生物医用钛合金材料 附件
生物医用低弹性模量钛合金组织与性能的研究的开题报告
生物医用低弹性模量钛合金组织与性能的研究的开题报告
一、研究背景和意义
钛合金作为一种重要的生物医用材料，具有优异的生物相容性和耐腐蚀性，在人体内使用已经得到广泛应用。
但是，传统钛合金的弹性模量较高，与骨骼的弹性模量
不匹配，可能引起植入物周围骨骼的应力分布不均，导致植入物松动或骨骼塌陷等不
良后果。
因此，低弹性模量钛合金材料的研究具有重要的现实意义和应用价值。
二、研究内容和方法
本研究旨在设计制备一种具有低弹性模量的生物医用钛合金，并研究其组织和性能，包括材料的力学性能、生物相容性、耐腐蚀性等。
本研究将采用热机械处理的方法对钛合金进行微观组织调控，通过添加合适的合金元素和控制工艺参数来实现钛合金材料的弹性模量降低。
同时，利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜等分析手段，研究材料的晶体结构、晶粒尺寸和组织形貌等。
在材料力学性能测试方面，将采用恒应变速率拉伸试验和压缩试验，以评价材料的力学性能。
生物相容性测试方面，将通过细胞培养实验证明新材料在细胞水平上的
生物相容性。
在耐腐蚀性方面，将在人工模拟生理环境下进行材料腐蚀实验，评价新
材料的耐腐蚀性能。
三、预期研究结果
预计本研究可以成功设计制备出一种低弹性模量的生物医用钛合金，并研究其力学性能、生物相容性和耐腐蚀性等性能。
此外，该研究也有望为今后研究生物医用金
属材料提供新思路和新方法。
带你简单却全面的认识生物医用钛合金
生物医用钛合金生物医用材料是指和生物系统相作用，用以诊断、治疗修复或替代机体中的组织、器官或增进其功能的材料。
可分为医用金属材料、医用高分子材料、医用陶瓷材料等，其中医用金属材料占有很大的比重，特别是骨科产品、心脑血管产品。
由于钛与人体骨骼接近，对人体组织具有良好的生物相容性、无毒副作用，具有其他材料无法比拟的优势,所以医用钛在医疗领域得到了广泛的应用。
生物医用钛合金的优势∙生物相容性：与人体发生最小的生物学反应，无毒无磁，作为人体植入物，对人体无毒副作用。
∙力学性能：高强度、低弹性模量，既满足力学要求，又与人体自然骨弹性模量相近，可减少应力屏蔽效应，更有利于人骨的生长愈合。
∙耐腐蚀性能：钛合金为生物惰性材料，在人体生理环境下有有意的抗腐蚀性能，对人体生理环境不产生污染。
∙质轻：一般钛合金的密度仅为不锈钢的56%，植入人体后大幅度减轻人体的负荷量。
生物医用钛合金发展历程金属材料是人类生物医学发展史上最早用于创伤修复和矫形治疗的传统材料。
从20世纪30年代起，CoCr合金、不锈钢曾先后被用于医学领域并成为目前传统的医用金属材料；20世纪40 年代,性能更优异的生物医用钛得到研究并证明了其临床可行性。
生物医用钛合金经历了纯钛与Ti-6Al-4V钛合金、改良钛合金、低模量β钛合金三个历程：∙1950-1980年：纯钛首次用于生物医药领域，证实了良好的生物相容性。
Ti6Al4V 广泛用于外科修复或替换材料。
∙1980-1990年:证实V、Al是对生物体有毒副作用的元素；开发出以Nb、Fe替代V的第二代改良新型医用钛合金。
∙1990年-至今：90年代初期开发第一个具有更好生物相容性和更低弹性模量的β钛合金Ti13Nb13Zr,从此开启了具有优异性能的生物医用β钛合金的开发和使用。
国内研究现状及问题我国从20世纪70年代开始医用钛合金材料的研究和应用，经过前期对Ti-6Al-4V 、Ti-6Al-7Nb、Ti-5Al-2.5Fe医用钛合金的仿制研究，早在1999年西北有色金属研究院在国内首次研制出第一个具有我国自主知识产权近α型新型医用钛合金TAMZ（Ti-2.5Al-2.5Mo-2.5Zr），综合性能与Ti-6Al-7Nb相当。
医用钛合金材料代号
医用钛合金材料代号
医用钛合金材料通常使用代号来标识不同的合金成分和性能特点。
常见的医用钛合金代号包括Ti-6Al-4V、Ti-6Al-7Nb、Ti-15Mo、Ti-13Nb-13Zr等。
这些代号中的数字和字母代表了合金中不同元素
的含量和比例，以及合金的特定性能。
比如，Ti-6Al-4V代表钛合
金中含有6%的铝和4%的钒，这种合金具有良好的耐腐蚀性和机械性能，常用于医疗器械和假体制造。
Ti-6Al-7Nb是含有7%铌的钛合金，具有良好的生物相容性和机械性能，常用于骨科植入物制造。
Ti-
15Mo和Ti-13Nb-13Zr等合金也各自具有特定的特性，适用于不同
的医疗器械和假体应用。
这些代号的使用有助于医疗器械制造商和
临床医生选择合适的材料，以确保产品的安全性和可靠性。
在医用
钛合金材料代号中，每个数字和字母都承载着特定的含义，对于从
事医疗器械研发和临床治疗的人员来说，了解这些代号是非常重要的。
通过选择合适的医用钛合金材料，可以确保医疗器械和假体具
有良好的生物相容性、耐腐蚀性和机械性能，从而更好地满足临床
需求。
钛合金在生物医学方面的应用
作为生物医用材料的钛及其合金必须满足
