常用医用金属材料 概述 生物医用金属材料(biomedical metallic materials)用于整形外科、牙科等领域。由它制成的医疗器件植人人体，具有治疗、修复、替代人体组织或器官的功能，是生物医用材料的重要组成部分。 生物医用金属材料是人类最早利用的生物医用材料之一，其应用可以追溯到公元前400～300年，那时的腓尼基人就已将金属丝用于修复牙缺失。1546年纯金薄片被用于修复缺损的颅骨。直到1880年成功地利用贵金属银对病人的膝盖骨进行缝合，1896年利用镀镍钢螺钉进行骨折治疗后，才开始了对金属医用材料的系统研究。本世纪30年代，随着钻铬合金、不锈钢和钛及合金的相继开发成功并在齿科和骨科中得到广泛的应用，奠定了金属医用材料在生物医用材料中的重要地位。70年代，Ni-Ti形状记忆合金在临床医学中的成功应用以及金属表面生物医用涂层材料的发展，使生物医用金属材料得到了极大的发展，成为当今整形外科等临床医学中不可缺少的材料。虽然近20年来生物医用金属材料相对于生物医用高分子材料、复合材料以及杂化和衍生材料的发展比较缓慢，但它以其高强度、耐疲劳和易加工等优良性能，仍在临床上占有重要地位。目前，在需承受较高荷载的骨、牙部位仍将其视为首选的植人材料。最重要的应用有：骨折固定板、螺钉、人工关节和牙根种植体等。 生物医用金属材料要在人体生理环境条件下长期停留并发挥其功能，其首要条件是材料必须具有相对稳定的化学性能，从而获得适当的生物相容性。迄今为止，除医用贵金属、医用钛、袒、锯、铅等单质金属外，其他生物医用金属材料都是合金，其中应用较多的有：不锈钢、钴基合金、钛合金、镍钛形状记忆合金和磁性合金等。
生物医用高分子材料研究进展及趋势
J I A N G S U U N I V E R S I T Y 医用材料学课程学习总结及结课论文生物医用高分子材料的研究及发展趋势
学院名称：材料科学与工程 专业班级：金属1302 学生姓名：钱振 指导教师姓名：王宝志 2016年 10 月 生物医用高分子材料的研究及发展趋势 钱振 学号：63 班级：金属1302 材料科学与工程学院 摘要：随着我国经济发展水平的不断提高，分子材料在各领域得到了显著应用，在医用领域应用更多，本文综述了生物医用高分子材料的分类、特点及基本条件，概述了医用高分子材料的研究现状及其用途，并浅谈了医用高分子材料的发展及展望。通过介绍医用高分子材料在人工脏器、药剂及医疗器械方面的应用，以及我国近年来的研究情况和存在的问题,形成对生物医用功能高分子的认识和其重要性的认识。 关键词：生物材料，生物医用高分子材料，现状，应用，展望 1.引言 生物医用材料是生物医学科学中的最新分支学科，它是生物学、医学、化学、 物理学和材料学交叉形成的边缘学科，是用于人工组织或器官制备、高性能医疗
器械的研制、药物新剂型的开发和和仿生效应研究的基础[1] 。 生物医用材料，简称生物材料(BiomaterialS)，是一类具有特殊性能或功能，用于与生物组织接触以形成功能的无生命的材料]2[。主要包括生物医用高分子材料、生物医用陶瓷材料、生物医用金属材料和生物医用复合材料等。研究领域涉及材料学、化学、医学、生命科学]3[，生物医用高分子材料是一门介于现代医学和高分子科学之间的新兴学科。目前医用高分子材料的应用已遍及整个医学领域(如:人工器官、外科修复、理疗康复、诊断治疗、心血管、骨修复、神经传递、皮肤、器官、药物控释等）。 2.研究现状 生物医用高分子材料是一类可对有机体组织进行修复、替代与再生，具有特殊功能作用的高分子材料。在功能高分子材料领域，生物医用高分子材料取得了长足的进展，目前已成为发展最快的一个重要分支。随着医用高分子产业的发展，出现了大量的医用新材料和人工装置，如人工心脏瓣膜、人工血管、人工肾用透析膜、心脏起博器及骨生长诱导剂等。近10年来，由于生物医学工程、材料科学和生物技术的发展，医用高分子材料及其制品正以其特有的生物相容性、无毒性等优异性能而获得越来越多的医学临床应用。 生物医用高分子材料是生物材料的重要组成部分，它发展最早、应用最广泛、用量最大、品种繁多，主要包括：塑料、橡胶、纤维、粘合剂等。随着医学的发展，这些材料在医学领域得到广泛的应用。如:膨体聚四氟乙烯人造血管、聚矾中空纤维人工肾、硅橡胶医用导管、介入栓塞材料、介入诊疗导管以及护理方面使用的一次性医疗用品等，都是由高分子材料制成的。这些产品在临床诊断、治疗、护理等方面起着越来越重要的作用。正是由于高分子材料在医学上的独特作用，因而在高分子化学上出现了一个新的分支—医用高分子(Medical highpolymers)。它是把高分子化学的理论、研究方法、临床医学的需要结合起来，用于研究生物体的结构、生物体器官的功能及医用材料的应用等的一门年轻而边缘性的学科]4[。
