生物材料課件2

1、生物惰性材料生物惰性材料 骨整合：臨床意義下的植入體和骨之間骨整合：臨床意義下的植入體和骨之間無軟組織中間介入的、光學(xué)顯微鏡水平無軟組織中間介入的、光學(xué)顯微鏡水平下的直接接觸下的直接接觸 骨鍵合：骨替換材料與骨之間結(jié)構(gòu)聯(lián)系骨鍵合：骨替換材料與骨之間結(jié)構(gòu)聯(lián)系而使功能連續(xù)性而使功能連續(xù)性考慮生物相容性，腐蝕作用考慮生物相容性，腐蝕作用 20世紀(jì)初，金屬骨骼板、骨連接螺栓和接骨釘世紀(jì)初，金屬骨骼板、骨連接螺栓和接骨釘 抗蝕能力差抗蝕能力差鉻使鐵基固溶體的電極電位提高鉻使鐵基固溶體的電極電位提高 鉻吸收鐵的電子使鐵鈍化鉻吸收鐵的電子使鐵鈍化原因是用鉻對鋼進(jìn)行合金化處理時，把表面氧化物的類原因是用鉻對鋼

2、進(jìn)行合金化處理時，把表面氧化物的類型改變成了類似于純鉻金屬上形成的表面氧化物。這種型改變成了類似于純鉻金屬上形成的表面氧化物。這種緊密粘附的富鉻氧化物保護(hù)表面，防止進(jìn)一步的氧化。緊密粘附的富鉻氧化物保護(hù)表面，防止進(jìn)一步的氧化。而且，如果損壞了表層，所暴露出的鋼表面會和大氣反而且，如果損壞了表層，所暴露出的鋼表面會和大氣反應(yīng)進(jìn)行自我修理，重新形成這種應(yīng)進(jìn)行自我修理，重新形成這種 鈍化膜鈍化膜 ，繼續(xù)起保護(hù)，繼續(xù)起保護(hù)作用。作用。316316和和316L316L不銹鋼材料的力學(xué)性能不銹鋼材料的力學(xué)性能 材料制備完成后材料制備完成后清洗表面，去除油污清洗表面，去除油污在硝酸中形成表面鈍化層在硝酸中形

3、成表面鈍化層在包裝和殺菌前再清洗一次在包裝和殺菌前再清洗一次去除氧化層去除氧化層醫(yī)用球囊擴張不銹鋼血管內(nèi)支架醫(yī)用球囊擴張不銹鋼血管內(nèi)支架1-1-不銹鋼絲不銹鋼絲 2-2-圓筒形支架網(wǎng)孔圓筒形支架網(wǎng)孔直徑直徑23mm，長度，長度210cm網(wǎng)孔尺寸：網(wǎng)孔尺寸：121.52.5mm良好的可塑性、幾何穩(wěn)定性、理化穩(wěn)定性良好的可塑性、幾何穩(wěn)定性、理化穩(wěn)定性血管開通性高、生物相容性好、成本低血管開通性高、生物相容性好、成本低可調(diào)式不銹鋼骨科外固定器可調(diào)式不銹鋼骨科外固定器1-1-連桿；連桿； 2-2-萬向固定器；萬向固定器； 3-3-骨針（防滑螺紋）骨針（防滑螺紋）圓周錯位圓周錯位緊縮方式緊縮方式兩種基本

4、元素形兩種基本元素形成的固溶體成的固溶體添加添加Mo結(jié)構(gòu)上結(jié)構(gòu)上保持小晶粒保持小晶粒鈷含量達(dá)到鈷含量達(dá)到65（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）其余主要是鉻其余主要是鉻鑄造鑄造Co-Cr-MoCo-Cr-Mo合金合金Co-Ni-Cr-WCo-Ni-Cr-W合金，合金， 熱鍛熱鍛Co-Ni-Cr-MoCo-Ni-Cr-MoCo-Ni-Cr-Mo-W-FeCo-Ni-Cr-Mo-W-Fe鍛造鍛造CoCo基合金化學(xué)組成基合金化學(xué)組成CoCo基合金的機械力學(xué)性能基合金的機械力學(xué)性能強度提高，塑性降低強度提高，塑性降低彈性模量（彈性模量（220234GPa）不隨極限拉）不隨極限拉伸強度變化而變化伸強度變化而變化鍛造