1.生物力学相容性：主要包括硬度、屈服强度、弹性模量和延伸性。如 果植入物由于强度不高或者植入物与人体骨之间的机械性能不匹配而 发生断裂失效，这就是生物不相容性。通常期望骨修复植入物的弹性 模量与人体骨的弹性模量接近，人体骨的弹性模量在4~30GPa之间。 2.生物相容性：作为植入物的材料应该对人体无毒性、在体内不会引起 任何炎症和过敏反应植入物在人体植入成功主要取决于材料与人体的 反应，这也能衡量材料的生物相容性。 3.耐腐蚀和耐磨性能：在体液环境中，植入材料的有效使用时间取决于 磨损性，耐磨性能差会引起植入物松动并且产生磨损碎屑，在沉积的 组织中引起反应。 4.骨结合性：植入材料表面由于微运动与人体骨和其它组织不能很好地 结合，就会导致植入物在体内松动。植入物表面化学表面粗糙度和表 面性毛豆对骨结合起着主要作用。
钛合金在生物医学方面的应 用
钛于1791年由格雷格尔于英国康沃尔郡发现，并用希腊神话的泰坦 为其命名。在地壳中，钛的储量仅次于铁、铝、镁居于第四位，它 储量非常的丰富 。钛的正真利用在20世纪五十年代，美国研制成功 的Ti-6Al-4V合金。 钛的性能： 由于钛具有熔点高、强度大、韧性好、抗疲劳、耐腐蚀、导热系数 低、高低温度耐受性好等优越性能，尤其是钛料。 定义：钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金。 种类：α合金,(α+β)合金和β合金。中国分别以TA、TC、TB表示。 钛合金的缺点 钛合金主要限制是在高温与其它材料的化学反应性差，这容易造成 模具的损坏，这就使钛合金的价格变得十分昂贵。这是钛合金无法 发扬光大的最大致命伤。
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目前，钛及其合金主要用于航天航空和军事工业上。据统计，钛在航空航天 的应用约占钛总量的7左右。钛主要应用与军用飞机、民用飞机、航空发动机、 航天器、人造卫星壳体连结座、高强螺栓、燃料箱、导弹尾翼等 船舶行业 钛合金在海洋条件下有着及其优良的耐腐蚀性能、高比强度、无磁等特点因 而广泛应用于船舶行业。目前，钛在船舶上已经应用的部件有：耐压壳体、 螺旋桨和桨轴、通海管道、阀门及附件、热交换器声学装置零件部件。 体育器械 在体育行业的应用正在兴起。目前主要应用于钛铸造的高尔夫球杆头，具有 重量轻、强度大与不锈钢相比可以制作打击面与容积更大的球头，因而打得 准，打得远。 化工和能源 化工、冶金、造纸、制碱、石油和农药工业是使用钛合金较早的行业主要用 于耐腐浆泵、阀门、叶轮、阳极液槽、加热器、蒸发器等部件。 其它行业， 在建筑业中，钛的应用越来越广，主要应用与许多重污染的地方、 都市和海滨地区的腐蚀问题得到很好的解决。比如日本建造的世界首例钛屋 顶加利福利亚的塞里托斯千年图书馆的屋顶。 农业和畜牧业、食品业和制药业中、核工业中、日常消费品中，钛用于制造 手表壳、照相机外壳、野营用具、录放机、拐杖、剪子、剃须刀等等。日本 星野乐器公司使用钛制作了鼓，，市场上出现了9克钛制的眼镜架。
钛合金在生物医用领域的应用优势
钛合金在生物医用领域的应用优势雷霆;李红梅【摘要】The performance advantages and application status of titanium alloys in biomedical fields were introduced. The biomedical metallic materials have four basic properties including mechanical properties, biocompatibility, corrosion and wear resistance, and osseointegration. Because of the advantages of titanium alloys such as lower elastic modulus, excellent corrosion resistance and enhanced biocompatibility, it becomes the best choice for biomedical metallic materials.%介绍了钛合金在生物医用领域的性能优势及应用现状.生物医用金属材料必备的四个基本性能,机械性能、生物相容性、耐腐蚀和耐磨性和骨结合性.钛合金具有较低的弹性模量、耐腐蚀、生物相容性优异等特点成为医用金属材料的首选.【期刊名称】《云南冶金》【年(卷),期】2012(041)005【总页数】5页(P58-61,64)【关键词】生物医用材料;钛合金;生物相容性【作者】雷霆;李红梅【作者单位】昆明冶金高等专科学校,云南昆明650033;昆明理工大学冶金与能源工程学院,云南昆明650093【正文语种】中文【中图分类】TG139生物医用金属材料是用于对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的金属或合金，主要用于骨和牙等硬组织的修复和替换、心血管和软组织修复以及人工器官的制造［1］。
骨科生物医用材料
骨科生物医用材料骨科生物医用材料是骨科医学领域中的重要组成部分，它们在骨科治疗和修复中起着关键作用。