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生物医用陶瓷的研究发展 摘要:简要介绍了生物医用陶瓷的优良性能，并分别对惰性生物陶瓷和活性生物陶瓷的种类、性能与应用做了深入的分析。概括了当今生物医用陶瓷材料的发展现状，并对其前景作了展望。 关键词:物医用陶瓷、惰性、活性、研究现状、发展趋势 The research and development of biomedical ceramic Abstract:This paper briefly introduces the excellent properties of biomedical ceramic,and analys the types, properties and applications of bioinert ceramics and bioactive ceramics summarizes the development of biomedical ceramic currently,and also describes it’s prospects. Keywords:Biomedical ceramic、inertia、activity、research status、developing trend 随着材料科学的发展，生物材料由于具有对机体组织进行修复、替代与再生的特殊功能，已成为当今生物医学工程学中的重要组成部分。其研究内容涉及材料、医学物理、生物化学和现代高技术等诸多学科领域。过去，应用最广泛的生物医学材料为金属和有机材料，其存在着许多缺点。如金属材料植入人体内后，容易发生腐蚀，产生对人体有毒的金属离子，并且金属磨屑会引起周围生物组织发生变化等问题；而有机材料大多强度较低，难以满足力学性能和耐久性的要求[1]。 陶瓷以它优异的性能已由单纯的器皿发展为结构材料、功能材料。由日常生活进入到各行各业, 直到尖端科技领域，特别是在生物医学领域也有广泛的应用, 如人工牙、人工骨、人工关节等。这些主要用于人体内种植的陶瓷便称为“生物陶瓷”, 生物陶瓷材料作为一种无机生物医学材料，与生物组织具有良好的相容性和优异的亲和性，稳定的物理化学性质，可灭菌性及无毒性等优点，越来越受到人们的重视。这是一个全球性关注的课题, 具有巨大的社会和经济效益。 生物医用陶瓷材料的研究作为一个多学科交叉领域，伴随着材料科学、生物学、医学、纳米技术的突破性进展，在近十几年中得到了迅猛的发展。特别是随着组织工程研究和人们对材料与组织及细胞相互作用认识的不断深入，对生物医用陶瓷材料的性能和功能的要求更高、更加多样化，而材料的设计理念和制备技术的不断创新使得相关材料的应用范围或应用前景得到进一步拓展。从用于制作人工关节或口腔种植体的生物惰性陶瓷，到能够与组织发生化学键合的生物活性材料，进而向具有基因激活、组织诱导功能、承载细胞的组织工程支架材料，以及具有药物缓释与靶向控释功能的载体材料发展。纳米技术与仿生技术的运用则使得生物医用陶瓷材料的研究深入到分子水平。 一、生物医用陶瓷的优良性能
生物医用金属材料 摘要：在概述医用金属材料目前的研究现状、性能和应用的基础上，指出了医 用金属材料应用中目前存在的主要问题，阐述了近些年生物医用金属材料的新进展，并对今后的发展进行展望分析。 关键词：生物医用金属材料现状研究进展 引言： 生物医用材料（biomedical material）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新型高技术材料，能够植入生物体或与生物组织相糅合。它的研究及产业化对社会和经济发展的重大作用正日益受到各国政府、产业界和科技界的高度重视。 目前用于临床的生物医用材料主要包括生物医用金属材料、生物医用有机材料（主要指有机高分子材料）、生物医用无机非金属材料（主要指生物陶瓷、生物玻璃和碳素材料）以及生物医用复合材料等。 而与其它几种生物材料相比，生物医用金属材料具有高的强度、良好的韧性及抗弯曲疲劳强度、优异的加工性能等许多其它医用材料不可替代的优良性能。但生物医用金属材料在应用中也面临着一些问题，由于生理环境的腐蚀而造成的金属离子向周围组织扩散以及植入材料自身性质的退变，前者可能导致毒副作用，后者可能导致植入失效，因此研究和开发性能更优、生物相容性更好的新型生物医用金属材料依然是材料工作者和医务工作者共同关心的课题。 生物医用金属材料 生物医用金属材料是指一类用作生物材料的金属或合金，又称外科用金属材料。它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。 在生物医学材料中，金属材料应用最早，已有数百年的历史。人类在古代就已经尝试使用外界材料来替换修补缺损的人体组织。在公元前，人类就开始利用天然材料，如象牙，来修复骨组织；到了19世纪，由于金属冶炼技术的发展，人们开始尝试使用多种金属材料，不遗余力地发展生物医用材料，以解救在临床上由于创伤、肿瘤、感染所造成的骨组织缺损患者，如用银汞合金（主要成份：汞、银、铜、锡、锌）来补牙等； 目前临床应用的医用金属材料主要有不锈钢、钴基合金、钛和钛合金等几大类。此外还有形状记忆合金、贵金属以及纯金属钽、铌、锆等。
