生物医用金属材料-sh.ppt

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1、LOGOCompany Logo生物医用金属材料生物医用金属材料（Biomedical Metallic Materials）沈明武沈明武2013-9.23LOGOCompany Logo 金属结构基本知识金属结构基本知识 生物医用金属材料简介生物医用金属材料简介 生物医用金属材料的特性生物医用金属材料的特性生物医用金属材料的前沿生物医用金属材料的前沿 常用的生物医用金属材料常用的生物医用金属材料12345LOGOCompany Logo第一节第一节 预备知识预备知识一一金属的结构金属的结构二二 晶体缺陷晶体缺陷三三 金属的腐蚀金属的腐蚀LOGOCompany Logo晶体的概念晶体的概念LO

2、GOCompany Logo一一 金属的结构金属的结构LOGOCompany LogoLOGOCompany LogoLOGOCompany Logo1.纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构体心立方晶格体心立方晶格bcc(body-centered-cubic)面心立方晶格面心立方晶格fcc (face centered cubic)密排六方晶格密排六方晶格hcp (Hexagonal close-packed lattice)LOGOCompany Logo体心立方晶格体心立方晶格bcc -Fe,W,V,Mo等等LOGOCompany LogoLOGOCompany Logo面心立方晶格面心立方

3、晶格fcc-Fe,Cu,Ni,Al,Au,Ag等等LOGOCompany LogoLOGOCompany Logo密排六方晶格密排六方晶格hcpLOGOCompany Logo金属晶体中的晶面和晶向金属晶体中的晶面和晶向LOGOCompany Logo二二 实际金属的缺陷实际金属的缺陷点缺陷点缺陷LOGOCompany Logo二二 实际金属的缺陷实际金属的缺陷线缺陷线缺陷LOGOCompany Logo二二 实际金属的缺陷实际金属的缺陷面缺陷面缺陷LOGOCompany Logo2.合金合金的相结构的相结构固溶体固溶体：组元通过溶解形成一种成份和性能均匀的，组元通过溶解形成一种成份和性能均匀

4、的，且结构与组元之一相同的固相称为固溶体且结构与组元之一相同的固相称为固溶体A(B)A:溶剂溶剂 B：溶质：溶质 间隙固溶体间隙固溶体 置换固溶体置换固溶体固溶强化固溶强化：使金属强度和硬度提高的现象：使金属强度和硬度提高的现象LOGOCompany LogoLOGOCompany Logo金属间化合物：金属间化合物：金属间化合物是合金的组元相互作金属间化合物是合金的组元相互作用而形成的具有金属特性，而晶格类型和特性又完全不同用而形成的具有金属特性，而晶格类型和特性又完全不同于任一组元的化合物于任一组元的化合物-中间相中间相LOGOCompany Logo第二节第二节 简介简介发展简况发展简况

5、生物医用金属材料是人类最早利生物医用金属材料是人类最早利用的生物医用材料之一用的生物医用材料之一,迄今为止迄今为止在硬组织修复和替换材料中仍然在硬组织修复和替换材料中仍然首推金属及其合金首推金属及其合金钛及其合金钛及其合金钴铬合金钴铬合金不锈钢不锈钢贵金贵金属属LOGOCompany Logo 隋末唐初，银膏补牙隋末唐初，银膏补牙隋末唐初，银膏补牙隋末唐初，银膏补牙-成分是银、锡、汞，与现代牙齿填成分是银、锡、汞，与现代牙齿填成分是银、锡、汞，与现代牙齿填成分是银、锡、汞，与现代牙齿填充材料汞齐合金类似充材料汞齐合金类似充材料汞齐合金类似充材料汞齐合金类似1546年年 纯金属薄片用于修复颅骨缺

6、损纯金属薄片用于修复颅骨缺损1880年年 银用于膝盖骨缝合银用于膝盖骨缝合1896年年 镀镍钢钉用于骨折治疗镀镍钢钉用于骨折治疗20世纪世纪30年代年代 不锈钢，钴铬合金，钛及合金得到广泛应用不锈钢，钴铬合金，钛及合金得到广泛应用20世纪世纪70年代年代 Ni-Ti形状记忆合金，金属表面涂层的应用形状记忆合金，金属表面涂层的应用 近近20年年发展较慢，但在临床上仍占据重要地位发展较慢，但在临床上仍占据重要地位LOGOCompany Logo金属材料在组成上与人体组织成份相距甚远金属材料在组成上与人体组织成份相距甚远,很难与很难与生物组织产生亲合作用生物组织产生亲合作用,一般不具有生物活性一般不