这些材料不仅可以用于骨折修复和关节置换手术，还可以用于骨缺损修复和骨肿瘤治疗等多个临床应用领域。
本文将介绍一些常见的骨科生物医用材料及其应用。
一、钛合金材料钛合金是目前最常用的骨科生物医用材料之一，具有良好的生物相容性和机械性能。
它广泛应用于骨折修复和关节置换手术中。
钛合金具有较低的密度和高的强度，可以减轻患者的负担，并提供良好的骨-材料界面。
二、生物陶瓷材料生物陶瓷材料是一类具有生物相容性和生物活性的无机非金属材料。
常见的生物陶瓷材料有羟基磷灰石、三氧化二铝和二氧化锆等。
它们可以用于骨缺损修复和关节置换手术中，能够促进骨细胞的生长和骨组织的再生。
三、生物聚合物材料生物聚合物材料是一类由天然或合成高分子化合物构成的材料。
常见的生物聚合物材料有聚乳酸、聚己内酯和聚酯氨基甲酸酯等。
它们具有良好的生物相容性和可降解性，在骨修复和组织工程中有广泛应用。
四、骨替代物骨替代物是一类可以代替真正骨组织的材料，常见的有羟基磷灰石和骨水泥等。
它们能够提供支撑和填充缺损骨组织的功能，促进骨细胞的生长和骨组织的再生。
五、生物活性物质生物活性物质是一类能够促进骨细胞的生长和骨组织的再生的物质。
常见的生物活性物质有生长因子、细胞因子和骨基质蛋白等。
它们可以通过植入或涂层的方式应用于骨修复和组织工程中，以提高骨组织的再生和修复效果。
总结起来，骨科生物医用材料在骨科治疗和修复中起着重要作用。
钛合金、生物陶瓷材料、生物聚合物材料、骨替代物和生物活性物质等不同类型的材料都具有特定的优势和应用范围。
它们的发展和应用将进一步推动骨科医学的进步，并为患者提供更好的治疗效果。
植入人体的金属材料
目录：一、为什么优选钛或钛合金作为人体植入物二、核磁共振对人体金属植入物的要求三、金属植入物对放射性治疗的影响四、电场对金属植入物的影响附件：国内外医用钛及钛合金牌号成分简介附件：钛合金在医学领域的应用一、为什么优选钛或钛合金作为人体植入物金属材料作为生物医用功能材料是材料科学的一个重要分支，用于人体植入物的历史已有４００余年。
英国较早地使用了纯金板修补颅骨、镶牙，其后陆续使用了银、铁片、铁丝及铁基合金的固定骨折关节件。
１９３０年以后，英国、美国使用钴基合金作为人体植入物。
第二次世界大战期间，英国、美国和日本等国家使用了大量的不锈钢作为人体植入物。
不锈钢植入人体，对镍过敏的不能植入316L或是317L。
２０世纪５０年代初，随着稀有金属工业的发展，加工态和铸态的钛、铌、锆作为人体植入物用于临床实验。
医学领域中钛合金的应用现状与发展趋势钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。
世界上许多国家都认识到锨合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。
第一个实用的钛合金是1954年美国研制成功的Ti-6Al-4V合金，由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好，而成为钛合金工业中的王牌合金，该合金使用量已占全部钛合金的75％～85％。
其他许多钛合金都可以看做是Ti-6Al-4V合金的改型。
20世纪50～60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。
耐热钛合金的使用温度已从50年代的400℃提高到90年代的600～650℃。
A2(Ti3Al)和r（TiAl）基合金的出现，使钛在发动机的使用部位正由发动机的冷端（风扇和压气机）向发动机的热端（涡轮）方向推进。
结构钛合金向高强、高塑、高强高韧、高模量和高损伤容限方向发展。
医用钛合金成分
医用钛合金成分
医用钛合金是一种在医疗领域广泛使用的材料，具有良好的生物相容性和耐腐蚀性。
医用钛合金的主要成分是钛，通常与其他元素合金以提高其性能。
以下是常见的医用钛合金成分：
1.纯钛（Pure Titanium）：医用钛合金的主要成分是纯度较高的钛。
纯钛具有良好的生物相容性、低密度和优异的耐腐蚀性，使其成为医疗器械和植入物的理想选择。
2.铝（Aluminum）：铝是一种常用的合金元素，可以提高医用钛合金的强度和硬度。
3.钒（Vanadium）：钒的添加可以增加医用钛合金的硬度和强度，同时提高其耐腐蚀性。
4.镧（Lanthanum）：镧的加入可以改善医用钛合金的加工性能和耐腐蚀性。
5.铁（Iron）：铁通常以微量存在于医用钛合金中，有助于提高强度。
6.氧化铝（Aluminum Oxide）：氧化铝的添加可以增加医用钛合金的耐磨性。
7.氮（Nitrogen）：氮的引入可以提高医用钛合金的硬度和强度。
这些元素的含量和比例可能因制造商和具体产品而异。
在医疗领域中，医用钛合金常用于制造骨科植入物、牙科设备、心脏起搏器和其他植入性医疗器械，因为它能够与人体组织良好地相容，减少排异反应的风险。
此外，医用钛合金还具有较低的密度，使其成为轻量化医疗器械的理想选择。
医用钛合金材料
医用钛合金材料医用钛合金材料是一种被广泛应用于医疗领域的金属材料，它具有优异的生物相容性、耐腐蚀性和机械性能，因此在医疗器械、人工关节、牙科种植等领域得到了广泛的应用。
