備的生物材料植入骨內(nèi)替代骨移植,臨床應(yīng)用效果好.這些人工合成或提取的植入材料生物相容性好,對(duì)骨形成具有明顯的誘導(dǎo)作用,被泛稱(chēng)為人工骨(artificial bone)。人工骨與醫(yī)用硅橡膠同為如今最常用的兩類(lèi)生物醫(yī)學(xué)材料。
關(guān)鍵字:人工骨,植入,移植,相容性,人工制備,醫(yī)用硅橡膠,美容,整容
一:醫(yī)用硅橡膠
1·生物相容性:由于其結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)性,分子主鏈呈螺旋狀,使硅氧單鍵的極性相互抵消,且側(cè)鏈的R一般都是低極性或非極性基團(tuán),所以整個(gè)大分子極性很低,使硅橡膠表現(xiàn)出疏水性、耐氧化以及抗老化性。
此外,主鏈中Si2O鍵和側(cè)鏈中的C2Si鍵的極性都近似于離子鍵,在正常使用溫度(250°C以下)不發(fā)生裂解、氧化等反應(yīng),故又具有優(yōu)異的耐熱性,可用作醫(yī)療器械、人造臟器和藥物緩釋體系,對(duì)人體有良好的生物相容性。2·生物功能性:是指生物材料具有在其植入位置上行使功能所要求的物理和化學(xué)性質(zhì):(1)可檢查、診斷疾病;(2)可輔助治療疾病;(3)可滿足臟器對(duì)維持或延長(zhǎng)生命功能的性能要求;(4)可改變藥物吸收途徑,控制藥物釋放速度,滿足疾病治療要求。
3、無(wú)毒性
4、耐生物老化
5、物理和力學(xué)穩(wěn)定性
6、易加工成型,材料易得,價(jià)格適當(dāng),便于消毒滅菌
7、在生產(chǎn)、加工過(guò)程中防止引入對(duì)人體有害的物質(zhì)
應(yīng)用
1·作為人造器官
硅橡膠模擬制品可長(zhǎng)期埋置于人體內(nèi),作為人體內(nèi)某個(gè)部分不可缺少的元件。包括腦人工肺、視網(wǎng)膜植入物、人工腦膜、人工手指、手掌關(guān)節(jié)、人造鼓膜、人工心臟瓣膜附件、人工肌腱以及用于消化系統(tǒng)和腹外科制品的各種導(dǎo)管等。
2·在整容和修復(fù)方面的應(yīng)用(1)人工顱骨的修復(fù):(2)尼龍、聚酯纖維等增強(qiáng)后作人造皮膚;(3)提高視力的隱性眼鏡;(4))修補(bǔ)前額、鼻、勃頸等;(5)治療外耳的缺損;
(6)現(xiàn)在爭(zhēng)議一直很大的人工乳房
3·在醫(yī)療器械上的應(yīng)用
硅橡膠可作為導(dǎo)管短期置入人體的某個(gè)部位,作為搶救和治療的重要輔助材料和手段,如為肝功能不全、燒傷等病人進(jìn)行補(bǔ)液用的靜插管, 還可用于胎兒吸引器的吸頭,醫(yī)用電極板基質(zhì),生物傳感器的包裝材料等 4·在藥物緩釋體系的應(yīng)用
硅橡膠可作為藥物緩釋體系的載體,如包封藥物膠囊,包封的藥物包括抗生素,鎮(zhèn)靜劑,安眠藥,抗癌藥,麻醉劑等.硅橡膠還可作為消泡劑治療某些疾病,如用于搶救急性肺水腫,可迅速疏通呼吸道,改善缺氧狀況,減少或避免因泡沫阻塞氣流通過(guò)而窒息的死亡。
醫(yī)用硅橡膠的副作用:
(1)由于其分子結(jié)構(gòu)的低極性造成的疏水性,使其仍對(duì)人體有一定的異物反應(yīng),今后的發(fā)展要求是對(duì)其表面進(jìn)行改性,提高其親水性。
(2)抗張力強(qiáng)度不夠,易破裂和撕裂,要解決其機(jī)械強(qiáng)度低的性質(zhì),就要對(duì)其采用物理和化學(xué)方法改性。
(3)對(duì)皮下避孕埋植系統(tǒng)而言,以硅橡膠為載體的長(zhǎng)效皮下埋植劑在放置有效期滿后必須取出,增加了使用者的痛苦和花費(fèi),這樣就引發(fā)了可生物降解埋植劑的研究。
二:人工骨
人工骨是指用人工材料制造的人骨替代品或者骨折固定材料。人工骨材料主要有高分子合成材料如聚甲基丙烯酸甲酯、高密度聚乙烯等、無(wú)機(jī)材料如磷酸三鈣、羥基磷灰石、氧化鋁生物陶瓷等。
1·由于人骨的各種生物學(xué)特性,故對(duì)人工骨的要求也很苛刻,具體對(duì)人工骨的性能要求如下:
由于對(duì)活骨化學(xué)、生物特性的不斷了解, 人們更有能力設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)出模仿這些特性的材料, 理想的骨移植替代材料應(yīng)當(dāng)具有成骨性、生物相容性、可吸收降解、可提供結(jié)構(gòu)支撐、臨床使用方便、價(jià)格低廉。根據(jù)其具體用途, 一些特性要比其它的特點(diǎn)更重要。骨移植物和其替代物可依據(jù)其骨傳導(dǎo)、骨誘導(dǎo)和成骨特性分類(lèi)(見(jiàn)表1)。同種異體骨移植物與自體骨移植物的特性比較(見(jiàn)表2)。復(fù)合材料移植物是具有骨傳導(dǎo)性的基質(zhì)與骨誘導(dǎo)和成骨活性物質(zhì)的組合, 有可能替代自體骨。
