医用金属
常用医用金属材料
常用医用金属材料生物医用金属材料又称医用金属材料或外科用金属材料，当生物医用金属材料广泛被用于植入材料时，长期的实用性与安全性便成为了对医用金属材料的第一要求。
下文为大家具体介绍了钛基、钴基、镁基、锆基、锌基、铝合金以及不锈钢、钨、贵金属等生物医用金属材料的研究与应用进展。
生物医用金属材料是在生物医用材料中使用的合金或金属，属于一类惰性材料，具有较高的抗疲劳性能和机械强度，在临床中作为承力植入材料而得到广泛应用。
在临床已经使用的医用金属材料主要有钴基合金、钛基合金、不锈钢、形状记忆合金、贵金属、纯金属铌、锆、钛、钽等。
不锈钢、钴基合金和钛基合金具有强度高、韧性好以及稳定性高的特点，是临床常用的3类医用金属材料。
随着制备工艺和技术的进步，新型生物金属材料也在不断涌现，例如粉末冶金合金、高熵合金、非晶合金、低模量钛合金等。
一、性能要求生物医用金属材料一般用于外科辅助器材、人工器官、硬组织、软组织等各个方面，应用极为广泛。
但是，无论是普通材料植入还是生物金属材料植入都会给患者带来巨大的影响，因而生物医用金属材料应用中的主要问题是由于生理环境的腐蚀而造成的金属离子向周围组织扩散及植入材料自身性质的退变，前者可能导致毒副作用，后者常常导致植入的失败。
因此，生物医用金属材料除了要求具有良好的力学性能及相关的物理性质外，优良的抗生理腐蚀性和生物相容性也是其必须具备的条件。
生物医用金属材料的性能要求：(1)机械性能。
生物医用金属材料一般应具有足够的强度和韧性，适当的弹性和硬度，良好的抗疲劳、抗蠕变性能以及必需的耐磨性和自润滑性。
(2)抗腐蚀性能。
生物医用金属材料发生的腐蚀主要有：植入材料表面暴露在人体生理环境下发生电解作用，属于一般性均匀腐蚀；植入材料混入杂质而引发的点腐蚀；各种成分以及物理化学性质不同引发的晶间腐蚀；电离能不同的材料混合使用引发的电偶腐蚀；植入体和人体组织的间隙之间发生的磨损腐蚀；有载荷时，植入材料在某个部位发生应力集中而引起的应力腐蚀；长时间的反复加载引发植入材料损伤断裂的疲劳腐蚀，等等。
医用金属材料讲解
• 3.4 齿科用金属 • 3.4.1 齿科汞齐
汞齐是一种含有汞金属成分的合金 。汞在室温下是液态，它能与其他金属反应， 如银、锡等，形成一种塑性物质，将其填入龋洞中，汞齐随着时间推移发生 硬化(凝固)。 固态合金的成分是：至少65%的银，不超过29%的锡，6%的铜， 2%的锌和3%的汞。 • 牙医在填补龋洞时，一般先在机械研磨器中将微粒状的固态合金和汞混 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。
•
材料
表3.1 316和316L不锈钢材料的力学性能
状态 退火态 抗拉强度 /MPa 515 620 860 505 605 860 屈服强度/MPa 205 310 690 195 295 690 延伸率/% 40 35 12 40 35 12 洛氏硬度 /HRB 95 － 300～350 95 － －
种类 CoCrMo 状态 铸态 固溶退火 锻造 退火(ASTM) 退火 冷加工 退火(ASTM) 固溶退火 冷加工时效 退火 冷加工 退火(ISO) 屈服强度 (MPa) 515 533 962 450 350 1310 310 240～655 1585 275 828 276 抗拉强度 (MPa) 725 1143 1507 665 862 1510 860 795～1000 1790 600 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 － － － － － －
• 3.2 Co基合金 （1）分类、组成和性能
• 钴基合金通常是指Co-Cr合金，基本上分为两类：一类是Co-Cr-Mo合金 ，一般通过铸造加工，铸造Co-Cr-Mo合金已经在牙科方面应用了近几 十年，目前主要用于制造人工关节连接件；另一类是Co-Ni-Cr-Mo合金 ，一般通过热锻加工，锻造Co-Ni-Cr-Mo合金主要用于制造关节替换假 体连接件的主干，承受重载荷，如膝关节和髋关节等。 • Co-Ni-Cr-Mo合金是一种最有名的钴基合金，它大约含有Ni35%(质 量分数)和Co35%(质量分数)，这种合金在压力下对海水(含有Cl-)有很强 的抗蚀性，冷加工可大大增加它的强度。但在提高材料力学性能的同 时，也增加了材料的加工难度。因此，现在采用热锻方法制造这种合 金的植入器械。 • 锻造Co-Ni-Cr-Mo合金和铸造Co-Cr-Mo合金一样具有相似的耐磨性 能,在关节模拟测试中大约是每年被磨损0.14mm)。但是，由于Co-NiCr-Mo合金较差的耐磨性能而不提倡用来制作关节假体的摩擦面。 • 锻造Co-Ni-Cr-Mo合金具有很高的疲劳强度和极限抗拉强度，植入 很长时间后，也很少会发生断裂。
