生物医用金属材料共32页文档
第三章医用金属材料
10
ห้องสมุดไป่ตู้
3.5 贵金属（noble metal）
是一种金属或合金，如金子具有极高的抗氧 化性和抗腐蚀性。贵金属具有独特稳定的物 理和化学性能、优异的加工特性、对人体组 织无毒副作用、刺激小等优良的生物学性能。 主要用于口腔科的齿科修复，也可用于小型 植入式电子医疗器械。
11
3.6 纯金属钽（Ta）
• 具有良好的抗生理腐蚀性和可塑性，独特的表面负电 性使其具有优良的抗血栓性能和生物相容性，还有很 高的抗缺口裂纹能力。植入骨内能和周围的新骨形成 骨性结合；植入软组织中，肌肉等组织可依附在钽条 上正常生长。 • 退火后的纯钽很软，可加工成板、带、箔、丝等使用。 主要用作接骨板、颅骨板、骨螺钉、种植牙根、颌面 修复体、义齿及外科手术缝线和缝合针； 钽网可用 于肌肉缺损修补；钽丝和箔用于缝合修补受损的神经、 肌腱和血管；钽还可以用于血管内支架及人工心脏、 植入型电子装置；钽的同位素可用于放射治疗。只是 12 由于钽的资源少、价格较高，使其推广受很大限制。
4
3.2 钴（Co）基合金
• 含有较高的铬和钼，又称钴铬钼合金，具有极为优 异的耐腐蚀性（比不锈钢高40倍）和耐磨性，综合 力学性能和生物相容性良好，可通过精密铸造成形 状复杂的精密修复体，有硬、中、软三种类型。 • 临床上主要用于
– – – – 人工关节（特别是人体中受载荷最大的髋关节） 人工骨及骨科内处固定器件的制造 齿科修复中的义齿，各种铸造冠、嵌体及固定桥的制造 心血管外科及整形科等
6
3.4 形状记忆合金
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。
生物材料 第03章 医用金属材料
➢ 最后就是不锈钢在人体内表现为生物惰 性，表面无生物活性，植入人体后与周 边肌体组织的结合不牢固，易于松动， 有时会影响植入治疗效果。
➢ 1、引言 ➢ 2、医用不锈钢的特点 ➢ 3、医用不锈钢存在的问题和不足 ➢ 4、医用不锈钢的研究与发展
4.1 医用无Ni奥氏体不锈钢 4.2 医用不锈钢的表面改性 4.3 抗菌不锈钢
学性能；
➢ 从近年来新修订的国际标准IS05832- 9 (低N i+ N医用 奥氏体不锈钢, 对应美国标准ASTM F1586 ) 中可见, 利用N 元素来代替不锈钢中的部分Ni元素, 可显著提 高不锈钢的力学性能和耐腐蚀性能；
➢ 对比研究高N 无N i不锈钢和医用Co-Cr-Mo 合金 ( Co62-Cr28-M o6, 余为N i等)的力学性能和生物学性 能表明, 高N 无Ni不锈钢的力学性能与Co-Cr-M o合金 相近, 而其耐点蚀性能和血液相容性明显优于钴铬钼 合金, 表现出更高的点蚀点位、更长的动态凝血初凝 时间(高出约25% )和更佳的抗血小板黏附性能；
金属生物材料浸泡在体液中，而体液 含有蛋白质、有机酸(如乳酸) 、碱金属 和无机盐等。
➢ 钠、钾、钙、氯等离子均为电解质，可使金 属产生腐蚀。
➢ 蛋白质与金属间相互作用, 引起非电化学降解。
➢ 金属的不纯产生局部原电池腐蚀, 或结合处磨 损、应力集中和疲劳性断裂。
临床应用金属生物材料腐蚀问题应重点关注 口腔材料和其他种植体材料。
4.1 医用无Ni奥氏体不锈钢
➢ 在1994年颁布的欧洲议会94/27/EC标准中 , 要求植入 人体内的材料(植入材料、矫形假牙等)中的Ni含量不 应超过0.05%；
➢ 研究开发医用低Ni和无Ni奥氏体不锈钢已经成为国际 上医用不锈钢的一个主要发展趋势。其原理是利用廉 价的N 元素(或N和Mn的共同作用)代替不锈钢中昂贵 的Ni元素来稳定不锈钢的奥氏体组织结构, 从而使不 锈钢继续保持其优异的力学性能、耐腐蚀性能和生物