7、具有生物活性,通常以通常以其其相对稳定的化学性能相对稳定的化学性能,获得一定的生物相容性获得一定的生物相容性第三节第三节 材料的特性与生物相容性材料的特性与生物相容性美国材料试验学会美国材料试验学会ASTM-F4的标准规定的标准规定:金属材料金属材料埋植埋植6个月后个月后,纤维包膜厚度纤维包膜厚度0.03mm为合格为合格LOGOCompany Logo生物医用金属材料在应用中面临的主要问题生物医用金属材料在应用中面临的主要问题:由于由于生理环境的腐蚀而造成的金属离子向周围组织扩散生理环境的腐蚀而造成的金属离子向周围组织扩散以及植入材料自身性质的退变以及植入材料自身性质的退变作为生物医用金属材料

8、作为生物医用金属材料,首先必须满足两个基本条件首先必须满足两个基本条件:无毒性无毒性,耐生理腐蚀耐生理腐蚀LOGOCompany Logo人体环境特点人体环境特点体液是质量分数约为体液是质量分数约为1%的的NaCl,少量其它盐少量其它盐类及有机化合物的充气溶液，有人说人体与类及有机化合物的充气溶液，有人说人体与温暖的海水相似温暖的海水相似由体液由体液构成构成在人体的不同部位，甚至同一部位的在人体的不同部位，甚至同一部位的不同时刻，人体组织内体液不一样不同时刻，人体组织内体液不一样电化学腐蚀的基本规律，对人体环境中电化学腐蚀的基本规律，对人体环境中的植入材料的腐蚀完全适用的植入材料的腐蚀完全适用

9、多种多种多样多样电解质电解质溶液溶液LOGOCompany Logo 毒性来源毒性来源：金属表面原子或离子因腐蚀或：金属表面原子或离子因腐蚀或磨损进入周围生物组织磨损进入周围生物组织1.金属材料的毒性金属材料的毒性 毒性作用毒性作用：作用于细胞，抑制酶的活动，阻止：作用于细胞，抑制酶的活动，阻止组织酶的扩散和破坏溶酶体组织酶的扩散和破坏溶酶体 具体表现：具体表现：与体内物质生成有毒化合物与体内物质生成有毒化合物，金属离子进入组织液引起水肿，栓塞，感染金属离子进入组织液引起水肿，栓塞，感染 和肿瘤等和肿瘤等LOGOCompany Logo金属离子析出问题金属离子析出问题a)金属离子进入人体在远期

10、将会产生什么结果尚未可知金属离子进入人体在远期将会产生什么结果尚未可知b)现已探明现已探明Ti6Al4V中的中的V对人体有害，拟采用对人体有害，拟采用Nb代替代替Vc)钛合金假体术后钛合金假体术后36个月体内个月体内Ti浓度升高了浓度升高了3倍，钛合金假体术倍，钛合金假体术后血和尿的中后血和尿的中Cr水平分别提高了水平分别提高了5倍和倍和8倍倍LOGOCompany Logo实例实例：镍铬烤瓷牙致病镍铬烤瓷牙致病 LOGOCompany Logo3.提高光洁度等方法来提高抗蚀性能提高光洁度等方法来提高抗蚀性能降毒方法降毒方法1.合金化合金化：如不锈钢中加入：如不锈钢中加入2%铍可减小毒铍可减小

11、毒性，加入性，加入20%铬可消除毒性铬可消除毒性2.提高耐蚀性提高耐蚀性基本无毒的金属单质：基本无毒的金属单质：Ga,In,Sn,Ti,Zr,Mo,W,Au,Ta,Pt常用合金组元：常用合金组元：Fe,Co,Cr,Ni,V,Mn等等如如Cr-Ni-Mo-Mn-Fe不锈钢，不锈钢，Co-Cr-Ni-Mn-W-Fe钴合金钴合金4.表面涂层表面涂层LOGOCompany Logo 金属材料的主要缺点就是腐蚀问题金属材料的主要缺点就是腐蚀问题u 腐蚀环境：腐蚀环境：电解质电解质：有机酸、碱金属或碱土金属（：有机酸、碱金属或碱土金属（Na+,K+,Ca2+）,Cl-等等构成的恒温电解质环境中，构成的恒温