常用医用金属材料
常用医用金属材料医用金属材料是指在医疗领域中用于制造医疗器械和医疗设备的金属材料。
这些材料必须具备一系列特殊的性能和指标，如生物相容性、耐腐蚀性、机械性能和成本效益等。
下面将介绍一些常用的医用金属材料。
1.钛合金：钛合金是一种轻质且高强度的金属材料，具有良好的生物相容性和耐腐蚀性。
钛合金常用于制造人工关节、植入物和手术工具等。
它的低密度使得患者在植入物置入后减轻了负重感，同时也降低了手术风险。
2.不锈钢：不锈钢是一种耐腐蚀性能强的金属材料，具有优良的物理性能和良好的机械性能。
不锈钢常用于制作手术器械、刀片、支架等。
其中医用不锈钢一般分为316L和316LVM两类，其具有良好的生物相容性和耐腐蚀性能。
3.钴铬合金：钴铬合金是一种强度高且具有良好生物相容性的金属材料。
它常用于制作人工关节、植入物和牙科修复材料等。
钴铬合金的高度抗磨损和优良的耐腐蚀性能使其成为医疗领域中的重要材料。
4.镍钛合金（NiTi）：镍钛合金是一种具有形状记忆效应和超弹性的金属材料。
它可用于制造支架、矫正器和导丝等医疗器械。
镍钛合金具有较好的生物相容性和耐腐蚀性能，以及可调节形状的特点，使其成为一种医学领域中十分重要的材料。
5.铽钢：铽钢是一种常用的医用金属材料，常用于制造手术器械和骨科器械。
铽钢具有较高的硬度和耐磨性，能够满足手术器械对精度和稳定性的要求。
这些金属材料在医疗领域中发挥着重要的作用。
它们不仅具有良好的生物相容性和耐腐蚀性能，还具有较高的机械性能和稳定性。
但需要注意的是，不同的材料适用于不同的医疗器械和设备，医用金属材料的选择必须充分考虑材料的特性和应用环境，遵循相应的标准和规范，以确保材料在医疗应用中的安全性和效果。
总而言之，医用金属材料具有特殊的要求和指标，应用领域广泛。
随着科技的不断进步和医疗技术的不断发展，我们可以期待更多新型的医用金属材料的出现，并在医疗领域中发挥更重要的作用。
医用金属材料的药理
医用金属材料的药理医用金属材料广泛应用于医疗器械领域，如骨科植入物、心血管支架、牙科种植体等。
然而，金属与药物之间的相互作用、对药物代谢、作用效果的影响以及生物相容性、毒副作用、抗药性和抗菌性等方面的问题，需要引起关注。
1. 金属与药物相互作用金属与药物相互作用主要表现在金属离子与药物分子之间的配位作用。
例如，某些金属离子可以与药物分子结合形成复合物，从而影响药物的稳定性、溶解度和药效。
因此，在药物制备和使用过程中，需要考虑金属离子的影响，避免金属离子对药物的干扰。
2. 金属对药物代谢的影响金属可以对药物代谢产生影响。
例如，金属可以影响肝脏酶的活性，从而影响药物的代谢速率。
此外，金属还可能影响肠道微生物群落，改变肠道微生物对药物的代谢。
这些影响可能会导致药物疗效的降低或副作用的增加。
3. 金属对药物作用效果的影响金属对药物作用效果的影响主要表现在金属对药物靶点的调控。
例如，某些金属可以与蛋白质结合，影响蛋白质的结构和功能，从而影响药物的作用效果。
此外，金属还可能影响细胞的信号转导通路，进一步影响药物的作用效果。
4. 金属与生物相容性金属与生物相容性主要表现在金属与组织、细胞的相互作用。
对于医用金属材料而言，良好的生物相容性是必要的。
金属应不对人体组织产生毒副作用，不引起免疫反应和炎症反应。
此外，金属还应具有良好的耐腐蚀性能和稳定性，以适应医疗器械的使用环境。
5. 金属与毒副作用金属的毒副作用是医用金属材料的一个重要问题。
某些金属如镍、铬、钴等可能对人体产生毒副作用，如过敏反应、致癌作用等。
因此，在选择医用金属材料时，应充分考虑其毒性和生物安全性。
6. 金属与抗药性金属与抗药性的关系主要表现在金属对细菌耐药性的影响。
某些金属如铜、锌等可能诱导细菌产生耐药性，从而影响抗生素的有效性。
