生物医用金属材料研究现状与应用进展
生物材料与医用材料
生物材料与医用材料生物材料与医用材料在现代医学和生物工程领域发挥着极为重要的作用。
它们的研发和应用为疾病治疗、组织修复和替代提供了新的解决方案。
本文将就生物材料与医用材料的定义、分类、研究进展以及在医学和生物工程领域中的应用进行探讨。
一、生物材料与医用材料的定义生物材料是指具有适合生物系统应用的物质，可以用于构建人工器官、修复组织、支持生命体等。
医用材料是指用于治疗、修复和增强人体功能的物质或设备。
生物材料和医用材料的研究和应用旨在提高人体健康水平，改善生活质量。
二、生物材料与医用材料的分类生物材料和医用材料可以按照其来源、构成和功能进行分类。
1.来源分类生物材料和医用材料可以分为天然材料和人工合成材料。
天然材料包括骨骼、皮肤、血管等人体组织，它们可以直接应用于医学和生物工程领域。
人工合成材料则是通过化学合成或生物技术手段制备的材料，如合成聚合物、金属合金、陶瓷等。
2.构成分类根据生物材料和医用材料的构成，可以分为无机材料、有机材料和复合材料。
无机材料包括金属、陶瓷等，有机材料则主要是聚合物，复合材料是由两种或多种材料组合而成。
3.功能分类生物材料和医用材料可以按照其功能进行分类，如生物支架、药物缓释系统、生物传感器等。
生物支架用于组织工程和器官替代，药物缓释系统用于控制药物释放，生物传感器则用于检测生物体内的生理指标。
三、生物材料和医用材料的研究进展随着科学技术的不断进步，生物材料和医用材料的研究呈现出蓬勃发展的态势。
以下是该领域的一些研究进展：1.生物材料的表面改性表面改性可以提高生物材料的生物相容性和功能性。
通过改变生物材料的表面形貌、化学结构和表面能等特性，可以调控细胞黏附、生物反应性和材料的耐磨性等性能。
2.生物材料的仿生设计仿生设计将生物材料与生物体的结构和功能相结合，可以制备出具有优异性能的生物材料。
比如，仿生多孔骨材料可以模拟人体骨骼的微观结构，增强材料的力学性能和生物活性。
3.医用材料的纳米技术应用纳米技术在医用材料的研究和应用中发挥着重要作用。
浅析生物医学材料的应用
浅析生物医学材料的应用摘要：生物医学材料是当今社会医疗保健的一种高新技术产业，由于生物医学材料较其他化学材料来说毒副作用比较小，而且生物相容性是非常好的，因此，人们对生物医学材料的使用越来越广泛。
其在医学领域得到广泛应用，主要应用于各种外伤或疾病引起的组织器官破损修复，最为经典的就是假牙假皮移植，骨骼替换和神经修复。
本文将浅析生物医学材料各种分类及其应用。
关键词：医学材料；临床应用；器官修复生物医学材料是一种毒副作用较小，生物相容性比较好的具有特殊性能和特殊功能的一种医用材料，它对人的生命，组织器官是无害的。
它的发展是以提升人类卫生健康水品，疾病治疗，医疗保健为目的一种生物材料。
随着人口老龄化和中青年创伤的增长，人们对生物医学材料及成品的需求逐步增加。
过往陈旧的生物医学材料以及不足以满足人们的治疗需求，新型的生物医学材料如雨后春笋。
例如各类新型的假肢以及可以做到和人类原有的手臂相差无几，包括外形手感及功能。
下文便是对新型医学材料的介绍。
1新型医学材料的概述生物医学材料是与生物系统直接作用，用以诊断、医治或置换生物机体由疾病或外伤引起的组织器官破损以及增强组织细胞功效的材料。
1.1 医学材料的发展背景生物医学材料快速发展的原因主要有四个：人口老龄化加剧、人体组织器官寿命有限、中青年创伤增加、人民生活水平提高及健康意识的增强。
而国家政策有时也推动着产业的发展。
我国是拥有14亿人口的人口大国，人口老龄化及青年创伤高速增加，创伤住院人员已经成为仅次于恶性肿瘤即癌症的第二大住院人员。
生物医学材料存在庞大的潜在市场，特别是在国民经济的发展同时人民生活水平的不断提高，人民对生物医学材料的需求与日俱增。
以生物医学材料包裹药物，可以预测生物医学材料在癌症、白血病和老年痴呆等的治疗拥有着广阔的市场空间。