无源医疗器械及医用材料 单选题、（由一个题干和两个以上的备选答案组成，其中只有一个为正确答案。选出正确答案。） 1、阐述了医疗器械风险管理的有关国家标准是（） A.ISO13485 2、要避免人工关节发生断裂，通常要求制作材料的强度高于人骨的（）以上 A.1倍 B.3倍 C.5倍 D.7倍 3、颅内动脉瘤支架一般都是（） D.自扩张镍钛支架 4、目前临床普遍使用的颈动脉支架是（） C自.扩张式覆膜支架 5、用于治疗消化道狭窄这类疾病的扩张球囊导管的尺寸一般达（） C.3~4cm 6、目前市场上用的较多的氧合器是（） B.膜式氧合器 7、钛合金的耐腐蚀性比不锈钢和钴基合金（） A.好 8、最早开发的医用钴基合金为（）合金 A.Co-Cr-Mo 9、如果提高材料整体的硬度，则可能损害材料的其他特性，因此通常采用（）的方法来使材料表面硬度得以改善 D.表面处理 10、钛同生物介质的关系是属于惰性金属，其化学惰性超过所有的（） D.不锈钢 11、生物医用金属材料在人体生理环境下的腐蚀主要有（）种类型 A.8 12、（）是指整个瓣膜或瓣膜的一部分由生物组织材料制成的人工心脏瓣膜 C.生物瓣膜 13、骨科材料产品标准按国际惯例可分为（）个等级 B.3 14、无源医疗器械按与人体接触性质分为（）类 A.3 15、与机械瓣膜相比，生物瓣膜的生物相容性（） A.更好 16、无源医疗器械按接触时间分为（）类 B.3 17、不属于人工瓣膜监管方面要点的是（） B.外科医师的技术培训 18、下列性能指标中，不属于人工血管主要性能指标的是（） A.弹性 19、人体内共有（）个心脏瓣膜 C.4 20、心脏瓣膜是（）阀门 A.单向
生物陶瓷材料的研究及应用 张波化工07-3班 120073304069 摘要介绍了生物陶瓷的定义，对羟基磷灰石生物陶瓷材料、磷酸钙生物陶瓷材料、复合生物陶瓷材料、涂层生物陶瓷材料和氧化铝生物陶瓷的特性和制备方法进行了较为深入的分析，在现代医学中的应用及发展前景。 关键词生物陶瓷，磷酸钙，复合生物陶瓷材料，涂层生物陶瓷材料，氧化铝陶瓷，生物陶瓷应用。 Bioceramic Materials Research and Application Zhangbo Chemical Engineering and Technology 073 class 120073304069 Abstract This paper introduces the definition of bio-ceramics, bio-ceramic material of hydroxyapatite, calcium phosphate bio-ceramic materials, composite bio-ceramic materials, coating materials, bio-ceramics and alumina ceramics of biological characteristics and preparation methods for a more in-depth analysis In modern medicine the application and development prospects. Key words bio-ceramics, calcium phosphate, composite bio-ceramic materials, coating materials, bio-ceramic, alumina ceramic, bio-ceramic applications. 1 引言 生物陶瓷是指用作特定的生物或生理功能的一类陶瓷材料，即直接用于人体或与人体相关的生物、医用、生物化学等的陶瓷材料。做为生物陶瓷材料，需具备如下条件：生物相容性；力学相容性；与生物组织有优异的亲和性；抗血栓；灭菌性并具有很好的 物理、化学稳定性。生物陶瓷材料可分为生物惰性陶瓷（如Al 2O 3 、ZrO 2 等）、生物活性 陶瓷(如致密羟基磷灰石、生物活性微晶玻璃等)和生物复合材料三类。生物陶瓷材料因其与人的生活密切相关，故一直倍受材料科学工作者的重视。 2 生物陶瓷材料的发展 目前世界各国相继发展了生物陶瓷材料，它不仅具有不锈钢塑料所具有的特性，而且具有亲水性、能与细胞等生物组织表现出良好的亲和性。因此生物陶瓷具有广阔的发展前景。生物陶瓷的应用范围也正在逐步扩大，现可应用于人工骨、人
