生物醫(yī)用金屬材料shen

1、LOGOCompany Logo生物醫(yī)用金屬材料生物醫(yī)用金屬材料（Biomedical Metallic Materials）沈明武沈明武2013-LOGOCompany Logo 金屬結(jié)構(gòu)基本知識(shí)金屬結(jié)構(gòu)基本知識(shí) 生物醫(yī)用金屬材料簡介生物醫(yī)用金屬材料簡介 生物醫(yī)用金屬材料的特性生物醫(yī)用金屬材料的特性生物醫(yī)用金屬材料的前沿生物醫(yī)用金屬材料的前沿 常用的生物醫(yī)用金屬材料常用的生物醫(yī)用金屬材料12345LOGOCompany Logo第一節(jié)第一節(jié) 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)金屬的結(jié)構(gòu)金屬的結(jié)構(gòu)二二 晶體缺陷晶體缺陷三三 金屬的腐蝕金屬的腐蝕LOGOCompany Logo晶體的概念晶體的概念LOGOComp

2、any Logo一一 金屬的結(jié)構(gòu)金屬的結(jié)構(gòu)LOGOCompany LogoLOGOCompany LogoLOGOCompany Logo1. 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 體心立方晶格體心立方晶格bcc (body-centered-cubic) 面心立方晶格面心立方晶格fcc (face centered cubic) 密排六方晶格密排六方晶格hcp (Hexagonal close-packed lattice)LOGOCompany Logo 體心立方晶格體心立方晶格bcc -Fe, W, V, Mo等等LOGOCompany LogoLOGOCompany Logo 面心立方晶格

3、面心立方晶格fcc-Fe, Cu, Ni, Al, Au, Ag等等LOGOCompany LogoLOGOCompany Logo 密排六方晶格密排六方晶格hcpLOGOCompany Logo金屬晶體中的晶面和晶向金屬晶體中的晶面和晶向LOGOCompany Logo二二 實(shí)際金屬的缺陷實(shí)際金屬的缺陷 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷LOGOCompany Logo二二 實(shí)際金屬的缺陷實(shí)際金屬的缺陷 線缺陷線缺陷LOGOCompany Logo二二 實(shí)際金屬的缺陷實(shí)際金屬的缺陷 面缺陷面缺陷LOGOCompany Logo2. 合金合金的相結(jié)構(gòu)的相結(jié)構(gòu) 固溶體固溶體：組元通過溶解形成一種成份和性能均勻的，組元

4、通過溶解形成一種成份和性能均勻的，且結(jié)構(gòu)與組元之一相同的固相稱為固溶體且結(jié)構(gòu)與組元之一相同的固相稱為固溶體A(B) A:溶劑溶劑 B：溶質(zhì)：溶質(zhì) 間隙固溶體間隙固溶體 置換固溶體置換固溶體 固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化：使金屬強(qiáng)度和硬度提高的現(xiàn)象：使金屬強(qiáng)度和硬度提高的現(xiàn)象LOGOCompany LogoLOGOCompany Logo 金屬間化合物：金屬間化合物：金屬間化合物是合金的組元相互作金屬間化合物是合金的組元相互作用而形成的具有金屬特性，而晶格類型和特性又完全不同用而形成的具有金屬特性，而晶格類型和特性又完全不同于任一組元的化合物于任一組元的化合物-中間相中間相LOGOCompany Logo第

5、二節(jié)第二節(jié) 簡介簡介發(fā)展簡況發(fā)展簡況生物醫(yī)用金屬材料是人類最早利生物醫(yī)用金屬材料是人類最早利用的生物醫(yī)用材料之一用的生物醫(yī)用材料之一,迄今為止迄今為止在硬組織修復(fù)和替換材料中仍然在硬組織修復(fù)和替換材料中仍然首推金屬及其合金首推金屬及其合金鈦及其合金鈦及其合金鈷鉻合金鈷鉻合金不銹鋼不銹鋼貴金貴金屬屬LOGOCompany Logo1546年年 純金屬薄片用于修復(fù)顱骨缺損純金屬薄片用于修復(fù)顱骨缺損1880年年 銀用于膝蓋骨縫合銀用于膝蓋骨縫合1896年年 鍍鎳鋼釘用于骨折治療鍍鎳鋼釘用于骨折治療20世紀(jì)世紀(jì)30年代年代 不銹鋼，鈷鉻合金，鈦及合金得到廣泛應(yīng)用不銹鋼，鈷鉻合金，鈦及合金得到廣泛應(yīng)用2