本文将就医用钛合金材料的特点、应用和发展前景进行介绍。
首先，医用钛合金材料具有优异的生物相容性。
钛合金材料具有与人体组织相似的弹性模量和密度，不易引起排异反应，能够有效地减少植入物周围的炎症反应，有利于患者的术后恢复。
此外，钛合金材料表面易于形成生物活性膜，有利于植入物与周围骨组织的结合，提高了植入物的稳定性和耐久性。
其次，医用钛合金材料具有良好的耐腐蚀性能。
在人体内，植入物会受到体液的侵蚀和腐蚀，因此材料的耐腐蚀性能对植入物的长期稳定性至关重要。
钛合金材料具有良好的耐腐蚀性能，能够有效地抵抗体液的侵蚀，保持植入物的表面光洁度和机械性能，延长了植入物的使用寿命。
再次，医用钛合金材料具有优异的机械性能。
钛合金材料具有较高的强度和硬度，能够满足医疗器械和植入物对材料强度和刚性的要求。
同时，钛合金材料的加工性能良好，能够制成各种复杂形状的医疗器械和植入物，满足临床的需求。
在医疗领域中，医用钛合金材料被广泛应用于人工关节、牙科种植、骨科植入物等领域。
人工关节是医用钛合金材料的重要应用领域之一，钛合金材料制成的人工关节具有良好的生物相容性和耐磨性，能够有效地恢复患者的关节功能。
牙科种植是另一个重要的应用领域，钛合金材料制成的种植体能够与骨组织良好地结合，成为牙齿修复的理想选择。
此外，医用钛合金材料还被应用于骨科植入物的制造，如骨板、骨钉等，能够有效地修复骨折和骨缺损。
展望未来，随着医疗技术的不断发展和人们对生活质量要求的提高，医用钛合金材料将会迎来更广阔的应用前景。
未来，医用钛合金材料将更加注重材料的表面改性和功能化设计，以提高材料的生物相容性、耐磨性和抗菌性能，满足不同临床应用的需求。
同时，医用钛合金材料还将更加注重与生物材料、医学影像学、生物制造等领域的跨学科融合，推动医用钛合金材料在医疗领域的创新应用。
生物医用镍钛合金-样章试读
２００４ 年 ８ 月 第 一 次 印 刷 印 张 ：２７ １／４
印 数 ：１ — ２ ０００
字 数 ：５２１ ０００
定价 ：64畅00 元 （如有印装质量问题 ，我社负责调换枙科印枛）
前 言
１９６３ 年 ， 美国海军军械研究室 Buehler 等偶然间发现 ， 当时作为阻尼材料研 究的等原子 NiTi 合金在室温形变状态 （处于马氏体状态） 与点燃的香烟头接触 后 （经加热发生马氏体 → 母相逆转变） 自动弹直 （恢复母相对应的形状） 。 这一 现象命名为形状记忆 ， 并称此合金为 NiTiN OL （ Nickel Titanium Navy Ordnance Laboratory） 。 在过去的 ４０ 年里 ， 镍钛合金因其优良的生物相容性 、 射线不透性 、 核磁共振无影响性 、 机械性能 、 腐蚀抗力 、 形状记忆效应和超弹性等特点 ， 成为 继 Fe唱Cr唱Ni 、 Co唱Cr 、 Ti唱６Al唱４V 合金之后在医学领域又一得以广泛应用的金属材 料。
作者收集和整理了过去 ４０ 年中全球有关生物医用镍钛合金方面近千篇的文
· ii · 生物医用镍钛合金
献 、 书籍 、 专利和网页资料 ， 并在过去的三年里细致地进行了编写工作 。 我们深 深体会到材料工作者进入生物医学领域的艰辛 ， 正如陶祖莱先生在 枟生物力学导 论枠 一书序言部分所提到的 “你的生理知识决不能低于一个大夫” 。 我们不断努 力去让这本著作的文字表达更符合医学规范 。 书中未能尽善之处在所难免 ， 还期 盼读者多加指正 。
在即将付梓之际 ， 我要感谢我的导师赵连城院士多年来对我的培养和指导 ， 带领我走进形状记忆合金研究的科学殿堂 。 赵先生在形状记忆与超弹性技术方面 的国际影响引来国内外众多专家和学者到哈尔滨工业大学进行学术交流 ， 使我结 识他们 ， 了解他们的工作 ， 也使得本书能够全面客观地反映全球镍钛合金的医学 应用进展 。 赵先生在学术上的严谨和工作上的无私令我感动 ， 激励我奋发向上 ， 努力去做一名一流教授 。 其次 ， 感谢江阴法尔胜股份有限公司刘礼华博士 ， 北京 圣玛特科技有限公司黄兵民博士 ， 江阴法尔胜佩尔新材料有限公司王利明博士 、 陈庆福博士 、 杨恒高工 、 季军工程师 ， 哈尔滨工业大学蔡伟教授 、 李超同学等的 帮助 。 再次 ， 感谢 Shabalovskaya 等几十名国际同行寄来他们的学术论文抽印本 作为参考 。 最后 ， 感谢我的妻子张丽芳医师的支持和帮助 ， 没有她耐心细致地帮 我在组织解剖学和介入放射学等方面扫盲以及打字 、 校稿 ， 本书将难以面对 读者 。
植入人体的金属材料
目录：一、为什么优选钛或钛合金作为人体植入物二、核磁共振对人体金属植入物的要求三、金属植入物对放射性治疗的影响四、电场对金属植入物的影响附件：国内外医用钛及钛合金牌号成分简介附件：钛合金在医学领域的应用一、为什么优选钛或钛合金作为人体植入物金属材料作为生物医用功能材料是材料科学的一个重要分支，用于人体植入物的历史已有４００余年。
英国较早地使用了纯金板修补颅骨、镶牙，其后陆续使用了银、铁片、铁丝及铁基合金的固定骨折关节件。
１９３０年以后，英国、美国使用钴基合金作为人体植入物。