因此，在选择医用金属材料时，应避免选择可能导致细菌抗药性的金属。
7. 金属与抗菌性某些金属如银、铜等具有抗菌性能，可以用于医疗器械的表面涂层或合金成分，以降低感染的风险。
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
医用金属材料标准
医用金属材料标准
医用金属材料是在医疗设备、手术器械、种植物、矫形外科和其他医疗应用中广泛使用的材料。
这些材料必须符合特定的标准和规范，以确保其质量、生物相容性和性能。
以下是一些国际和国内医用金属材料标准的示例：
1. ASTM国际标准：美国材料与试验协会（ASTM）发布了一系列与医用金属材料相关的标准，如ASTM F67（用于医用金属钛的标准规范）、ASTM F138（用于医用金属不锈钢的标准规范）等。
2. ISO国际标准：国际标准化组织（ISO）发布了一系列医用金属材料的标准，包括ISO 5832（针对金属材料的生物相容性要求）、ISO 10993（生物相容性测试的指南）等。
3. 国家药品监督管理局标准：在中国，国家药品监督管理局（NMPA）发布了一系列医用金属材料的标准和规范，以确保医疗器械的质量和安全。
4. 欧洲标准：欧洲委员会发布了一系列医用金属材料的标准，如EN 1811（有关镍释放的要求）和EN 12472（有关医用钛的要求）等。
这些标准通常包括有关材料的成分、性能测试、生物相容性、腐蚀性能、机械性能等方面的规定。
生产商和制造商需要遵循这些标准，以确保其产品在医疗应用中的合规性和安全性。
此外，医疗器械的注册和市场准入通常也需要遵守特定的标准和规定。
因此，医用金属材料的标准对于医疗器械行业至关重要。
生物材料导论6医用金属4a
微量 >414 >18
弹性模量
5倍
(金属/骨)
Ti
<0.08
<0.25 微量 >853 >10
5倍
Fe <0.03
主要
<2.0
>482 >40
10倍
Co + Cr <0.35 <0.75
<1.0
>655 >8 10倍
金属材料的特点：
优点：低毒性，高强度，高韧性，高耐久性（抗疲劳、耐摩耗） 缺点：无生物活性，高弹性模量
医用不锈钢
规格
种类
Simax Cmax Mnmax Pmax Smax Cumax Ni Cr Mo Fe
ASTM F-138 SUS316L 0.75 0.05 2.00 0.025 0.01 0.50 13 18 2.5 剩余量
JIS H 4607 G4303(棒) 4308(线材)
SUS316L
情况下，人体组织只能容忍微量金属离子存在，因此必须严格控 制医用不锈钢在体内的金属离子溶出。医用不锈钢的 合金元素多，且有强的负电性，能够变化其电子价态 ，并与体内的有机和无机物质化合而形成复杂的化合 物。
当前第13页\共有37页\编于星期四\19点
在铁、镍、铬、铝、钒等主要合金元素中，对机体组织 影响比较清楚的是
奥氏体不锈钢无磁性，不能通过相变使合金强化，但借助于冷
加工方法可明显提高其力学性能。这类不锈钢均含有足够量的铬
以保证其良好的耐腐蚀能力。碳含量高会引起不锈钢的晶间腐蚀，故
超低碳AISI316L和317L不锈钢得到了广泛的临床应用。常用的医 用奥氏体不锈钢的组分与性能列入下表。
医用钢板规格
医用钢板规格
医用钢板的规格通常取决于其用途和所需的机械性能，如强度、韧性和抗弯曲疲劳性。
以下是一些可能的规格参数：
1. 厚度：医用钢板按厚度可以分为薄板和厚板。
薄钢板的厚度一般在0.2-4mm之间，而厚钢板的厚度则在4-115mm之间。
2. 材质：医用钢板可能采用不同的材质钢坯轧制而成，常见的材质有普碳钢、优碳钢、合金结构钢、碳素工具钢、不锈钢、弹簧钢和电工用硅钢等。
3. 表面处理：根据具体的医疗应用需求，医用钢板可能会进行特殊的表面处理，如镀锌、镀锡或涂层等。
需要注意的是，医用金属材料也被称为外科植入金属材料，主要用于诊断、治疗以及替换人体中的组织或增进其功能。
这些材料需要具备高的强度、良好的韧性及抗弯曲疲劳性等特性，以确保其在医疗应用中的安全性和有效性。
在选择医用钢板时，除了考虑上述规格参数外，还应确保材料符合相关的生物相容性和医疗安全标准。
医用金属材料PPT课件
25
• （2）生物相容性：钛及钛合金的缺点是硬度较低，耐磨性差。
