生物医用(全)课件

1、生物医用金属材料主要内容 发展简况及特性1 不锈钢2 钴基合金3 钛及钛合金4 医用贵金属5 记忆性合金6Company Logo第二节 简介一、发展简况生物医用金属材料是人类最早利用的生物医用材料之一,迄今为止在硬组织修复和替换材料中仍然首推金属及其合金钛及其合金钴铬合金不锈钢贵金属Company Logo 隋末唐初，银膏补牙-成分是银、锡、汞，与现代牙齿填充材料汞齐合金类似1546年 纯金属薄片用于修复颅骨缺损1880年 银用于膝盖骨缝合1896年 镀镍钢钉用于骨折治疗20世纪30年代 不锈钢，钴铬合金，钛及合金得到广泛应用20世纪70年代 Ni-Ti形状记忆合金，金属表面涂层的应用 近2

2、0年发展较慢，但在临床上仍占据重要地位Company Logo金属材料在组成上与人体组织成份相距甚远,很难与生物组织产生亲合作用,一般不具有生物活性,通常以其相对稳定的化学性能,获得一定的生物相容性第三节 材料的特性与生物相容性美国材料试验学会ASTM-F4的标准规定:金属材料埋植6个月后,纤维包膜厚度0.03mm为合格Company Logo生物医用金属材料在应用中面临的主要问题:由于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作为生物医用金属材料,首先必须满足两个基本条件:无毒性,耐生理腐蚀Company Logo实例：镍铬烤瓷牙致病 Company Logo 金

3、属材料的主要缺点就是腐蚀问题 腐蚀环境：电解质：有机酸、碱金属或碱土金属（Na+,K+,Ca2+）,Cl-等构成的恒温电解质环境中，多种机制协同作用： 恒温37 蛋白质、酶和细胞的作用 应力与磨损2. 耐生理腐蚀性Company Logo3.力学性能A 足够的强度和塑性 人体股骨头：抗压强度143MPa,纵向弹性模量13.8GPa, 径向（13.8/3） 髋关节：3.6*106次冲击载荷（数倍于人体体重）Company Logo对人工髋关节金属材料的要求是： 屈服强度450 MPa 抗拉强度800 MPa 疲劳强度400 MPa 延伸率8%Company LogoB 弹性模量稍高于或高于人骨的

4、弹性模量 通常生物材料的弹性模量大于骨。如骨1040GPa, 纯钛110GPa弹性模量过高 材料与骨的应变不同，界面处的相对位移造成界面松动 应力屏蔽，引起骨组织的功能退化或吸收 弹性模量过低 低应力变形，起不到固定与支撑的作用Company LogoC 力学相容性与金属与骨组织的界面结合问题 通常的生物金属材料均不具备生物活性弹性模量差异造成的界面松动 钛及其合金表面活化可改善界面结合问题 二、医用不锈钢奥氏体不锈钢是在铁-铬系统中再加入8%以上的镍形成铁-铬-镍三元合金，随着碳含量的增加，强度大幅度地提高，抗腐蚀性能优异，常作为生物材料选用。 最早用于植入材料的不锈钢是18-8(即302不

5、锈钢)，其强度与耐蚀性能均优于钒钢。 引入18-8sMo，其中的Mo能够改善在电解质溶液中的耐腐蚀性能，这就是我们熟知的316不锈钢。 20世纪50年代，316不锈钢的碳含量由0.08%降低为0.03%，进一步提高了其在含Cl溶液体系中的耐蚀性能，降低了材料致敏性，这就是常见的316L不锈钢三、钴基合金钴基合金通常是指Co-Cr合金，基本上分为两类：一类是Co-Cr-Mo合金，一般通过铸造加工，铸造Co-Cr-Mo合金已经在牙科方面应用了近几十年，目前主要用于制造人工关节连接件；另一类是Co-Ni-Cr-Mo合金，一般通过热锻加工，锻造Co-Ni-Cr-Mo合金主要用于制造关节替换假体连接件的

6、主干，承受重载荷，如膝关节和髋关节等。 二维有限元法设计Company Logo1. 组织结构A 纯钛882C以下为密排六方单相组织882C以上至熔点为体心立方单相组织B 合金合金元素稳定化元素：Fe,Mo,Mg, Cr, Mn, V稳定化元素：Al,N,O, B中性元素：Sn,Zr合金类型型TA型TB+型TCTi6Al4V(TC4),+双相组织四、钛与钛合金Company Logo 性能特点：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，具有优良的导电性医用贵金属是指金、银、铂及其合金的总称。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。通过合金可对其物

7、理、化学性能进行调整，满足不同的需求。由于它们的导电性能优良，常用于制作植入式的电极或电子检测装置。五、医用贵金属Company Logo1. 金及金合金金和金合金耐久性，稳定性和抗蚀性，使它们在牙科上成为很有用的金属Company Logo某些Au-Ag-Cu为基的合金合金的代表性组成Company Logo 牙科用贵金属材料贵金属牙科烧瓷合金的组成Company Logo汞齐合金 将Ag, Cu, Sn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，从合金组成可分为低铜汞齐合金和高铜汞齐合金两类2. 银及银合金Company Logo代表性汞齐合金的化学组成Company Logo

8、用汞齐合金进行牙科修复的优点是操作容易，简便。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 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Company Logo自1951年美国首次报道Au-Cd（金-镉）合金具有形状记忆效应以来，目前已发现有20多种记忆合金，其中以镍钛（Ni-Ti）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。如低温时为单斜结构相，高温时为立方体结构相，前者柔软可随意变形，如拉直式屈曲，而后者刚硬，可恢复原来的形状，并在形状恢复过程中产生较大的恢复力形状记忆性合金Company Logo形状记忆合金可以分为三种单程记忆效应双程记忆效应全程记忆效应Company Logo特点：奇特的形状记忆功能、质轻、磁性微弱、强度较高、耐疲劳性能、高回弹性和生物相容性好等应用：管腔狭窄的治疗（喉气管狭窄、食管狭窄、胆道狭窄、尿道狭窄及闭锁等）：支架安入管腔狭窄的部位后，能将