第二次世界大战期间，英国、美国和日本等国家使用了大量的不锈钢作为人体植入物。
不锈钢植入人体，对镍过敏的不能植入316L或是317L。
２０世纪５０年代初，随着稀有金属工业的发展，加工态和铸态的钛、铌、锆作为人体植入物用于临床实验。
医学领域中钛合金的应用现状与发展趋势钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。
世界上许多国家都认识到锨合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。
第一个实用的钛合金是1954年美国研制成功的Ti-6Al-4V合金，由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好，而成为钛合金工业中的王牌合金，该合金使用量已占全部钛合金的75％～85％。
其他许多钛合金都可以看做是Ti-6Al-4V合金的改型。
20世纪50～60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。
耐热钛合金的使用温度已从50年代的400℃提高到90年代的600～650℃。
A2(Ti3Al)和r（TiAl）基合金的出现，使钛在发动机的使用部位正由发动机的冷端（风扇和压气机）向发动机的热端（涡轮）方向推进。
结构钛合金向高强、高塑、高强高韧、高模量和高损伤容限方向发展。
(医药)钛合金在生物医学上的应用
在生物医用金属材料中，钛及其合金凭借优良的 综合性能，成为人工关节（髋、膝、肩、踝、肘、 腕、指关节等）、骨创伤产品（髓内钉、钢板、螺 钉等）、脊柱矫形内固定系统、牙种植体、 牙托、 牙矫形丝、人工心脏瓣膜、 介入性心血管支架等医 用内植物产品的首选材料。
我国NTSMA材料的基础研究比国外晚，但在临床 应用研究方面处于国际领先地位。 2000 年，在骨 科内植入物方面， 兰州西脉记忆合金股份有限公
司， 取得国家药品监督管理局的产品准产注册，
促进了NTSMA骨科内植物的临床应用。 目前， 我国已有3家企业注册生产NTSMA 骨内固定装置， 主要有骑缝钉、 聚髌器、 环抱钢板、 Ni-TI弓形 记忆加压接骨器、 髓内钉等产品。
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梦想从心开始！
祝福大家早日实践自己的梦想！
Ni-Ti 形状记忆合金（NTSMA）的开发与应用
80 年代初期， Ni-Ti形状记忆合金成功用于骨科临床， 引起 骨科专家和临床医生的关注， 并称之为“神奇金属”。 这 种功能材料具有奇特的形状记忆效应、超弹性、耐疲劳、耐 磨损、耐腐蚀、生物相容性好。它是由56%（质量百分比） 的 Ni 和 44%（质量百分比）的钛组成。 用于骨科临床的 NTSMA) 的变形温度为 0℃-5℃，回复温度为 37℃左右。 用NTSMA材料固定骨折后，在体温或热盐水湿敷下升温而 产生形状回复， 但骨骼对材料回复产生了限制，这样在骨 折断端产生一种动态、 持续性质的加压力或钳夹力而达到 固定骨折的作用。
目前，还没有比钛合金更好的金属材料 用于临床。 发达国家和世界知名体内植 入物产品供应商都非常重视钛合金的研 发工作， 推出了一系列新的医用钛合金 材料，包括具有生物活性的钛合金仿生 材料，在医用钛合金材料的表面处理方 面也做了很多专利性的设计与开发，赋 予医用钛合金材料更好的生物活性以满 足人体的生理需要，从而达到使患者早 日康复的目的。
植入人体的金属材料
目录：一、为什么优选钛或钛合金作为人体植入物二、核磁共振对人体金属植入物的要求三、金属植入物对放射性治疗的影响四、电场对金属植入物的影响附件:国内外医用钛及钛合金牌号成分简介附件：钛合金在医学领域的应用一、为什么优选钛或钛合金作为人体植入物金属材料作为生物医用功能材料是材料科学的一个重要分支,用于人体植入物的历史已有４００余年.英国较早地使用了纯金板修补颅骨、镶牙，其后陆续使用了银、铁片、铁丝及铁基合金的固定骨折关节件.１９３０年以后，英国、美国使用钴基合金作为人体植入物。
第二次世界大战期间，英国、美国和日本等国家使用了大量的不锈钢作为人体植入物.不锈钢植入人体，对镍过敏的不能植入316L或是317L。
２０世纪５０年代初，随着稀有金属工业的发展,加工态和铸态的钛、铌、锆作为人体植入物用于临床实验。
医学领域中钛合金的应用现状与发展趋势钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。
世界上许多国家都认识到锨合金材料的重要性，相继对其进行研究开发,并得到了实际应用。
第一个实用的钛合金是1954年美国研制成功的Ti—6Al—4V合金，由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好，而成为钛合金工业中的王牌合金,该合金使用量已占全部钛合金的75％～85％。
其他许多钛合金都可以看做是Ti—6Al—4V合金的改型.20世纪50～60年代,主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70年代开发出一批耐蚀钛合金,80年代以来,耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。