为了改善钛及钛合金的耐磨性能，可将钛制品表面进行高温离子 氮化及应用离子注入技术处理，通过引起晶格畸变，使制品表面呈压 力状态，从而提高硬度和耐磨性。
离子氮化后的纯钛及钛合金硬度分别提高7倍和2倍。纯钛的磨损 率降低到原来的1/2，钛合金降低到原来的1/6；氮化后钛材的年腐蚀 率是非氮化的1/3。动物实验表明组织对表面渗氮钛材反应轻微，材 料无毒性。
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 － － － －
• 形状记忆效应普遍认为与无扩散马氏体相变有关，即本质上就是热 弹性。热弹性行为归因于母相和马氏体的排序秩序。充分地了解与 马氏体相变相关地机械行为和热行为是必要的。
• 形状记忆合金可用于拱形牙齿矫正。
• 3.5 其他金属
• （1）医用钽
•
钽是化学活性很高的金属，在生理或其它环境中，甚至在缺氧的状态
0.03%，进一步提高了其在含Cl溶液体系中的耐蚀性能，
降低了材料致敏性，这就是常见的316L不锈钢
表给出了奥氏体不锈钢316和316L的力学性能。显然，退火态的材料硬度与 强度较低，而经过冷加工后，材料可以具有更高的强度和硬度。这说明此类材料 可以在大范围内调节力学性能。
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.。
医用金属材料
医用金属材料医用金属材料是指在医疗领域中用于制造医疗器械和植入物的金属材料。
这些材料通常需要具备良好的生物相容性、机械性能和耐腐蚀性能，以满足医疗器械和植入物在人体内的使用要求。
医用金属材料的研究和应用对医疗行业的发展具有重要意义。
首先，医用金属材料的选择至关重要。
常见的医用金属材料包括不锈钢、钛合金、镍钛合金等。
这些材料具有良好的机械性能和耐腐蚀性能，能够满足医疗器械和植入物在人体内的使用要求。
在选择医用金属材料时，需要考虑材料的生物相容性、强度、刚度、耐磨性、加工性能等因素，以确保材料能够满足医疗器械和植入物的设计要求。
其次，医用金属材料的表面处理对其性能和生物相容性具有重要影响。
表面处理可以改善材料的生物相容性、耐腐蚀性能和机械性能，提高医疗器械和植入物的使用寿命和安全性。
常见的表面处理方法包括阳极氧化、喷砂、化学镀膜等，这些方法能够有效改善医用金属材料的表面性能，满足医疗器械和植入物的临床应用要求。
此外，医用金属材料的研究和开发对于医疗器械和植入物的创新具有重要意义。
随着医疗技术的不断发展，对医用金属材料的要求也在不断提高。
未来，医用金属材料需要具备更好的生物相容性、更高的强度和更好的耐磨性，以满足不断变化的医疗需求。
因此，医用金属材料的研究和开发需要不断创新，引入新的材料和加工技术，以满足医疗器械和植入物的需求。
总的来说，医用金属材料在医疗领域中具有重要作用。
选择合适的医用金属材料、进行有效的表面处理以及不断创新的研发是保障医疗器械和植入物质量和安全性的关键。
医用金属材料的研究和应用将继续推动医疗行业的发展，为人类健康事业作出重要贡献。
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。
生物医用金属材料研究现状与应用进展
生物医用金属材料研究现状与应用进展
随着人们对健康的关注度不断提高，生物医用金属材料在医学领域中的应用越来越广泛。
这些金属材料具有良好的生物相容性、力学性能和稳定性，同时也能够满足医学设备的需求。
目前，主要的生物医用金属材料包括钛及钛合金、铬钼合金、不锈钢、镍钛形状记忆合金等。
其中，钛及钛合金是应用最为广泛的生物医用金属材料。
钛及钛合金具有良好的生物相容性，能够与人体组织良好地结合，对人体无毒副作用，同时还具有较高的力学性能和耐腐蚀性。
因此，钛及钛合金制成的医疗器械、种植体、修复材料等在骨科、牙科、耳鼻喉科等医学领域得到广泛应用。
铬钼合金具有优异的耐腐蚀性和高温抗氧化性，因此在心脏起搏器、血管支架等领域也有广泛的应用。
不锈钢在手术器械制造和医用耗材的生产中也有着广泛的应用。
近年来，镍钛形状记忆合金的应用也越来越受到关注。
镍钛合金具有良好的生物相容性、耐腐蚀性和形状记忆性能，因此在牙科、神经外科等领域中得到了广泛应用。
例如，在牙科种植体中，镍钛形状记忆合金能够更好地适应患者的口腔形态，提高种植体的成功率。
