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(jié)合的材料，可用于診斷、治療，以及替換生物機(jī)體中的組織、器官或增進(jìn)其功能 特點(diǎn) 良好的組織相容性 物理和化學(xué)穩(wěn)定性好 易于加工成型，材料易于制造，價(jià)格適當(dāng) 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(qiáng)度、良好的韌性、抗彎曲疲勞強(qiáng)度大、加工性能優(yōu)異 生物醫(yī)用有機(jī)材料（主要指有機(jī)高分子材料） 生物醫(yī)用無(wú)機(jī)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(fù)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(guān)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(jià)、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(guān)節(jié)替換假體連接件 生物相容性好，價(jià)格較高，co、ni元素存在嚴(yán)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(xué)穩(wěn)定性好，抗腐蝕、價(jià)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(wú)毒、質(zhì)輕、強(qiáng)度高、生物相容性

3、好、耐腐蝕、廣泛應(yīng)用缺點(diǎn)缺點(diǎn)含有含有al元素元素導(dǎo)致器官的損傷，引起骨軟化、貧血和神經(jīng)紊亂等癥狀“應(yīng)力遮擋應(yīng)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(dǎo)致種植體周圍出現(xiàn)骨吸收，最終引起種植體松動(dòng)或斷裂，造成種植失敗。鈦合金人工髖關(guān)節(jié)鎂是人體內(nèi)含量最多的陽(yáng)離子之一。參與人體內(nèi)幾乎所有的新陳代謝過(guò)程高比強(qiáng)度和比剛度, 加工性能良好（比強(qiáng)度：純鎂 133gpa 超高強(qiáng)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)電極電位（-2.37v），耐腐蝕性差，可降解。發(fā)展概況 1907年 20世紀(jì)90年代 現(xiàn)狀心血管支架骨固定材料多孔骨修復(fù)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(biāo)準(zhǔn)利用鎂的易降解性能（鎂及鎂合金具有很低的標(biāo)準(zhǔn)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(gè)直徑3cm、長(zhǎng)10cm 的可降解鎂支架植入一個(gè)6周大的

5、女嬰體內(nèi), 成功地治愈了其左肺動(dòng)脈堵塞。應(yīng)用表明, 鎂支架在4個(gè)月內(nèi)完全降解, 在降解過(guò)程中, 沒(méi)有對(duì)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(yīng)力遮擋效應(yīng)，同時(shí)鎂易有效降低應(yīng)力遮擋效應(yīng)，同時(shí)鎂易降解生成鎂離子被人體組織吸收或通過(guò)體液排出體外。降解生成鎂離子被人體組織吸收或通過(guò)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(zhì)形成。此外有

6、研究發(fā)現(xiàn)鎂可以引導(dǎo)成骨細(xì)胞在植入部位的生長(zhǎng)。 （）多孔骨修復(fù)材料多孔骨修復(fù)材料 目前常用于骨修復(fù)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(fù)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(xué)性能不匹配及生物毒但這些材料同樣具有力學(xué)性能不匹配及生物毒性等弊端性等弊端 對(duì)開(kāi)孔az91鎂合金骨修復(fù)支架材料的生物相容性研究表明, 鎂的降解對(duì)周圍骨組織不造成任何有害影響, 且在植入物周圍的骨細(xì)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(dāng)孔隙率為35%、孔徑為70um時(shí)，楊氏模量為1.3gpa，與人體骨骼的

7、力學(xué)性能最為相近，這就可以減少應(yīng)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(zhǎng)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(guò)快成為限制其應(yīng)用的原因之一影響因素影響因素 雜質(zhì)和合金元素的引入電偶腐蝕 溶液ph值可能降解機(jī)制可能降解機(jī)制 水解 酸性，堿性，cl- 酶解 高純鎂合金和新合金的開(kāi)發(fā)高純鎂合金和新合金的開(kāi)發(fā) （1）純化-降低fe、ni、cu和co等有害雜質(zhì)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(zhuǎn)化膜 （2）堿處理、熱處理對(duì)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(xué)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