医用金属材料详解演示文稿
第五页，共65页。
金属材料的毒性
毒性反应与材料释放的化学物质和浓度有关。因此，若在材料中需 引入有毒金属元素来提高其他性能，首先应考虑采用合金化来减小或消
但即使是牌号为316L的不锈钢在体内的特定环境下（如在高压或缺氧区域）也会被腐
蚀。它们适合做临时装置，如骨折固定板、固定螺钉或销子.。
• 表3.1 316和316L不锈钢材料的力学能
材料 状态 退火态
抗拉强度 /MPa
515
屈服强度/MPa 延伸率/%
205
40
洛氏硬度 /HRB
95
316 冷精轧
620
310
35
－
冷加工
860
690
12
300～350
退火态
505
195
40
95
316L 冷精轧
605
295
35
－
冷加工
860
690
12
－
第十四页，共65页。
不锈钢中的铬（Cr）可形成氧化铬钝化膜，改善抗腐蚀能 力；镍（Ni）和铬（Cr）起到稳定奥氏体结构的作用；镍的含
量为12%～14%时，可得到单相奥氏体组织，防止转化为其他
良的力学性能和较好的生物相容性，尤其是优良的耐蚀、耐磨和铸造性
能广泛得到应用。其耐蚀性比不锈钢强数10倍，硬度比不锈钢高 1/3（见表2-1）。因此，适合制作人工关节、义齿等磨蚀较大的医 用器件。50年代开始用于人工髋关节的制造。
医用金属材料资料
适合于制造体内承载苛刻、耐蚀性要求较高的长期植入件，其品 种主要有各类人工关节及整形外科植入器械。在心脏外科、齿科等领 域均有应用。
• （4）钴基合金植入器件的制造制造加工方法
三种：精密铸造、机械变形加工和粉末冶金
• 3.3 钛和钛合金
（1）分类、组成和性能
•
在外科植入中运用的Ti金属材料有四个级别（表3.3），它们之间的区
795～1000 1790 600
CoNiCrMoWF 冷加工 e
828
退火(ISO)
276
1000 600
延伸率(%)
9.0 15.0 28.0 8.0 60.0 12.0 10.0 50.0 8.0 50.0
18.0
50.0
疲劳强度 (MPa) 250 280 897 － 345 586 － － － －
合，材料变得容易变形，方便操作，然后填充进准备好的龋洞中。
•
现在应用的汞齐合金的银合金粉在组成、形状及包装等方面都有了较大
改变。在组成方面增加了铜含量，减少了银含量，使汞齐合金既提高了强度
又降低了成本。传统的银合金粉制品是按比例配料后，在无氧高温条件下熔
化，浇铸成锭，再用机械切削粉碎成微细粉末，因此在显微镜下为片状不规
修复固定和置换人体硬组织系统的功能。 目前临床应用的金属植入材料主要包括：医用
贵金属、医用钛、钽、铌、锆等单质金属，以及不 锈钢、钴基合金、钛合金、镍钛形状记忆合金、磁 性合金等等。
2 医用金属材料的特性与要求
• (1)生物相容性: 即生物学反应最小
无不良刺激、无毒害， 不引起毒性反应、免疫反应，
• 表3.2 典型钴基合金性能
种类 CoCrMo
生物医用金属材料
PART TWO
生物医用金属材料的性能要求
有极好的耐腐蚀 性能，无磁性
具有良好的光洁度
有足够的力学强 度和抗疲劳性能
必须无毒、无过 敏性与过敏反应
材料易于制造， 价格适当
PART THREE
常用的生物医用金属材料
1.不锈钢
优点：（1）价格便宜 （2）易于通过常规技术成型 （3）力学性能在较大的范围内可控，能提供最佳的强度和韧性
生物医用金属材料
目录
COMPANY
01 生物医用金属材料的概念 02 生物医用金属材料的性能要求
03 常用的生物医用金属材料
PART ONE
生物医用金属材料的概念