生物医用复合材料 生物医用复合材料(biomedical composite materials) 是由两种或两 种以上的不同材料复合而成的生物医用材料，它主要用于人体组织的修复、 替换和人工器官的制造［1］。长期临床应用发现，传统医用金属材料和高分 子材料不具生物活性，与组织不易牢固结合，在生理环境中或植入体内后受生理环境的影响，导致金属离子或单体释放，造成对机体的不良影响。而生物陶瓷材料虽然具有良好的化学稳定性和相容性、高的强度和耐磨、耐蚀性，但材料的抗弯强度低、脆性大，在生理环境中的疲劳与破坏强度不高，在没有补强措施的条件下，它只能应用于不承受负荷或仅承受纯压应力负荷的情况。因此，单一材料不能很好地满足临床应用的要求。利用不同性质的材料复合而成的生物医用复合材料，不仅兼具组分材料的性质，而且可以得到单组分材料不具备的新性能，为获得结构和性质类似于人体组织的生物医学材料开辟了一条广阔的途径，生物医用复合材料必将成为生物医用材料研究和发展中最为活跃的领域。 1. 生物医用复合材料组分材料的选择要求 生物医用复合材料根据应用需求进行设计，由基体材料与增强材料或功能材料组成，复合材料的性质将取决于组分材料的性质、含量和它们之间的界面。常用的基体材料有医用高分子、医用碳素材料、生物玻璃、玻 璃陶瓷、磷酸钙基或其他生物陶瓷、医用不锈钢、钻基合金等医用金属材料；增强体材料有碳纤维、不锈钢和钛基合金纤维、生物玻璃陶瓷纤维、陶瓷纤维等纤维增强体，另外还有 氧化锆、磷酸钙基生物陶瓷、生物玻璃陶瓷等颗粒增强体。 植入体内的材料在人体复杂的生理环境中，长期受物理、化学、生物电等因素的影响，同时各组织以及器官间普遍存在着许多动态的相互作用，因此，生物医用组分材料必须满足下面几项要求：(1)具有良好的生物相容 性和物理相容性，保证材料复合后不出现有损生物学性能的现象；(2)具有 良好的生物稳定性，材料的结构不因体液作用而有变化，同时材料组成不引起生物体的生物反应；(3)具有足够的强度和韧性，能够承受人体的机械作用力，所用材料与组织的弹性模量、硬度、耐磨性能相适应，增强体材料还必须具有高的刚度、弹性模量和抗冲击性能；(4)具有良好的灭菌性能， 保证生物材料在临床上的顺利应用。此外，生物材料要有良好的成型、力卩工性能，不因成型加工困难而使其应用受到限制。 2. 生物医用复合材料的研究现状与应用 陶瓷基生物医用复合材料 陶瓷基复合材料是以陶瓷、玻璃或玻璃陶瓷基体，通过不同方式引入颗粒、晶片、晶须或纤维等形状的增强体材料而获得的一类复合材料。目
生物医用陶瓷的研究发展 摘要:简要介绍了生物医用陶瓷的优良性能，并分别对惰性生物陶瓷和活性生物陶瓷的种类、性能与应用做了深入的分析。概括了当今生物医用陶瓷材料的发展现状，并对其前景作了展望。 关键词:物医用陶瓷、惰性、活性、研究现状、发展趋势 The research and development of biomedical ceramic Abstract:This paper briefly introduces the excellent properties of biomedical ceramic,and analys the types, properties and applications of bioinert ceramics and bioactive ceramics deeply.It summarizes the development of biomedical ceramic currently,and also describes it’s prospects. Keywords:Biomedical ceramic、inertia、activity、research status、developing trend 随着材料科学的发展，生物材料由于具有对机体组织进行修复、替代与再生的特殊功能，已成为当今生物医学工程学中的重要组成部分。其研究内容涉及材料、医学物理、生物化学和现代高技术等诸多学科领域。过去，应用最广泛的生物医学材料为金属和有机材料，其存在着许多缺点。如金属材料植入人体内后，容易发生腐蚀，产生对人体有毒的金属离子，并且金属磨屑会引起周围生物组织发生变化等问题；而有机材料大多强度较低，难以满足力学性能和耐久性的要求[1]。 