6、0世紀(jì)世紀(jì)70年代年代 Ni-Ti形狀記憶合金，金屬表面涂層的應(yīng)用形狀記憶合金，金屬表面涂層的應(yīng)用 近近20年年發(fā)展較慢，但在臨床上仍占據(jù)重要地位發(fā)展較慢，但在臨床上仍占據(jù)重要地位LOGOCompany Logo金屬材料在組成上與人體組織成份相距甚遠(yuǎn)金屬材料在組成上與人體組織成份相距甚遠(yuǎn), ,很難與很難與生物組織產(chǎn)生親合作用生物組織產(chǎn)生親合作用, ,一般不具有生物活性一般不具有生物活性, ,通常以通常以其其相對(duì)穩(wěn)定的化學(xué)性能相對(duì)穩(wěn)定的化學(xué)性能, ,獲得一定的生物相容性獲得一定的生物相容性第三節(jié)第三節(jié) 材料的特性與生物相容性材料的特性與生物相容性美國材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)美國材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)ASTM-F4的標(biāo)

7、準(zhǔn)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:金屬材料金屬材料埋植埋植6個(gè)月后個(gè)月后,纖維包膜厚度纖維包膜厚度0.03mm為合格為合格LOGOCompany Logo生物醫(yī)用金屬材料在應(yīng)用中面臨的主要問題生物醫(yī)用金屬材料在應(yīng)用中面臨的主要問題: :由于由于生理環(huán)境的腐蝕而造成的金屬離子向周圍組織擴(kuò)散生理環(huán)境的腐蝕而造成的金屬離子向周圍組織擴(kuò)散以及植入材料自身性質(zhì)的退變以及植入材料自身性質(zhì)的退變作為生物醫(yī)用金屬材料作為生物醫(yī)用金屬材料, ,首先必須滿足兩個(gè)基本條件首先必須滿足兩個(gè)基本條件: :無毒性無毒性, ,耐生理腐蝕耐生理腐蝕LOGOCompany Logo人體環(huán)境特點(diǎn)人體環(huán)境特點(diǎn)體液是質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為體液是質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為1

8、%的的NaCl,少量其它鹽少量其它鹽類及有機(jī)化合物的充氣溶液，有人說人體與類及有機(jī)化合物的充氣溶液，有人說人體與溫暖的海水相似溫暖的海水相似在人體的不同部位，甚至同一部位的在人體的不同部位，甚至同一部位的不同時(shí)刻，人體組織內(nèi)體液不一樣不同時(shí)刻，人體組織內(nèi)體液不一樣電化學(xué)腐蝕的基本規(guī)律，對(duì)人體環(huán)境中電化學(xué)腐蝕的基本規(guī)律，對(duì)人體環(huán)境中的植入材料的腐蝕完全適用的植入材料的腐蝕完全適用多種多種多樣多樣溶液溶液LOGOCompany Logo 毒性來源毒性來源：金屬表面原子或離子因腐蝕或：金屬表面原子或離子因腐蝕或磨損進(jìn)入周圍生物組織磨損進(jìn)入周圍生物組織1.金屬材料的毒性金屬材料的毒性 毒性作用毒性作用

9、：作用于細(xì)胞，抑制酶的活動(dòng)，阻止：作用于細(xì)胞，抑制酶的活動(dòng)，阻止組織酶的擴(kuò)散和破壞溶酶體組織酶的擴(kuò)散和破壞溶酶體 具體表現(xiàn)：具體表現(xiàn)：與體內(nèi)物質(zhì)生成有毒化合物與體內(nèi)物質(zhì)生成有毒化合物，金屬離子進(jìn)入組織液引起水腫，栓塞，感染金屬離子進(jìn)入組織液引起水腫，栓塞，感染 和腫瘤等和腫瘤等LOGOCompany Logo 金屬離子析出問題金屬離子析出問題金屬離子進(jìn)入人體在遠(yuǎn)期將會(huì)產(chǎn)生什么結(jié)果尚未可知金屬離子進(jìn)入人體在遠(yuǎn)期將會(huì)產(chǎn)生什么結(jié)果尚未可知現(xiàn)已探明現(xiàn)已探明Ti6Al4V中的中的V對(duì)人體有害，擬采用對(duì)人體有害，擬采用Nb代替代替V鈦合金假體術(shù)后鈦合金假體術(shù)后36個(gè)月體內(nèi)個(gè)月體內(nèi)Ti濃度升高了濃度升高了3

10、倍，鈦合金假體術(shù)倍，鈦合金假體術(shù)后血和尿的中后血和尿的中Cr水平分別提高了水平分別提高了5倍和倍和8倍倍LOGOCompany Logo實(shí)例實(shí)例：鎳鉻烤瓷牙致病鎳鉻烤瓷牙致病 LOGOCompany Logo3.提高光潔度等方法來提高抗蝕性能提高光潔度等方法來提高抗蝕性能降毒方法降毒方法1.合金化合金化：如不銹鋼中加入：如不銹鋼中加入2%鈹可減小毒鈹可減小毒性，加入性，加入20%鉻可消除毒性鉻可消除毒性2.提高耐蝕性提高耐蝕性基本無毒的金屬單質(zhì)：基本無毒的金屬單質(zhì)：Ga,In,Sn,Ti,Zr,Mo,W,Au,Ta, Pt常用合金組元：常用合金組元：Fe,Co,Cr,Ni,V,Mn等等如如Cr