总之，生物医用金属材料在医学领域的应用前景广阔，未来还有很大
的发展空间。
但是，金属材料也存在一些问题，例如金属离子的释放、磨损等会对人体造成不良影响。
因此，随着技术的不断进步，对生物医用金属材料的研究和改进也需要不断推进，以更好地满足医学的需求。
生物医用金属在人体的腐蚀机理
生物医用金属在人体的腐蚀机理生物医用金属是指用于医疗领域的金属材料，包括钛、不锈钢、铬钼合金等。
这些材料在人体内长期暴露，会存在一定程度的腐蚀，导致周围组织破坏和成分改变，在医学应用中对人体健康造成一定的影响。
因此，了解生物医用金属在人体内的腐蚀机理对于医疗领域的金属材料的应用具有重要的意义。
生物医用金属在人体内的腐蚀主要是由电化学反应引起的。
在生物体液中，金属表面形成一层氧化物薄膜，且薄膜的质量和稳定性影响了金属的腐蚀程度。
如果薄膜稳定且致密，可以抵御腐蚀的侵蚀，保护金属表面不受进一步的腐蚀；而如果薄膜不稳定、缺陷严重，腐蚀物质可以穿透薄膜，进一步侵蚀金属表面。
1. 植入修复材料：生物医用金属主要用于制造植入修复材料，例如人工骨骼、人工臀关节、人工心脏等。
这些材料不仅要具有良好的生物相容性，而且必须抵抗长期的腐蚀侵蚀，在强酸、碱、盐水溶液等环境中不容易被侵蚀。
2. 医疗设备材料：生物医用金属还用于制造医疗设备材料，如手术刀具、医用针管、医疗器械等。
这些材料必须具备高强度、高硬度、耐腐蚀、抗疲劳等特点，以满足医疗领域的工作需求。
3. 生物支架材料：生物医用金属还可以用于制造生物支架，如支架、药物释放器和体内传感器等。
这些材料需具有一定的弹性和可塑性，以适应人体细胞的生长发育，实现对人体组织修复的支撑和促进。
生物医用金属在人体内的腐蚀是通过氧化还原反应进行的。
为了减少金属在人体内的腐蚀，可以采取以下措施：1. 选择高耐腐蚀性的生物医用金属，如钛合金等。
2. 通过手术技术和设备装置减少外界因素的干扰，如动态电位扫描（Dynamic potential scanning）和多晶闪耀材料等。
3. 使用涂膜技术，涂覆一层在体液中有良好稳定性的聚合物或瓷合物，形成一层保护膜，使生物医用金属表面不易受到腐蚀。
4. 选择合适的材料表面处理方法，如电化学抛光、磁喷涂、阳极氧化等。
总之，生物医用金属在人体内的腐蚀机理和控制方法是了解越来越重要的问题。
医用金属材料相关知识
腐蚀疲劳
腐蚀疲劳是指金属材料在交变应力的共同作用下产生 的断裂现象。腐蚀疲劳裂纹总是从植入器件表面发生 ，所以可以对植入器件喷丸处理提高疲劳寿命。
2021/9/10
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医用金属材料严格满足如下要求：
1 有足够的力学强度和抗疲劳性能 2 有极好的耐腐蚀性能 ,无磁性 3 必须无毒、无致癌性与过敏反应 4 具有良好的光洁度
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术后6个月，钛人工骨完全吸收，骨折愈合，患者左上臂 活动恢复正常
2021/9/10
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钛及钛合金的优势：
1 质轻
20℃时密度为 4.5 g/cm3，仅为不锈钢的 56%。 植入人体内大幅度减轻了人体的负荷量，作为医 疗器械也减轻了医务人员操作负荷。
2 弹性模量低
为 108 500 MPa，仅为不锈钢的53%，植入人体 内与人体自然骨更接近，有利于接骨，能够减少 骨头对植入物的应力屏蔽效应。
3 无磁性
钛及钛合金是无磁性金属，不受电磁场和雷雨天 气的影响，这有利于使用后的人体安全。
2021/9/10
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钛及钛合金的优势：
4 无毒性
钛及钛合金的无毒性，作为植入物对人体无毒 副作用。
5 抗腐蚀性
在人体血液的浸泡环境中具有优异的耐腐蚀性，保 证了与人体血液及细胞组织的相容性好，作为植入 物不产生人体污染，不会发生过敏反应。
颅骨
2021/9/10
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研发现状：