12、电解质环境中，多种机制协同作用多种机制协同作用：恒温恒温37 蛋白质、酶和细胞的作用蛋白质、酶和细胞的作用 应力与磨损应力与磨损2.耐生理腐蚀性耐生理腐蚀性LOGOCompany Logo金属的腐蚀金属的腐蚀LOGOCompany Logo金属的腐蚀金属的腐蚀腐蚀的种类腐蚀的种类均匀腐蚀均匀腐蚀：腐蚀产物及进入机体的金属离子总量较大，影响材料生物相容性：腐蚀产物及进入机体的金属离子总量较大，影响材料生物相容性点腐蚀点腐蚀：微电池作用使阳极部位严重腐蚀，医用不锈钢发生的可能性较大：微电池作用使阳极部位严重腐蚀，医用不锈钢发生的可能性较大如如316316、316L316L不锈钢腐蚀速率不锈钢腐蚀速

13、率0.212%时，可得到单相奥氏体时，可得到单相奥氏体 LOGOCompany Logo2.加工工艺加工工艺真空熔练（真空熔练（+真空电弧炉重熔）真空电弧炉重熔）冷加工（提高强度）冷加工（提高强度）抛光：提高表面光洁度消除腐蚀和应力集中隐患抛光：提高表面光洁度消除腐蚀和应力集中隐患316和和316L不锈钢的力学性能不锈钢的力学性能LOGOCompany Logo3.生物相容性生物相容性点腐蚀和界面腐蚀导致长期稳定性差点腐蚀和界面腐蚀导致长期稳定性差设计不合理导致应力集中及磨损设计不合理导致应力集中及磨损磨损和腐蚀产物引起不良组织反应（水肿，感染，组织坏死等），磨损和腐蚀产物引起不良组织反应（水

14、肿，感染，组织坏死等），导致疼痛和组织坏死等反应导致疼痛和组织坏死等反应溶出的镍离子可能诱发肿瘤形成溶出的镍离子可能诱发肿瘤形成密度和弹性模量与人体组织差别大，导致力学相容性差密度和弹性模量与人体组织差别大，导致力学相容性差无生物活性，难于和生物组织形成牢固键合无生物活性，难于和生物组织形成牢固键合LOGOCompany Logo4.医学应用医学应用齿科齿科人工关节和骨折内固定器械人工关节和骨折内固定器械心血管系统心血管系统其它其它金属外臼金属外臼金属或陶瓷球金属或陶瓷球聚合物或陶瓷的内臼聚合物或陶瓷的内臼金属柄金属柄陶瓷涂层陶瓷涂层LOGOCompany Logo二二 医用钴基合金医用钴基合

15、金(cobalt alloy as biomedical materials）1.化学成份化学成份（Co-Cr-Mo,Co-Cr-W-Ni,Co-Cr-Mo-W-Fe,Co-Ni-Cr-Mo）Co室温下是六方密排结构室温下是六方密排结构高温稳定相是面心立方结构高温稳定相是面心立方结构 通过合金化微调整，可使合金通过合金化微调整，可使合金在室温下得到上述两相的复相在室温下得到上述两相的复相组织提高力学性能组织提高力学性能LOGOCompany Logo 2.制造工艺制造工艺精密铸造：多用于制造形状复杂的的制品精密铸造：多用于制造形状复杂的的制品 可采用固溶退火、锻造、热等静压来改善组织缺陷，提高

16、疲劳强度等力学可采用固溶退火、锻造、热等静压来改善组织缺陷，提高疲劳强度等力学性能性能 形变加工（热轧，轧制，挤压和冲压）：可改善铸态组织，提高力学性形变加工（热轧，轧制，挤压和冲压）：可改善铸态组织，提高力学性能能（如锻造钴基合金的人工关节疲劳断裂的概率大大减小）（如锻造钴基合金的人工关节疲劳断裂的概率大大减小）粉末治金：可采用热等静压烧结工艺提高烧结体的密度，但成本也随之粉末治金：可采用热等静压烧结工艺提高烧结体的密度，但成本也随之提高提高 LOGOCompany Logo 3.力学性能力学性能 具有优异的耐磨性能，硬度比不锈钢高具有优异的耐磨性能，硬度比不锈钢高1/3,1/3,承载能力较

