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生物醫用金屬材料現狀與進展



生物醫用金屬材料現狀與進展
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生物醫用金屬材料又稱醫用金屬材料或外科用金屬材料 ， 當生物醫用金屬材料廣泛被用于植入材料時 ， 長期的實用性與安全性便成為了對醫用金屬材料的第一要求 。 生物醫用金屬材料在臨床上已經取得了廣泛的應用 ， 同時也具備重要的深入研究價值 。 本文講述了生物醫用金屬材料的最新研究進展 ， 詳細介紹了鈦基、鈷基、鎂基、鋯基、鋅基、鋁合金以及不銹鋼、鎢、貴金屬等生物醫用金屬材料的研究與應用進展 。
性能要求
生物醫用金屬材料的性能要求：
(1)機械性能
生物醫用金屬材料一般應具有足夠的強度和韌性 ， 適當的彈性和硬度 ， 良好的抗疲勞、抗蠕變性能以及必需的耐磨性和自潤滑性 。
(2)抗腐蝕性能
生物醫用金屬材料發生的腐蝕主要有：植入材料表面暴露在人體生理環境下發生電解作用 ， 屬于一般性均勻腐蝕；植入材料混入雜質而引發的點腐蝕；各種成分以及物理化學性質不同引發的晶間腐蝕；電離能不同的材料混合使用引發的電偶腐蝕；植入體和人體組織的間隙之間發生的磨損腐蝕；有載荷時 ， 植入材料在某個部位發生應力集中而引起的應力腐蝕；長時間的反復加載引發植入材料損傷斷裂的疲勞腐蝕等 。
(3)生物相容性 。
生物相容性是指人體組織與植入材料相互包容和相互適應的程度 ， 也就是說植入材料是否會對人體組織造成破壞、毒害和其他有害的作用 。 生物醫用材料必須具備優異的生物相容性 ， 具體體現在：對人體無毒、無刺激、無致癌、無突變等作用；人體無排異反應；與周圍的骨骼及其他組織能夠牢固結合 ， 最好能夠形成化學鍵合以及具有生物活性；無溶血、凝血反應 ， 即具有抗血栓性 。 生物相容性是衡量生物材料優劣的重要指標 。
研究現狀
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生物醫用鈦合金材料
生物醫用鈦合金材料是用于生物醫學工程的一類功能結構材料 ， 常用于外科植入物和矯形器械產品的生產和制造 。 鈦合金醫療器械產品如人工關節、牙種植體和血管支架等用于臨床診斷、治療、修復、替換人體組織或器官 ， 或增進人體組織或器官功能 ， 其作用是藥物不能替代的 。 醫用鈦合金材料研究涉及材料、物理、化學、生物、醫學、電子顯微及生化分析等多個學科 ， 研究方向包括：醫用金屬材料的合金設計與評價體系、材料的加工-組織-性能關系與人體軟、硬組織的相容性匹配、材料的表面改性(生物相容性、生物功能性、生物活性、耐磨性和耐蝕性等)及材料基體與表面（界面）的相互作用規律等 。
純鈦具有無毒、質輕、強度高、生物相容性好等優點 。 20世紀50年代美國和英國開始把純鈦用于生物體 。 20世紀60年代后 ， 鈦合金開始作為人體植入材料而廣泛應用于臨床 。 從最初的Ti-6Al-4V到隨后的Ti-5Al-2.5Fe和Ti-6Al-7Nb合金以及近些年發展起來的新型β鈦合金 ， 如下表所示 ， 鈦合金在人體植入材料方面的研究獲得了較快的發展 。
鈦的密度與人骨近似 ， 質輕 。 純鈦生物相容性好 ， 強度為390~490 MPa 。 實驗證明 ， 鈦相比于鈷基合金和不銹鋼的抗疲勞性和耐蝕性能更優越 ， 鈦的表面活性好 ， 組織反應輕微 ， 容易與氧發生反應建立致密氧化膜 ， 鈦的氧化層比較穩定 。 因此 ， 鈦與鈦合金具備生物醫用材料的條件 ， 是一種較為理想的、適于植入體的、具有發展前途的植入材料 。 臨床上廣泛采用鈦與鈦合金制造人工關節部件、接骨板和螺釘等 ， 還用于制成人造椎體（脊柱矯正器）、人工心臟（心臟瓣膜）、人工種植牙、心臟起搏器外殼等 。
鎳鈦形狀記憶合金是一種在一定溫度下經過處理能夠塑性變形為另一種形狀 ， 而在一定條件下又能自動恢復成原有形狀的形狀記憶合金 。 鎳鈦形狀記憶合金的疲勞極限較高 ， 耐腐蝕性良好 ， 其具有的獨特的形狀記憶恢復溫度與人體溫度相適宜 ， 具有良好的生物相容性 ， 因此在醫學領域得到廣泛應用 。 近年來 ， 鎳鈦形狀記憶合金開始應用于心血管治療領域 ， 鎳鈦形狀記憶合金支架可應用于冠心病的治療 ， 具有較大發展前景 。
鈦合金在生物醫用領域的應用呈快速發展的趨勢 ， 結合國內外的研究現狀 ， 其未來的發展方向為：
(1) 單晶生物醫用鈦合金 ， 沿某一方向生長獲得的單晶材料可獲得接近人體骨骼的彈性模量 ， 制作的植入體也會具有更好的彈性模量匹配；

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