生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座

CompanyLogo金屬結(jié)構(gòu)基本知識(shí)

生物醫(yī)用金屬材料介紹生物醫(yī)用金屬材料特征生物醫(yī)用金屬材料前沿

慣用生物醫(yī)用金屬材料12345生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第1頁(yè)CompanyLogo第一節(jié)預(yù)備知識(shí)金屬結(jié)構(gòu)二晶體缺點(diǎn)三金屬腐蝕生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第2頁(yè)CompanyLogo晶體概念生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第3頁(yè)CompanyLogo一金屬結(jié)構(gòu)生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第4頁(yè)CompanyLogo生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第5頁(yè)CompanyLogo生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第6頁(yè)CompanyLogo1.純金屬晶體結(jié)構(gòu)體心立方晶格bcc(body-centered-cubic)面心立方晶格fcc(facecenteredcubic)密排六方晶格hcp(Hexagonalclose-packedlattice)生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第7頁(yè)CompanyLogo體心立方晶格bcc

α-Fe,W,V,Mo等生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第8頁(yè)CompanyLogo生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第9頁(yè)CompanyLogo面心立方晶格fccγ-Fe,Cu,Ni,Al,Au,Ag等生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第10頁(yè)CompanyLogo生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第11頁(yè)CompanyLogo密排六方晶格hcp生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第12頁(yè)CompanyLogo金屬晶體中晶面和晶向生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第13頁(yè)CompanyLogo二實(shí)際金屬缺點(diǎn)點(diǎn)缺點(diǎn)生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第14頁(yè)CompanyLogo二實(shí)際金屬缺點(diǎn)線缺點(diǎn)生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第15頁(yè)CompanyLogo二實(shí)際金屬缺點(diǎn)面缺點(diǎn)生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第16頁(yè)CompanyLogo2.合金相結(jié)構(gòu)固溶體：組元經(jīng)過(guò)溶解形成一個(gè)成份和性能均勻，且結(jié)構(gòu)與組元之一相同固相當(dāng)為固溶體A(B)A:溶劑B：溶質(zhì)間隙固溶體置換固溶體固溶強(qiáng)化：使金屬?gòu)?qiáng)度和硬度提升現(xiàn)象生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第17頁(yè)CompanyLogo生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第18頁(yè)CompanyLogo金屬間化合物：金屬間化合物是合金組元相互作用而形成含有金屬特征，而晶格類(lèi)型和特征又完全不一樣于任一組元化合物-中間相生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第19頁(yè)CompanyLogo第二節(jié)介紹發(fā)展簡(jiǎn)況生物醫(yī)用金屬材料是人類(lèi)最早利用生物醫(yī)用材料之一,迄今為止在硬組織修復(fù)和替換材料中依然首推金屬及其合金鈦及其合金鈷鉻合金不銹鋼貴金屬生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第20頁(yè)CompanyLogo

隋末唐初，銀膏補(bǔ)牙----成份是銀、錫、汞，與當(dāng)代牙齒填充材料汞齊合金類(lèi)似1546年

純金屬薄片用于修復(fù)顱骨缺損1880年

銀用于膝蓋骨縫合1896年

鍍鎳鋼釘用于骨折治療20世紀(jì)30年代

不銹鋼，鈷鉻合金，鈦及合金得到廣泛應(yīng)用20世紀(jì)70年代

Ni-Ti形狀記憶合金，金屬表面涂層應(yīng)用

近發(fā)展較慢，但在臨床上仍占據(jù)主要地位生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第21頁(yè)CompanyLogo金屬材料在組成上與人體組織成份相距甚遠(yuǎn),極難與生物組織產(chǎn)生親合作用,普通不含有生物活性,通常以其相對(duì)穩(wěn)定化學(xué)性能,取得一定生物相容性第三節(jié)材料特征與生物相容性美國(guó)材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)ASTM-F4標(biāo)準(zhǔn)要求:金屬材料埋植6個(gè)月后,纖維包膜厚度<0.03mm為合格生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第22頁(yè)CompanyLogo生物醫(yī)用金屬材料在應(yīng)用中面臨主要問(wèn)題:因?yàn)樯憝h(huán)境腐蝕而造成金屬離子向周?chē)M織擴(kuò)散以及植入材料本身性質(zhì)退變作為生物醫(yī)用金屬材料,首先必須滿(mǎn)足兩個(gè)基本條件:無(wú)毒性,耐生理腐蝕生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第23頁(yè)CompanyLogo人體環(huán)境特點(diǎn)體液是質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為1%NaCl,少許其它鹽類(lèi)及有機(jī)化合物充氣溶液，有些人說(shuō)人體與溫暖海水相同由體液組成在人體不一樣部位，甚至同一部位不一樣時(shí)刻，人體組織內(nèi)體液不一樣電化學(xué)腐蝕基本規(guī)律，對(duì)人體環(huán)境中植入材料腐蝕完全適用各種多樣電解質(zhì)溶液生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第24頁(yè)CompanyLogo