5、鍛造Co-Ni-Cr-MoCo-Ni-Cr-Mo合金合金Co-Ni-Cr-MoCo-Ni-Cr-Mo合金冷加工變形量與極限拉伸強度合金冷加工變形量與極限拉伸強度股骨關(guān)節(jié)假體的制造過程股骨關(guān)節(jié)假體的制造過程Co-Cr-Mo合金合金對加工硬化極其敏感。對加工硬化極其敏感。鑄造（密封鑄造）的方法加工。鑄造（密封鑄造）的方法加工。a.a.蠟注入黃銅模中蠟注入黃銅模中b.b.蠟制件組裝蠟制件組裝c.c.蠟制件表面涂敷蠟制件表面涂敷陶瓷陶瓷d.d.熱壓腔中去除蠟熱壓腔中去除蠟e.e.將熔融的金屬注將熔融的金屬注入陶瓷模中入陶瓷模中彈性人工心臟瓣環(huán)彈性人工心臟瓣環(huán)1-1-環(huán)狀瓣環(huán)環(huán)狀瓣環(huán)2-內(nèi)芯內(nèi)芯(高彈性

6、高彈性Co基合金）基合金）13層，厚層，厚0.16mm，寬寬1.82.1mm3-3-聚酯磨片聚酯磨片4-4-外層（硅橡膠，聚酯外層（硅橡膠，聚酯纖維織物）纖維織物）質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)N N： 0.30.3 0.50.5， C C：0.050.05 0.100.10FeFe：0.20.2 0.5 0.5 ， O O：0.130.13 0.180.18，H H： 0.0150.015 0.01250.0125Ti-6Al-4VTi-6Al-4V還含有還含有Al Al ：5.55.5 6.56.5（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；V V ：3.53.5 4.54.5（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）加入適量加入適量相

7、穩(wěn)定元素，使強度更高的相穩(wěn)定元素，使強度更高的相相在轉(zhuǎn)變溫度以下存在，出現(xiàn)兩相組織在轉(zhuǎn)變溫度以下存在，出現(xiàn)兩相組織在固溶溫度下通過熱處理會出現(xiàn)在固溶溫度下通過熱處理會出現(xiàn)相沉淀物，相沉淀物，然后淬火然后淬火接下來在較低溫度下進(jìn)行時效處理后會出現(xiàn)接下來在較低溫度下進(jìn)行時效處理后會出現(xiàn)相沉淀物，促使一些細(xì)小的相沉淀物，促使一些細(xì)小的 相粒子從相粒子從 相分離的亞穩(wěn)態(tài)相分離的亞穩(wěn)態(tài)相中析出相中析出比退火態(tài)比退火態(tài) - -結(jié)構(gòu)的強度要高結(jié)構(gòu)的強度要高 Ti Ti及及TiTi合金的機械力學(xué)性能（合金的機械力學(xué)性能（ASTMF67,F136ASTMF67,F136）隨著雜質(zhì)含量的增多，強度提高，延展性降低

8、隨著雜質(zhì)含量的增多，強度提高，延展性降低強度變化范圍寬強度變化范圍寬經(jīng)鑄造加工工藝制得的經(jīng)鑄造加工工藝制得的TiTi植入器械植入器械一種鈦合金顱骨修復(fù)體制備方法一種鈦合金顱骨修復(fù)體制備方法手工塑形手工塑形模具壓制模具壓制鑄造成型鑄造成型Ag-Sn-HgAg-Sn-Hg合金體系的固化過程合金體系的固化過程典型的齒科用汞金屬：典型的齒科用汞金屬：4555汞；汞；3545銀；銀；15錫錫強度增加，強度增加，1小時極限強度小時極限強度1/4；1天后幾乎達(dá)到極限強度天后幾乎達(dá)到極限強度鎳鈦形狀記憶合金修復(fù)股骨中段折斷鎳鈦形狀記憶合金修復(fù)股骨中段折斷鎳鈦形狀記憶合金修復(fù)脛骨折斷鎳鈦形狀記憶合金修復(fù)脛骨折斷