17、强承载能力较强典型钴基合金的力学性能典型钴基合金的力学性能LOGOCompany Logo4.生物相容性生物相容性钝化膜稳定，耐腐蚀性好，耐蚀性比不锈钢高数钝化膜稳定，耐腐蚀性好，耐蚀性比不锈钢高数10倍倍一般无明显的组织反应一般无明显的组织反应人工髋关节界面松动率较高，因人工髋关节界面松动率较高，因Co,Ni离子的释放，引起细胞离子的释放，引起细胞与组织的坏死与组织的坏死Co,Ni,Cr还可引起皮肤过敏反应，其中还可引起皮肤过敏反应，其中Co最为严重最为严重 LOGOCompany Logo5.临床应用临床应用适合于制造体内承载苛刻、耐蚀性要求较高的长期植适合于制造体内承载苛刻、耐蚀性要求较

18、高的长期植入件，其品种主要有各类人工关节及整形外科植入器入件，其品种主要有各类人工关节及整形外科植入器械。在心脏外科，齿科等领域均有应用械。在心脏外科，齿科等领域均有应用CoCrMoCoCrMo合金合金合金合金制股骨帽制股骨帽制股骨帽制股骨帽LOGOCompany Logo三三 医用贵金属医用贵金属（noble metal）性能特点：性能特点：具有稳定的物理和化学性质，抗腐蚀性优良，表具有稳定的物理和化学性质，抗腐蚀性优良，表现出生物惰性，具有优良的导电性现出生物惰性，具有优良的导电性医用贵金属是指金、银、铂及其合医用贵金属是指金、银、铂及其合金的总称金的总称。具用具有。具用具有稳定的物理和稳

19、定的物理和化学性质，抗腐蚀性优良，表现出化学性质，抗腐蚀性优良，表现出生物惰性，具有优良的导电性生物惰性，具有优良的导电性。通。通过合金可对其物理、化学性能进行过合金可对其物理、化学性能进行调整，满足不同的需求。由于它们调整，满足不同的需求。由于它们的导电性能优良，常用于制作植入的导电性能优良，常用于制作植入式的电极或电子检测装置。式的电极或电子检测装置。LOGOCompany Logo1.金及金合金金及金合金金和金合金耐久性，稳定性和抗蚀性，使它们在牙金和金合金耐久性，稳定性和抗蚀性，使它们在牙科上成为很有用的金属科上成为很有用的金属LOGOCompany Logo某些某些Au-Ag-Cu为

20、基的合金合金的代表性组成为基的合金合金的代表性组成LOGOCompany Logo 牙科用贵金属材料牙科用贵金属材料贵金属牙科烧瓷合金的组成贵金属牙科烧瓷合金的组成LOGOCompany Logo汞齐合金汞齐合金 将将Ag,Cu,Sn合金粉与汞通过研磨或强烈振合金粉与汞通过研磨或强烈振动发生反应而形成的一种合金，从合金组成动发生反应而形成的一种合金，从合金组成可分为可分为低铜汞齐合金低铜汞齐合金和和高铜汞齐合金高铜汞齐合金两类两类2.银及银合金银及银合金LOGOCompany Logo代表性汞齐合金的化学组成代表性汞齐合金的化学组成LOGOCompany Logo 用汞齐合金进行牙科修复的优点

21、是操作容易，用汞齐合金进行牙科修复的优点是操作容易，简便。简便。但汞齐合金长期在口腔中是否会引起汞但汞齐合金长期在口腔中是否会引起汞的释放，汞齐合金硬化时的尺寸变化及其在口的释放，汞齐合金硬化时的尺寸变化及其在口腔环境中，是否会腐蚀等问题，一直是牙科医腔环境中，是否会腐蚀等问题，一直是牙科医生和病人关注的焦点生和病人关注的焦点 汞齐合金在各种人造唾液中腐蚀行为的研究表汞齐合金在各种人造唾液中腐蚀行为的研究表明，它在无腐蚀状态下会释放出汞，在较短时明，它在无腐蚀状态下会释放出汞，在较短时释放的汞量与规定的摄入量相等，在较长时间释放的汞量与规定的摄入量相等，在较长时间内释放的汞量仍然较低内释放的汞

22、量仍然较低LOGOCompany Logo铸造合金铸造合金 大多数牙科铸造合金是以大多数牙科铸造合金是以Au-Ag-Cu为基的合为基的合金系，有时添加金系，有时添加Pd和和Pt以提高合金的机械性以提高合金的机械性能和抗腐蚀性，有时也添加少量的能和抗腐蚀性，有时也添加少量的Ir和和Ru使使金的晶粒细化金的晶粒细化LOGOCompany Logo我国牙科铸造合金的标准规定，合金的化学成分中：我国牙科铸造合金的标准规定，合金的化学成分中：非贵金属（非贵金属（Cu,Sn,Zn,Co,Cr等）总量等）总量75%贵金属（贵金属（Au,Ag,Pt,Pd,Rh,Ru,Ir,Os）总量）总量 25%有害杂质有害

