《生物医用材料 ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物医用材料 ppt课件.ppt（67页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、1,8.1 生物医用材料概述,1,第8章生物医用材料,生物医学材料的概念与分类,生物材料（biomedical materials）包括生物医学材料、生物模拟材料和仿生设计新材料。生物医学材料是用于生命系统接触和发生相互作用，并能对其细胞、组织和器官进行诊断治疗、替换修复或诱导再生的一类天然或人工合成的特殊功能材料。生物医学材料包括金属生物医学材料、无机非金属生物医学材料和高分子生物医学材料。生物医学高分子材料也称医用高分子（Biomedica1 Polymer）材料，它是一类用于临床医学的高分子及其复合材料。,2,3,人造心脏,生物医用功能材料涉及材料学、医学、生物学诸方面领域的交叉边缘科学
2、。它直接影响着人们的身体健康与生命，所以引起各方面的极大注意。具有巨大的社会意义。,4,生物医用材料的应用已经有很长的历史了。早在公元前5000年，人类祖先就用了黄金来修补牙齿。公元前3500年，古埃及人用棉花纤维、马鬃缝合伤口。公元前2500年的中国和埃及的墓葬里被挖掘出假牙、假鼻和假耳朵。我国的隋唐时期采用了银、锡、汞合金来填补牙齿。1851年。当天然橡胶硫化法发明以后，人们用硬橡胶制作了人工牙托和鄂骨。,生物医用材料发展简史,5,20世纪20年代。随着合成高分子材料的出现和发展，生物医用材料也得到了快速的发展，逐渐出现了用高分子材料制取人体器官的历史。20世纪70年代，人工晶体、角膜、骨
3、、人工上肝、肾、心脏等相继成功的诞生，随后开始了极广泛应用。近十几年来，生物医用材料的研究与开发。已成为世界各国高新技术重点发展的项目之一。,6,按材料来源分,（1）医用金属和合金。主要用于承力的骨、关节和牙等硬组织的修复和替换。不锈钢、钴基合金、钛及钛合金是目前医用合金的三大支柱。医用合金还有钽、铌和贵金属等。（2）医用高分子生物材料。高分子化合物是构成人体绝大部分组织和器官的物质，医用高分子生物材料包括合成（如：聚酯、硅橡胶）和天然高分子（如：胶原、甲壳素）。近来，生物降解高分子材料得到重视。（3）医用生物陶瓷。有惰性生物陶瓷和活性生物陶瓷（羟基磷灰石陶瓷、可吸收磷酸三钙陶瓷等）（4）医用
4、生物复合材料。如羟基磷灰石涂复钛合金，炭纤维或生物活性玻璃纤维增强聚乳酸等高分子材料。（5）生物衍生材料。这类材料是将活性的生物体组织，包括自体和异体组织，经处理改性而获得的无活性的生物材料。,生物医用材料的分类,7,生物衍生材料,取自患者自体的组织 例如：采用自身隐静脉作为冠状动脉搭桥术的血管替代物取自其他人的同种组织 例如：利用他人角膜治疗患者的角膜疾病来自其它动物的异种组织 例如：采用猪的心脏瓣膜代替人的心脏瓣膜，治疗心脏病等。,8,聚四氟乙烯,9,人工关节,例如：德国产品 UHMWPE材料,ISO5834-2ASTM F648可用为人工关节、人工骨骼植入人体极低的能耗,10,人工心脏瓣
5、膜,11,组织工程人工骨缺损修复示意图,12,13,按用途:,骨骼-肌肉系统修复和替换材料：骨、牙、关节、肌腱等,软组织材料：皮肤、乳房、食道、呼吸道、膀胱等,心血管系统材料：人工心瓣膜、血管、心血管内插管等,医用膜材料：血液净化膜、分离膜、角膜接触镜等,组织粘合剂和缝线材料,临床诊断及生物传感器材料,齿科材料,药物释放载体材料,14,按生物化学反应性：可生物降解和吸收材料（如：聚乳酸）惰性生物医学材料 生物活性材料（如：聚四氟乙烯）（如：羟基磷灰石）,15,材料表面改性方法包括化学和物理方法，通常化学方法较为繁琐，应用大量有毒化学试剂，对环境造成污染，对人体也有极大危害。物理方法具有工艺简单
6、、操作方便、对环境无污染等优点，日益受到重视。主要介绍材料表面接枝聚合物刷改性、等离子体技术、离子束技术的表面改性、电化学沉积技术、材料表面肝素化、微相分离结构的形成、材料表面生物化、材料表面化学活性基团或活性物质的结合、表面修饰等。,8.2 生物医用材料表面改性,16,1 材料表面接枝聚合物刷改性,材料表面接枝：聚合物链的一端以共价键形式连接在材料表面上，另一端背向沿着垂直于材料表面的方向伸展而形成的排列紧密有序、类似于刷子状的聚合物链集合。接枝聚合物刷的研究在过去的10余年中得到广泛关注,原因：聚合物刷的结构特性使得这类聚合物可以很好地控制和改变界面或表面的物性；通过改变聚合物刷的结构或组
7、成可以控制聚合物刷的聚集形态及其形态转换(从球形到圆柱状)。,图1 聚合物刷微观形态,17,“接枝到”法：定义：将具有端基活性基团的聚合物链与材料表面能与之反应的基团作用，在材料表面上嫁接聚合物链。该法可以预先设计聚合物链，得到结构明确、分子量分布窄的接枝链。缺点：在接枝反应过程中，已接枝到材料表面的聚合物链会对表面活性点产生屏蔽和立体位阻作用，阻碍体系中的聚合物向膜表面扩散，妨碍端基活性基团聚合物对表面的密集覆盖，接枝率一般不高。“由表面接枝”法：定义：先在材料表面形成活性接枝点，再引发单体接枝聚合，从材料表面长出接枝聚合物链。这种方法有效地克服了“接枝到”法中聚合物链靠近膜表面时的立体障碍