9、溶液中含有的電解溶液中含有的電解質(zhì)提供了完整的電質(zhì)提供了完整的電流回路流回路電化學(xué)發(fā)應(yīng)時，陰電化學(xué)發(fā)應(yīng)時，陰離子游向陽極，陽離子游向陽極，陽離子游向陰極，形離子游向陰極，形成電極電位成電極電位單一金屬，成分不同或環(huán)境成分不均勻單一金屬，成分不同或環(huán)境成分不均勻微腐蝕電池微腐蝕電池 晶界腐蝕，晶界原子晶界腐蝕，晶界原子活躍，容易失去電子，活躍，容易失去電子，形成晶界腐蝕形成晶界腐蝕 相對于晶粒內(nèi)部，晶相對于晶粒內(nèi)部，晶界成為陽極，晶粒為界成為陽極，晶粒為陰極陰極金屬在缺氧區(qū)形金屬在缺氧區(qū)形成縫隙腐蝕成縫隙腐蝕根據(jù)金屬離子濃度對電極電位的影響根據(jù)金屬離子濃度對電極電位的影響實際操作中，觀察到的電極

10、電位高低順序?qū)嶋H操作中，觀察到的電極電位高低順序可能與熱力學(xué)上估計的有所不同可能與熱力學(xué)上估計的有所不同形成致密氧化膜不容易腐蝕。形成致密氧化膜不容易腐蝕。氧化膜阻礙進(jìn)一步腐蝕，如氧化膜阻礙進(jìn)一步腐蝕，如FeFe與與AlAl比較，比較，AlAl由于表面形成致密由于表面形成致密AlAl2 2O O3 3，因此抗氧化，因此抗氧化性能優(yōu)越性能優(yōu)越金屬鉻在各種體液中的腐蝕電勢和金屬鉻在各種體液中的腐蝕電勢和pHpH的關(guān)系的關(guān)系氧斜線，氧斜線，代表水穩(wěn)定性的上限代表水穩(wěn)定性的上限2H2O O2+4H+4e氫斜線，氫斜線，代表水穩(wěn)定性的下限代表水穩(wěn)定性的下限2H3O + + 2e H2 + 2H2O電勢電

11、勢-pH-pH圖中的區(qū)域只說明了腐蝕地圖中的區(qū)域只說明了腐蝕地點，沒有確定腐蝕速率點，沒有確定腐蝕速率電流密度的影響電流密度的影響 電流密度依據(jù)極化曲線中電極電位確定電流密度依據(jù)極化曲線中電極電位確定生物材料電勢電流密度關(guān)系生物材料電勢電流密度關(guān)系可以計算單位時間進(jìn)入組織內(nèi)的離子數(shù)目，可以計算單位時間進(jìn)入組織內(nèi)的離子數(shù)目，也可以計算出在給定的時間內(nèi)，金屬腐蝕的深度變化也可以計算出在給定的時間內(nèi)，金屬腐蝕的深度變化用材不當(dāng)用材不當(dāng) 混合使用不同電極電位材料混合使用不同電極電位材料隨意使用植入材料隨意使用植入材料HA-TiHA-Ti復(fù)合生物涂層復(fù)合生物涂層( (上層為上層為HAHA，下層為，下層為

12、Ti) Ti) l 在 鈦 合 金 表 面 層 約在 鈦 合 金 表 面 層 約0.4mm深處彌散粒度深處彌散粒度為為40 m的羥基磷灰石的羥基磷灰石顆粒（顆粒（HA），然后），然后在超塑性成型裝置中在超塑性成型裝置中加熱到加熱到750 C后加壓成后加壓成型型l 含有對于骨牙細(xì)胞而含有對于骨牙細(xì)胞而言足夠大小的言足夠大小的HA顆顆粒粒舉例舉例1電沉積涂層的電沉積涂層的SEMSEM像像 舉例舉例2：鈦基體表面電沉積磷酸鈣陶瓷：鈦基體表面電沉積磷酸鈣陶瓷電沉積涂層粉末電沉積涂層粉末TEMTEM像像 電沉積涂層內(nèi)外層的電沉積涂層內(nèi)外層的SEMSEM像像溫度低電位高時，涂層薄而致密溫度低電位高時，涂層薄而致密溫度高電位低時，涂層厚而疏松溫度高電位低時，涂層厚而疏松 水熱合成后涂層水熱合成后涂層SEMSEM像像 水熱合成涂層粉末水熱合成涂層粉末TEMTEM像像 1-拉伸夾頭； 2-涂層試樣； 3-環(huán)