耐热钛合金的使用温度已从50年代的400℃提高到90年代的600~650℃。
A2(Ti3Al)和r（TiAl）基合金的出现,使钛在发动机的使用部位正由发动机的冷端(风扇和压气机)向发动机的热端（涡轮）方向推进.结构钛合金向高强、高塑、高强高韧、高模量和高损伤容限方向发展。
生物医用镍钛合金
生物医用镍钛合金引言：生物医用镍钛合金是一种具有优异性能的材料，广泛应用于医疗领域。
本文将介绍生物医用镍钛合金的组成、特性以及在医疗器械和植入物方面的应用。
一、组成和制备方法生物医用镍钛合金主要由镍和钛两种元素组成，其摩尔比一般为50:50。
制备生物医用镍钛合金的方法主要有熔炼法、粉末冶金法和形状记忆合金制备法等。
其中，熔炼法是最常用的制备方法，通过将合适比例的镍和钛加热至熔点，然后冷却固化得到镍钛合金材料。
二、特性和性能生物医用镍钛合金具有许多独特的特性和优异的性能，使其成为理想的医疗材料。
首先，镍钛合金具有良好的生物相容性，不会引起明显的组织排异反应。
其次，镍钛合金具有良好的机械性能，能够承受较大的载荷和变形而不产生破裂。
此外，镍钛合金还具有形状记忆效应和超弹性等特性，可以根据环境温度和应力变化自动恢复其原始形状。
三、医疗器械应用生物医用镍钛合金在医疗器械方面有广泛的应用。
例如，在牙科领域，镍钛合金常用于制作矫正器、牙弓、牙根管扩展器等器械，其具有良好的弹性和耐腐蚀性能，能够有效改善患者的口腔问题。
此外，在骨科和关节外科领域，镍钛合金也常用于制作骨钉、骨板和人工关节等植入物，其优异的力学性能和生物相容性能够提供稳定的支撑和修复。
四、植入物应用生物医用镍钛合金在植入物方面也有重要的应用。
例如，在心血管领域，镍钛合金可以制作支架和血管内导管等植入物，用于治疗血管狭窄和阻塞等疾病。
其超弹性和形状记忆效应能够使支架在植入后自动展开，提供良好的支撑效果。
此外，在骨科领域，镍钛合金也常用于制作骨植入物，如骨髓钉和螺钉等，用于骨折修复和骨缺损修复。
五、应用前景随着医疗技术的不断发展，生物医用镍钛合金在医疗领域的应用前景十分广阔。
未来，可以进一步研究和开发新型的镍钛合金材料，以满足不同医疗需求。
同时，还可以通过改变合金元素的比例和添加其他元素，来调控材料的性能，提高其力学性能和生物相容性。
结论：生物医用镍钛合金是一种具有优异性能的材料，广泛应用于医疗器械和植入物方面。
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。
生物医用钛合金材料的研究进展
生物医用钛合金材料的研究进展随着现代医学的发展，生物医用材料在医疗领域中起着至关重要的作用。
其中，钛合金材料由于其优良的生物相容性和机械性能而备受关注。
本文将就生物医用钛合金材料的研究进展进行探讨。
一、钛合金材料的特点钛合金是由钛和其它元素（如铝、钼等）合金化而成的材料。
它具有重量轻、力学性能好、耐蚀性高、生物相容性好的特点，成为了生物医学领域中广泛使用的材料之一。
钛合金的重量轻是由于钛的密度较小，在医疗设备中使用可以减轻患者的负担，提高手术的成功率。
同时，钛合金的力学性能优异，能够满足不同医学需求的要求，比如可以使用于骨骼支架、牙科种植体等方面。
另外，钛合金具有良好的耐蚀性，不易被体液和生物组织腐蚀，因此可以长期应用于植入体内的医疗器械。
此外，钛合金表面易于与骨组织结合，能够促进骨与植入物的整合，提高植入物的稳定性与功能。
二、生物医用钛合金材料的应用（一）骨骼修复领域钛合金材料在骨骼修复领域中有着广泛的应用。
具体而言，钛合金可以制成骨板、骨螺钉等用于骨折固定，或制成人工关节、人工髋等用于关节置换。
这些医用器械不仅具有良好的生物相容性，而且由于钛合金的机械性能优良，可以承受髋关节等关节处较大的压力，降低植入物疲劳破坏的风险。
（二）牙科应用领域钛合金材料在牙科应用领域中也有着重要的地位。
一些研究表明，钛合金种植体可以与骨组织无缝结合，能够成为牙齿修复的稳定支撑。
此外，钛合金材料表面可进行氧化处理，形成微米级的表面粗糙度，有助于促进骨细胞的黏附和生长，提高种植体的成功率。
（三）心脏血管领域钛合金材料在心脏血管领域的应用主要体现在人工心脏瓣膜上。
钛合金人工心脏瓣膜具有平滑的表面、良好的机械性能和生物相容性，能够在血流中保持无阻力、无泄漏的状态。
三、钛合金材料改性与表面处理目前，对钛合金材料的改性与表面处理成为了研究的热点。
常见的改性方法包括氧化、纳米涂层、生物功能化修饰等。
氧化处理可以改善钛合金表面的生物相容性和机械性能，增强钛合金与骨组织的结合。
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发布日期：[2006-12-28] 共阅[2695]次摘要综述了生物医用钛及其合金材料的最新开发应用进展与市场状况；对我国目前应用生物医用钛及其合金方面存在的问题进行了初步分析；并对这一领域的发展前景进行了展望。
