生物醫(yī)用金屬材料

1、 生物醫(yī)用材料 能夠植入生物體或與生物組織相結合的材料，可用于診斷、治療，以及替換生物機體中的組織、器官或增進其功能 特點 良好的組織相容性 物理和化學穩(wěn)定性好 易于加工成型，材料易于制造，價格適當 與血液接觸的材料須具有良好的血液相容性生物高分子材料制造的人造皮膚高分子材料制成的人造血管陶瓷材料制成的人造骨 生物醫(yī)用金屬材料（不銹鋼、鈷基合金、鈦和鈦合金以及貴金屬 ） 高強度、良好的韌性、抗彎曲疲勞強度大、加工性能優(yōu)異 生物醫(yī)用有機材料（主要指有機高分子材料） 生物醫(yī)用無機非金屬材料（主要指生物陶瓷、生物玻璃和碳素材料） 生物醫(yī)用復合材料 （金屬基-陶瓷涂層體系等）不銹鋼不銹鋼 316l不銹

2、鋼-醫(yī)用人工關節(jié) 316l主要成分: 碳0.03，矽1.00，錳2.00，磷0.045， 硫0.03，鎳11-14，鉻16-18，鉬2-3 廉價、容易縫隙腐蝕或摩擦腐蝕以及疲勞腐蝕破裂鈷基合金鈷基合金 co-cr co-cr-mo合金、co-ni-cr-mo合金 -關節(jié)替換假體連接件 生物相容性好，價格較高，co、ni元素存在嚴重致敏性貴金屬貴金屬（金、銀、鉑）以及類貴金屬類貴金屬（鉭、鈮、鋯等） 生物相容性好、化學穩(wěn)定性好，抗腐蝕、價格昂貴 鈷鉻合金人工股骨頭 鈦基合金鈦基合金 ti-6al-4v、ti-5al-2.5fe、 ti-6al-7nb合金、新型鈦合金無毒、質輕、強度高、生物相容性

3、好、耐腐蝕、廣泛應用缺點缺點含有含有al元素元素導致器官的損傷，引起骨軟化、貧血和神經(jīng)紊亂等癥狀“應力遮擋應力遮擋”現(xiàn)象現(xiàn)象與骨彈性模量之間的不匹配，為骨彈性模量的4-10倍，使得載荷不能由種植體很好地傳遞到相鄰骨組織，從而導致種植體周圍出現(xiàn)骨吸收，最終引起種植體松動或斷裂，造成種植失敗。鈦合金人工髖關節(jié)鎂是人體內(nèi)含量最多的陽離子之一。參與人體內(nèi)幾乎所有的新陳代謝過程高比強度和比剛度, 加工性能良好（比強度：純鎂 133gpa 超高強度鎂合金480gpa ti6-al4-v合金260gpa彈性模量（45gpa）更接近人骨的彈性模量（7-25gpa ），減輕應力遮擋現(xiàn)象；密度（1.7g/cm3）

4、與人骨密度(1.75g/cm3)接近，符合理想接骨板的要求。很低的標準電極電位（-2.37v），耐腐蝕性差，可降解。發(fā)展概況 1907年 20世紀90年代 現(xiàn)狀心血管支架骨固定材料多孔骨修復材料鎂基材料的孔（）心血管支架心血管支架 心血管支架是用于治療心血管疾病的植入器械。利用鎂的易降解性能（鎂及鎂合金具有很低的標準利用鎂的易降解性能（鎂及鎂合金具有很低的標準電極電位（電極電位（-2.37v）, 在含有氯離子的人體生理環(huán)在含有氯離子的人體生理環(huán)境中耐蝕性更差）制成可降解心血管支架境中耐蝕性更差）制成可降解心血管支架。 zartner等將一個直徑3cm、長10cm 的可降解鎂支架植入一個6周大的

5、女嬰體內(nèi), 成功地治愈了其左肺動脈堵塞。應用表明, 鎂支架在4個月內(nèi)完全降解, 在降解過程中, 沒有對患者的生理造成任何不適影響。（）骨固定材料骨固定材料 鎂及鎂合金密度鎂及鎂合金密度1.7g/cm3, 與人骨密度與人骨密度(1.75g/cm3)接近接近, 有效降低應力遮擋效應，同時鎂易有效降低應力遮擋效應，同時鎂易降解生成鎂離子被人體組織吸收或通過體液排出體外。降解生成鎂離子被人體組織吸收或通過體液排出體外。 witte等研究鎂合金作為骨植入材料的可行性，他們將不同鎂合金制成的1.5mm*20mm小棒植入豚鼠股骨, 研究發(fā)現(xiàn)鎂植入物在18周內(nèi)基本降解, 且在降解的鎂棒部位有新骨質形成。此外有

6、研究發(fā)現(xiàn)鎂可以引導成骨細胞在植入部位的生長。 （）多孔骨修復材料多孔骨修復材料 目前常用于骨修復的生物材料主要有聚乳酸、聚己內(nèi)酯等高目前常用于骨修復的生物材料主要有聚乳酸、聚己內(nèi)酯等高分子材料和鈦合金分子材料和鈦合金, 但這些材料同樣具有力學性能不匹配及生物毒但這些材料同樣具有力學性能不匹配及生物毒性等弊端性等弊端 對開孔az91鎂合金骨修復支架材料的生物相容性研究表明, 鎂的降解對周圍骨組織不造成任何有害影響, 且在植入物周圍的骨細胞增殖明顯。 調(diào)節(jié)多孔鎂材料的孔隙率和孔徑使得多孔生物鎂與人骨具有相同或相近的彈性模量, 當孔隙率為35%、孔徑為70um時，楊氏模量為1.3gpa，與人體骨骼的

7、力學性能最為相近，這就可以減少應力屏蔽現(xiàn)象。 多孔鎂植入人體后,這些孔洞便可讓新的骨組織長入其內(nèi)部,便于人體體液和養(yǎng)料的傳送。 鎂基合金耐蝕性能較差，腐蝕速度過快成為限制其應用的原因之一影響因素影響因素 雜質和合金元素的引入電偶腐蝕 溶液ph值可能降解機制可能降解機制 水解 酸性，堿性，cl- 酶解 高純鎂合金和新合金的開發(fā)高純鎂合金和新合金的開發(fā) （1）純化-降低fe、ni、cu和co等有害雜質含量 （2）改變合金微觀組織（稀土、耐腐蝕合金元素mnzn） 表面改性表面改性 （1）稀土轉化膜 （2）堿處理、熱處理對鎂及鎂合金的表面改性 生物金屬材料在臨床治療上有重要意義 鎂及其合金 優(yōu)良的綜合力學性能 +良好的生物相容性 +生物可降解吸收性 新型醫(yī)用植入材料具