1.2 国内外发展现状我国与印度由于人口众多具有极大的市场潜力，国内的生物医学材料企业也是拔地而起，如乐普医疗、泰格医药等。
生物医用人工骨修复材料研究现状
生物医用人工骨修复材料研究现状1.研究背景人体骨组织本身有一定的再生和自修复能力，但只限于小面积的骨缺损，并且随着年龄的增长、疾病、其他因素，这种能力会有所衰退。
其中，软骨是一种致密的结缔组织。
关节软骨缺乏血供以及受伤后未分化的细胞难以迁移到受伤部位，所以其自身修复的能力较差。
因此对于创伤、感染、肿瘤以及发育异常的个原因引起较大的骨缺损，单纯依靠骨组织自身的修复自然无法自然自愈，需要进行骨移植手术治疗。
常用人工骨修复材料分为四类，为金属材料、有机高分子材料、无机非金属材料、复合材料[1]。
1.人工骨修复材料分类及特点2.1 金属材料用于人工骨的金属材料主要材料为不锈钢、钛合金、钴基合金，此外还有贵金属、纯金属钽、铌、锆。
金属材料的优点是力学强度高，缺点是可能有毒性、易腐蚀，应力遮挡效应，易造成骨质疏松[2]。
2.2 无机非金属材料无机非金属材料具有与天然骨良好的亲和性，可在人体内稳定存在，适合用作人体硬组织部位的替换材料。
磷酸钙、生物活性玻璃是骨修复研究中常用的无机非金属材料[3]。
磷酸钙有良好的生物降解性、理想的生物相容性和骨传导性。
磷酸钙表面能形成磷灰石层，与骨组织通过化学键稳定结合，进而提高与受损骨间的整合效果。
2.3 有机高分子材料骨组织工程研究中常用的有机高分子材料，根据来源可分为天然高分子与人工合成高分子两类。
其中，天然高分子包括胶原、纤维蛋白、丝素蛋白、甲壳素、透明质酸、海藻酸钠和壳聚糖等；人工合成高分子包括聚羟基乙酸（PGA）、聚乳酸（PLA）、羟基乙酸-乳酸共聚物（PLGA）和聚已内酯[4]。
胶原是天然骨中有机质的主要组成成分，具有良好的生物相容性。
它能为钙盐沉积提供位点，同时还能与调控细胞矿化的蛋白相结合，促进骨基质矿化。
但存在机械强度较低、降解过快等不可调控的缺陷。
2.4 复合材料复合材料是根据材料的优缺点，将两种或以上的不同材料进行复合制得，不仅兼具组分材料的性质，还可以得到单组分材料不具备的新性能。
(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。
金属材料科技的发展现状与未来趋势分析
金属材料科技的发展现状与未来趋势分析近年来，金属材料科技领域取得了快速发展，对各行各业的发展起到了至关重要的作用。
金属材料的应用广泛，从建筑、航空、汽车制造到新能源领域，无不离不开金属材料的运用。
本文将从金属材料科技的发展现状以及未来趋势两个方面进行论述和分析。
首先，金属材料科技目前的发展现状值得关注。
随着科技的不断进步，金属材料的性能也在不断提升。
传统的金属材料具有强度高、导电性好等特点，但也存在一些缺陷，如质量较重、易生锈等。
然而，通过改良和创新，科学家们开发出了一系列优质的新型金属材料。
例如，超高强度钢材、镁合金以及钛合金等，具有质量轻、强度高、耐腐蚀等特点，被广泛应用于汽车制造和航空领域。
此外，以电子信息技术为核心的金属材料科技也得到了飞速发展。
从传统的电子元器件材料到新型的导电纳米材料，科技的进步不仅扩大了金属材料的应用范围，同时也提高了其性能和稳定性。
其次，未来金属材料科技的发展趋势也备受瞩目。
一方面，随着全球对环境保护的关注度提高，绿色环保的新型金属材料将成为科技发展的重点。
例如，一次性可降解金属材料的研发，不仅可以降低对环境的污染，还能减少可回收材料的使用。
另一方面，人类对材料性能的要求也在不断提高，金属材料的创新将朝着更高端和多功能方向发展。
例如，具有自愈合功能的金属材料能在受到破坏后自动修复，为各行各业的应用提供更大的便利。
此外，利用纳米技术等前沿技术，在金属材料的基础上实现多层次结构的设计，能够使材料的功能更加多样化和灵活。