陶瓷以它优异的性能已由单纯的器皿发展为结构材料、功能材料。由日常生活进入到各行各业, 直到尖端科技领域，特别是在生物医学领域也有广泛的应用, 如人工牙、人工骨、人工关节等。这些主要用于人体内种植的陶瓷便称为“生物陶瓷”, 生物陶瓷材料作为一种无机生物医学材料，与生物组织具有良好的相容性和优异的亲和性，稳定的物理化学性质，可灭菌性及无毒性等优点，越来越受到人们的重视。这是一个全球性关注的课题, 具有巨大的社会和经济效益。 生物医用陶瓷材料的研究作为一个多学科交叉领域，伴随着材料科学、生物学、医学、纳米技术的突破性进展，在近十几年中得到了迅猛的发展。特别是随着组织工程研究和人们对材料与组织及细胞相互作用认识的不断深入，对生物医用陶瓷材料的性能和功能的要求更高、更加多样化，而材料的设计理念和制备技术的不断创新使得相关材料的应用范围或应用前景得到进一步拓展。从用于制作人工关节或口腔种植体的生物惰性陶瓷，到能够与组织发生化学键合的生物活性材料，进而向具有基因激活、组织诱导功能、承载细胞的组织工程支架材料，以及具有药物缓释与靶向控释功能的载体材料发展。纳米技术与仿生技术的运用则使得生物医用陶瓷材料的研究深入到分子水平。 一、生物医用陶瓷的优良性能 生物陶瓷由于是高温处理工艺所成的无机非金属材料，因此具有金属、高分子材料无法比拟的优点：
新型生物医用金属材料 1 前言 1.1生物医用金属材料基本概念 1.2生物医学对材料的要求 2 我国生物医用材料产业现状 3 生物医用金属材料 3.1 医用不锈钢 3.2 医用钴基合金 3.3医用钛合金和镍钛形状记忆合金 3.4 医用贵金属和钽、铌 、锆等金属 3.5 新材料开发 4 表面改性和生物镀膜在医用金属材料上的应用 5 医用金属材料目前存在的主要问题及研究发展方向 5.1医用金属材料目前存在的主要问题 5.2 医用金属材料的研究和发展
1前言 1.1生物医用金属材料基本概念 生物医用材料是指用于医疗上能够植入生物体或与生物组织相接合的材料 ,可用于诊断、治疗 ,以及替换生物机体中的组织、器官或增进其功能。目前用于临床的生物医用材料主要包括生物医用金属材料、生物医用有机材料（主要指有机高分子材料）、生物医用无机非金属材料（主要指生物陶瓷）、生物玻璃和碳素材料以及生物医用复合材料等。 与生物陶瓷及生物高分子材料相比,生物医用金属材料,如不锈钢、钴基合金、钛和钛合金以及贵金属等具有高的强度、良好的韧性及抗弯曲疲劳强度、优异的加工性能等许多其它医用材料不可替代的优良性能。 1.2生物医学对材料的要求 生物医用金属材料在应用中面临的主要问题 ,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以及植入材料自身性质的退变 ,前者可能导致毒副作用 ,后者可能导致植入失效 。因此研究和开发性能更优、生物相容性更好的新型生物医用金属材料依然是材料工作者和医务工作者共同关心的课题。 医用金属材料作为生物材料的一类 ,其研究和发展要严格满足如下的生物学要求：良好的组织相容性 ,包括无毒性、无热源反应、不致畸、不致癌、不引起过敏反应或干扰机体的免疫机理、不破坏临近组织，也不发生材料表面的钙化沉着等；良好的物理、化学稳定性，包括强度、弹性、尺寸稳定性、耐腐蚀性、耐磨性以及界面稳定性等；易于加工成型 ,材料易于制造；价格适当。 对于植入心血管系统或与血液接触的材料 ,除能满足以上条件外,还须具有良好的血液相容性,即不凝血（抗凝血性好）、不破坏红细胞（不溶血）、不破坏血小板、不改变血中蛋白特别是脂蛋白、不扰乱电解质平衡等。 2 我国生物医用材料产业现状 作为近30年来发展出的一类技术附加值最高的高技术新材料，生物医用材料正在成长为21世纪世界经济的一个支柱性产业。近年我国生物医用材料产业发展很快，尤其是介入支架和骨科器材，发展速度非常快。2008年中国生物医用材料全行业总产值2200亿元, 同比增长15% ；产值超过亿元的企业超过120家，较大
医用氧化铝陶瓷的应用与性能 赵青苔 (唐山陶瓷集团,唐山 063000) 摘 要 主要介绍了医用氧化铝陶瓷的用途及其基本性能。 关键词 氧化铝;医用陶瓷;性能 Application and Property of Alumina2based Ceramics in Medicine Zhao Qingtai (T angshan Ceramic G roup,T angshan 063000) Abstract The main uses and properties of alumina2based ceramics in medicine were indroduced in this paper. K ey Words aluminium oxide,medical ceramic,property 1 引言 目前,陶瓷最有发展前景的应用领域之一是医学,因为采用陶瓷材料可以大大提高医治众多矫形外科、口腔科、颌面科疾病的能力。