23、杂质Ni 0.01%,Cd 0.02%,Be 0.02%,贵金属含量的偏差应控制在贵金属含量的偏差应控制在0.5%,LOGOCompany Logo四四 钛及其合金钛及其合金(Titanium and titanium alloy as biomdical materials)materials)1.组织结构组织结构A 纯钛纯钛882C以下为密排六方以下为密排六方单相组织单相组织882C以上至熔点为体心立方以上至熔点为体心立方单相组织单相组织B 合金合金合金元素合金元素稳定化元素：稳定化元素：Fe,Mo,Mg,Cr,Mn,V稳定化元素：稳定化元素：Al,N,O,B中性元素：中性元素：Sn,Zr

24、合金类型合金类型型型TA型型TB+型型TCTi6Al4V(TC4),+双相组织双相组织LOGOCompany Logo2.化学成份化学成份Ti金属和金属和Ti合金化学成份组成（以质量分数计）合金化学成份组成（以质量分数计）纯钛和纯钛和TC4(Ti-6Al-4V)为主为主，这类合金强度不如钴合金，这类合金强度不如钴合金,但耐腐蚀性好，与人体组织反应但耐腐蚀性好，与人体组织反应很弱，钛合金的密度小，弹性模量低，接近于天然骨。广泛用于制作各种人工关节、接骨很弱，钛合金的密度小，弹性模量低，接近于天然骨。广泛用于制作各种人工关节、接骨板、骨螺钉与骨折固定针等，也用于制作牙根种植体等，呈现出良好的耐板、

25、骨螺钉与骨折固定针等，也用于制作牙根种植体等，呈现出良好的耐疲劳性能。疲劳性能。LOGOCompany LogoTi金属和金属和Ti合金的机械力学性能（合金的机械力学性能（ASTM，F136）商业用的纯钛和商业用的纯钛和Ti-6Al-4VTi-6Al-4V的机械力学性能如表所示，它们的弹性模的机械力学性能如表所示，它们的弹性模量约为量约为110GPa,110GPa,大约是钴基合金的一半。大约是钴基合金的一半。LOGOCompany Logo3.性能特点性能特点密度小，密度小，4.5g/cm3,仅为铁基和钴基合金的一半仅为铁基和钴基合金的一半机械强度高，弹性模量低机械强度高，弹性模量低耐腐蚀性，

26、和抗疲劳性能优于不锈钢和钴基合金耐腐蚀性，和抗疲劳性能优于不锈钢和钴基合金硬度低，耐磨性能差硬度低，耐磨性能差生物相容性好生物相容性好LOGOCompany Logo4.生物相容性生物相容性钛是目前已知的生物亲和性最好的金属之一，其表面易钛是目前已知的生物亲和性最好的金属之一，其表面易形成致密的二氧化钛钝化膜，组织反应轻微形成致密的二氧化钛钝化膜，组织反应轻微凝胶状态的二氧化钛膜具有诱导体液中钙、磷离子沉积凝胶状态的二氧化钛膜具有诱导体液中钙、磷离子沉积生成磷灰石的能力，表现出一定的生物活性和骨性结合生成磷灰石的能力，表现出一定的生物活性和骨性结合能力能力弹性模量较低，力学相容性好弹性模量较低

27、，力学相容性好LOGOCompany Logo5.加工工艺加工工艺（双真空或惰性气体保护）自耗电极熔练，需严格控制杂质元素含量（双真空或惰性气体保护）自耗电极熔练，需严格控制杂质元素含量精密铸造，精密锻造或采用轧制材料精密铸造，精密锻造或采用轧制材料固溶处理和时效处理改善力学性能固溶处理和时效处理改善力学性能钛的冶练和成型加工比其它金属材料困难钛的冶练和成型加工比其它金属材料困难LOGOCompany Logo6.性能问题性能问题硬度较低，耐磨性差硬度较低，耐磨性差弹性模量仍然偏高，约为骨的弹性模量仍然偏高，约为骨的410倍倍含有毒性元素含有毒性元素表面高温离子氮化表面高温离子氮化离子注入离子