此外，金属材料科技的发展也与其他行业密切相关。
例如，在医疗领域，金属材料的应用从传统的人工关节、牙科材料等延伸到了生物医学材料的领域。
金属材料的优异性能和生物相容性，使其成为人工骨骼和假体等医疗器械的重要组成部分。
同时，金属材料科技的进步还为航空航天领域带来了革命性的发展。
高级合金材料的出现，使得飞行器的结构更加轻盈且具有更高的抗疲劳性能，极大地提高了飞行速度、安全性和舒适度。
医用多孔金属钽材料的基础研究与应用
China &Foreign Medical Treatment中外医疗目前医用骨修复材料主要有天然衍生骨材料、医用陶瓷类以及金属及其合金材料等。
钽具有高摩擦系数,这将使其具有较好的机械稳定性并且当钽移植物植入动物体内后没有周围炎症反应而具有优良的生物相容性。
因此在骨折内固定等外科手术中发挥了重要作用[1]。
然而大量的临床研究表明,目前临床上所使用金属材料由于具有腐蚀性、弹性模量过高等原因导致的疲劳折断、金属过敏、假体松动等,不能完全满足人体生理环境、生物力学以及使用寿命的要求[2]。
上世纪末美国Zimmer 公司研制的新型医用多孔钽材料与传统的金属材料如钛、镁以及合金相比,具有更强的抗腐蚀性、更高的摩擦系数、更好的耐磨损性,同时多孔钽在弹性模量、机械强度、抗疲劳性、生物相容性方面也有出色的表现;其高孔隙率对于细胞粘附增殖以及促进纤维和骨组织向内生长极为有利,同时细胞可以在相互连通的孔隙内自由地进行物质交换,从而使其具有很好的促组织内生性和骨传导性,可以达到生物固定的目的[3-5]。
多孔钽优秀的特质使其很快被用于骨组织工程支架材料方面的研究并取得了令人鼓舞的效果。
1多孔金属钽的物理特性钽(tantalum)是一种难熔金属,熔点近3000度,外观呈深灰色,表面光洁,多孔状结构。
表面及断面可见分布均匀的蜂窝状孔隙,针尖大小。
扫描电镜观察材料表面及断面可见20~50μm 的微粒,微粒之间有分布均匀直径约400~600μm 的微孔结构[6]。
孔隙内部相互连通。
钽在生物体内极其稳定,在常温及各种环境中均不溶解,也不呈现化学反应。
当它与一些元素如氧、碳以及氮等元素具有高亲和力,常温下在钽周围形成保护膜而具有抗腐蚀性特点。
多孔钽由钽粉制备而成,钽粉经加热形成钽蒸汽而沉积于碳或其它元素形成的支架,去除支架后及可获得高孔隙率75%~85%,孔径约400~600μm ,具有三维立体空间构型的多孔钽材料[7-8]。
生物医用复合材料发展现状及趋势
(中国科学院国家科学图书馆 总馆 北京 100080) 摘要： 本文通过简要总结生物医用复合材料的分类及所经历的三个发展阶段，并 结合当前该领域的研究动态分析了生物医用复合材料的发展趋势与应用前景； 同 时总结了我国的发展现状及存在的一些问题及可供参考的一些建议。 关键词：生物医用复合材料 组织工程 纳米复合材料 材料表面改性 王 俊
2
际上材料前沿领域一个十分活跃的研究方向， 在组织工程中已开物医用复合材料的研究动态
目前生物医用材料主要有以下研究和发展方向。 4.1 生物材料的生理活化研究 材料生理活化研究是生物医用复合材料发展的一个重要方向， 它利用现代生 物工程技术，将生物活性组元引入生物材料，加速材料与机体组织的结合，并参 与正常的生命活动，最终成为机体的一部分[8]。通过使用天然高分子材料与材料 表面固定有生理功能的物质，如多肽、酶和细胞生长因子等，这些物质充当邻近 细胞、基质的配基或受体，使材料表面形成一个能与生物活体相适应的过渡层。 4.2 研究新的降解材料 研究新的降解材料 组织工程领域研究中， 通常应用生物相容性的可降解聚合物去诱导周围组织 的生长或作为植入细胞的粘附、生长、分化的临时支架。其中组织工程材料除了 具备一定的机械性能外，还需具有生物相容性和可降解性。 