另外,现代医用材料学中的一个全球性问题是研制人造骨,这就为陶瓷于修复外科、神经外科、口腔科的应用开辟了一个全新的途径。 2 陶瓷于医学中的应用简况 无论用何种陶瓷研制医用材料,都必须考虑如下基本要求: 在不良生物条件使用多年的能力; 机械稳定性和强度,及其长时的恒定性; 陶瓷移植物与人体软硬组织能良好结合,固定可靠; 极高的化学纯度。 陶瓷在医疗中可以起着不同的功能:在修复术中用陶瓷制作假骨部件;在制作金属移植物时用陶瓷作涂层;在口腔科中用陶瓷制作金属陶瓷义齿、瓷假齿、填齿料等。 陶瓷的另一个应用方向是研制医用工具:一次和多次使用的陶瓷手术刀,这种刀可以保障刀口良好愈合、减少失血和具有高抗菌保护作用;用于分离和净化生物液体的陶瓷过滤器和薄膜;通过皮肤引入药物的多孔材料等。 长时在医学中实际应用的陶瓷材料是具有良好整容性能的瓷体。但是,这种假体的抗磨性和物理机械指标在许多情况下都不符合标准的要求,因此对于经受高机械负荷的移植物都不使用瓷质体。在此方面成功地使用有氧化铝基陶瓷或刚玉单晶体。 3 氧化铝陶瓷的性能与应用 白宝石单晶体和多晶刚玉材料是最稳定的惰性氧化物陶瓷材料,可在矫形外科中用作骨组织的替代物,在颌面外科中用作义齿。刚玉陶瓷在关节的移植中具有良好的摩擦性能。这是由它的高强度、低摩擦系数和良好的抗磨性决定的。在与高分子聚合物材料相结合时,刚玉球窝关节比金属2聚合物复合材料具有一系列优点:关节球窝部分不磨损;没有与金属伴生的有害杂质;由于磨 7 河北陶瓷 第29卷第4期 总第111期 2001年
医用金属材料的研究进展 姓名：因 学号： 专业：材料
摘要：介绍了医用金属材料目前的研究现状、性能和应用,指出了医用金属材料 应用中目前存在的主要问题,阐述了近年来生物医用金属材料的新进展1。Medical metal materials with high strength toughness, fatigue resistance, easy processing and forming excellent properties become clinical dosage biggest and wide application of biomedical materials. 关键词：医用金属种类应用研究进展 一生物医用金属材料的简介 生物医用材料是指能够植入生物体或与生物组织相结合的材料,可用于诊断、治疗,以及替换生物机体中的组织、器官或增进其功能。生物医用金属材料是用作生物医用材料的金属或合金，又称外科用金属材料或医用金属材料，是一类惰性材料2。这类材料具有高的机械强度和抗疲劳性能，是临床应用最广泛的承力植入材料。该类材料的应用非常广泛，遍及硬组织、软组织、人工器官和外科辅助器材等各个方面。除了要求它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。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。已经用于临床的医用金属材料主要有纯金属钛、钽、铌、锆等、不锈钢、钴基合金和钛基合金等3。 二生物医用金属材料的特性 2.1材料毒性 生物医用金属材料的毒性主要来自金属表面离子或原子因腐蚀或磨损进入周围生物组织，由此作用于细胞，抑制酶的活性，组织酶的扩散和破坏溶酶体。具体可表现为与体内物质生成有毒化合物。并且金属离子进入组织液，会引起水肿、栓塞、感染和肿瘤等。一般才用的降毒方法包括合金化、提高耐蚀性、提高光洁度、表面涂层等4。 2.2生理腐蚀性 生物医用金属材料的生理腐蚀性是决定材料植入后成败的关键，其产物对生物机体的影响决定植入器件的使用寿命。 2.3力学性能 生物医用金属材料需要有足够的强度与塑性。一般说来，对人工髋关节金属材料的要求是：屈服强度>450Mpa；抗拉强度>800Mpa；疲劳强度>400Mpa；延伸率>8%。通常材料的弹性模量大于骨的弹性模量，由此会使得材料与骨应变不同，界面处发生的相对位移造成界面松动；除此产生应力屏蔽，引起骨组织的功能退化或吸收8。 2.4耐磨性 耐磨性影响植入摩擦器件的寿命；以及可能产生有害的金属微粒或微屑，导致周围组织的炎性、毒性反应。可通过提高硬度，表面处理等方法进行改善。 三医用金属材料的种类
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