人工骨容易商品化獲得, 使用方便, 但目前單一的人工骨多為骨傳導(dǎo)材料或復(fù)合骨誘導(dǎo)因子材料, 其機(jī)械性能較差, 難以起到機(jī)械支撐作用, 尚不能用于修復(fù)重建大段骨缺損和關(guān)節(jié)缺損, 僅用于填充植骨或脊柱融合。一些人工骨制備成注射劑型, 能夠采用非手術(shù)或微創(chuàng)的方法提高骨修復(fù)效果, 方法操作簡(jiǎn)單、創(chuàng)傷輕微, 對(duì)血運(yùn)和關(guān)節(jié)肌肉功能干擾小。避免了局部血供的進(jìn)一步破壞, 大大減少了感染和手術(shù)并發(fā)癥的發(fā)生可能, 而且恢復(fù)快, 符合現(xiàn)今微創(chuàng)外科的趨勢(shì)。在此僅介紹兩種最常用人工骨臨床應(yīng)用及相關(guān)問(wèn)題。
1·醫(yī)用硫酸鈣
Osteoset是一種醫(yī)用硫酸鈣骨移植替代物,(于1996年6月通過(guò)美國(guó)食品與藥品委員會(huì)論證, 并在同年獲得歐洲CE商標(biāo), 此后已在成千例病人中使用, 并且證明是安全有效的。Osteoset顆粒有兩種型號(hào), 小顆粒在小的骨缺損中使用較為理想, 直徑分別為4.8mm和3.0mm, 顆粒分別重100mg和30mg。為了方便使用, 各種尺寸顆粒均用小瓶包裝, ?射線滅菌。Osteoset2T內(nèi)含4 %的妥布霉素, 妥布霉素亦稱(chēng)妥布拉霉素(To2bramycin), 為氨基糖甙類(lèi)抗生素, 抗菌譜與慶大霉素相似。主要用于各種革蘭氏陰性桿菌感染(綠膿桿菌、變形桿菌、克雷氏菌、沙門(mén)氏菌、葡萄球菌包括金黃色葡萄球菌), 對(duì)綠膿桿菌較慶大霉素約強(qiáng)2~3倍, 比多粘菌素B也較強(qiáng), 對(duì)慶大霉素耐藥的綠膿桿菌也常敏感, 對(duì)其它革蘭氏陰性菌的作用則低于慶大霉素, 對(duì)金葡菌的作用約與慶大霉素相等。適用于感染性骨缺損, 引起腎毒反應(yīng)者較慶大霉素為低。
2· 自固化磷酸鈣水泥
自固化磷酸鈣水泥(Calcium Phosphate Cement , CPC)是Brown和Chow于20世紀(jì)80年代早期研制出來(lái)的快速凝固型、非陶瓷型羥基磷灰石(HAP)類(lèi)人工骨材料, 由數(shù)種磷酸鈣粉末和固化液兩部分在使用時(shí)按比例調(diào)和而成。調(diào)和物呈膏體狀, 能根據(jù)填充部位的要求隨意塑形, 在體內(nèi)條件下發(fā)生固化反應(yīng), 約4h后自然轉(zhuǎn)變成含微孔的HA晶體。在固化過(guò)程中基本不放熱, 不會(huì)造成組織灼傷。一般ACPC固化的抗壓強(qiáng)度為30~50MPa , 它與反應(yīng)物中的添加成分或制備方法等因素?zé)o關(guān)。上世紀(jì)90年代中期國(guó)內(nèi)研制成功了自固化磷酸鈣水泥(CPC)人工骨材料, 并進(jìn)行了商品化開(kāi)發(fā), 商品名瑞邦骨泰。其劑型分為普通型骨泰、載藥型骨泰和注射型骨泰。
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第三篇:生物醫(yī)學(xué)材料
鈦及鈦合金在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用及研究進(jìn)展
摘 要:簡(jiǎn)單介紹了鈦及鈦合金和其作為生物醫(yī)學(xué)材料的優(yōu)點(diǎn),簡(jiǎn)述了鈦及鈦合金的物理性能、化學(xué)性能,同時(shí)闡明了其生物相容性原理。綜述了國(guó)內(nèi)外生物醫(yī)學(xué)鈦合金材料的應(yīng)用和研究進(jìn)展。
關(guān)鍵詞: 醫(yī)用鈦合金;生物醫(yī)學(xué)材料;生物相容性;應(yīng)用和發(fā)展 引言
金屬材料是最早用于臨床的生物醫(yī)學(xué)材料,可用于傳統(tǒng)的人體硬組織缺損、創(chuàng)傷、骨科、牙科疾病等的各種修復(fù),矯形及內(nèi)、外固定治療等。從20世紀(jì)中葉以來(lái),以鈦合金為主的生物醫(yī)學(xué)金屬材料開(kāi)始在人體硬組織植入,特別是在人體軟組織的介入治療方面顯示出獨(dú)特而神奇的療效。極大地促進(jìn)醫(yī)用了鈦合金材料在外科植入物和矯形器械產(chǎn)品中的應(yīng)用和推廣。近年來(lái)鈦及其合金以其與骨相近似的彈性模量、良好的生物相容性及在生物環(huán)境下優(yōu)良的抗腐蝕性在臨床上得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。而具有典型代表性的醫(yī)療器械產(chǎn)品的問(wèn)世,無(wú)疑是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)里程碑,具有劃時(shí)代的意義