4.3 研究具有全面生理功能的人工器官和组织材料 利用细胞学和分子生物学方法将蛋白质、 细胞生长因子、 酶及多肽等固定在 现有材料的表面， 通过表面修饰构建新一代的分子生物材料， 来引发所需的特异 生物反应， 抑制非特异性反应， 从而提高生物医用材料的生物功能化和生物智能 化。 4.4 研究新型的药物载体材料 20 世纪 90 年代以来，随着药物剂型和制剂研究进入药物释放系统(DDS)时 代，新型药物释放系统已成为药学领域的重要发展方向，由此，对新型药物载体 材料的研究也就愈加重要。如目前使用较为广泛的聚乙二醇(PEG)，它作为载体 材料可以与蛋白质和多肽类药物形成结合物，从而被看作是一种新型的载药系 统。 4.5 生物材料表面改性研究 植入人体的材料应具有与活体组织形成键合的特性，即“生物活性” 。生物 活性可分为两个层次，一是生物惰性材料的“生物活化改性” ；另一是“生物活 性材料” 。对植入材料与生物体相互作用机制的大量研究表明，通过物理、化学、 生物等各种手段改善材料表面性质，可大幅度改善材料与生物体之间的相容性。
NiTi形状记忆合金的超弹性及医学应用研究
NiTi形状记忆合金的超弹性及医学应用研究一、本文概述本文旨在深入探讨NiTi形状记忆合金的超弹性特性及其在医学应用领域的广泛影响。
NiTi，即镍钛合金，以其独特的形状记忆效应和超弹性，在众多工程领域中占据了举足轻重的地位。
尤其在医学领域，NiTi形状记忆合金的应用已逐渐成为研究热点，其在牙科、骨科、心血管科等领域的应用前景广阔。
本文将首先介绍NiTi形状记忆合金的基本特性，包括其形状记忆效应和超弹性的原理及其产生机制。
随后，将重点讨论NiTi合金在医学领域的应用现状，包括其在牙科正畸、骨科植入物、心血管支架等方面的实际应用案例。
本文还将探讨NiTi合金在医学应用中的优势和挑战，以及未来可能的发展方向。
通过对NiTi形状记忆合金超弹性特性的深入研究，以及对其在医学应用领域的系统梳理，本文旨在为相关领域的研究者提供有价值的参考，为推动NiTi合金在医学领域的进一步发展提供理论支持和实践指导。
二、NiTi形状记忆合金的基本性质NiTi形状记忆合金，也被称为镍钛合金，是一种独特的金属合金，其特性源于其独特的晶体结构和相变行为。
NiTi合金由大约50%的镍（Ni）和50%的钛（Ti）组成，其原子比例接近等原子比，这使得它具有非凡的形状记忆效应和超弹性。
形状记忆效应：NiTi合金的形状记忆效应是指合金在经历一定的塑性变形后，通过加热到某一特定温度（即Af温度以上），能够恢复其原始形状的特性。
这种效应源于合金内部发生的可逆马氏体相变。
在低温下，合金处于马氏体相，具有较高的塑性；而在高温下，合金转变为奥氏体相，具有较低的塑性。
当合金在马氏体相下发生塑性变形后，再加热至奥氏体相，合金就能通过相变恢复其原始形状。
超弹性：NiTi合金的超弹性是指合金在受到外力作用时，能够发生大的弹性变形而不产生永久塑性变形的特性。
这种特性使得NiTi 合金在受到外力后，能够迅速恢复到原始状态，具有良好的回复性。
超弹性的产生与合金内部的应力诱发马氏体相变有关。
生物医用金属材料的分类及应用
生物医用金属材料的分类及应用1. 生物医用金属材料的分类生物医用金属材料 (Biomedical Metal Materials) 包括用于医疗和生物学领域的各种金属材料，其分为生物可吸收和非生物可吸收材料。
生物可吸收材料包括铝镁合金、钛酸铝镁合金、钛合金、镁合金、高分子材料以及一些研究用复合材料等。
这些材料具有质量轻、保护优异、特性稳定、可降解等特点，因此在医疗器械中非常普遍。
非生物可吸收材料主要是指钛酸钙类、钛酸铁类、钢类、铁类、钛酸钙锆类材料等，其具有耐腐蚀、优异的机械强度和塑性，可以用于裂伤损伤的修复以及医疗器械的制作等，是传统医疗器械材料中的主要材料，如医用植入物和矫形手术器械等。