28、注入LOGOCompany Logo钒钒，在骨，肝，肾，脾等器官聚集，毒性反应主要与磷酸，在骨，肝，肾，脾等器官聚集，毒性反应主要与磷酸盐的生化代谢有关盐的生化代谢有关影响影响Na+,K+,Ca2+和和H+的浓度以及的浓度以及ATP酶的作用酶的作用毒性超过毒性超过Ni和和Cr铝铝，以铝盐的形式积蓄在体内导致器官的损伤，引起骨软，以铝盐的形式积蓄在体内导致器官的损伤，引起骨软化，贫血和神经紊乱等症状化，贫血和神经紊乱等症状LOGOCompany Logo纯钛具有优异的生物相容性，主要临床表现在纯钛具有优异的生物相容性，主要临床表现在1 1.钛表面与组织具有良好的生物反应，无毒，不致癌，不钛表面与

29、组织具有良好的生物反应，无毒，不致癌，不致畸，不诱发变态反应致畸，不诱发变态反应2.2.钛不产生炎症钛不产生炎症LOGOCompany Logo钛基合金：钛基合金：Ti-6Al-4V,Ti-5Al-2.5FeTi-6Al-7Nb,新型新型钛合金钛合金1.无毒，质轻，强度高，生物相容性好，无毒，质轻，强度高，生物相容性好，耐腐蚀，生物相容性好耐腐蚀，生物相容性好2.含有含有“Al”元素，会导致器官的损伤，元素，会导致器官的损伤，引起骨软化，贫血，和神经紊乱等症引起骨软化，贫血，和神经紊乱等症状状钛合金人工髋关节钛合金人工髋关节LOGOCompany Logo研发现状研发现状世界上每年有近千吨医用

30、型钛及钛合金材料用于制造人体植入物，世界上每年有近千吨医用型钛及钛合金材料用于制造人体植入物，其中其中80%是是Ti-6Al-4V随着医用型钛合金随着医用型钛合金Ti-6Al-4V应用发展，开发出具有高断裂韧性，低裂纹应用发展，开发出具有高断裂韧性，低裂纹扩展的低间隙元素开型扩展的低间隙元素开型 Ti-6Al-4V EL1钛合金钛合金积极开发无铝、新型钛合金，如积极开发无铝、新型钛合金，如Ti-13Nb-13Zr钛合金钛合金（ASTMF17131996），），Ti-12Nb-6Zr-2Fe（ASTMF18131996）从从综合性能、良好的变形加工与价格定位上看，综合性能、良好的变形加工与价格定

31、位上看，Ti-6Al-4V合金，仍然是合金，仍然是至今为止，最为理想的人体植入物金属材料至今为止，最为理想的人体植入物金属材料 LOGOCompany Logo钛制金属件（有上百种）钛制金属件（有上百种）LOGOCompany Logo五五 形状记忆合金形状记忆合金自自1951年美国首次报道年美国首次报道Au-Cd（金（金-镉）合金具有形状记镉）合金具有形状记忆效应以来，目前已发现有忆效应以来，目前已发现有20多种记忆合金，其中以镍多种记忆合金，其中以镍钛（钛（Ni-Ti）合金在临床上应用最大）合金在临床上应用最大它在不同的温度下表现为不同的金属结构相。它在不同的温度下表现为不同的金属结构相。

32、如低温时如低温时为单斜结构相，高温时为立方体结构相为单斜结构相，高温时为立方体结构相，前者柔软可随，前者柔软可随意变形，如拉直式屈曲，而后者刚硬，可恢复原来的形意变形，如拉直式屈曲，而后者刚硬，可恢复原来的形状，并在形状恢复过程中产生较大的恢复力状，并在形状恢复过程中产生较大的恢复力LOGOCompany LogoLOGOCompany Logo形状记忆合金可以分为三种形状记忆合金可以分为三种单程记忆效应单程记忆效应双程记忆效应双程记忆效应全程记忆效应全程记忆效应LOGOCompany Logov特特点点：奇奇特特的的形形状状记记忆忆功功能能、质质轻轻、磁磁性性微微弱弱、强强度较高、耐疲劳性能

33、、高回弹性和生物相容性好等度较高、耐疲劳性能、高回弹性和生物相容性好等v应用：应用：管管腔腔狭狭窄窄的的治治疗疗（喉喉气气管管狭狭窄窄、食食管管狭狭窄窄、胆胆道道狭狭窄窄、尿尿道道狭狭窄窄及及闭闭锁锁等等）：支支架架安安入入管管腔腔狭狭窄窄的的部部位位后后，能能将将狭狭窄窄管管腔腔撑撑开开，并并与与管管壁壁相相贴贴紧紧，固固定定好好；其其生生物物相相容容性性好好，长长期期安安放放对对黏黏膜膜无无明明显显损损伤伤；其其高高回回弹弹性性能能顺顺应管道的弯曲，对人体刺激小应管道的弯曲，对人体刺激小口口腔腔科科：用用这这种种材材料料做做成成的的种种植植牙牙具具有有齿齿槽槽骨骨切切口口小小，固定牢靠等优