[2,3]
[1]。
2鈦及鈦合金作為生物材料的優(yōu)點(diǎn)
2.1鈦及其合金的物理性能
純鈦有4個(gè)牌號(hào),還有20余種合金,為臨床選擇使用提供了余地,鈦熔點(diǎn)1668士4℃,沸點(diǎn)3553℃,具有α、β倆種同素異形體,882℃轉(zhuǎn)變時(shí)伴隨5 %的相變體膨脹。導(dǎo)熱系數(shù)0.036cal/cm.s.k,接近牙釉質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)0.002cal/cm.s.k,作為口腔修復(fù)體時(shí)可保護(hù)牙髓。鈦的強(qiáng)度比不銹鋼高,且有較高韌性和抗疲勞能力,即使在有裂紋和缺陷時(shí)也需要用極高的載荷才能使其斷裂。合金化雖然可以提高其強(qiáng)度,但降低其斷裂韌度(Klc)2.2鈦及其合金的化學(xué)性能
鈦在空氣中或氧化條件下其表面生成一層鈍化膜(主要由TiO2、Ti3O2=TiO組 成),溫度升高,時(shí)間延長(zhǎng)使鈍化速度增大,膜厚度增加,而且該鈍化膜有自修復(fù)功能。通過(guò)生化試驗(yàn),動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床觀察均證明鈦對(duì)于血液、體液等有極好 的耐腐蝕性能[4,8]
[4-7]
[4]。
。2.3生物相容性
普通金屬材料力學(xué)性能優(yōu)良、易加工,但組成與人體組織成分相距甚遠(yuǎn),因而很難與生物組織親合,一般不具有生物活性。作為生物醫(yī)學(xué)材料的鈦及鈦合金滿足了2個(gè)基本條件:①無(wú)毒性;②耐生理體液腐蝕。
鈦及鈦合金的缺點(diǎn)是硬度較低,耐磨性差。如果將鈦制品表面進(jìn)行高溫離子氮化處理,純鈦及鈦合金硬度分別提高 7倍和 2倍,氮化后鈦材的年腐蝕率僅 為非氮化的三分之一。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,生物組織對(duì)表面滲氮處理鈦材反應(yīng)輕微且無(wú)毒性。[9]3鈦及其合金在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用
近年來(lái),鈦及其合金以整形外科、牙科及各種醫(yī)療器械為中心,在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到空前的快速發(fā)展。3.1人體矯形
鈦合金彈性模量比不銹鋼更接近于人體骨骼,因此鈦合金肘關(guān)節(jié)、踩關(guān)節(jié)等被廣泛用于人體矯形手術(shù)中。每年世界上大約有1億病人由于臂關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié) 炎癥而進(jìn)行替換治療。鈦制膝蓋板比用不銹鋼膝蓋板輕許多且腐蝕問(wèn)題得到了 改善。德國(guó)在20世紀(jì)80年代開(kāi)發(fā)了鈦合金精鑄假肢,推動(dòng)了鈦功能假肢的發(fā)展,從此,鈦合金精鑄假肢在各國(guó)很快得到了推廣應(yīng)用。目前,鈦制假肢正在逐漸取代鋼制假肢[10]。
3.2介入性治療
介入性治療是近幾年來(lái)得到快速發(fā)展的一種先進(jìn)的非手術(shù)臨床診療技術(shù)。該技術(shù)通常是在X射線圖像監(jiān)視下,幾利用穿刺插管技術(shù)將特制導(dǎo)管、支架等沿血管或體內(nèi)其它管腔輸送到體內(nèi)病變處,就地治療
[11]
。過(guò)去支架通常以316L不銹鋼制成,但這種支架的縱向柔韌性不太令人滿意,而鈦鎳形狀記憶合金支架具有偏置式力學(xué)效應(yīng)和形狀記憶效應(yīng),目前正被廣泛研究并投人臨床湘瓜合金制成的血管支架,不僅與316L不銹鋼有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度,而且具有良好的冷加土成形性、更適合人體要求的縱向柔順性3.3牙科
從鈦合金植入人體那一刻起 ,牙齒種植用金屬材料就發(fā)生了一系列的改變。
[12]
。鈦與人體骨骼上皮組織、結(jié)締組織都具有良好的親和性,力學(xué)性能也可與其它各種類(lèi)型牙科用合金相媲美,且密度小,制成的義齒體感舒適義齒通過(guò)表面處理,還可滿足人們對(duì)義齒美觀的要求。3.4循環(huán)系統(tǒng)醫(yī)療器械
鈦通常被用在制作心率調(diào)節(jié)器和除顫器,它可以作為載體工具替代心臟本身某些功能,如心臟瓣膜。美國(guó)活性金屬公司提供了一種鈦材,用以制造主動(dòng)脈瓣膜,外科醫(yī)生把這種心臟瓣膜放在適當(dāng)位置而不必進(jìn)行縫合。在心臟起搏器中,密封的鈦盒能有效防止潮氣滲入密封的電子元器件