据报道，世界上每年有近千吨医用型钛及钛合金材料用于制 造人体植入物，其中 80%的是Ti-6Al-4V钛合金。
随着医用型 Ti-6Al-4V钛合金应用发展，开发出具有高断裂韧性 ，低裂纹扩展的低间隙元素型Ti-6Al-4V ELI钛合金。
材料学界专家积极开发无铝、钒的新型钛合金，如：Ti-13Nb-13Zr 钛合金（ ASTM F1713-1996）、Ti-12Nb-6Zr-2Fe钛合金（ AST M F1813-1996）、Ti-5Al-2.5Fe钛合金、Ti-6Al-7Nb钛合金
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一种在医学领域中被广泛应用的材料，它具有良好的生物
相容性和机械性能，被广泛应用于人体植入物、医疗器械和医疗设备等方面。
生物医用金属材料主要包括钛合金、不锈钢和镍钛合金等，它们在医疗领域中扮演着重要的角色。
首先，钛合金是目前应用最广泛的生物医用金属材料之一。
它具有良好的生物
相容性和抗腐蚀性能，可以用于制作人工关节、牙科种植体、骨板和骨螺钉等植入物。
钛合金的机械性能优异，具有良好的强度和韧性，能够满足人体内长期受力的要求。
因此，在骨科和牙科领域，钛合金得到了广泛的应用。
其次，不锈钢也是一种常用的生物医用金属材料。
不锈钢具有良好的机械性能
和耐腐蚀性能，可以用于制作心脏起搏器、支架、手术器械等医疗器械。
不锈钢制成的医疗器械表面光滑，易于清洁和消毒，能够有效预防感染和减少并发症的发生。
因此，不锈钢在医疗器械领域中得到了广泛的应用。
此外，镍钛合金是一种具有记忆效应的生物医用金属材料。
镍钛合金可以根据
温度和应力发生形状记忆和超弹性效应，可以用于制作血管支架、牙齿矫正器等医疗器械。
镍钛合金具有良好的生物相容性和耐腐蚀性能，能够在人体内长期稳定地发挥作用。
因此，在心血管和牙科领域，镍钛合金得到了广泛的应用。
总的来说，生物医用金属材料在医学领域中发挥着重要的作用，它们具有良好
的生物相容性和机械性能，能够满足医疗器械和植入物的要求。
随着医学技术的不断发展，生物医用金属材料的应用范围将会进一步扩大，为人类健康事业做出更大的贡献。
医用金属材料材料知识简介
元素周期表中一共约有110种元素，其中80多种是金属，占2/3。 这80多种金属的晶体结构大多数属于三种典型的晶体结构 体心立方晶格 面心立方晶格 密排六方晶格
单晶体
多晶体
结晶方位完全一致 不同晶面和晶向的力学性能不同——各向异性
物质晶体内部包含了多个小晶体，小晶体内部 结晶方位完全一致，而各小晶体之间位向不一 致，小晶体称为“晶粒”，晶粒与晶粒之间的边界 称为“晶界”，这种晶体就是多晶体 多晶体具有各向同性的性质
4
钛易于氧反应形成致密氧化钛(TiO2)钝化膜，植入后引起的组织反应轻微。
5
凝胶状态的TiO2膜甚至具有诱导体液中钙、磷离子沉积生成磷灰石的能力，
6
表现出一定的生物活性和骨结合能力，尤其适合于骨内埋植
7
高的比强度
8
优异的耐腐蚀性能
9
应用
常用医用金属材料—钛合金
钛合金 分类
α钛合金
β钛合金
α +β钛合金
常用医用金属材料—钛合金
发展趋势
长期用于人体会析出极微量的V和Al离子，降低 细胞适应性，造成骨质疏松和精神紊乱等病症； 弹性模量与骨相比仍有较大差距，容易产生“应 力屏蔽”，从而导致种植体周围出现骨吸收，最终引 起种植体的松动或断裂而导致种植失败。
常用医用金属材料—合金
Ti6Al4V
Ti6Al7Nb Ti5Al2.5Fe ……
医用金属材料
PART 1
医用金属材料
材料
医用金属材料
常用医用金属材料
材料？
PART 1
物质≠材料
定义：宇宙间可用于制造有用物品的固态物质统称为材料 有用的、并能用来制造物品（件）的物质 一般指固态的，可用于工程上的物质——工程材料 作为材料科学研究对象的材料则主要是那些制造器件或物品的人造物质
医用金属材料
医用金属材料医用金属材料是指在医疗领域中使用的具有一定特殊性能和特点的金属材料。
由于医疗器械和人体接触时间较长，因此医用金属材料必须具备生物相容性、耐腐蚀性、高强度和耐疲劳性等特点，以确保其安全可靠地应用于医疗领域。
首先，医用金属材料必须具备良好的生物相容性。
生物相容性是指材料与生物组织之间能良好相容并无毒、无刺激、不致敏的特性。