毒性起源：金屬表面原子或離子因腐蝕或磨損進(jìn)入周?chē)锝M織1.金屬材料毒性

毒性作用：作用于細(xì)胞，抑制酶活動(dòng)，阻止組織酶擴(kuò)散和破壞溶酶體詳細(xì)表現(xiàn)：與體內(nèi)物質(zhì)生成有毒化合物，金屬離子進(jìn)入組織液引發(fā)水腫，栓塞，感染和腫瘤等生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第25頁(yè)CompanyLogo金屬離子析出問(wèn)題金屬離子進(jìn)入人體在遠(yuǎn)期將會(huì)產(chǎn)生什么結(jié)果還未可知現(xiàn)已探明Ti6Al4V中V對(duì)人體有害，擬采取Nb代替V鈦合金假體術(shù)后36個(gè)月體內(nèi)Ti濃度升高了3倍，鈦合金假體術(shù)后血和尿中Cr水平分別提升了5倍和8倍生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第26頁(yè)CompanyLogo實(shí)例：鎳鉻烤瓷牙致病生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第27頁(yè)CompanyLogo3.提升光潔度等方法來(lái)提升抗蝕性能降毒方法1.合金化：如不銹鋼中加入2%鈹可減小毒性，加入20%鉻可消除毒性2.提升耐蝕性基本無(wú)毒金屬單質(zhì)：Ga,In,Sn,Ti,Zr,Mo,W,Au,Ta,Pt慣用合金組元：Fe,Co,Cr,Ni,V,Mn等如Cr-Ni-Mo-Mn-Fe不銹鋼，Co-Cr-Ni-Mn-W-Fe鈷合金4.表面涂層生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第28頁(yè)CompanyLogo

金屬材料主要缺點(diǎn)就是腐蝕問(wèn)題

腐蝕環(huán)境：電解質(zhì)：有機(jī)酸、堿金屬或堿土金屬（Na+,K+,Ca2+）,Cl-等組成恒溫電解質(zhì)環(huán)境中，各種機(jī)制協(xié)同作用：

恒溫37℃蛋白質(zhì)、酶和細(xì)胞作用應(yīng)力與磨損2.耐生理腐蝕性生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第29頁(yè)CompanyLogo金屬腐蝕生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第30頁(yè)CompanyLogo金屬腐蝕腐蝕種類(lèi)均勻腐蝕：腐蝕產(chǎn)物及進(jìn)入機(jī)體金屬離子總量較大，影響材料生物相容性點(diǎn)腐蝕：微電池作用使陽(yáng)極部位嚴(yán)重腐蝕，醫(yī)用不銹鋼發(fā)生可能性較大如316、316L不銹鋼腐蝕速率<0.2μm/年，（密度：9g/cm3）不影響機(jī)械性能

長(zhǎng)久離子釋放對(duì)機(jī)體有影響針頭大小0.01cm2面積上離子釋放量腐蝕速率CR＝0.2*10-4/(365*24*3600)=6*10-13(cm/s)0.01cm2面積上離子釋放率＝（6*10-13)*0.01*9*(1/60)*(6*1023)=5.4*108(離子/秒)生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第31頁(yè)CompanyLogo電偶腐蝕：多見(jiàn)于兩種不一樣材料組合件，甚至引入機(jī)體其它微?？p隙腐蝕：多發(fā)生在界面部位如接骨板和骨螺釘晶間腐蝕：發(fā)生在材料晶界上，可造成材料力學(xué)性能?chē)?yán)重下降生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第32頁(yè)CompanyLogo磨蝕：表面磨損與腐蝕協(xié)同作用，鈷基合金耐磨蝕能優(yōu)良，不銹鋼較差疲勞腐蝕：疲勞與腐蝕協(xié)同作用，提升表面光潔度可獲改進(jìn)應(yīng)力腐蝕：應(yīng)力協(xié)同作用下加速腐蝕，鈦合金和不銹鋼對(duì)此敏感，鈷合金不敏感施加應(yīng)力或產(chǎn)生變形區(qū)域：陽(yáng)極同種材料其它區(qū)域：陰極應(yīng)力集中區(qū)域：被腐蝕