[14]
[13]
。不僅如此,鈦
。人工肺關(guān)鍵部位使用的微孔鈦片作為氣體擴(kuò)散元件將氧氣擴(kuò)散到體外循環(huán)的病人血液中,將靜脈血變成動(dòng)脈血。3.5 面部治療
當(dāng)人體面部組織遭到嚴(yán)重破壞時(shí),局部組織修復(fù)需要用外科植入件進(jìn)行。鈦合金具有良好生物相容性和所需強(qiáng)度,因此,是人體面部組織修復(fù)的理想材料。純鈦網(wǎng)作為骨頭托架已用于顆骨再造手術(shù)3.6手術(shù)器械
鈦醫(yī)療器械具有良好的抗腐蝕能力,反復(fù)的清洗、消毒表面質(zhì)量不受影響;無(wú)磁性,能夠排除對(duì)微小、敏感植入電子器械的破壞威脅;質(zhì)輕、用來(lái)替代不銹鋼重量大為減輕,使醫(yī)生操作過(guò)程中更加靈活,降低醫(yī)生的疲勞程度。因此,目前已用來(lái)制作手術(shù)刀片、止血鉗、剪刀、電動(dòng)骨鉆、鑷子等。
[9]
[15]。
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第四篇:生物醫(yī)學(xué)材料
如何發(fā)展廣東省的生物醫(yī)學(xué)材料
[摘要]廣東省發(fā)展生物醫(yī)學(xué)材料從“確立重點(diǎn)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品;構(gòu)建生物醫(yī)學(xué)材料產(chǎn)業(yè)的新技術(shù)體系;加強(qiáng)對(duì)外合作與交流;充分利用資本市場(chǎng)解決資金不足的問(wèn)題”4方面進(jìn)行培育。同時(shí)開(kāi)展相關(guān)研究使我省生物材料的研究水平有較大提高。
[關(guān)鍵詞]廣東?。簧镝t(yī)學(xué)材料 ;發(fā)展;納米生物材料領(lǐng)域;組織工程和再生醫(yī)學(xué)材料領(lǐng)域;材料的制備方法學(xué)和質(zhì)量控制體系研究
(department of chemistry , foshanuniversity , student ID :2009234110)Abstract: Guangdong Province the development of biomedical materials from the established focus on developing products;build a new technical system of biomedical materials industry;strengthen international cooperation and exchanges;take full advantage of the capital market to solve the problem of insufficient funds “four aspects of nurturing.Related studies of biological materials in the province level has improved greatly.Key words:guang dong province;Biomedical Materials;developing;The field of nano-bio materials;Tissue engineering and regenerative medicine materials in the field;Preparation of methodological materials and quality control system
生物醫(yī)學(xué)材料是指一類(lèi)具有特殊性能、特種功能,用于人工器官、外科修復(fù)、理療康復(fù)、診斷、治療疾患,而對(duì)人體組織不會(huì)產(chǎn)生不良影響的材料。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng),中國(guó)生物醫(yī)學(xué)材料領(lǐng)域這片“熱土”引起國(guó)際上一些主要研究機(jī)構(gòu)和越來(lái)越多的世界500強(qiáng)企業(yè)的關(guān)注,日本和韓國(guó)的生物醫(yī)學(xué)材料領(lǐng)域近年來(lái)也呈現(xiàn)出強(qiáng)勁增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。有人預(yù)言,未來(lái)10年,生物材料將步入“亞洲世紀(jì)”。生物醫(yī)學(xué)材料的發(fā)展歷程世紀(jì)初, 第一次世界大戰(zhàn)以前所使用的材料為第一代生物醫(yī)學(xué)材料。代表材料有石膏金 屬、橡膠以及棉花等物品。這一代的材料大都已被現(xiàn)代醫(yī)學(xué)所淘汰。