11、-Ni-Mo-Mn-Fe不銹鋼，不銹鋼，Co-Cr-Ni-Mn-W-Fe鈷合金鈷合金4.表面涂層表面涂層LOGOCompany Logo 金屬材料的主要缺點(diǎn)就是腐蝕問題金屬材料的主要缺點(diǎn)就是腐蝕問題u 腐蝕環(huán)境：腐蝕環(huán)境：電解質(zhì)電解質(zhì)：有機(jī)酸、堿金屬或堿土金屬（：有機(jī)酸、堿金屬或堿土金屬（Na+,K+,Ca2+）,Cl-等等構(gòu)成的恒溫電解質(zhì)環(huán)境中，構(gòu)成的恒溫電解質(zhì)環(huán)境中，多種機(jī)制協(xié)同作用多種機(jī)制協(xié)同作用： 恒溫恒溫37 蛋白質(zhì)、酶和細(xì)胞的作用蛋白質(zhì)、酶和細(xì)胞的作用 應(yīng)力與磨損應(yīng)力與磨損2. 耐生理腐蝕性耐生理腐蝕性LOGOCompany Logo金屬的腐蝕金屬的腐蝕LOGOCompany Lo

12、go金屬的腐蝕金屬的腐蝕腐蝕的種類腐蝕的種類均勻腐蝕均勻腐蝕：腐蝕產(chǎn)物及進(jìn)入機(jī)體的金屬離子總量較大，影響材料生物相容性：腐蝕產(chǎn)物及進(jìn)入機(jī)體的金屬離子總量較大，影響材料生物相容性點(diǎn)腐蝕點(diǎn)腐蝕：微電池作用使陽極部位嚴(yán)重腐蝕，醫(yī)用不銹鋼發(fā)生的可能性較大：微電池作用使陽極部位嚴(yán)重腐蝕，醫(yī)用不銹鋼發(fā)生的可能性較大如如316316、316L316L不銹鋼腐蝕速率不銹鋼腐蝕速率0.212%時(shí)，可得到單相奧氏體時(shí)，可得到單相奧氏體 LOGOCompany Logo2. 加工工藝加工工藝真空熔練（真空熔練（+真空電弧爐重熔）真空電弧爐重熔）冷加工（提高強(qiáng)度）冷加工（提高強(qiáng)度）拋光：提高表面光潔度消除腐蝕和應(yīng)力集

13、中隱患拋光：提高表面光潔度消除腐蝕和應(yīng)力集中隱患316和和316L不銹鋼的力學(xué)性能不銹鋼的力學(xué)性能LOGOCompany Logo3. 生物相容性生物相容性點(diǎn)腐蝕和界面腐蝕導(dǎo)致長期穩(wěn)定性差點(diǎn)腐蝕和界面腐蝕導(dǎo)致長期穩(wěn)定性差設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致應(yīng)力集中及磨損設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致應(yīng)力集中及磨損磨損和腐蝕產(chǎn)物引起不良組織反應(yīng)（水腫，感染，組織壞死等），磨損和腐蝕產(chǎn)物引起不良組織反應(yīng)（水腫，感染，組織壞死等），導(dǎo)致疼痛和組織壞死等反應(yīng)導(dǎo)致疼痛和組織壞死等反應(yīng)溶出的鎳離子可能誘發(fā)腫瘤形成溶出的鎳離子可能誘發(fā)腫瘤形成密度和彈性模量與人體組織差別大，導(dǎo)致力學(xué)相容性差密度和彈性模量與人體組織差別大，導(dǎo)致力學(xué)相容性差無生物活

14、性，難于和生物組織形成牢固鍵合無生物活性，難于和生物組織形成牢固鍵合LOGOCompany Logo4. 醫(yī)學(xué)應(yīng)用醫(yī)學(xué)應(yīng)用 齒科齒科 人工關(guān)節(jié)和骨折內(nèi)固定器械人工關(guān)節(jié)和骨折內(nèi)固定器械 心血管系統(tǒng)心血管系統(tǒng) 其它其它金屬外臼金屬外臼金屬或陶瓷球金屬或陶瓷球聚合物或陶瓷的內(nèi)臼聚合物或陶瓷的內(nèi)臼金屬柄金屬柄陶瓷涂層陶瓷涂層LOGOCompany Logo二二 醫(yī)用鈷基合金醫(yī)用鈷基合金(cobalt alloy as biomedical materials） 1.化學(xué)成份化學(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)室