如316L不銹鋼在模擬生理溶液中裂紋擴(kuò)展速率顯著高于空氣中裂紋-------應(yīng)力集中-------應(yīng)力腐蝕--------縫隙--------縫隙腐蝕生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第33頁(yè)CompanyLogo3.力學(xué)性能A

足夠強(qiáng)度和塑性人體股骨頭：抗壓強(qiáng)度143MPa,縱向彈性模量13.8GPa,徑向（13.8/3）髖關(guān)節(jié)：3.6*106次沖擊載荷（數(shù)倍于人體體重）生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第34頁(yè)CompanyLogo對(duì)人工髖關(guān)節(jié)金屬材料要求是：

屈服強(qiáng)度〉450MPa抗拉強(qiáng)度〉800MPa疲勞強(qiáng)度〉400MPa延伸率〉8%生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第35頁(yè)CompanyLogo人工髖關(guān)節(jié)性能要求疲勞強(qiáng)度〉400MPa屈服強(qiáng)度〉450MPa延伸率〉8%抗拉強(qiáng)度〉800MPa生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第36頁(yè)CompanyLogoB彈性模量稍高于或高于人骨彈性模量通常生物材料彈性模量大于骨。如骨10－40GPa,純鈦110GPa彈性模量過(guò)高

材料與骨應(yīng)變不一樣，界面處相對(duì)位移造成界面松動(dòng)

應(yīng)力屏蔽，引發(fā)骨組織功效退化或吸收

彈性模量過(guò)底低應(yīng)力變形，起不到固定與支撐作用生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第37頁(yè)CompanyLogoC力學(xué)相容性與金屬與骨組織界面結(jié)合問(wèn)題通常生物金屬材料均不具備生物活性彈性模量差異造成界面松動(dòng)鈦及其合金表面活化可改進(jìn)界面結(jié)合問(wèn)題

凝膠狀態(tài)二氧化鈦膜含有誘導(dǎo)體液中鈣、磷離子沉積生成磷灰石能力，表現(xiàn)出一定和生物活性和骨性結(jié)合能力。生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第38頁(yè)CompanyLogoDeyT,RoyP,FabryB,SchmukiP.AnodicmesoporousTiO2layeronTiforenhancedformationofbiomimetichydroxyapatiteActaBiomaterialia,7:1873-1879生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第39頁(yè)CompanyLogo4.

耐磨性材料磨損金屬微?；蛩樾佳装Y和毒性反應(yīng)防止摩損,提升硬度,選擇適當(dāng)摩擦隅含有較高能量狀態(tài),輕易與體液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第40頁(yè)CompanyLogo第四節(jié)慣用生物醫(yī)用金屬材料醫(yī)用不銹鋼1醫(yī)用鈷基合金

23醫(yī)用貴金屬純鈦和鈦合金

4生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第41頁(yè)CompanyLogo一醫(yī)用不銹鋼(stainlesssteelasbiomedicalmaterials)

醫(yī)用不銹鋼為鐵基耐蝕金屬,組成除了含有大量鐵外,還有8種成份:鉻、鎳、硅、錳、鈦、碳、硫和磷,這些成份各發(fā)揮其主要性質(zhì)而組合成不銹鋼整體性能

不銹鋼最主要合金成份是”鉻”,其含量最少大于12%,以形成抗腐蝕所需要鈍化氧化鉻層

低碳含量可降低晶界碳化物形成,而晶界碳化物證實(shí)植入體內(nèi)后晶粒間腐蝕多發(fā)部位

加入2-4%鉬能提升不銹鋼抗點(diǎn)腐蝕能力生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第42頁(yè)CompanyLogo

1.