关键词生物医用钛及其合金材料；生物相容性；弹性模量；骨整合 1 概述生物医用材料是材料科学的一个重要分支，是用于诊断、治疗或替代人体组织、器官或增进其功能、具有高技术含量和高经济价值的新型载体材料，是材料科学技术中一个正在发展的新领域。
生物医用材料对于探索人类生命奥秘、保障人类健康长寿做出更大贡献。
近10多年以来，生物医用材料及制品的市场增长率一直保持在20％—25％左右，预计未来10年-15年内，包括生物医用材料在内的医疗器械产业将达到医药制品市场规模，成为21世纪世界经济的支柱产业。
在生物医用金属材料中，钛及其合金凭借优良的综合性能，成为人工关节(髋、膝、肩、踝、肘、腕、指关节等)、骨创伤产品(髓内钉、钢板、螺钉等)、脊柱矫形内固定系统、牙种植体、牙托、牙矫形丝、人工心脏瓣膜、介入性心血管支架等医用内植物产品的首选材料。
目前，还没有比钛合金更好的金属材料用于临床。
发达国家和世界知名体内植入物产品供应商都非常重视钛合金的研发工作，推出了一系列新的医用钛合金材料，包括具有生物活性的钛合金仿生材料，在医用钛合金材料的表面处理方面也做了很多专利性的设计与开发，赋予医用钛合金材料更好的生物活性以满足人体的生理需要，从而达到使患者早日康复的目的。
世界人口近65亿，据不完全统计，伤残者接近4亿，肢体伤残者6000万，牙病患者20亿，目前生物材料器件植入者仅有3500万人，每年关节置换量约150 万例，与实际需要置换者的数量相差甚远。
因此，生物医用材料市场需求潜力巨大。
而作为生物医用金属材料的首选——钛及其合金需求也将大增，因此加大医用钛合金材料的研发力度势在必行[1]。
2 生物医用钛及其合金材料的发展历程、最新进展及市场状况生物医用钛及其合金材料的发展与应用经历了4个标志性阶段。
2.1 应用初期 50年代初，首先在英国和美国，商业纯钛被用来制造接骨板、螺钉、髓内钉和髋关节。
由于接骨板在手术中需要塑形，以便贴敷断骨的生理解剖形状，所以直到现在，经过特殊加工处理的商业纯钛(IS05832-2)仍被用来制造接骨板及配套螺钉，如AO骨内固定植入物产品指定制造商——瑞士马特仕公司(Mathys Medical Ltd.， Switzerland)生产的全系列AO钢板及螺钉，这是高强度钛合金所不能替代的。
经临床发现，使用商业纯钛制造髓内钉及髋关节存在着明显的强度、刚度不足的问题。
为避免内固定植入物的断裂失效，提高植入物的强度，在英、美、俄、日等国，出现了采用高强度Ti-6A1-4V(IS05832-2)合金替代纯钛材料。
2.2 发展阶段Ti-6A1-4V合金本身也在发展，出现了具有高断裂韧性、低裂纹扩展速率、低间隙元素型Ti-6A1-4VELI高损伤容限钛合金，直到目前占80％以上钛合金植入物产品仍在使用这种合金。
虽然Ti-6A1-4V合金具有优异的性能，但由于V 元素可引起恶性组织反应，可能对人体产生毒副作用，因而促使材料学家研究新的不含V的钛合金材料。
自80年代，德国和瑞士的生物材料学家先后研制出Ti-5A1-2.5Fe和Ti-6A1-7Nb合金。
这2 种合金中，Ti-6A1-7Nb(IS05832—11)合金的临床应用更为成功01985年瑞 Sulzer医疗技术公司首先采用锻造Ti-6A1-7Nb-Protasu1100材料制造髋关节柄，并取得准产注册[2]，用于临床，市场反映良好，目前此类产品已被引入中国。
瑞士Mathys 公司也采用Ti-6AI-7Nb合金制造非扩髓带锁髓内钉系统(包括胫骨、肱骨、股骨)及用于治疗股骨颈骨骨折的中空螺钉等。
2.3 提高阶段 20世纪90年代以采，在钛合金植入物材料方面，不断有关于A Ⅱ对人体存在潜在危害的报告，认为A1会引起骨质疏松和精神紊乱等病症，所以生物材料学家开始探索与研究不含V、A1的新型生物用钛合金。
其中研制成功并已被临床允许采用的合金有Ti-13Nb-13Zr合金(ASTM F1713-1996)、Ti。
12Mo- 6Zr- 2Fe 合金 ( ASTM F1813-1997)。
Ti-13Nb-13Zr合金是90年代初由美国科学家研发的低弹性模量、高强度、高韧性、高疲劳强度及良好生物相容性等综合性能良好的生物钛合金。
与Ti-6A1-4V 相比，其弹性模量低30％，平面断裂韧性高20％(65MPa.m1／2)；弯曲及剪切模量低 30％-40％，在同种人体模拟体液中腐蚀率低40％。
经冷、热加工后，在保持高强度的情况下，模量可下降至50MPa，更接近于人体皮质骨[3]。
目前，这种材料被国际知名牙科材料制造商用来制造牙种植体。
Ti-12Mo-6Zr-2Fe 合金也是近年来被国际知名金属内植物制造商推崇的一种生物医用钛合金。
这种合金具有较低的弹性模量、高强度、较高的断裂韧性( 90MPa .m1/2)，较好的耐磨性和优异的耐腐蚀性等，是一种综合性能良好的亚稳定p 型生物医用钛合金。
与Ti-6A1-4V相比，其弹性模量低25％，材料的柔软性更好，断裂韧性高约80％(90：52)，还具有优异的机械性能：抗拉强度比Ti-6A1-4V高20 ％，抗疲劳强度高47％。