生物医学材料指的是一类具有特殊性能、特种功能，用于人工器官、外科修复、理疗康复、诊断、治疗疾患，而对人体组织不会产生不良影响的材料。现在各种合成材料和天然高分子材料、金属和合金材料、陶瓷和碳素材料以及各种复合材料，其制成产品已经被广泛地应用于临床和科研。生物医用材料是用来对于生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的新型高技术材料，它是研究人工器官和医疗器械的基础，己成为材料学科的重要分支，尤其是随着生物技术的莲勃发展和重大突破，生物材料己成为各国科学家竞相进行研究和开发的热点。 二关键词: 生物，医学，材料，医疗器械，创伤，组织，植入 biomedical material， new materials 三文献综述 1生物医用材料定义 生物医用材料（biomedical material）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新型高技术材料。它是研究人工器官和医疗器械的基础，己成为材料学科的重要分支，尤其是随着生物技术的莲勃发展和重大突破，己成为各国科学家竞相进行研究和开发的热点。当代生物材料已处于实现重大突破的边缘，不远的将来，科学家有可能借助于生物材料设计和制造整个人体器官，生物医用材料和制品产业将发展成为本世纪世界经济的一个支柱产业. 由生物分子构成生物材料，再由生物材料构成生物部件。生物体内各种材料和部件有各自的生物功能。它们是“活”的，也是被整体生物控制的。生物材料中有的是结构材料，包括骨、牙等硬组织材料和肌肉、腱、皮肤等软组织；还有许多功能材料所构成的功能部件，如眼球晶状体是由晶状体蛋白包在上皮细胞组成的薄膜内而形成的无散射、无吸收、可连续变焦的广角透镜。在生物体内生长有不同功能的材料和部件，材料科学的发展方向之一是模拟这些生物材料制造人工材料。它们可以做生物部件的人工代替物，也可以在非医学领域中使用。前者如人工瓣膜、人工关节等；后者则有模拟生物黏合剂、模拟酶、模拟生物膜等
带大家认识一下医用金属材料！ 金属医用材料是人类最早利用的医用材料之一，其应用可以追溯到公元前400~300年，腓尼基人将金属丝用于修复牙缺失。随后，经历了漫长岁月的发展，直至19世纪后期，人类成功利用贵金属银对患者的膝盖骨进行缝合（1880年）。人类利用镀镍钢螺钉进行骨折治疗（1896年）后，才开始了对金属医用材料的系统研究。20世纪30年代，随着钴铬合金、不锈钢和钛及合金的相继开发成功并在齿科和骨科中得到广泛的应用，逐步奠定了金属医用材料在生物医用材料中的重要地位。70年代，Ni-Ti形状记忆合金在临床医学中的成功应用以及金属表面生物医用涂层材料的发展，使生物医用金属材料得到了极大的发展。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。近20年来，虽然金属医用材料相对于高分子材料、复合材料以及杂化和衍生材料等生物医用材料的发展缓慢，但其具有高的强度、良好的韧性及抗弯曲疲劳强度、优异的加工性能等许多其它几类医用材料不可替代的优良性能，是临床应用中最广泛的承力植入材料。尤其随着金属3D打印技术的发展，金属医用材料得到了更广泛的应用，最重要的应用有：骨折内固定板、螺钉、人工关节和牙根种植体等。
常用金属医用材料 临床应用的医用金属材料主要有不锈钢、钴合金、钛合金、形状记忆合金、贵金属以及纯金属钽、铌、锆等。 不锈钢 医用不锈钢（Stainless Steel as Biomedical Material）为铁基耐蚀合金，是最早开发的生物医用合金之一，其特点是易加工、价格低廉，耐蚀性和屈服强度可以通过冷加工提高，避免疲劳断裂。不锈钢按显微组织可分为：奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、沉淀硬化型不锈钢等，被用以制作医疗器械：刀、剪、止血钳、针头，同时被用以制作人工关节、骨折内固定器、牙齿矫形、人工心脏瓣膜等器件。其中，医用应用最多的是奥氏体超低碳不锈钢316L和317L。1987年，316L和317L两种合金已于纳入国际标准ISO 5832和ISO 7153中。1990年，我国制定了相应的国家标准GB 12417，并于1991年开始实施。医用不锈钢钳 医用不锈钢的生物相容性及相关问题，主要涉及到不锈钢植入人体后由于腐蚀或磨损造成金属离子溶出所引起的组织 反应等。大量的临床资料显示，医用不锈钢的腐蚀造成其长期植入的稳定性差，加之其密度和弹性模量与人体硬组织相距较大，导致力学相容性差。由于腐蚀会造成金属离子或其它化合物进人周围的组织或整个机体，因而可在机体内引起某些不良组织学反应，如出现水肿、感染、组织坏死等，从
