生物醫(yī)用金屬材料

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1、生物醫(yī)用金屬材料摘要：在概述醫(yī)用金屬材料目前的研究現(xiàn)狀、性能和應(yīng)用的基礎(chǔ)上，指出了醫(yī)用金屬材料應(yīng)用中目前存在的主要問(wèn)題，闡述了近些年生物醫(yī)用金屬材料的新進(jìn)展，并對(duì)今后的發(fā)展進(jìn)行展望分析。關(guān)鍵詞：生物醫(yī)用金屬材料現(xiàn)狀研究進(jìn)展引言：生物醫(yī)用材料（biomedicalmaterial）是用于對(duì)生物體進(jìn)行診斷、治療、修復(fù)或替換其病損組織、器官或增進(jìn)其功能的新型高技術(shù)材料，能夠植入生物體或與生物組織相糅合。它的研究及產(chǎn)業(yè)化對(duì)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大作用正日益受到各國(guó)政府、產(chǎn)業(yè)界和科技界的高度重視。目前用于臨床的生物醫(yī)用材料主要包括

2、生物醫(yī)用金屬材料、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）以及生物醫(yī)用復(fù)合材料等。而與其它幾種生物材料相比，生物醫(yī)用金屬材料具有高的強(qiáng)度、良好的韌性及抗彎曲疲勞強(qiáng)度、優(yōu)異的加工性能等許多其它醫(yī)用材料不可替代的優(yōu)良性能。但生物醫(yī)用金屬材料在應(yīng)用中也面臨著一些問(wèn)題，由于生理環(huán)境的腐蝕而造成的金屬離子向周?chē)M織擴(kuò)散以及植入材料自身性質(zhì)的退變，前者可能導(dǎo)致毒副作用，后者可能導(dǎo)致植入失效，因此研究和開(kāi)發(fā)性能更優(yōu)、生物相容性更好的新型生物醫(yī)用金屬材料依然是材料工作者和

3、醫(yī)務(wù)工作者共同關(guān)心的課題。生物醫(yī)用金屬材料生物醫(yī)用金屬材料是指一類(lèi)用作生物材料的金屬或合金，又稱(chēng)外科用金屬材料。它是一類(lèi)生物惰性材料。通常用于整形外科、牙科等領(lǐng)域，具有治療、修復(fù)固定和置換人體硬組織系統(tǒng)的功能。在生物醫(yī)學(xué)材料中，金屬材料應(yīng)用最早，已有數(shù)百年的歷史。人類(lèi)在古代就已經(jīng)嘗試使用外界材料來(lái)替換修補(bǔ)缺損的人體組織。在公元前，人類(lèi)就開(kāi)始利用天然材料，如象牙，來(lái)修復(fù)骨組織；到了19世紀(jì)，由于金屬冶煉技術(shù)的發(fā)展，人們開(kāi)始嘗試使用多種金屬材料，不遺余力地發(fā)展生物醫(yī)用材料，以解救在臨床上由于創(chuàng)傷、腫瘤、感染所造成的骨組織

4、缺損患者，如用銀汞合金（主要成份：汞、銀、銅、錫、鋅）來(lái)補(bǔ)牙等；目前臨床應(yīng)用的醫(yī)用金屬材料主要有不銹鋼、鈷基合金、鈦和鈦合金等幾大類(lèi)。此外還有形狀記憶合金、貴金屬以及純金屬鉭、鈮、鋯等。醫(yī)用金屬材料的特性與要求（1）生物形容性即生物學(xué)反應(yīng)最小，包括無(wú)毒性、無(wú)熱源反應(yīng)、不致畸、不致癌、不引起過(guò)敏反應(yīng)或干擾機(jī)體的免疫機(jī)理、不破壞臨近組織，也不發(fā)生材料表面的鈣化沉積等。（2）物理和化學(xué)穩(wěn)定性好，包括強(qiáng)度、彈性、尺寸穩(wěn)定性、耐腐蝕性、耐磨性以及界面穩(wěn)定性等。（3）易于加工成型，材料易于制造，價(jià)格適當(dāng)（4）對(duì)于植入心血管系統(tǒng)或