第二代生物醫(yī)學(xué)材料的發(fā)展是建立在醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)(尤其是高分子材料學(xué))、生物化學(xué)、物理學(xué)以及大型物理測(cè)試技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上的, 研究人員也多由材料學(xué)家和醫(yī)生來(lái)?yè)?dān)任。代表材料有經(jīng)基磷灰石、磷酸三鈣、聚經(jīng)基乙酸、聚甲基丙烯酸輕乙基醋、膠原、多膚、纖維蛋白等。這類(lèi)材料與第一代生物醫(yī)學(xué)材料一樣, 其研究思路仍舊是從改善材料本身的力學(xué)性能和生化性能, 使其在生理環(huán)境下能夠長(zhǎng)期地替代生物組織。第三代生物醫(yī)學(xué)材料川是一類(lèi)具有促進(jìn)人體自身修復(fù)和再生作用的生物醫(yī)學(xué)復(fù)合材料。它是在生物體內(nèi)各種細(xì)胞組織、生長(zhǎng)因子、生長(zhǎng)抑素及生長(zhǎng)機(jī)制的結(jié)構(gòu)和性能的基礎(chǔ)上建立的叫, 由具有生理“ 活性” 的組元及控制載體的“ 非活性” 組元構(gòu)成, 有較理想的修復(fù)再生效果。它通過(guò)材料之間的復(fù)合、材料與活細(xì)胞的融合、活體組織和人工材料的雜交等手段, 賦予材料特異的靶向修復(fù)、治療和促進(jìn)作用, 從而使病變組織大部分甚至全部由健康的再生組織取代。骨形態(tài)發(fā)生蛋白材料是第三代生物醫(yī)學(xué)材料中的代表。
我國(guó)生物醫(yī)學(xué)材料的發(fā)展前景
我國(guó)自上個(gè)世紀(jì)70年代開(kāi)始進(jìn)行生物醫(yī)學(xué)材料的研究,國(guó)家“九五”、“十五”、“十一五”等各類(lèi)科技計(jì)劃和產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃都對(duì)生物醫(yī)學(xué)材料研究給予了支持。我國(guó)《生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十一五”規(guī)劃》明確提出:加快發(fā)展生物醫(yī)學(xué)材料、生物人工器官、臨床診斷治療設(shè)備,建設(shè)若干國(guó)家工程中心和工程實(shí)驗(yàn)室,加強(qiáng)自主創(chuàng)新,在一批關(guān)鍵技術(shù)或部件上實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)突破,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。《促進(jìn)生物產(chǎn)業(yè)加快發(fā)展的若干政策》明確提出,加快發(fā)展生物醫(yī)學(xué)材料、組織工程和人工器官、臨床診斷治療康復(fù)設(shè)備。
但是,國(guó)內(nèi)大約70%的生物醫(yī)學(xué)材料市場(chǎng)仍然被國(guó)外產(chǎn)品占據(jù),在更高端的生物醫(yī)學(xué)材料產(chǎn)品領(lǐng)域,國(guó)外產(chǎn)品甚至占據(jù)95%以上的市場(chǎng)份額。如果要要發(fā)展廣東的生物醫(yī)學(xué)材料,要改變這種狀況在很大程度上取決于我省在生物醫(yī)學(xué)材料核心關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的突破,除產(chǎn)品創(chuàng)新外,應(yīng)特別關(guān)注材料制造技術(shù)。
國(guó)內(nèi)生物醫(yī)學(xué)材料與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品相比, 存在4 個(gè)突出的問(wèn)題:1.仿制品多, 缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán);2.銷(xiāo)售價(jià)格低, 但檔次和質(zhì)量也低;3.企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模普遍偏小, 難以形成規(guī)模效應(yīng);4 研發(fā)投入少, 產(chǎn)品技術(shù)含量較低。與此同時(shí), 外商的大批涌人, 不僅帶來(lái)了大量具有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品, 同時(shí)還展開(kāi)專(zhuān)利權(quán)、商標(biāo)權(quán)等知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面的競(jìng)爭(zhēng)。