全球最大的骨科专业集团公司之一——STRYKER 集团公司的下属公司Stryker Howmedica OSTEONICS(史赛克关节分公司)采用Ti-12Mo-6Zr-2Fe合金 (TMZFR BETA)制造Howmedica Partnership 系统 ( 髋关节假体系统 ) 中的 MeridianTMZF股骨柄，此系统在质量、功能和临床效果方面已达到骨科临床要求的最高标准——顶尖级。
Stryker SPINE(史赛克脊柱分公司)还采用TiMoZrFe 合金制造颈椎前路钢板系统(REFLEX Anterior Cervical Hate)。
以上2种产品已引进中国市场。
2.4 创新阶段没有创新，就没有进步。
近年来，在医用钛合金方面有很多创新成果。
(1)Ni-Ti形状记忆合金(NTSMA)的开发与应用 80年代初期，Ni-Ti 状记忆合金成功田干骨科临床，引起骨科专家和临床医生的关注，并称之为“神奇金属”。
这种功能材料具有奇特的形状记忆效应、超弹性、耐疲劳、耐磨损、耐腐蚀、生物相容性好。
它是由56％(质量百分比)的Ni和44 ％(质量百分比)的钛组成。
用于骨科临床的NTSMA的变形温度为0℃—5℃，回复温度为37℃左右。
用NTSMA材料固定骨折后，在体温或热盐水湿敷下升温而产生形状回复，但骨骼对材料回复产生了限制，这样在骨折断端产生一种动态、持续性质的加压力或钳夹力而达到固定骨折的作用。
我国NTSMA材料的基础研究比国外晚，但在临床应用研究方面处于国际领先地位。
2000年，在骨科内植入物方面，兰州西脉记忆合金股份有限公司，取得国家药品监督管理局的产品准产注册，促进了 NTSMA 骨科内植物的临床应用。
目前，我国已有3家企业注册生产NTSMA骨内固定装置，主要有骑缝钉、聚髌器、环抱钢板、Ni-Ti 弓形记忆加压接骨器、髓内钉等产品[4]。
NTSMA还被用在介入性治疗上。
介入性治疗是近10 年发展快速的一种先进非手术诊疗临床技术。
这种技术通常是在X射线图像监视下，利用穿刺插管技术，将特制的导线、导管、球囊或支撑支架沿血管或体内其它管腔输送到体内病变处就地治疗，具有创伤轻、痛苦小、风险小、省时、可靠、康复快等特点。
介入性治疗材料包括支架材料和输送系统材料，其中支架材料首选NTSMAo近几年我国介入性治疗发展迅猛，年增长率保持在20％-30％，2002年接受介入治疗的患者已接近15 万例。
目前，介入治疗所需材料主要依靠进口，已取得FDA认证进入中国市场的企业有20 多家。
其产品质量、性能都优于国内产品，售后服务到位，但价格昂贵，约1.2 万元／件-1.6万元／件。
主要供货商有美国JOHNSON&JOHNSON COMPANY CORDIS CO.，、美国MEDTRO NIG，INC、加拿大NUMED CANADA INC等；我国也有一些公司生产，如北京四泰新技术开发公司、北京鑫泉公司、北京龙舟飞渡记忆合金应用研究所等。
此外，NTSMA还被用在牙科正畸治疗上，北京有色金属研究总院稀贵所(现北京有研亿金股份有限公司)生产的NTSMA牙弓丝，不仅在国内销售、应用，而且出口海外。
(2)多孔Ni-Ti(PNT)合金生物活性材料制造颈、腰椎间融合器(Cage) 加拿大BIORTHEX公司研制出采用多孔Ni-Ti合金专利材料ACTIPORETM 制造颈、腰椎间融合器用于骨科脊柱损伤的治疗。
这种材料具有65％左右的空隙率，平均微孔尺寸215μm-230μm，具有生物活性，促进新生骨通过微孔与支架快速生长，内部相互连接多方向的微孔产生毛细管渗透作用，促使血液、基本营养和骨髓进入椎体间融合器。
这种金属植入材料弹性模量与松质骨接近，从而避免了应力遮挡效应，促进骨重建并对骨细胞的生长提供了良好的环境支持，骨生长细胞和营养渗透到相互连接的微孔加速了骨整合。
这种椎间融合器的最大特点是不用植骨( 其它材料椎间融合器需要进行骨移植，使用自身髂骨)，植3.1年后，骨重建在融合器内部完成并与周围骨密度相匹配。
经动物试验，PNT合金具有良好的生物相容性[5,6]。
2000 年，该产品取得CE认证，并在欧洲及部分亚洲市场开始销售。
目前，正加紧进行更为严格的临床验证，从而申请美国FDA认证。
该产品也有望近期引入中国市场。
(3)多孔钛合金制造人工髋关节假体生物固定型(非骨水泥)人工关节是当前骨科领域专家、临床医生推崇的人工关节假体。
它要求髋关节柄材料或表面具有生物活性，能诱导骨细胞生长，使关节柄与股骨髓腔界面产生骨整合，从而避免采用骨水泥固定带来的弊端，即长期使用后产生松动、下沉和脱位。
因此，关节柄的部分阶段采用多孔钛合金材料将赋予假体生物活性，有助于柄与髓腔的骨性生理结合。
90年代末期，德国和日本的科学家成功利用定向凝固技术，以氢、氧、氮气为发泡气体制备出定向凝固多孔金属材料( 即泡沫金属)。
德国克鲁勃医疗技术公司 (Krupp，gb Implantat- Technologie GmbH)采用此项技术生产出多孔钛合金股骨柄假体。
(4)多孔钛合金涂层技术用于人工关节假体制造制造生物固定型人工关节的另一种方法是在钛合金关节柄表面产生多孔。
可将微小钛珠粒(微球粉末)烧结或采用等离子喷涂方法，将微粒烧结( 一般为双层或三层)或等离子喷涂在关节柄的部分表面，使其表面具有多孔性，减少了植入物与骨弹性模量的差别，有利于骨细胞的生长和营养的递送，从而获得生理骨整合。