化學(xué)成份（316，316L，317L）Cr:形成氧化鉻鈍化膜，提升抗腐蝕能力；穩(wěn)定奧氏體

Ni:穩(wěn)定奧氏體;Ni%>12%時(shí)，可得到單相奧氏體

生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第43頁(yè)CompanyLogo2.加工工藝真空熔練（+真空電弧爐重熔）冷加工（提升強(qiáng)度）拋光：提升表面光潔度－消除腐蝕和應(yīng)力集中隱患316和316L不銹鋼力學(xué)性能生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第44頁(yè)CompanyLogo3.

生物相容性點(diǎn)腐蝕和界面腐蝕造成長(zhǎng)久穩(wěn)定性差設(shè)計(jì)不合理造成應(yīng)力集中及磨損磨損和腐蝕產(chǎn)物引發(fā)不良組織反應(yīng)（水腫，感染，組織壞死等），造成疼痛和組織壞死等反應(yīng)溶出鎳離子可能誘發(fā)腫瘤形成密度和彈性模量與人體組織差異大，造成力學(xué)相容性差無(wú)生物活性，難于和生物組織形成牢靠鍵合生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第45頁(yè)CompanyLogo4.醫(yī)學(xué)應(yīng)用齒科人工關(guān)節(jié)和骨折內(nèi)固定器械心血管系統(tǒng)其它金屬外臼金屬或陶瓷球聚合物或陶瓷內(nèi)臼金屬柄陶瓷涂層生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第46頁(yè)CompanyLogo二醫(yī)用鈷基合金(cobaltalloyasbiomedicalmaterials）1.化學(xué)成份（Co-Cr-Mo,Co-Cr-W-Ni,Co-Cr-Mo-W-Fe,Co-Ni-Cr-Mo）Co室溫下是六方密排結(jié)構(gòu)高溫穩(wěn)定相是面心立方結(jié)構(gòu)

經(jīng)過(guò)合金化微調(diào)整，可使合金在室溫下得到上述兩相復(fù)相組織提升力學(xué)性能生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第47頁(yè)CompanyLogo2.制造工藝精密鑄造：多用于制造形狀復(fù)雜制品可采取固溶退火、鑄造、熱等靜壓來(lái)改進(jìn)組織缺點(diǎn)，提升疲勞強(qiáng)度等力學(xué)性能形變加工（熱軋，軋制，擠壓和沖壓）：可改進(jìn)鑄態(tài)組織，提升力學(xué)性能（如鑄造鈷基合金人工關(guān)節(jié)疲勞斷裂概率大大減?。┓勰┲谓穑嚎刹扇岬褥o壓燒結(jié)工藝提升燒結(jié)體密度，但成本也隨之提升生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第48頁(yè)CompanyLogo

3.力學(xué)性能含有優(yōu)異耐磨性能，硬度比不銹鋼高1/3,承載能力較強(qiáng)經(jīng)典鈷基合金力學(xué)性能生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第49頁(yè)CompanyLogo4.生物相容性鈍化膜穩(wěn)定，耐腐蝕性好，耐蝕性比不銹鋼高數(shù)10倍普通無(wú)顯著組織反應(yīng)人工髖關(guān)節(jié)界面松動(dòng)率較高，因Co,Ni離子釋放，引發(fā)細(xì)胞與組織壞死Co,Ni,Cr還可引發(fā)皮膚過(guò)敏反應(yīng)，其中Co最為嚴(yán)重

生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第50頁(yè)CompanyLogo5.臨床應(yīng)用適合于制造體內(nèi)承載苛刻、耐蝕性要求較高長(zhǎng)久植入件，其品種主要有各類(lèi)人工關(guān)節(jié)及整形外科植入器械。在心臟外科，齒科等領(lǐng)域都有應(yīng)用CoCrMo合金制股骨帽生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第51頁(yè)CompanyLogo三醫(yī)用貴金屬（noblemetal）性能特點(diǎn)：含有穩(wěn)定物理和化學(xué)性質(zhì)，抗腐蝕性?xún)?yōu)良，表現(xiàn)出生物惰性，含有優(yōu)良導(dǎo)電性醫(yī)用貴金屬是指金、銀、鉑及其合金總稱(chēng)。具用含有穩(wěn)定物理和化學(xué)性質(zhì)，抗腐蝕性?xún)?yōu)良，表現(xiàn)出生物惰性，含有優(yōu)良導(dǎo)電性。經(jīng)過(guò)合金可對(duì)其物理、化學(xué)性能進(jìn)行調(diào)整，滿(mǎn)足不一樣需求。因?yàn)樗鼈儗?dǎo)電性能優(yōu)良，慣用于制作植入式電極或電子檢測(cè)裝置。生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第52頁(yè)CompanyLogo1.金及金合金金和金合金耐久性，穩(wěn)定性和抗蝕性，使它們?cè)谘揽粕铣蔀楹苡杏媒饘偕镝t(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第53頁(yè)CompanyLogo一些Au-Ag-Cu為基合金合金代表性組成生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第54頁(yè)CompanyLogo