2000 年底國(guó)內(nèi)公司在我國(guó)注冊(cè)生產(chǎn)的生物醫(yī)學(xué)材料及制品只有53 種,而國(guó)際醫(yī)療器械生產(chǎn)公司在我國(guó)注冊(cè)生產(chǎn)、銷(xiāo)售的品種多達(dá)30 多種。因此, 建議從以下幾個(gè)4個(gè)方面培育,發(fā)展廣東省的生物醫(yī)學(xué)材料。
.確立重點(diǎn)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品
復(fù)合材料作為硬組織修復(fù)材料的主體, 有效地解決了材料的強(qiáng)度、韌性及生物相容性的問(wèn)題, 是生物醫(yī)學(xué)材料新品種開(kāi)發(fā)的重點(diǎn), 在臨床上得到了廣泛的應(yīng)用哪〕。目前研究較多的是合金、碳纖維、無(wú)機(jī)材料(生物陶瓷、生物活性玻璃)、高分子材料的復(fù)合以及血液凈化劑的開(kāi)發(fā)。這些生物醫(yī)學(xué)材料應(yīng)該作為廣東省今后重點(diǎn)開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品。構(gòu)建生物醫(yī)學(xué)材料產(chǎn)業(yè)的新技術(shù)體系
生物醫(yī)學(xué)材料產(chǎn)業(yè)的新技術(shù)體系必須以生物醫(yī)學(xué)材料企業(yè)為技術(shù)創(chuàng)新的主體, 充分發(fā)揮科研院所、大專(zhuān)院校的帶頭作用, 實(shí)行產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合, 成立學(xué)科齊全、隊(duì)伍精干、人才結(jié)構(gòu)合理的生物醫(yī)學(xué)材料科研隊(duì)伍, 開(kāi)發(fā)有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的生物醫(yī)學(xué)高新技術(shù)產(chǎn)品。加強(qiáng)對(duì)外合作與交流
加強(qiáng)對(duì)外合作與交流必須積極參加國(guó)際間的技術(shù)交流與合作, 學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn), 及時(shí)掌握生物醫(yī)學(xué)材料技術(shù)在國(guó)際上的發(fā)展?fàn)顩r和趨勢(shì), 積極引進(jìn)、消化和吸收國(guó)外的先進(jìn)技術(shù),強(qiáng)化“ 產(chǎn)品國(guó)際化” 的意識(shí), 在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)上要緊緊跟隨甚至超越國(guó)際潮流, 增強(qiáng)我國(guó)生物醫(yī)學(xué)材料產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力, 縮小與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距。充分利用資本市場(chǎng)解決資金不足的問(wèn)題與我國(guó)大多數(shù)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)類(lèi)似, 生物醫(yī)學(xué)材
料產(chǎn)業(yè)也面臨著發(fā)展資金不足的問(wèn)題。通常可采取下列措施解決: 充分利用股票市場(chǎng)幫助我國(guó)生物醫(yī)學(xué)材料企業(yè)籌集資金;o 鼓勵(lì)生物醫(yī)學(xué)材料企業(yè)發(fā)行企業(yè)債券;? 創(chuàng)造良好的市場(chǎng)氛圍, 吸引國(guó)外資本和民間資本進(jìn)入生物技術(shù)領(lǐng)域;通過(guò)其他風(fēng)險(xiǎn)資本籌集資金。
期待突破