生物医用金属材料是指一类用作生物材料的金属或合 金，又称作外科用金属材料或医用金属材料，是一类生 物惰性材料，通常用于整形外科、牙科等领域，具有治 疗、修复固定和置换人体硬组织系统的功能。
5.其他生物医用金属材料
优点：良好的稳定性和加工性能 缺点：价格较贵，广泛应用受到限制
THANK YOU！
PART THREE
常用的生物医用金属材料
3.钛及钛合金
优点：（1）具有良好的耐腐蚀性 （2）不会生锈，且具有生物相容性 （3）无毒、质轻、强度高、耐高温低
温 缺点：钛由于磨损问题，钛不宜作为人工关节Байду номын сангаас滑动部件，可通过离子注入和氮化等方法，可 改进钛的耐磨性。
钛合金人造骨
4.形状记忆合金
优点：（1）较硬富有弹性，可起到矫形或支撑作用 （2）具有优良的生物相容性、耐腐蚀性、耐磨性、无毒性
缺点：耐腐蚀性不够，不宜在体内长时间使用
2.钴基合金
钴基合金主要包括Co-Cr-Mo合金和Co-Ni-Cr-Mo合金。 优点：（1）良好的耐腐蚀性能
生物医用金属材料
特点是弹性模量比其他金属材料更接近天然骨、密度小、质量
轻。但钛合金耐磨性能不好，且存在咬合现象。因此，用钛合 金制造组合式全关节需注意材料间的配合。 （2） 在颅脑外科，微孔钛网可修复损坏的头盖骨和硬膜，能有 效保护脑髓液系统。钛合金也可制作颅骨板用于颅骨的整复。 （3） 在口腔及额面外科，纯钛网作为骨头托架已用于颚骨再造 手术，制作义齿、牙床、托环、牙桥和牙冠等，在口腔整畸、
生物体因关节炎或外伤损坏的关节，应用于骨折修复，骨
排列错位校正，慢性脊柱矫形和颅骨缺损修复等。
（2） 在心血管系统，医用不锈钢广泛应用于各种植入电极、传感
器的外壳和合金导线，可制作不锈钢的人工心脏瓣膜；各种临床
介入性治疗的血管内扩张支架等。
（3） 医用不锈钢在其他方面也获得了广泛的应用，如用于各种眼 科缝线、固定环、人工眼导线、眼眶填充等；还用于制作人工耳
不易损坏或断裂。与人体骨相反，生物医用金属材料
通常具有较高的弹性模量，一般高出人体骨一个数量
级，即使模量较低的钛合金也高出人体骨4-5倍
1.2.3 金属材料的毒性 若在材料中需引入有毒金属元素来提高其他性能， 首先应考虑采用合金化来减小或消除毒性，并提高其耐 蚀性能；其次采用表面保护层和提高光洁度等方法来提 高抗蚀性能。金属的毒性主要作用于细胞，可抑制酶的 活动，阻止酶通过细胞膜的扩散和破坏溶酶体，一般可 通过组织或细胞培养、急性和慢性毒性试验、溶血试验 等来检测。
生物医用金属材料以其优良的力学性能易加工性和可靠性在临床医学中获得了广泛的应用由于金属材料在组成上与人体组织成分相距甚远因此金属材料很难与生物组织产生亲合一般不具有生物活性它们通常以其相对稳定的化学性能获得一定的生物相容性植入生物组织后总是以异物的形式被生物组织所包裹使之与正常组织隔绝
(仅供参考)生物医用金属材料
第二章生物医用金属材料◆第一节概述◆第二节生物医用金属材料的特性与生物相容性◆第三节常用的医用金属材料◆第四节医用金属材料研究进展第一节概述生物医用金属材料用于整形外科，牙科等领域。
由它制作的医疗器件植入人体，具有治疗，修复，替代人体组织或器官的功能，是生物医用材料的重要组成部分，其在医用材料中占45％，而高分子材料也占45％。
生物医用金属材料是人类最早利用的生物医用材料之一，最重要的应用有：骨折内固定板、螺钉、人工关节和牙根种植体等。
这种材料在人体内生理环境条件下长期停留并发挥其功能，其首要条件是材料必须具有相对稳定的化学性能，从而获得适当的生物相容性。
迄今为止，除医用贵金属、医用钛、钽、铌、锆等单质金属外，其他生物医用金属金属材料都是合金，其中应用较多的是：不锈钢、钴基合金、钛合金、镍钛形状记忆合金和磁性合金等。