34、点固定牢靠等优点骨科：人工关节，断骨连接、弯曲脊柱矫正骨科：人工关节，断骨连接、弯曲脊柱矫正血管外科：治疗主动脉瘤、冠状动脉和椎动脉狭窄等血管外科：治疗主动脉瘤、冠状动脉和椎动脉狭窄等 LOGOCompany Logo纯金属钽（纯金属钽（Ta）六六 医用钽、铌、锆材料医用钽、铌、锆材料钽是化学活性很高的金属，在生量或其它环境中，甚至在缺氧的的状钽是化学活性很高的金属，在生量或其它环境中，甚至在缺氧的的状态下，其表面都能立即生成一层化学性能稳定的钝化膜，从而使钽具态下，其表面都能立即生成一层化学性能稳定的钝化膜，从而使钽具有有很好的化学稳定性和抗生理腐蚀性，并且具有良好的生物相容性很好的化学稳定

35、性和抗生理腐蚀性，并且具有良好的生物相容性。钽植入骨内能与周围生成的新骨直接接触。最近有研究表明，多孔金钽植入骨内能与周围生成的新骨直接接触。最近有研究表明，多孔金属钽在其表面进行生物活化处理后，植物动物体内，孔内有新骨生成，属钽在其表面进行生物活化处理后，植物动物体内，孔内有新骨生成，具有诱导成骨性，这表明金属钽具有优良的生物学性能。具有诱导成骨性，这表明金属钽具有优良的生物学性能。钽合金的机械力学性能钽合金的机械力学性能LOGOCompany Logo纯金属铌（纯金属铌（Nb）铌合金的机械力学性能铌合金的机械力学性能铌为难熔金属，铌和钽的化学性质很相似，具有良好的化学稳定性和铌为难熔金属，

36、铌和钽的化学性质很相似，具有良好的化学稳定性和耐腐蚀性能。耐腐蚀性能。医用铌一般采用高纯铌，铌在医学方面与钽类似，如修医用铌一般采用高纯铌，铌在医学方面与钽类似，如修复颅骨和骨髓内钉等，由于其来源和经济等原因，医用铌的用途受到复颅骨和骨髓内钉等，由于其来源和经济等原因，医用铌的用途受到很大的限制。很大的限制。LOGOCompany Logo纯金属铂（纯金属铂（Pt）铂是一种银白色金属铂是一种银白色金属，晶体结构为面心立方，晶体结构为面心立方铂具有高熔点，高沸点和低蒸气压的特点铂具有高熔点，高沸点和低蒸气压的特点常见的铂合金有常见的铂合金有铂铱合金，铂金合金和铂银合金。它们铂铱合金，铂金合金和铂

37、银合金。它们均具有极好的抗蚀性能和物理化学稳定性均具有极好的抗蚀性能和物理化学稳定性。用铂及其合。用铂及其合金制造的微探针，广泛用于人体神经系统的各种植入性金制造的微探针，广泛用于人体神经系统的各种植入性检测和修复用的电子装置，心脏起博器等检测和修复用的电子装置，心脏起博器等铂及其合金的铂及其合金的力学性能较差，及其成本较高力学性能较差，及其成本较高，限制了其在临床上的应，限制了其在临床上的应用用LOGOCompany Logo常见医用金属材料及特点（优点）常见医用金属材料及特点（优点）LOGOCompany Logo七七 金属与合金表面涂层处理金属与合金表面涂层处理金属与合金在生物体内的腐蚀

38、问题尚未解决，需对其金属与合金在生物体内的腐蚀问题尚未解决，需对其表面进行改进表面进行改进 表面改性不仅要表面改性不仅要抑制有害金属的溶出抑制有害金属的溶出，而且要，而且要促进促进组织的再生和加强材料与组织的结合组织的再生和加强材料与组织的结合LOGOCompany Logo表面氧化表面氧化不不锈锈钢钢骨骨钉钉化学处理化学处理表面诱导矿化表面诱导矿化表面修饰表面修饰离子注入离子注入LOGOCompany Logo实例实例：钛表面阳极氧化钛表面阳极氧化 Brammer KS,Oh S,Cobb CJ.Improved bone-forming functionality on diameter-