廣東省發(fā)展生物醫(yī)學(xué)材料首先應(yīng)有所突破的是生物醫(yī)學(xué)材料先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域。據(jù)相關(guān)專(zhuān)家表示,生物醫(yī)學(xué)材料制造技術(shù)的高低既制約著生物醫(yī)學(xué)材料的產(chǎn)品精度和質(zhì)量,也控制著產(chǎn)品生產(chǎn)成本,決定了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。其次是生物醫(yī)學(xué)材料表面/界面科學(xué)與工程領(lǐng)域。生物醫(yī)學(xué)材料的表面性質(zhì)直接關(guān)系到材料與體內(nèi)組織的反應(yīng)及其相互作用,決定著植入或替代產(chǎn)品在體內(nèi)修復(fù)的成敗。對(duì)于復(fù)合生物醫(yī)學(xué)材料而言,界面既是核心問(wèn)題,又是熱點(diǎn)前沿,界面特征決定著材料最終的整體力學(xué)性能。令人興奮的是,經(jīng)過(guò)兩代生物材料工作者的努力,我國(guó)上海硅酸鹽研究所、四川大學(xué)、西安交通大學(xué)等在醫(yī)用金屬材料表面改性領(lǐng)域,尤其是在發(fā)展生物活性涂層技術(shù)方面已取得長(zhǎng)足進(jìn)步。其他課題組和團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)各類(lèi)復(fù)合生物材料的界面設(shè)計(jì)和構(gòu)建,顯著提高了生物材料(尤其是無(wú)機(jī)—有機(jī)復(fù)合生物材料)的整體力學(xué)和生物學(xué)性能。此外,一些課題組在構(gòu)建智能或仿生生物材料表界面方面也形成了自己的特色。
第三是納米生物材料領(lǐng)域。納米生物材料一直是生物醫(yī)學(xué)材料的前沿和重要領(lǐng)域,作為醫(yī)用植入和修復(fù)材料,其在力學(xué)及細(xì)胞生物學(xué)性能上具有優(yōu)勢(shì)。預(yù)計(jì)在完成安全性評(píng)價(jià)后,納米生物材料將首先在硬組織修復(fù)材料領(lǐng)域獲得應(yīng)用。這主要是因?yàn)槿说墓墙M織本身就是納米結(jié)構(gòu)的材料(由納米級(jí)羥基磷灰石和有機(jī)高分子物質(zhì)構(gòu)成)。而作為納米生物材料的另一個(gè)應(yīng)用途徑,診斷檢測(cè)試劑正顯示出重要前景。第四是組織工程和再生醫(yī)學(xué)材料領(lǐng)域。組織工程和再生醫(yī)學(xué)的臨床應(yīng)用離不開(kāi)生物材料科學(xué)和技術(shù)的突破。目前組織工程領(lǐng)域面臨暫時(shí)的困境,這與科學(xué)問(wèn)題有關(guān),如種子細(xì)胞、生長(zhǎng)因子及體外構(gòu)建問(wèn)題等;更與研究發(fā)展生物相容性好的細(xì)胞特異性材料及支架的先進(jìn)制造技術(shù)密切相關(guān)。只有在上述領(lǐng)域取得整體突破,組織工程才有望在未來(lái)5~10年內(nèi)造福大眾。
再者是組織誘導(dǎo)材料領(lǐng)域。組織誘導(dǎo)材料是我國(guó)科學(xué)家首先提出并擁有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的生物材料,其廣泛應(yīng)用和被國(guó)際接受有賴(lài)于相關(guān)機(jī)理的進(jìn)一步闡明。
最后是醫(yī)學(xué)材料生物相容性評(píng)價(jià)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域。隨著基于新原理的產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn)、大眾對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的深度關(guān)切,人們對(duì)材料生物相容性、安全性、有效性及時(shí)效性等的評(píng)價(jià)方法和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)提出了更高要求,并期待突破。
在產(chǎn)業(yè)化方面,生物醫(yī)學(xué)材料及其制品占世界市場(chǎng)的份額不足2%,主要依靠進(jìn)口,產(chǎn)品技術(shù)結(jié)構(gòu)和水平基本上處于初級(jí)階段。結(jié)合我國(guó)國(guó)情和學(xué)科發(fā)展趨勢(shì),按照”有所為,有所不為,重點(diǎn)突破"的原則,我們建議,應(yīng)在五個(gè)方面開(kāi)展重點(diǎn)研究。
一是生物結(jié)構(gòu)和生物功能的設(shè)計(jì)和構(gòu)建原理研究。著重研究具有誘導(dǎo)組織再生的骨、軟骨及肌腱等基底材料和框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及其仿生裝配;
二是表面/界面過(guò)程-材料與機(jī)體之間的相互作用機(jī)制研究。從細(xì)胞和分子水平深入研究材料與特定細(xì)胞、組織之間的表面/界面作用,揭示影響生物相容性的因素及本質(zhì)。