2. 生物医用金属材料的应用生物医用金属材料在医疗领域的应用十分广泛，主要应用有以下几方面：（1）植入物: 生物医用金属材料在植入物领域的应用十分广泛，例如，钛酸钙材料常用于骨科矫形手术，其优异的机械强度和耐腐蚀性能可以使其很好地配合骨骼，从而达到矫正骨头的目的；钛酸钙类材料也常用于人工组织修复，如口腔修复、牙齿修复等；还有美容整形手术中使用的颅骨和软骨修复材料等。
（2）微机电系统：微机电系统（MEMS）是指以微尺度为特点的集电子、机械、光学等功能于一体的微型装置系统。
生物医用金属材料可以用于MEMS的制作，如用高分子材料制作微型器件，能够实现生物传感和微型控制系统的设计，如微型植入式医疗设备和细胞内实验设备等。
（3）检测设备：活体内具有磁性特征的细胞和细胞组织可以用于生物医用金属材料制成的磁共振检测设备中，以达到细胞层面的检测和诊断目的。
（4）医用器械：生物医用金属材料用于制作医用器械，如针灸器具、手术器具、护理器具等，可以提高医疗质量，提升医疗效果。
金属基等生物医用复合材料
将生物活性物质（如生长因子、药物等）与金属基生物医用复合材料结合，实现治疗和修 复的双重功能。
02
金属基生物医用复合材料的制 备技术
Chapter
粉末冶金法
粉末冶金法是一种传统的制备金属基复合材料的方法， 通过将金属粉末与增强相混合，经过压制、烧结等工艺 制备出复合材料。 该方法的优点是制备工艺简单、成本低，可以制备出形 状复杂的复合材料，适用于大规模生产。
定义
金属基生物医用复合材料是由金属或其合金作为基 体，与其他生物材料（如陶瓷、高分子、生物活性 玻璃等）复合而成，用于人体组织和器官的诊断、 治疗和修复的一类新型生物医用材料。
分类
根据金属基体和复合材料的种类，金属基生物医用 复合材料可分为金属/陶瓷复合材料、金属/高分子 复合材料、金属/生物活性玻璃复合材料等。
维实体。
该方法的优点是可以快速制造出 复杂的形状，且可以个性化定制
。
缺点是打印过程中容易出现层间 开裂、翘曲等问题，且打印材料
的种类有限。
03
金属基生物医用复合材料的性 能研究
Chapter
力学性能
总结词
金属基生物医用复合材料的力学性能对其在医疗应用中的稳定性和持久性至关 重要。
详细描述
这些材料需要具备足够的强度和刚度，以承受使用过程中的各种应力，同时保 持结构的完整性。此外，良好的韧性也是必不可少的，以防止因冲击或疲劳而 导致的断裂。
金属基生物医用复合材料的应用领域
01
人工关节
用于替代病变或损伤 的关节面，提高关节 功能和患者生活质量 。
02
牙科修复材料
用于牙齿缺损的修复 和美容，如牙种植体 和牙冠等。
03
血管支架
用于治疗血管狭窄或 闭塞性疾病，支撑狭 窄或闭塞的血管。
- 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)。
生物医用金属材料研究现状与应用进展
生物医用金属材料是指能够与生物体内细胞、组织等进行交互作用,并在体内长期留存的一类金属材料。
随着人口老龄化和医疗技术的进步,生物医用金属材料的研究和应用也越来越广泛。
目前,生物医用金属材料主要包括钛合金、不锈钢、钴合金、复合材料等。
以下是生物医用金属材料的研究现状和应用进展:
1. 钛合金:钛合金具有高强度、耐腐蚀、耐高温等特点,被广泛用于生物医用金属材料中。
目前,钛合金已被广泛应用于人工关节、心脏支架、人工肌肉等领域。
2. 不锈钢:不锈钢具有高耐腐蚀性、良好的机械性能和可焊性,被广泛应用于生物医用不锈钢支架、人工关节等领域。
3. 钴合金:钴合金具有高强度、良好的耐腐蚀性和生物相容性,被广泛用于人工关节、心脏支架等领域。
4. 复合材料:复合材料具有高强度、良好的耐腐蚀性和生物相容性,常被用于生物医用金属材料的制作。
例如,生物医用钛合金支架主要由不锈钢和复合材料制成。
5. 纳米材料:纳米材料具有小的尺寸和强大的表面效应,在生物医用金属材料的应用中具有广阔的前景。
例如,纳米钛合金具有更好的生物相容性和耐腐蚀性。
生物医用金属材料的应用涉及到许多领域,随着科技的发展,其应用领域也将不断扩展。