生物医用金属材料.ppt

1、生物医用金属材料,王欢 2008年6月12日,生物医用材料,生物医用材料 能够植入生物体或与生物组织相结合的材料，可用于诊断、治疗，以及替换生物机体中的组织、器官或增进其功能 特点 良好的组织相容性 物理和化学稳定性好 易于加工成型，材料易于制造，价格适当 与血液接触的材料须具有良好的血液相容性,生物高分子材料制造的人造皮肤,高分子材料制成的人造血管,陶瓷材料制成的人造骨,生物医用材料,生物医用金属材料 （不锈钢、钴基合金、钛和钛合金以及贵金属 ） 高强度、良好的韧性、抗弯曲疲劳强度大、加工性能优异 生物医用有机材料（主要指有机高分子材料） 生物医用无机非金属材料（主要指生物陶瓷、生物玻璃和碳

2、素材料） 生物医用复合材料 （金属基-陶瓷涂层体系等）,生物医用金属材料,不锈钢 316L不锈钢-医用人工关节 316L主要成分: 碳0.03，矽1.00，锰2.00，磷0.045， 硫0.03，镍11-14，铬16-18，钼2-3 廉价、容易缝隙腐蚀或摩擦腐蚀以及疲劳腐蚀破裂 钴基合金 Co-Cr Co-Cr-Mo合金、Co-Ni-Cr-Mo合金 -关节替换假体连接件 生物相容性好，价格较高，Co、Ni元素存在严重致敏性 贵金属（金、银、铂）以及类贵金属（钽、铌、锆等） 生物相容性好、化学稳定性好，抗腐蚀、价格昂贵,钴铬合金人工股骨头,钛基合金 Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Fe、

3、 Ti-6Al-7Nb合金、新型钛合金 无毒、质轻、强度高、生物相容性好、耐腐蚀、广泛应用 缺点 含有Al元素 导致器官的损伤，引起骨软化、贫血和神经紊乱等症状 “应力遮挡”现象 与骨弹性模量之间的不匹配，为骨弹性模量的4-10 倍，使得载荷不能由种植体很好地传递到相邻骨组织， 从而导致种植体周围出现骨吸收，最终引起种植体松动 或断裂，造成种植失败。,钛合金人工髋关节,镁基合金,镁是人体内含量最多的阳离子之一。参与人体内几乎所有的新陈代谢过程 高比强度和比刚度, 加工性能良好 （比强度：纯镁 133GPa 超高强度镁合金480GPa Ti6-Al4-V合金260Gpa 弹性模量（45GPa）更

4、接近人骨的弹性模量（7-25GPa ），减轻应力遮挡现象； 密度（1.7g/cm3）与人骨密度(1.75g/cm3)接近，符合理想接骨板的要求。 很低的标准电极电位（-2.37V），耐腐蚀性差，可降解。,镁基合金,发展概况 1907年 20世纪90年代 现状 心血管支架 骨固定材料 多孔骨修复材料,镁基材料的孔,（）心血管支架 心血管支架是用于治疗心血管疾病的植入器械。利用镁的易降解性能（镁及镁合金具有很低的标准电极电位（-2.37V）, 在含有氯离子的人体生理环境中耐蚀性更差）制成可降解心血管支架。 Zartner等将一个直径3cm、长10cm 的可降解镁支架植入一个6周大的女婴体内, 成功

5、地治愈了其左肺动脉堵塞。应用表明, 镁支架在4个月内完全降解, 在降解过程中, 没有对患者的生理造成任何不适影响。,（）骨固定材料 镁及镁合金密度1.7g/cm3, 与人骨密度(1.75g/cm3)接近, 有效降低应力遮挡效应，同时镁易降解生成镁离子被人体组织吸收或通过体液排出体外。 Witte等研究镁合金作为骨植入材料的可行性，他们将不同镁合金制成的1.5mm*20mm小棒植入豚鼠股骨, 研究发现镁植入物在18周内基本降解, 且在降解的镁棒部位有新骨质形成。此外有研究发现镁可以引导成骨细胞在植入部位的生长。,（）多孔骨修复材料 目前常用于骨修复的生物材料主要有聚乳酸、聚己内酯等高分子材料和钛

6、合金, 但这些材料同样具有力学性能不匹配及生物毒性等弊端 对开孔AZ91镁合金骨修复支架材料的生物相容性研究表明, 镁的降解对周围骨组织不造成任何有害影响, 且在植入物周围的骨细胞增殖明显。 调节多孔镁材料的孔隙率和孔径使得多孔生物镁与人骨具有相同或相近的弹性模量, 当孔隙率为35%、孔径为70um时，杨氏模量为1.3GPa，与人体骨骼的力学性能最为相近，这就可以减少应力屏蔽现象。 多孔镁植入人体后,这些孔洞便可让新的骨组织长入其内部,便于人体体液和养料的传送。,镁基合金的腐蚀行为,镁基合金耐蚀性能较差，腐蚀速度过快成为限制其应用的原因之一 影响因素 杂质和合金元素的引入电偶腐蚀 溶液PH值 可能降解机制 水解 酸性，碱性，Cl- 酶解,如何提高耐腐蚀性,高纯镁合金和新合金的开发 （1）纯化-降低Fe、Ni、Cu和Co等有害杂质含量 （2）改变合金微观组织（稀土、耐腐蚀合金元素MnZn） 表面改性 （1）稀土转化膜 （2）碱处理、热处理对镁及镁合金的表面改性,小结,生物金属材料在临床治疗上有重要意义 镁及其合金 优良的综合力学性能 +良好的生物相容性 +生物可降解吸收性 新型医用植入材料具有巨