许多金属材料，如不锈钢、钛合金等，由于其化学稳定性好、无毒、无致癌物质释放等特点，被广泛应用于医疗器械制造和人体植入物。
其次，医用金属材料还需要具备良好的耐腐蚀性。
医疗器械和人体植入物经常接触体液及其他腐蚀性物质，因此金属材料必须具有良好的耐腐蚀性，以防止材料的腐蚀、溶解和离子释放，对人体造成伤害。
此外，医用金属材料需要具备高强度和耐疲劳性。
医疗器械经常需要承受一定的压力和力量作用，因此金属材料必须具备足够的强度和耐疲劳性，以保证其能够承受长期使用和反复负荷的要求。
目前，医用金属材料主要包括不锈钢、钛合金、镍钛记忆合金等。
不锈钢具有良好的耐腐蚀性和机械性能，常用于制作医疗器械和外科手术刀具。
钛合金具有较好的生物相容性和耐腐蚀性，广泛应用于人体植入物制造，如人工关节、牙科种植物等。
镍钛记忆合金则因其特殊的形状记忆效应和超弹性特性，被用于制作有形状变化需求的医疗器械，如血管支架、牙箍等。
总之，医用金属材料是医疗领域中不可或缺的重要材料。
具备良好的生物相容性、耐腐蚀性、高强度和耐疲劳性等特点，确保医疗器械和人体植入物在应用过程中的安全性和可靠性。
未来，随着科技的进步和医疗需求的不断提高，医用金属材料的研究和发展将持续推进，为医疗领域带来更多创新和突破。
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医用金属材料的表面处理
——医用钛合金的表面处理
在所有生物医用材料中，金属材料应用最早，而且在目前临床中的应用也仍最为广泛。
金属材料用作生物医学材料主要用来修复骨骼、关节、牙齿以及血管等。
最初用于临床的金属材料是具有一定抗蚀性能的不锈钢，其中最为常用的是346L奥氏体不锈钢。
以后又发展了Co-Cr合金，此系列合金在生物环境中具有更好的抗腐蚀性，
初期对钛应用的发展很慢. 自从60年Brane- mark将钛合金用作口腔种植体后，钛作为外科植入材料才得到
了广泛发展。
近年来钛及其合金以其与骨相近似的弹性模量、良好的生物相容性及在生物环境下优良的抗腐蚀性在临床上得到了越来越广泛的应用。
医用钛合金的发展可分为3个阶段：首先是以纯钛和Ti6Al4V合金为代表的第一阶段, 第二阶段Ti5Al2.5Fe 和Ti6Al7Nb等新型合金为代表，第三阶段以具有更好生物相容性和更低弹性模量的钛合金为代表。
尽管近年来文献报道有多种新型医用钛合金问世，但目前临床广泛使用的钛合金仍以Ti6Al4V合金为主。
总体来讲，目前使用
的钛合金主要存在以下几个方面的问题：（1）生物活性不理想。
钛合金作为生物惰性材料植入体内，虽然与骨之间具有良好的生物相容性，但其与自然骨的成分截然不同，植入后种植体周围无纤维包囊形成，钛合金与骨之间只是一种机械嵌连性的骨整合，而非强有力的化学骨性结合。
（2）耐磨性能较差。
由于钛合金具有低的塑性
剪切抗力和加工硬化性能。
同时表面氧化膜TiO2易于剥落, 对亚表层起不到很好的保护作用, 因而裸的钛合金不足以抵抗由相对运动引起的粘着和磨粒磨损, 磨损产生的磨屑会引起关节置换的无菌松动，并最终导致置换失败。
（3）耐蚀性能有待进一步提高。
金属材料的耐蚀性能将直接影响到其生物相容性。
在正常条件下，钛合金表面
会生成一种十分稳定而连续的、结合牢固的氧化物钝化膜，因此通常具有良好的耐蚀性能。
但由于人体环境的复杂性，在外力和体液的侵蚀下，表面钝化膜有可能被剥离、溶解，因此，在使用过程中会有物质释放到组织中，在生物体内产生毒性、炎症、血栓等反应。
针对医用钛合金存在的不足可从两方面入手：一是从材料本体着手，开发综合性能更优异的新型钛合金；
二是从材料表面着手，采用表面工程的方法对钛合金进行表面改性，使钛合金的综合性能大幅度提高，从而更适合于医学应用的要求。
基于此近年来钛合金表面改性已成为生物材料学科最活跃、最引人注目和发展最迅速的领域之一。
钛合金表面技术的发展大致经历了3个阶段：一是以电镀、热扩散为代表的传统表面技术阶段；二是以
等离子体、粒子束、电子束的应用为标志的现代表面技术阶段；三是现代表面技术的综合应用和膜层结构设计阶段。
为了提高钛合金种植体的表面活性，改善钛合金的耐磨损和耐腐蚀性能，通过多种表面改性的方法来实现。
为了改善医用钛合金的生物活性，提高其血液相容性，通常是在钛合金表面制备一层生物活性陶瓷涂层。