15、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)高溫穩(wěn)定相是面心立方結(jié)構(gòu) 通過合金化微調(diào)整，可使合金通過合金化微調(diào)整，可使合金在室溫下得到上述兩相的復(fù)相在室溫下得到上述兩相的復(fù)相組織提高力學(xué)性能組織提高力學(xué)性能LOGOCompany Logo 2.制造工藝制造工藝精密鑄造：多用于制造形狀復(fù)雜的的制品精密鑄造：多用于制造形狀復(fù)雜的的制品 可采用固溶退火、鍛造、熱等靜壓來改善組織缺陷，提高疲勞強(qiáng)度等力學(xué)可采用固溶退火、鍛造、熱等靜壓來改善組織缺陷，提高疲勞強(qiáng)度等力學(xué)性能性能 形變加工（熱軋，軋制，擠壓和沖壓）：可改善鑄態(tài)組織，提高力學(xué)性形變加工（熱軋，軋制，擠壓和沖壓）：可改善鑄態(tài)組織，提高力學(xué)性能能

16、（如鍛造鈷基合金的人工關(guān)節(jié)疲勞斷裂的概率大大減?。ㄈ珏懺焘捇辖鸬娜斯りP(guān)節(jié)疲勞斷裂的概率大大減?。?粉末治金：可采用熱等靜壓燒結(jié)工藝提高燒結(jié)體的密度，但成本也隨之粉末治金：可采用熱等靜壓燒結(jié)工藝提高燒結(jié)體的密度，但成本也隨之提高提高 LOGOCompany Logo 3.力學(xué)性能力學(xué)性能 具有優(yōu)異的耐磨性能，硬度比不銹鋼高具有優(yōu)異的耐磨性能，硬度比不銹鋼高1/3,1/3,承載能力較強(qiáng)承載能力較強(qiáng)典型鈷基合金的力學(xué)性能典型鈷基合金的力學(xué)性能LOGOCompany Logo4.生物相容性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)鈍化膜穩(wěn)定，耐腐蝕性好，耐蝕性比不銹鋼高數(shù)10倍倍一般無明

17、顯的組織反應(yīng)一般無明顯的組織反應(yīng)人工髖關(guān)節(jié)界面松動(dòng)率較高，因人工髖關(guān)節(jié)界面松動(dòng)率較高，因Co, Ni離子的釋放，引起細(xì)胞離子的釋放，引起細(xì)胞與組織的壞死與組織的壞死Co, Ni, Cr還可引起皮膚過敏反應(yīng)，其中還可引起皮膚過敏反應(yīng)，其中Co最為嚴(yán)重最為嚴(yán)重 LOGOCompany Logo5. 臨床應(yīng)用臨床應(yīng)用 適合于制造體內(nèi)承載苛刻、耐蝕性要求較高的長期適合于制造體內(nèi)承載苛刻、耐蝕性要求較高的長期植入件，其品種主要有各類人工關(guān)節(jié)及整形外科植植入件，其品種主要有各類人工關(guān)節(jié)及整形外科植入器械。在心臟外科，齒科等領(lǐng)域均有應(yīng)用入器械。在心臟外科，齒科等領(lǐng)域均有應(yīng)用LOGOCompany Logo三

18、三 醫(yī)用貴金屬醫(yī)用貴金屬（noble metal） 性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)：具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)，抗腐蝕性優(yōu)良，表具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)，抗腐蝕性優(yōu)良，表現(xiàn)出生物惰性，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性現(xiàn)出生物惰性，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性醫(yī)用貴金屬是指金、銀、鉑及其合醫(yī)用貴金屬是指金、銀、鉑及其合金的總稱金的總稱。具用具有。具用具有穩(wěn)定的物理和穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)，抗腐蝕性優(yōu)良，表現(xiàn)出化學(xué)性質(zhì)，抗腐蝕性優(yōu)良，表現(xiàn)出生物惰性，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性生物惰性，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性。通。通過合金可對(duì)其物理、化學(xué)性能進(jìn)行過合金可對(duì)其物理、化學(xué)性能進(jìn)行調(diào)整，滿足不同的需求。由于它們調(diào)整，滿足不同的需求。由于它們的導(dǎo)電性能優(yōu)良，常用于制

19、作植入的導(dǎo)電性能優(yōu)良，常用于制作植入式的電極或電子檢測裝置。式的電極或電子檢測裝置。LOGOCompany Logo1. 金及金合金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)谘澜鸷徒鸷辖鹉途眯?，穩(wěn)定性和抗蝕性，使它們?cè)谘揽粕铣蔀楹苡杏玫慕饘倏粕铣蔀楹苡杏玫慕饘貺OGOCompany Logo某些某些Au-Ag-Cu為基的合金合金的代表性組成為基的合金合金的代表性組成LOGOCompany Logo 牙科用貴金屬材料牙科用貴金屬材料貴金屬牙科燒瓷合金的組成貴金屬牙科燒瓷合金的組成LOGOCompany Logo汞齊合金汞齊合金 將將Ag, Cu, Sn合金粉與汞通過研磨或強(qiáng)烈振合金粉與

