生物医用金属材料知识分享.ppt

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1、生物医用金属材料医用金属材料概述常见医用金属材料及特点医用金属材料的应用常用医用金属材料的发展医用金属材料研究拓展方向目录1.医用金属材料概述1.1定义医用金属材料是指一类用作生物材料的金属或合金，又称外科用金属材料。它是一类生物惰性材料，除具有较高的机械强度和抗疲劳性能，具有良好的生物力学性能及相关的物理性质外，还必须具有优良的抗生理腐蚀性、生物相容性、无毒性和简易可行及确切的手术操作技术。1.2医用金属材料严格满足如下要求有足够的力学强度和抗疲劳性能有极好的耐腐蚀性能,无磁性必须无毒、无致癌性与过敏反应具有良好的光洁度4123材料易于制造,价格适

2、当51.2.1生物相容性即生物学反应最小1.2.2优良的机械性能强度与弹性模量（与生物体匹配）人体骨的强度不高，健康骨骼还具有自行调节能力，不易损坏或断裂。与人体骨相反，生物医用金属材料通常具有较高的弹性模量，一般高出人体骨一个数量级，即使模量较低的钛合金也高出人体骨4-5倍1.2.3金属材料的毒性若在材料中需引入有毒金属元素来提高其他性能，首先应考虑采用合金化来减小或消除毒性，并提高其耐蚀性能；其次采用表面保护层和提高光洁度等方法来提高抗蚀性能。金属的毒性主要作用于细胞，可抑制酶的活动，阻止酶通过细胞膜的扩散和破坏溶酶体，一般可通过组织或细胞培养、

3、急性和慢性毒性试验、溶血试验等来检测。1.2.4耐生理腐蚀性医用金属材料植入体内后处于长期浸泡在含有有机酸、碱金属或碱土金属离子（Na+、K+、Ca2+）、Cl－离子等构成的恒温（37℃）电解质的环境中，加之蛋白质、酶和细胞的作用，其环境异常恶劣，材料腐蚀机制复杂。此外，磨损和应力的反复作用，使材料在生物体内的磨损过程加剧，可能发生多种腐蚀机制协同作用的情况。因此，有必要了解材料在体内环境的腐蚀机制，从而指导材料的设计和加工。化学或电化学反应全部在暴露表面上或在大部分表面上均匀进行的一种腐蚀。腐蚀产物及其进入人体环境中的金属离子总量较大，影响到材料的

4、生物相容性。点腐蚀发生在金属表面某个局部，也就是说在金属表面出现了微电池作用，而作为阳极的部位要受到严重的腐蚀。临床资料证实，医用不锈钢发生点蚀的可能性较大。(1)均匀腐蚀(2)点腐蚀发生在两个具有不同电极电位的金属配件偶上的腐蚀。多见于两种以上材料制成的组合植入器件，甚至在加工零件过程中引入的其他工具的微粒屑，以及为病人手术所必须使用的外科器械引入的微粒屑，也可能引发电偶腐蚀。因此，临床上建议使用单一材料制作植入部件以及相应的手术器械、工具。(3)电偶腐蚀由于环境中化学成分的浓度分布不均匀引起的腐蚀，属闭塞电池腐蚀，多发生在界面部位，如接骨板和骨螺

5、钉，不锈钢植入器件更为常见。(4)缝隙腐蚀发生在材料内部晶粒边界上的一种腐蚀，可导致材料力学性能严重下降。一般可通过减少碳、硫、磷等杂质含量等手段来改善晶间腐蚀倾向。(5)晶间腐蚀植入器件之间切向反复的相对滑动所造成的表面磨损和磨蚀环境作用所造成的腐蚀。不锈钢的耐磨蚀能力较差，钴基合金的耐磨蚀能力优良。(6)磨蚀材料在腐蚀介质中承受某些应力的循环作用所产生的腐蚀，表面微裂纹和缺陷可使疲劳腐蚀加剧。因此，提高表面光洁度可改善这一性能。(7)疲劳腐蚀在应力和腐蚀介质共同作用下出现的一种加速腐蚀的行为。在裂纹尖端处可发生力学和电化学综合作用，导致裂纹迅速扩

6、展而造成植入器件断裂失效。钛合金和不锈钢对应力腐蚀敏感，而钴基合金对应力腐蚀不敏感。(8)应力腐蚀2.常见医用金属材料及特点纯钛和钛合金不锈钢钴基合金形状记忆合金贵金属良好的稳定性和加工性能。因其价格较贵,广泛应用受到限制较硬富有弹性,可起到矫形或支撑作用.具有优良的生物相容性、耐腐蚀、耐磨性、无毒性。无毒、质轻、强度高、生物相容性好良好的耐腐蚀性能和综合力学性能,且加工工艺简便耐腐蚀和力学性能综合衡量,它是最优良的材料之一医用金属材料在诸多生物材料中,由于具有较高强度和韧性,适用于修复和置换人体硬组。.3.医用金属材料的应用3.1概述在生物医学材料

7、中，金属材料应用最早，已有数百年的历史。唐代就用银汞合金（主要成份：汞、银、铜、锡、锌）来补牙。该材料是临床应用最广泛的承力植入材料，由于有较高的强度和韧性，已成为骨和牙齿等硬组织修复和替换、心血管和软组织修复以及人工器官制造的主要材料。生物医用金属材料以其优良的力学性能、易加工性和可靠性在临床医学中获得了广泛的应用，由于金属材料在组成上与人体组织成分相距甚远，因此，金属材料很难与生物组织产生亲合，一般不具有生物活性，它们通常以其相对稳定的化学性能，获得一定的生物相容性，植入生物组织后，总是以异物的形式被生物组织所包裹，使之与正常组织隔绝。化学周期表

8、中的大部分金属不符合生物材料的要求，仅有小部分或经处理过的可用于临床。目前在临床使用的医用金属材料主要有不锈