牙科用貴金屬材料貴金屬牙科燒瓷合金組成生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第55頁(yè)CompanyLogo汞齊合金

將Ag,

Cu,Sn合金粉與汞經(jīng)過(guò)研磨或強(qiáng)烈振動(dòng)發(fā)生反應(yīng)而形成一個(gè)合金，從合金組成可分為低銅汞齊合金和高銅汞齊合金兩類(lèi)2.銀及銀合金生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第56頁(yè)CompanyLogo代表性汞齊合金化學(xué)組成生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第57頁(yè)CompanyLogo

用汞齊合金進(jìn)行牙科修復(fù)優(yōu)點(diǎn)是操作輕易，簡(jiǎn)便。但汞齊合金長(zhǎng)久在口腔中是否會(huì)引發(fā)汞釋放，汞齊合金硬化時(shí)尺寸改變及其在口腔環(huán)境中，是否會(huì)腐蝕等問(wèn)題，一直是牙科醫(yī)生和病人關(guān)注焦點(diǎn)汞齊合金在各種人造唾液中腐蝕行為研究表明，它在無(wú)腐蝕狀態(tài)下會(huì)釋放出汞，在較短時(shí)釋放汞量與要求攝入量相等，在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)釋放汞量依然較低生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第58頁(yè)CompanyLogo鑄造合金

大多數(shù)牙科鑄造合金是以Au-Ag-Cu為基合金系，有時(shí)添加Pd和Pt以提升合金機(jī)械性能和抗腐蝕性，有時(shí)也添加少許Ir和Ru使金晶粒細(xì)化生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第59頁(yè)CompanyLogo我國(guó)牙科鑄造合金標(biāo)準(zhǔn)要求，合金化學(xué)成份中：非貴金屬（Cu,Sn,Zn,Co,Cr等）總量≤75%貴金屬（Au,Ag,Pt,Pd,Rh,Ru,Ir,Os）總量≥25%有害雜質(zhì)Ni≤0.01%,Cd≤0.02%,Be≤0.02%,貴金屬含量偏差應(yīng)控制在±0.5%,

生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第60頁(yè)CompanyLogo四鈦及其合金(Titaniumandtitaniumalloyasbiomdicalmaterials)