陶瓷材料应用及其前景 摘要：根据陶瓷材料的不同特性及用途对其进行了较为准确的分类，并对各类陶瓷的应用进行了概述。通过对各类陶瓷特性及应用领域的总结，对陶瓷材料未来的发展作出了新的展望，揭示了陶瓷材料的应用方向及发展趋势。 一. 陶瓷的分类及性质 1.1氧化物陶瓷 1.2非氧化物陶瓷 1.3纳米陶瓷 1.4陶瓷基复合材料 1.5电子陶瓷 1.6热、光学功能陶瓷 1.7生物、抗菌陶瓷和多孔陶瓷 二. 陶瓷的生产 三. 陶瓷材料的性能特点 四. 陶瓷材料的发展趋势和前景 五. 结束语 六. 参考文献 一. 陶瓷的分类及性质 陶瓷材料优异的特性在于高强度、高硬度、高的弹性模量、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、
抗氧化、抗震性、高导热性能、低膨胀系数、质轻等特点，因而在很多场合逐渐取代昂贵的超高合金钢或被应用到金属材料所不可胜任的的场合，如发动机气缸套、轴瓦、密封圈、陶瓷切削刀具等。结构陶瓷可分为三大类：氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、陶瓷基复合材料。1.1氧化物陶瓷 氧化物陶瓷主要包括氧化镁陶瓷、氧化铝陶瓷、氧化铍陶瓷、、氧化锆陶瓷、氧化锡陶瓷、二氧化硅陶瓷、莫来石陶瓷，氧化物陶瓷最突出的优点是不存在氧化问题。 氧化铝陶瓷，利用其机械强度较高，绝缘电阻较大的性能，可用作真空器件、装置瓷、厚膜和薄膜电路基板、可控硅和固体电路外壳、火花塞绝缘体等。利用其强度和硬度较大的性能，可用作磨料磨具、纺织瓷件、刀具等。 氧化镁陶瓷具有良好的电绝缘性，属于弱碱性物质，几乎不被碱性物质侵蚀，对碱性金属熔渣有较强的抗侵蚀能力。不少金属如铁、镍、铀、釷、钼、镁、铜、铂等都不与氧化镁作用。因此，氧化镁陶瓷可用作熔炼金属的坩埚，浇注金属的模子，高温热电偶的保护管，以及高温炉的炉衬材料等。 氧化铍陶瓷具有与金属相似的良好的导热系数，约为209.34W/（m.k），可用来做散热器件；氧化铍陶瓷还具有良好的核性能，对中子减速能力强，可用作原子反应堆的减速剂和防辐射材料；另外，利用它的高温比体积电阻较大的性质，可用来做高温绝缘材料；利用它的耐碱性，可以用来作冶炼稀有金属和高纯金属铍、铂、钒的坩埚。 1.2非氧化物陶瓷 非氧化物陶瓷包括碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、硅化物陶瓷、硼化物陶瓷等。非氧化物陶瓷不同于氧化物陶瓷，在自然界中存在的很少，需要人工来合成原料，然后再按陶瓷工艺制成成品。氮化物、碳化物、硫化物的标准生成自由焓一般都大于相应氧化物，说明生成的氧化物更为稳定。所以，在原料的合成和陶瓷烧结时，易生成氧化物。氧化物原子间的化学键主要是离子键，非氧化物之间一般是键性很强的共价键，因此，非氧化物陶瓷难熔、难烧结。 碳化硅陶瓷共价键性极强，在高温下仍保持高的键和强度，强度降低不明显，且膨胀系数小，耐蚀性优良，可作高温结构零部件。碳化硅陶瓷由于熔点高、硬度大主要用作超硬材料、工具材料、耐磨材料，以及高温结构材料；利用它导热系数高、膨胀系数低的特点，可作导热材料、发热材料等。碳化硅陶瓷主要应用于石油工业、化学工业、汽车、飞机、火箭、机械矿业、造纸工业、热处理、核工业、微电子工业、激光等行业。 氮化物陶瓷种类很多，它包括氮化硅陶瓷、氮化铝陶瓷、氮化硼陶瓷、氮化钛陶瓷等。氮化硅陶瓷具有耐高温、耐磨性，在陶瓷发动机中用于燃气轮机的转子、锭子和涡形管；由于抗震性好、耐腐蚀、摩擦系数小、热膨胀系数小等特点，广泛应用于冶金和热加工工业中。 氮化铝陶瓷可作为熔融金属用坩埚、保护管、真空蒸度用容器，还可用作真空中蒸镀Au的容器、耐热转、耐热夹具等。电绝缘电阻高、优良的介电系数和低的介电损耗，机械性能好，耐腐蚀，透光性强，根据以上特性可用作高温构件、热交换材料、浇注模具材料以及非氧化电炉的炉衬材料等。 氮化硅陶瓷硬度高、熔点高、化学稳定性好且具金黄色金属光泽是一种较好的耐熔耐磨材料，代金装饰材料。在机械加工工业中，在刀具上涂TiN涂层，提高耐磨性。 1.3纳米陶瓷 纳米陶瓷又称纳米结构材料，纳米复合材料是21世纪的新材料。它的研究是从微米复合向纳米复合方向发展，纳米陶瓷材料不仅能在低温条件下象金属材料那样任意弯曲而不产生裂纹，而且能够象金属材料那样进行机械切削加工甚至可以做成陶瓷弹簧。纳米陶瓷可作防护材料、高温材料、人工器官的制造、临床应用、以碳化硅为吸收剂的吸收材料、以陶瓷粉末为吸收剂的吸收材料、以及压电性能的应用。它的应用领域为微包覆、超级过滤、吸
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