20、汞通過研磨或強(qiáng)烈振動(dòng)發(fā)生反應(yīng)而形成的一種合金，從合金組成動(dòng)發(fā)生反應(yīng)而形成的一種合金，從合金組成可分為可分為低銅汞齊合金低銅汞齊合金和和高銅汞齊合金高銅汞齊合金兩類兩類2. 銀及銀合金銀及銀合金LOGOCompany Logo代表性汞齊合金的化學(xué)組成代表性汞齊合金的化學(xué)組成LOGOCompany Logo 用汞齊合金進(jìn)行牙科修復(fù)的優(yōu)點(diǎn)是操作容易，用汞齊合金進(jìn)行牙科修復(fù)的優(yōu)點(diǎn)是操作容易，簡便。簡便。但汞齊合金長期在口腔中是否會(huì)引起汞但汞齊合金長期在口腔中是否會(huì)引起汞的釋放，汞齊合金硬化時(shí)的尺寸變化及其在口的釋放，汞齊合金硬化時(shí)的尺寸變化及其在口腔環(huán)境中，是否會(huì)腐蝕等問題，一直是牙科醫(yī)腔環(huán)境中，是否

21、會(huì)腐蝕等問題，一直是牙科醫(yī)生和病人關(guān)注的焦點(diǎn)生和病人關(guān)注的焦點(diǎn) 汞齊合金在各種人造唾液中腐蝕行為的研究表汞齊合金在各種人造唾液中腐蝕行為的研究表明，它在無腐蝕狀態(tài)下會(huì)釋放出汞，在較短時(shí)明，它在無腐蝕狀態(tài)下會(huì)釋放出汞，在較短時(shí)釋放的汞量與規(guī)定的攝入量相等，在較長時(shí)間釋放的汞量與規(guī)定的攝入量相等，在較長時(shí)間內(nèi)釋放的汞量仍然較低內(nèi)釋放的汞量仍然較低LOGOCompany Logo鑄造合金鑄造合金 大多數(shù)牙科鑄造合金是以大多數(shù)牙科鑄造合金是以Au-Ag-Cu為基的合為基的合金系，有時(shí)添加金系，有時(shí)添加Pd和和Pt以提高合金的機(jī)械性以提高合金的機(jī)械性能和抗腐蝕性，有時(shí)也添加少量的能和抗腐蝕性，有時(shí)也添加

22、少量的Ir和和Ru使使金的晶粒細(xì)化金的晶粒細(xì)化LOGOCompany Logo我國牙科鑄造合金的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，合金的化學(xué)成分中：我國牙科鑄造合金的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，合金的化學(xué)成分中：非貴金屬（非貴金屬（Cu, Sn, Zn, Co, Cr等）總量等）總量75%貴金屬（貴金屬（Au, Ag, Pt, Pd, Rh, Ru, Ir, Os）總量）總量 25%有害雜質(zhì)有害雜質(zhì)Ni 0.01%, Cd 0.02%, Be 0.02%, 貴金屬含量的偏差應(yīng)控制在貴金屬含量的偏差應(yīng)控制在0.5%, LOGOCompany Logo四四 鈦及其合金鈦及其合金(Titanium and titanium alloy as

23、 biomdical materials) materials) 1. 組織結(jié)構(gòu)組織結(jié)構(gòu)A 純鈦純鈦882C以下為密排六方以下為密排六方單相組織單相組織882C以上至熔點(diǎn)為體心立方以上至熔點(diǎn)為體心立方單相組織單相組織B 合金合金合金元素合金元素穩(wěn)定化元素：穩(wěn)定化元素：Fe,Mo,Mg, Cr, Mn, V穩(wěn)定化元素：穩(wěn)定化元素：Al,N,O, B中性元素：中性元素：Sn,Zr合金類型合金類型型型TA型型TB+型型TCTi6Al4V(TC4),+雙相組織雙相組織LOGOCompany Logo2. 化學(xué)成份化學(xué)成份Ti金屬和金屬和Ti合金化學(xué)成份組成（以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)）合金化學(xué)成份組成（以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)

24、）純鈦和純鈦和TC4 (Ti-6Al-4V)為主為主，這類合金強(qiáng)度不如鈷合金，這類合金強(qiáng)度不如鈷合金,但耐腐蝕性好，與人體組織反應(yīng)但耐腐蝕性好，與人體組織反應(yīng)很弱，鈦合金的密度小，彈性模量低，接近于天然骨。廣泛用于制作各種人工關(guān)節(jié)、接很弱，鈦合金的密度小，彈性模量低，接近于天然骨。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，呈現(xiàn)出良好的耐骨板、骨螺釘與骨折固定針等，也用于制作牙根種植體等，呈現(xiàn)出良好的耐疲勞性能。疲勞性能。LOGOCompany LogoTi金屬和金屬和Ti合金的機(jī)械力學(xué)性能（合金的機(jī)械力學(xué)性能（ASTM，F(xiàn)136）商業(yè)用的純鈦和商業(yè)用的純鈦