三是生物導(dǎo)向性及生物活性物質(zhì)的控釋機(jī)理研究。研究可自控或靶向釋放蛋白、基因等特異性生物活性物質(zhì)的材料的設(shè)計(jì)以及生物導(dǎo)向性原理;用于組織細(xì)胞和基因治療的半滲透聚合物膜的設(shè)計(jì)、自裝配及特異性細(xì)胞密封技術(shù)。
四是生物降解/吸收的調(diào)控機(jī)制研究。研究生物降解/吸收材料的分子結(jié)構(gòu)和生物環(huán)境對(duì)其降解的影響、降解/吸收速度的調(diào)控、降解/吸收及代謝機(jī)制,以及降解產(chǎn)物對(duì)機(jī)體的影響。其目標(biāo)是為組織工程化人工器官生物材料及藥物控釋材料的自成、改性方法提供理論基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)材料參與生命過(guò)程和構(gòu)建生命組織的目的。
五是材料的制備方法學(xué)和質(zhì)量控制體系研究。主要研究生物醫(yī)用材料及修復(fù)體的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì);
通過(guò)上述研究的開(kāi)展,將使我省生物材料的研究水平有較大提高,為我國(guó)生物醫(yī)用材料科學(xué)及其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
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第五篇:材料工程學(xué)
—填空,1,鋼鐵材料是當(dāng)今材料領(lǐng)域中最主要的工程材料,又稱(chēng)為(),它與
()統(tǒng)稱(chēng)為金屬材料。
2,鋼鐵材料包括()、()及().3, 碳鋼分類(lèi)方法很多,通常按含碳量可分為
(),()及()。
按冶煉方法可分為(),()及().4,合金鋼分類(lèi)方法很多按用途分為()、()及()等。按合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分可分為(),()及()。
5,根據(jù)碳在鑄鐵中存在形態(tài)及石墨的形狀,鑄鐵可分為(),(),(),()及()。
6,鈍鋁中含有鐵、硅、銅、鋅等雜質(zhì)元素。按其純度可分為(),()及()。
7,根據(jù)鋁合金的成分及生產(chǎn)工藝特點(diǎn),可將鋁合金分為兩類(lèi)()和()。
8,形變鋁合金可分為2大類(lèi)()和()。
9,硅系合金是工業(yè)上使用最廣泛的鑄造合金。該合金流動(dòng)性好,熱裂傾向小,補(bǔ)縮能力強(qiáng)。
鋁硅系鑄造鋁合金又稱(chēng)(),僅由鋁、硅兩個(gè)組元構(gòu)成的二元合金,為簡(jiǎn)(),含有多種合金元素稱(chēng)為()。
10,純銅呈玫瑰紅色,表面形成氧化膜后呈紫色,故稱(chēng)()。純銅的密度為(),熔點(diǎn)().11,根據(jù)銅合金成分特點(diǎn)可將其分為()、()和()三種。
12,黃銅是以()為主要元素的銅合金;()是以鎳為主要元素的銅合金;青銅是以()為主要元素的合金。
13,以鋅為主要合金元素的銅合金為()。其中僅含銅鋅二個(gè)組元的合金稱(chēng)為()或(),若加入多種組元?jiǎng)t稱(chēng)其為()或()。
14,鎂是地殼中儲(chǔ)量最豐富的金屬之一,儲(chǔ)量占地殼質(zhì)量的(),鎂的密度()。
15,鎂合金可以分為()與()。
16,特種陶瓷的品種繁多,其分類(lèi)可按化學(xué)組成分類(lèi),也可以按性質(zhì)分類(lèi)。但通常都把它劃分為
()和()兩大類(lèi)。
17, 特種陶瓷經(jīng)常遇到的鍵合是()和
().18,粉末的等溫?zé)Y(jié)過(guò)程,按時(shí)間大致可以劃分為三個(gè)界限不十分明顯的階段即(),()和()。
19按照基本性能和應(yīng)用狀況,鐵氧體材料分為()、()、()、()和()等五類(lèi)
名詞解釋
1,合金結(jié)構(gòu)鋼
2,合金工具鋼
3,特殊性能鋼
4,形變鋁合金
5,鑄造鋁合金
6,陶瓷
7,特種陶瓷
8,結(jié)構(gòu)陶瓷
9,功能陶瓷
10, 灰口鐵
簡(jiǎn)答題
1,簡(jiǎn)述特種陶瓷常用的燒結(jié)方法
2,簡(jiǎn)述鐵氧體磁性材料的種類(lèi)和特點(diǎn)。
3,簡(jiǎn)述高強(qiáng)度低合金鋼的性能特點(diǎn)
4,簡(jiǎn)述合金彈簧鋼的性能特點(diǎn)
5,簡(jiǎn)述熱作模具鋼的性能特點(diǎn)
6,簡(jiǎn)述如何對(duì)黃銅的牌號(hào)進(jìn)行命名。
7,簡(jiǎn)述形變鋁合金的分類(lèi)以及他的命名方法 8,簡(jiǎn)述鈦合金分類(lèi)
9,簡(jiǎn)述鋼鐵的4個(gè)脆性以及他們都與什么元素有
關(guān)
10,簡(jiǎn)述合金結(jié)構(gòu)鋼的分類(lèi)。
11,