39、controlled TiO2 nanotube surface Acta Biomaterialia 2009,5:3215-3223LOGOCompany LogoBrammer KS,Oh S,Cobb CJ.Improved bone-forming functionality on diameter-controlled TiO2 nanotube surface Acta Biomaterialia 2009,5:3215-3223LOGOCompany Logo八八 多孔金属多孔金属定义定义：一种金属骨架里分布着大量孔洞的新型材料，以多一种金属骨架里分布着大量孔洞的新型材料，以多

40、样化孔隙为特征的广义阻尼材料样化孔隙为特征的广义阻尼材料 分类分类：按结构来分，可分为无序和有序两类。前者如泡按结构来分，可分为无序和有序两类。前者如泡 沫沫材料，后者主要是点阵材料材料，后者主要是点阵材料 按孔之间是否连通，分为闭孔和通孔两类。前者含有大按孔之间是否连通，分为闭孔和通孔两类。前者含有大 量独立的孔洞，后者是连续畅通的三维多孔结构量独立的孔洞，后者是连续畅通的三维多孔结构细胞外基质,extracellular matrixc,ECM,由细胞分泌到细胞外间质中的大分子物质，构成复杂的网架结构，支持并连接组织结构、调节组织的发生和细胞的生理活动。LOGOCompany Logo多孔

41、金属材料用于植入材料的优点多孔金属材料用于植入材料的优点 多孔结构利于成骨细胞的粘附、分化和生长。促使骨长多孔结构利于成骨细胞的粘附、分化和生长。促使骨长入孔隙，加强植入体与骨的连接，实现生物固定入孔隙，加强植入体与骨的连接，实现生物固定 多孔金属材料的密度，强度和弹性模量可以通过改变孔多孔金属材料的密度，强度和弹性模量可以通过改变孔隙度来调整，达到与被替换硬组织相匹配的力学性能隙度来调整，达到与被替换硬组织相匹配的力学性能（力学相容性），如减弱或消除应力屏蔽效应，避免植（力学相容性），如减弱或消除应力屏蔽效应，避免植入体周围的骨坏死，新骨畸变及其承载应力降低等入体周围的骨坏死，新骨畸变及其承

42、载应力降低等 开放的连通孔结构，利于水份和养料在植入体内的传输，开放的连通孔结构，利于水份和养料在植入体内的传输，促进组织再生与重建，加快痊愈过程促进组织再生与重建，加快痊愈过程LOGOCompany Logo1.多孔钽多孔钽 材料结构如同松质骨的结构，材料结构如同松质骨的结构，空隙大小空隙大小400600微米，孔隙微米，孔隙率率7585%多孔钽的形貌图多孔钽的形貌图 在临床上的应用主要有髋臼假在临床上的应用主要有髋臼假体，脊椎间融合器，缺损骨修体，脊椎间融合器，缺损骨修复及软骨修复复及软骨修复LOGOCompany Logo2.多孔镁及镁合金多孔镁及镁合金 多孔镁基金属的研究，还停留在多孔镁

43、基金属的研究，还停留在实验室阶段，尚未进入临床应用，实验室阶段，尚未进入临床应用，但鉴于镁合金的诸多优势，临床但鉴于镁合金的诸多优势，临床应用会大有前景应用会大有前景多孔钛形貌图多孔钛形貌图 多孔钛已经广泛用于人工关节矫多孔钛已经广泛用于人工关节矫型手术、牙缺损修复、骨填充材型手术、牙缺损修复、骨填充材料等。多孔钛植入物能够提高植料等。多孔钛植入物能够提高植入材料的生物相容性入材料的生物相容性多孔镁形貌图多孔镁形貌图LOGOCompany Logo1.了解医用金属材料的特性与要求了解医用金属材料的特性与要求2.掌握常用医用金属材料类型及其分类、组成、特掌握常用医用金属材料类型及其分类、组成、特性、生物相容性和临床应用性、生物相容性和临床应用3.掌握医用金属材料的生理腐蚀机理，腐蚀类型掌握医用金属材料的生理腐蚀机理，腐蚀类型4.了解改善金属生物材料表面性能的主要方法了解改善金属生物材料表面性能的主要方法5.了解医用金属材料的研究进展及其发展趋势了解医用金属材料的研究进展及其发展趋势小结与回顾小结与回顾