25、和Ti-6Al-4VTi-6Al-4V的機(jī)械力學(xué)性能如表所示，它們的彈性的機(jī)械力學(xué)性能如表所示，它們的彈性模量約為模量約為110GPa,110GPa,大約是鈷基合金的一半。大約是鈷基合金的一半。LOGOCompany Logo3. 性能特點(diǎn)性能特點(diǎn)密度小，密度小，4.5g/cm3, 僅為鐵基和鈷基合金的一半僅為鐵基和鈷基合金的一半機(jī)械強(qiáng)度高，彈性模量低機(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，耐磨性能差硬度低，耐磨性能差生物相容性好生物相容性好LOGOCompany Logo4. 生物相容性生物相容性 鈦是目前已知的生物親

26、和性最好的金屬之一，其表面鈦是目前已知的生物親和性最好的金屬之一，其表面易形成致密的二氧化鈦鈍化膜，組織反應(yīng)輕微易形成致密的二氧化鈦鈍化膜，組織反應(yīng)輕微 凝膠狀態(tài)的二氧化鈦膜具有誘導(dǎo)體液中鈣、磷離子沉凝膠狀態(tài)的二氧化鈦膜具有誘導(dǎo)體液中鈣、磷離子沉積生成磷灰石的能力，表現(xiàn)出一定的生物活性和骨性積生成磷灰石的能力，表現(xiàn)出一定的生物活性和骨性結(jié)合能力結(jié)合能力 彈性模量較低，力學(xué)相容性好彈性模量較低，力學(xué)相容性好LOGOCompany Logo5. 加工工藝加工工藝（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（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，精密鍛造

27、或采用軋制材料精密鑄造，精密鍛造或采用軋制材料固溶處理和時(shí)效處理改善力學(xué)性能固溶處理和時(shí)效處理改善力學(xué)性能鈦的冶練和成型加工比其它金屬材料困難鈦的冶練和成型加工比其它金屬材料困難LOGOCompany Logo6. 性能問題性能問題硬度較低，耐磨性差硬度較低，耐磨性差彈性模量仍然偏高，約為骨的彈性模量仍然偏高，約為骨的410倍倍含有毒性元素含有毒性元素表面高溫離子氮化表面高溫離子氮化離子注入離子注入LOGOCompany Logo 釩釩，在骨，肝，腎，脾等器官聚集，毒性反應(yīng)主要與磷酸，在骨，肝，腎，脾等器官聚集，毒性反應(yīng)主要與磷酸鹽的生化代謝有關(guān)鹽的生化代謝有關(guān) 影響影響Na+,K+,Ca2+

28、和和H+的濃度以及的濃度以及ATP酶的作用酶的作用 毒性超過毒性超過Ni和和Cr 鋁鋁，以鋁鹽的形式積蓄在體內(nèi)導(dǎo)致器官的損傷，引起骨軟，以鋁鹽的形式積蓄在體內(nèi)導(dǎo)致器官的損傷，引起骨軟化，貧血和神經(jīng)紊亂等癥狀化，貧血和神經(jīng)紊亂等癥狀LOGOCompany Logo純鈦具有優(yōu)異的生物相容性，主要臨床表現(xiàn)在純鈦具有優(yōu)異的生物相容性，主要臨床表現(xiàn)在1 1. .鈦表面與組織具有良好的生物反應(yīng)，無毒，不致癌，不鈦表面與組織具有良好的生物反應(yīng)，無毒，不致癌，不致畸，不誘發(fā)變態(tài)反應(yīng)致畸，不誘發(fā)變態(tài)反應(yīng)2.2.鈦不產(chǎn)生炎癥鈦不產(chǎn)生炎癥LOGOCompany Logo鈦基合金：鈦基合金：Ti-6Al-4V, Ti

29、-5Al-2.5FeTi-6Al-7Nb, 新型新型鈦合金鈦合金1. 無毒，質(zhì)輕，強(qiáng)度高，生物相容性好，無毒，質(zhì)輕，強(qiáng)度高，生物相容性好，耐腐蝕，生物相容性好耐腐蝕，生物相容性好2.含有含有“Al”元素，會(huì)導(dǎo)致器官的損傷，元素，會(huì)導(dǎo)致器官的損傷，引起骨軟化，貧血，和神經(jīng)紊亂等癥引起骨軟化，貧血，和神經(jīng)紊亂等癥狀狀鈦合金人工髖關(guān)節(jié)鈦合金人工髖關(guān)節(jié)LOGOCompany Logo研發(fā)現(xiàn)狀研發(fā)現(xiàn)狀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，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，其中其中80%是是Ti-6Al-4V隨著醫(yī)用型鈦合金隨著醫(yī)用型鈦合金Ti-6Al-4V應(yīng)用