1.組織結(jié)構(gòu)A

純鈦882°C以下為密排六方α單相組織882°C以上至熔點(diǎn)為體心立方β單相組織B

合金合金元素α穩(wěn)定化元素：Fe,Mo,Mg,Cr,Mn,Vβ穩(wěn)定化元素：Al,N,O,B中性元素：Sn,Zr合金類(lèi)型α型－TAβ型－TBα+β型－TCTi6Al4V(TC4),α+β雙相組織生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第61頁(yè)CompanyLogo2.化學(xué)成份Ti金屬和Ti合金化學(xué)成份組成（以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)）純鈦和TC4(Ti-6Al-4V)為主，這類(lèi)合金強(qiáng)度不如鈷合金,但耐腐蝕性好，與人體組織反應(yīng)很弱，鈦合金密度小，彈性模量低，靠近于天然骨。廣泛用于制作各種人工關(guān)節(jié)、接骨板、骨螺釘與骨折固定針等，也用于制作牙根種植體等，展現(xiàn)出良好耐疲勞性能。生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第62頁(yè)CompanyLogoTi金屬和Ti合金機(jī)械力學(xué)性能（ASTM，F(xiàn)136）商業(yè)用純鈦和Ti-6Al-4V機(jī)械力學(xué)性能如表所表示，它們彈性模量約為110GPa,大約是鈷基合金二分之一。生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第63頁(yè)CompanyLogo3.性能特點(diǎn)密度小，4.5g/cm3,僅為鐵基和鈷基合金二分之一機(jī)械強(qiáng)度高，彈性模量低耐腐蝕性，和抗疲勞性能優(yōu)于不銹鋼和鈷基合金硬度低，耐磨性能差生物相容性好生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第64頁(yè)CompanyLogo4.生物相容性鈦是當(dāng)前已知生物親和性最好金屬之一，其表面易形成致密二氧化鈦鈍化膜，組織反應(yīng)輕微凝膠狀態(tài)二氧化鈦膜含有誘導(dǎo)體液中鈣、磷離子沉積生成磷灰石能力，表現(xiàn)出一定生物活性和骨性結(jié)合能力彈性模量較低，力學(xué)相容性好生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第65頁(yè)CompanyLogo5.加工工藝（雙真空或惰性氣體保護(hù)）自耗電極熔練，需嚴(yán)格控制雜質(zhì)元素含量精密鑄造，精密鑄造或采取軋制材料固溶處理和時(shí)效處理改進(jìn)力學(xué)性能鈦冶練和成型加工比其它金屬材料困難生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第66頁(yè)CompanyLogo6.性能問(wèn)題硬度較低，耐磨性差彈性模量依然偏高，約為骨4－10倍含有毒性元素表面高溫離子氮化離子注入生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第67頁(yè)CompanyLogo釩，在骨，肝，腎，脾等器官聚集，毒性反應(yīng)主要與磷酸鹽生化代謝相關(guān)影響Na+,K+,Ca2+和H+濃度以及ATP酶作用毒性超出Ni和Cr鋁，以鋁鹽形式積蓄在體內(nèi)造成器官損傷，引發(fā)骨軟化，貧血和神經(jīng)紊亂等癥狀生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第68頁(yè)CompanyLogo純鈦含有優(yōu)異生物相容性，主要臨床表現(xiàn)在1.鈦表面與組織含有良好生物反應(yīng)，無(wú)毒，不致癌，不致畸，不誘發(fā)變態(tài)反應(yīng)2.鈦不產(chǎn)生炎癥生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第69頁(yè)CompanyLogo鈦基合金：Ti-6Al-4V,Ti-5Al-2.5FeTi-6Al-7Nb,新型β鈦合金1.

無(wú)毒，質(zhì)輕，強(qiáng)度高，生物相容性好，耐腐蝕，生物相容性好2.含有“Al”元素，會(huì)造成器官損傷，引發(fā)骨軟化，貧血，和神經(jīng)紊亂等癥狀鈦合金人工髖關(guān)節(jié)生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第70頁(yè)CompanyLogo研發(fā)覺(jué)實(shí)狀況世界上每年有近千噸醫(yī)用型鈦及鈦合金材料用于制造人體植入物，其中80%是Ti-6Al-4V伴隨醫(yī)用型鈦合金Ti-6Al-4V應(yīng)用發(fā)展，開(kāi)發(fā)出含有高斷裂韌性，低裂紋擴(kuò)展低間隙元素開(kāi)型Ti-6Al-4VEL1鈦合金主動(dòng)開(kāi)發(fā)無(wú)鋁、新型鈦合金，如Ti-13Nb-13Zr鈦合金（ASTMF1713－1996），Ti-12Nb-6Zr-2Fe（ASTMF1813－1996）

從綜合性能、良好變形加工與價(jià)格定位上看，Ti-6Al-4V合金，依然是至今為止，最為理想人體植入物金屬材料

生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第71頁(yè)CompanyLogo鈦制金屬件（有上百種）生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第72頁(yè)CompanyLogo五形狀記憶合金自1951年美國(guó)首次報(bào)道Au-Cd（金-鎘）合金含有形狀記憶效應(yīng)以來(lái)，當(dāng)前已發(fā)覺(jué)有20各種記憶合金，其中以鎳鈦（Ni-Ti）合金在臨床上應(yīng)用最大它在不一樣溫度下表現(xiàn)為不一樣金屬結(jié)構(gòu)相。如低溫時(shí)為單斜結(jié)構(gòu)相，高溫時(shí)為立方體結(jié)構(gòu)相，前者柔軟可隨意變形，如拉直式屈曲，而后者剛硬，可恢復(fù)原來(lái)形狀，并在形狀恢復(fù)過(guò)程中產(chǎn)生較大恢復(fù)力生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第73頁(yè)CompanyLogo生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第74頁(yè)CompanyLogo形狀記憶合金能夠分為三種單程記憶效應(yīng)雙程記憶效應(yīng)全程記憶效應(yīng)