5、與血液接觸的材料，除能滿足以上條件外，還須具有良好的血液相容性，即不凝血（抗凝血性好）、不破壞紅細(xì)胞（不溶血）、不破壞血小板、不改變血中蛋白（特別是脂蛋白）、不擾亂電解質(zhì)平衡等。生物醫(yī)用金屬材料的應(yīng)用現(xiàn)狀1.純鈦和鈦合金純鈦具有無(wú)毒、質(zhì)輕、強(qiáng)度高、生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)，且純鈦不會(huì)生銹，而且耐高溫、低溫、耐腐蝕，可與骨組織直接連接形成物理性結(jié)合，經(jīng)證明與骨組織也可以發(fā)生化學(xué)性結(jié)合，因此在骨科領(lǐng)域應(yīng)用較廣。5基于以上優(yōu)點(diǎn)，20世紀(jì)50年代，美國(guó)和英國(guó)就開(kāi)始把純鈦用于生物體。到了20世紀(jì)60年代，鈦合金開(kāi)始作為人體植入材料而

6、廣泛應(yīng)用于臨床。鈦合金就是為了進(jìn)一步加強(qiáng)純鈦的強(qiáng)度而制成的。生物相容性不如純鈦，但強(qiáng)度是不銹鋼的3.5倍，為目前所有工業(yè)金屬材料中最高。從最初的Ti—6Al—4V到隨后的Ti—5Al—2.5Fe和Ti—6Al—7Nb合金，以及近些年發(fā)展起來(lái)的新型鈦合金，鈦合金在人體植入材料方面獲得了較快的發(fā)展。1973年北京有色金屬研究總院與天津市骨科醫(yī)療器械廠合作生產(chǎn)了300個(gè)鈦人工股骨和髖關(guān)節(jié)，并用于臨床。由于釩有毒，對(duì)人體具有潛在的有害影響，因此20世紀(jì)70～80年代世界各國(guó)開(kāi)始用鈦合金研制無(wú)釩植入物。80年代中期2種新型（）

7、型鈦合金Ti—5Al—2.5Fe和Ti—6Al—7Nb在歐洲得到了發(fā)展，這類(lèi)合金的力學(xué)性能與Ti—6Al—4V相近，具有較好的生物相容性和耐腐蝕性，并去掉了對(duì)人體有毒性的V元素。然而此類(lèi)合金仍含有Al元素（Al元素能導(dǎo)致器官的損傷，引起骨軟化、貧血和神經(jīng)紊亂等癥狀），且其彈性模量為骨彈性模量的4—10倍。種植體與骨彈性模量之間的不匹配，使得載荷不能由種植體很好地傳遞到相鄰骨組織，出現(xiàn)“應(yīng)力屏蔽”現(xiàn)象，從而導(dǎo)致種植體周?chē)霈F(xiàn)骨吸收，最終引起種植體松動(dòng)或斷裂，造成種植失敗。而最新研制的新型（）鈦合金Ti—15Zr系和Ti

8、—15Sn系合金則同時(shí)去掉了V和Al。近年來(lái)開(kāi)發(fā)出的一些新型鈦合金（主要是型合金），因都注重減少了對(duì)人體有一定危害的元素，有效地改善了鈦合金的生物相容性。在臨床領(lǐng)域內(nèi)純鈦及其合金在修補(bǔ)各類(lèi)大的（顱、肋、胸、頜骨等）骨缺損、人工關(guān)節(jié)、種植體以及作為骨固定用板、釘、螺絲等材料中廣泛使用，并取得了令人矚目的成績(jī)。2.醫(yī)用不銹鋼用作生物醫(yī)用材料的不銹鋼