30、發(fā)展，開發(fā)出具有高斷裂韌性，低裂紋應(yīng)用發(fā)展，開發(fā)出具有高斷裂韌性，低裂紋擴(kuò)展的低間隙元素開型擴(kuò)展的低間隙元素開型 Ti-6Al-4V EL1鈦合金鈦合金積極開發(fā)無鋁、新型鈦合金，如積極開發(fā)無鋁、新型鈦合金，如Ti-13Nb-13Zr鈦合金鈦合金（ASTMF17131996），），Ti-12Nb-6Zr-2Fe（ASTMF18131996） 從從綜合性能、良好的變形加工與價(jià)格定位上看，綜合性能、良好的變形加工與價(jià)格定位上看，Ti-6Al-4V合金，仍然是合金，仍然是至今為止，最為理想的人體植入物金屬材料至今為止，最為理想的人體植入物金屬材料 LOGOCompany Logo鈦制金屬件（有上百種）

31、鈦制金屬件（有上百種）LOGOCompany Logo五五 形狀記憶合金形狀記憶合金自自1951年美國首次報(bào)道年美國首次報(bào)道Au-Cd（金（金-鎘）合金具有形狀記鎘）合金具有形狀記憶效應(yīng)以來，目前已發(fā)現(xiàn)有憶效應(yīng)以來，目前已發(fā)現(xiàn)有20多種記憶合金，其中以鎳多種記憶合金，其中以鎳鈦（鈦（Ni-Ti）合金在臨床上應(yīng)用最大）合金在臨床上應(yīng)用最大它在不同的溫度下表現(xiàn)為不同的金屬結(jié)構(gòu)相。它在不同的溫度下表現(xiàn)為不同的金屬結(jié)構(gòu)相。如低溫時(shí)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，前者柔軟可隨意變形，如拉直式屈曲，而后者剛硬，可恢復(fù)原來的形意變形，如拉直式屈曲，

32、而后者剛硬，可恢復(fù)原來的形狀，并在形狀恢復(fù)過程中產(chǎn)生較大的恢復(fù)力狀，并在形狀恢復(fù)過程中產(chǎn)生較大的恢復(fù)力LOGOCompany LogoLOGOCompany Logo形狀記憶合金可以分為三種形狀記憶合金可以分為三種 單程記憶效應(yīng)單程記憶效應(yīng) 雙程記憶效應(yīng)雙程記憶效應(yīng) 全程記憶效應(yīng)全程記憶效應(yīng)LOGOCompany Logov特點(diǎn)：奇特的形狀記憶功能、質(zhì)輕、磁性微弱、強(qiáng)特點(diǎn)：奇特的形狀記憶功能、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度較高、耐疲勞性能、高回彈性和生物相容性好等v應(yīng)用：應(yīng)用： 管腔狹窄的治療（喉氣管狹窄、食管狹窄、膽道狹窄、管腔狹窄的治療（喉氣管狹窄、食管狹

33、窄、膽道狹窄、尿道狹窄及閉鎖等）：支架安入管腔狹窄的部位后，能尿道狹窄及閉鎖等）：支架安入管腔狹窄的部位后，能將狹窄管腔撐開，并與管壁相貼緊，固定好；其生物相將狹窄管腔撐開，并與管壁相貼緊，固定好；其生物相容性好，長期安放對(duì)黏膜無明顯損傷；容性好，長期安放對(duì)黏膜無明顯損傷；其高回彈性能順其高回彈性能順應(yīng)管道的彎曲，對(duì)人體刺激小應(yīng)管道的彎曲，對(duì)人體刺激小 口腔科：用這種材料做成的種植牙具有齒槽骨切口小，口腔科：用這種材料做成的種植牙具有齒槽骨切口小，固定牢靠等優(yōu)點(diǎn)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

34、狹窄等血管外科：治療主動(dòng)脈瘤、冠狀動(dòng)脈和椎動(dòng)脈狹窄等 LOGOCompany Logo純金屬鉭（純金屬鉭（Ta）六六 醫(yī)用鉭、鈮、鋯材料醫(yī)用鉭、鈮、鋯材料鉭是化學(xué)活性很高的金屬，在生量或其它環(huán)境中，甚至在缺氧的的狀鉭是化學(xué)活性很高的金屬，在生量或其它環(huán)境中，甚至在缺氧的的狀態(tài)下，其表面都能立即生成一層化學(xué)性能穩(wěn)定的鈍化膜，從而使鉭具態(tài)下，其表面都能立即生成一層化學(xué)性能穩(wěn)定的鈍化膜，從而使鉭具有有很好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗生理腐蝕性，并且具有良好的生物相容性很好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗生理腐蝕性，并且具有良好的生物相容性。鉭植入骨內(nèi)能與周圍生成的新骨直接接觸。最近有研究表明，多孔金鉭植入骨內(nèi)能與周圍生成的新骨