第二节生物医用金属材料的特性与生物相容性生物医用金属材料具有优良的力学性能、易加工性和可靠性，但是金属材料很难与生物组织产生亲和，一般不具有生物活性，它们通常以相对稳定的化学性能，获得一定的生物相容性，植入生物组织后，总是以异物的形式被生物组织所包裹，使之与正常的组织隔绝。
组织反应一般根据植入物周围所形成的包膜厚度及细胞浸润数来评价。
作为生物医用金属材料，首先必须满足两个条件：1.无毒性；2.耐生理腐蚀性。
一、金属材料的毒性生物医用金属材料植入人体后，一般希望能在体内永久或半永久地发挥生理功能，所谓半永久对于金属人工关节来说至少在15年以上，在这样一个相当长的时间内，金属表面会有离子或原子因腐蚀或磨损进入周围组织内，因此，材料是否对生物组织有毒就成为选择材料的必要条件。
当然，合金化（某些有毒的金属单质与其他金属元素形成合金后），可减少甚至消除毒性。
因此合金的研制对开发新型生物医用材料具有重要意义。
另外，采用表面保护层和提高光洁度来提高抗腐蚀能力。
金属的毒性可以通过组织或细胞培养、急性和慢性毒性试验、溶血实验等来检测。
生物医用金属材料
生物医用金属材料生物医用金属材料是指用于医疗器械、植入物和医疗设备的金属材料。
它们具有良好的生物相容性、机械性能和耐腐蚀性能，能够在人体内长期稳定存在，并且不会对人体组织产生毒性或过敏反应。
生物医用金属材料在医疗领域中起着重要作用，广泛应用于骨科、牙科、心脏血管介入治疗、人工关节等领域。
生物医用金属材料主要包括钛合金、不锈钢、镍钛合金等。
钛合金具有优异的生物相容性、机械性能和耐腐蚀性能，被广泛应用于骨科植入物、牙科种植体等领域。
不锈钢具有良好的机械性能和耐腐蚀性能，常用于制作医疗器械和手术器械。
镍钛合金具有记忆效应和超弹性，被广泛应用于心脏血管支架、牙科器械等领域。
生物医用金属材料的表面处理对其生物相容性和耐腐蚀性能具有重要影响。
常见的表面处理方法包括机械抛光、酸洗、阳极氧化、喷砂等。
这些表面处理能够提高金属材料的表面光洁度、附着力和耐蚀性，从而提高其在人体内的生物相容性和耐久性。
生物医用金属材料的制备工艺包括粉末冶金、熔融冶金、电化学沉积等。
粉末冶金是制备生物医用金属植入物的常用方法，通过粉末冶金可以制备出具有良好生物相容性和机械性能的金属材料。
熔融冶金是制备生物医用金属器械和医疗设备的常用方法，通过熔融冶金可以制备出具有良好耐蚀性和机械性能的金属材料。
电化学沉积是制备生物医用金属表面涂层的常用方法，通过电化学沉积可以在金属表面形成具有良好生物相容性和耐蚀性的涂层。
生物医用金属材料的应用前景十分广阔，随着人们对健康的重视和医疗技术的不断进步，生物医用金属材料将会在医疗领域中发挥越来越重要的作用。
未来，生物医用金属材料将不断推陈出新，为人类健康事业作出更大的贡献。
总之，生物医用金属材料具有重要的应用价值和发展前景，对于提高医疗器械和植入物的性能，改善医疗治疗效果，保障患者的健康具有重要意义。
希望通过对生物医用金属材料的深入研究和开发，能够为人类的健康事业做出更大的贡献。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
45、自己的饭量自己知道。——苏联
•
26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
•
27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
•
29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
生物医用金属材料
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