生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第75頁(yè)CompanyLogo特點(diǎn)：奇特形狀記憶功效、質(zhì)輕、磁性微弱、強(qiáng)度較高、耐疲勞性能、高回彈性和生物相容性好等應(yīng)用：管腔狹窄治療（喉氣管狹窄、食管狹窄、膽道狹窄、尿道狹窄及閉鎖等）：支架安入管腔狹窄部位后，能將狹窄管腔撐開(kāi)，并與管壁相貼緊，固定好；其生物相容性好，長(zhǎng)久安放對(duì)黏膜無(wú)顯著損傷；其高回彈性能順應(yīng)管道彎曲，對(duì)人體刺激小口腔科：用這種材料做成種植牙含有齒槽骨切口小，固定牢靠等優(yōu)點(diǎn)骨科：人工關(guān)節(jié)，斷骨連接、彎曲脊柱矯正血管外科：治療主動(dòng)脈瘤、冠狀動(dòng)脈和椎動(dòng)脈狹窄等

生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第76頁(yè)CompanyLogo純金屬鉭（Ta）六醫(yī)用鉭、鈮、鋯材料鉭是化學(xué)活性很高金屬，在生量或其它環(huán)境中，甚至在缺氧狀態(tài)下，其表面都能馬上生成一層化學(xué)性能穩(wěn)定鈍化膜，從而使鉭含有很好化學(xué)穩(wěn)定性和抗生理腐蝕性，而且含有良好生物相容性。鉭植入骨內(nèi)能與周?chē)尚鹿侵苯咏佑|。最近有研究表明，多孔金屬鉭在其表面進(jìn)行生物活化處理后，植物動(dòng)物體內(nèi)，孔內(nèi)有新骨生成，含有誘導(dǎo)成骨性，這表明金屬鉭含有優(yōu)良生物學(xué)性能。鉭合金機(jī)械力學(xué)性能生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第77頁(yè)CompanyLogo純金屬鈮（Nb）鈮合金機(jī)械力學(xué)性能鈮為難熔金屬，鈮和鉭化學(xué)性質(zhì)很相同，含有良好化學(xué)穩(wěn)定性和耐腐蝕性能。醫(yī)用鈮普通采取高純鈮，鈮在醫(yī)學(xué)方面與鉭類(lèi)似，如修復(fù)顱骨和骨髓內(nèi)釘?shù)龋驗(yàn)槠淦鹪春徒?jīng)濟(jì)等原因，醫(yī)用鈮用途受到很大限制。生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第78頁(yè)CompanyLogo純金屬鉑（Pt）鉑是一個(gè)銀白色金屬，晶體結(jié)構(gòu)為面心立方鉑含有高熔點(diǎn)，高沸點(diǎn)和低蒸氣壓特點(diǎn)常見(jiàn)鉑合金有鉑銥合金，鉑金合金和鉑銀合金。它們均含有極好抗蝕性能和物理化學(xué)穩(wěn)定性。用鉑及其合金制造微探針，廣泛用于人體神經(jīng)系統(tǒng)各種植入性檢測(cè)和修復(fù)用電子裝置，心臟起博器等鉑及其合金力學(xué)性能較差，及其成本較高，限制了其在臨床上應(yīng)用生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第79頁(yè)CompanyLogo常見(jiàn)醫(yī)用金屬材料及特點(diǎn)（優(yōu)點(diǎn)）生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第80頁(yè)CompanyLogo七金屬與合金表面涂層處理金屬與合金在生物體內(nèi)腐蝕問(wèn)題還未處理，需對(duì)其表面進(jìn)行改進(jìn)

表面改性不但要抑制有害金屬溶出，而且要促進(jìn)組織再生和加強(qiáng)材料與組織結(jié)合生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第81頁(yè)CompanyLogo表面氧化不銹鋼骨釘化學(xué)處理表面誘導(dǎo)礦化表面修飾離子注入生物醫(yī)用金屬材料專(zhuān)家講座第82頁(yè)CompanyLogo實(shí)例：鈦表面陽(yáng)極氧化BrammerKS,OhS,,CobbCJ.Improvedbone-formingfunctionalityondiameter-controlledTiO2nanotube