35、直接接觸。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，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，具有誘導(dǎo)成骨性，這表明金屬鉭具有優(yōu)良的生物學(xué)性能。具有誘導(dǎo)成骨性，這表明金屬鉭具有優(yōu)良的生物學(xué)性能。鉭合金的機(jī)械力學(xué)性能鉭合金的機(jī)械力學(xué)性能LOGOCompany Logo純金屬鈮（純金屬鈮（Nb）鈮合金的機(jī)械力學(xué)性能鈮合金的機(jī)械力學(xué)性能鈮為難熔金屬，鈮和鉭的化學(xué)性質(zhì)很相似，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和鈮為難熔金屬，鈮和鉭的化學(xué)性質(zhì)很相似，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐腐蝕性能。耐腐蝕性能。醫(yī)用鈮一般采用高純鈮，鈮在醫(yī)學(xué)方面與鉭類似，如修醫(yī)用鈮一般采用

36、高純鈮，鈮在醫(yī)學(xué)方面與鉭類似，如修復(fù)顱骨和骨髓內(nèi)釘?shù)?，由于其來源和?jīng)濟(jì)等原因，醫(yī)用鈮的用途受到復(fù)顱骨和骨髓內(nèi)釘?shù)龋捎谄鋪碓春徒?jīng)濟(jì)等原因，醫(yī)用鈮的用途受到很大的限制。很大的限制。LOGOCompany Logo純金屬鉑（純金屬鉑（Pt）鉑是一種銀白色金屬鉑是一種銀白色金屬，晶體結(jié)構(gòu)為面心立方，晶體結(jié)構(gòu)為面心立方鉑具有高熔點(diǎn)，高沸點(diǎn)和低蒸氣壓的特點(diǎn)鉑具有高熔點(diǎn)，高沸點(diǎn)和低蒸氣壓的特點(diǎn)常見的鉑合金有常見的鉑合金有鉑銥合金，鉑金合金和鉑銀合金。它們鉑銥合金，鉑金合金和鉑銀合金。它們均具有極好的抗蝕性能和物理化學(xué)穩(wěn)定性均具有極好的抗蝕性能和物理化學(xué)穩(wěn)定性。用鉑及其合。用鉑及其合金制造的微探針，廣泛用于

37、人體神經(jīng)系統(tǒng)的各種植入性金制造的微探針，廣泛用于人體神經(jīng)系統(tǒng)的各種植入性檢測和修復(fù)用的電子裝置，心臟起博器等檢測和修復(fù)用的電子裝置，心臟起博器等鉑及其合金的鉑及其合金的力學(xué)性能較差，及其成本較高力學(xué)性能較差，及其成本較高，限制了其在臨床上的應(yīng)，限制了其在臨床上的應(yīng)用用LOGOCompany Logo常見醫(yī)用金屬材料及特點(diǎn)（優(yōu)點(diǎn)）常見醫(yī)用金屬材料及特點(diǎn)（優(yōu)點(diǎn)）LOGOCompany Logo七七 金屬與合金表面涂層處理金屬與合金表面涂層處理金屬與合金在生物體內(nèi)的腐蝕問題尚未解決，需對(duì)其金屬與合金在生物體內(nèi)的腐蝕問題尚未解決，需對(duì)其表面進(jìn)行改進(jìn)表面進(jìn)行改進(jìn) 表面改性不僅要表面改性不僅要抑制有害金屬

38、的溶出抑制有害金屬的溶出，而且要，而且要促進(jìn)促進(jìn)組織的再生和加強(qiáng)材料與組織的結(jié)合組織的再生和加強(qiáng)材料與組織的結(jié)合LOGOCompany Logo表面氧化表面氧化不銹鋼骨釘不銹鋼骨釘化學(xué)處理化學(xué)處理表面誘導(dǎo)礦化表面誘導(dǎo)礦化表面修飾表面修飾離子注入離子注入LOGOCompany Logo實(shí)例實(shí)例：鈦表面陽極氧化鈦表面陽極氧化 Brammer KS, Oh S, , Cobb CJ. Improved bone-forming functionality on diameter-controlled TiO2 nanotube surface Acta Biomaterialia 2009, 5:3

39、215-3223LOGOCompany LogoBrammer KS, Oh S, , Cobb CJ.Improved bone-forming functionality on diameter-controlled TiO2 nanotube surface Acta Biomaterialia 2009, 5:3215-3223LOGOCompany Logo八八 多孔金屬多孔金屬定義定義：一種金屬骨架里分布著大量孔洞的新型材料，以多一種金屬骨架里分布著大量孔洞的新型材料，以多樣化孔隙為特征的廣義阻尼材料樣化孔隙為特征的廣義阻尼材料 分類分類：按結(jié)構(gòu)來分，可分為無序和有序兩類。前者如泡按結(jié)構(gòu)