业已研究的生物活性陶瓷涂层体系主要有羟基磷灰石、氟磷灰石、磷酸三钙、MgO-CaO-SiO2生物玻璃等，其中对前3 种陶瓷涂层研究较深入。
目前，生物陶瓷涂层制备方法主要有：等离子喷涂法、电泳沉积法、离子束溅射法、射频磁控溅射法、浸渍涂层法、离子束动态混合法、激发物激光沉积法、溶胶-凝胶法、仿生溶液生长法、整合-烧结法和浸涂-烧结法等。
羟基磷灰石是构成人体硬组织（如骨和牙齿）的主要无机成分，占人骨无机成分的77%，齿骨中高达97%，其分子式为Ca10 ( PO4 ) 6 ( OH ) 2，晶体属六方晶系。
羟基磷灰石涂层对人体无毒、无害、无致癌作用，具有很好的生物相容性和生物活性，其表面可与生理环境发生选择性的化学反应，诱导和促进新生骨组织在其表面生长，使机体长入羟基磷灰石涂层的金属种植体表面孔洞，在界面上与骨形成牢固的化学结合，并能抑制金属离子从种植体中释放到周围骨组织。
采用等离子喷涂法在钛合金表面制备羟基磷灰石涂层，研究了羟基磷灰石涂层的应力状态和应力分布，着重考查了涂层表面和涂层与基体界面处的残余应力状态，发现在等离子喷涂过程中涂层温度和不同的冷却介质对羟基磷灰石涂层的残余应力状态有重要的影响。
研究了激光熔覆羟基磷灰石生物陶瓷涂层在Hank s溶液中的溶解特性，并通过X 射线衍射、扫描电镜和傅里叶变换拉曼光谱仪考察了浸入溶液前后涂层的
特性。
试验发现：在Hank s 溶液中浸泡5 天后，涂层表面形貌及微观组织基本没有发生变化。
目前临床用钛基H A 涂层存在的问题是涂层和基体的界面结合不牢固和涂层内的残余应力，随着植入时间的延长，涂层易脱落，且生物稳定性较差。
为了提高H A 涂层与基体的结合强度，张亚平等开展了激光合成与涂覆H A 生物陶瓷涂层同步进行的激光熔覆法的研究，并将稀土引进生物陶瓷中，大大提高了界面结合强度。
ZrO2 增强羟基磷灰石复合涂层和ZrO2 过渡层对羟基磷灰石( H A) 涂层和钛合金基体结合强度的影响，发现界面结合强度由未加过渡层时的存在大大提高了等离子喷涂羟基磷灰石涂层与基体的结合强度。
HA 涂层与钛基材之间引入过渡层TiO2 或CaTiO3，采用溶胶 凝胶法制备了H A 复合涂层，由此制备的涂层结晶度良好，涂层均一、无裂纹，结合强度明显提高。
件应当具备良好的耐磨性, 不会因经常磨损而产生假体松动。
目前应用的医用钛合金虽然具有优良的耐蚀性和比强度, 但耐磨性较差, 为了提高钛合金的耐磨损性能, 通常是利用表面处理工艺在钛合金表面形成一层耐磨
涂层。
目前研究较多的工艺方法有热喷涂、电镀与化学镀、气相沉积法、离子注入技术、微弧氧化法以及复合型表面处理技术等, 常用的耐磨表面涂层有类金刚石碳( Diamo nd Like Carbon, DLC) 膜、氮化钛( TiN) 涂层等。
纯钛及其合金具有出色的生物相容性主要归功于表面附着的氧化层，钛表面氧化层的主要优
点是：TiO2的固有毒性；在水中的溶解度很低与生物分子的反应活性很低，接近化学惰性；过氧化物化学现象具有明显的抗炎作用。
决定金属毒性的主要因素有剂量、元素的固有毒性及结合大分子的能力’ 金属离子及其与有机分子之间形成的络合物是引起组织损害的一个主要因素，因此，金属与生物分子之间反应活性的高低是评价金属毒性的一个重要指标’ 金属与大分子结合能力的大小主要与金属氢氧化物的水解程度有关’生理环境下，钛表面会带微弱的负电荷大量的体外及体内研究表明这种带有负电荷的表面对于种植体与周围活体骨之间产生骨性结
合有密切关系。
液中的钙离子将在库仑力的作用下与表面的负电荷结合，而表面的8>2将通过氢键吸引向表面聚集，表面钙和磷酸根离子的富集使得体液相对于羟基磷灰石的局部过饱和度增加，当过饱和度大于磷灰石非均质形核所需要的临界值时，磷灰石晶核就会形成并自发长。
从目前生物医用材料的发展现状来看，不难发现，纯钛及其合金具有其它材料不可比拟的优越性，虽然在临床上还存在一些不尽如人意的地方，但仍是一种很有前途的硬组织替换材料发研究更适合临床应用的新型钛合金不失为生物医用钛合金的一个主要发展方向。
更为理想的表面改性工艺从而获得高质量的涂层，并解决涂层与基底的结合问题，也是极有前途的一种方法此外，将生物活性相添加进钛合金基体中通过合适的复合技术制备成复合材料也是一条值得探索的新途径。
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