8、，可以形成共价键合、高接枝密度的聚合物刷。缺点：难于精确控制接枝链的结构和分子量，同时体系中单体往往会发生均聚。,18,活性自由基聚合方法：引发转移终止剂法(iniferters)、氮氧自由基法(TEMPO)、可逆加成-裂解链转移聚合(RAFT)、原子转移自由基聚合(ATRP)等，其中尤以原子转移自由基聚合的研究最为活跃。自由基是一种十分活泼的活性种，在自由基聚合中极易发生链终止和链转移，所以要抑制副反应，达到活性聚合。在ATRP反应中，将可逆链终止和链转移的概念引入自由基聚合，通过在活性种和休眠种之间建立一个快速交换的平衡反应，解决低而恒定的自由基浓度与维持可观的反应速率(自由基浓度不能太低
9、)得矛盾。,19,根据接枝引发机理不同，“由表面接枝”法可分为等离子体处理、射线辐照、光引发、溶液自由基接枝和臭氧处理五种方法。等离子体处理等离子体：由离子、电子和中性粒子组成的电中性体系。等离子体富含的各种活性粒子通过化学反应可在膜表面引入能够生成表面自由基的活性基团。优点：操作简单、安全、不造成环境污染，改性仅涉及膜材料表面而不影响本体结构和性能，因而日益受到人们的重视；缺点：需要真空环境，设备复杂，难于连续操作，效率低，目前只限于实验室研究应用，尚不具备实现工业化的条件。,20,辐射接枝根据辐射与接枝程序的差异，可将辐射接枝主要分为共辐射接枝法和预辐射接枝法两类。预辐射接枝法：单体不直接
10、接受辐射能，从而减少了均聚反应，并且辐射与接枝是两个独立的过程。共辐射接枝：将辐射与接枝过程一步完成，但此方法的最大缺点是单体均聚反应严重，降低了接枝率。辐射接枝共聚反应中的辐射剂量、单体浓度和温度等都将影响到接枝率，进而影响改性效果。通常辐射接枝的接枝率正比于吸收剂量，但超过某一剂量范围时接枝率的增加趋于缓慢。单体浓度过高会阻碍单体的接枝，。反应温度对接枝共聚的影响是复杂的，多方面的，如反应在高粘度介质中进行时常产生凝胶效应、能量转移与链转移、侧链长度变化、单体扩散速度改变以及相分离等，对辐射接枝来说提高反应温度通常对提高接枝率有利。,21,光引发接枝光引发表面接枝聚合原理：利用紫外光照射材
11、料表面产生自由基，引发单体在表面接枝聚合。用途：利用光接枝中以将强极性的亲水基团引入聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等工业包装膜的表面，有效地改善包装膜的印刷和粘接问题。利用光接枝在塑料薄膜上接枝不同的单体，可生产出具有防雾、保温、生物降解、除草等性能的多功能地膜。在塑料薄膜上接枝亲水性大的单体形成亲水层，使膜具有永久防雾滴效果。利用光接枝，可以把不同性能但难于粘合的膜复合在一起，制成具有多种性能的复合膜。,22,溶液自由基接枝（1）传统自由基引发聚合：自由基引发聚合一般利用基质上现有的基团或通过化学方法引入基团。传统自由基引发聚合的步骤较多，致使基质上引发基团的密度不
12、够高，影响了聚合链的密度，还会带来较多的副反应。基质表面上由引发基团组成的引发层结构非常复杂，现有的分析手段还不能对此做出精确的分析。自组装单分子层(SAMs)引发的聚合：形成高密度的引发层，引发机制也较简单可控制链的长度采用辐照的方法产生自由基或引入中介分子引发聚合单体的反应，也是合成聚合刷很好的方法。,23,（2）可控自由基引发聚合：在聚合反应后将聚合链的部分脱除，由此可计算出接枝与残留分子的量。从相对分子质量、接枝面积等，可以计算出单位面积上的接枝量以及相应引发层的接枝率。上述方法现已发展为可控自由基聚合(CRP)，又称为活性自由基聚合。优点：弥补了传统自由基聚合技术的缺陷，容易控制聚合
13、链上的分子排列顺序，能较好地分析聚合层的微观结构(聚合链的相对分子质量和分布等)，以及合成新颖的层状共聚物刷子。,24,等离子体技术,等离子体技术是20世60年代以来，在物理学、化学、电子学、真空技术等学科交叉基础上发展形成的一门新兴学科。等离子体作为物质的第四态，是指部分或完全电离的气体。低温等离子体：在直流电弧放电、辉光放电、微波放电、电晕放电、射频放电等条件下所产生的部分电离气体。在低温等离子体中包含有多种粒子：电离所产生的电子和离子，大量的中性粒子如原子、分子和自由基等.等离子体在材料科学方面的应用：材料焊接、金属熔化、材料合成及材料表面改性等方面.通常对材料表面改性的技术有湿法和干法
14、，等离子体表面改性是一种干法技术。,25,材料表面改性使用的是低温等离子体，低温等离子体可由紫外辐射、X 射线、加热、冲击波、激光照射、气体放电等方法产生，实验室和工业上多采用气体放电的方式。目前有以下几种等离子体表面改性技术：1.等离子喷涂法等离子喷涂技术是较早用于钛及钛合金表面改性的，由高温等离子火焰（温度高达10000以上），将待喷涂的粉料瞬间熔化，然后高速喷涂在冷态的基体上形成涂层。涂层厚度通常约0.050.1mm。离子喷涂后的真空热处理技术：在600800，熔融的非晶态的羟基磷灰石转化为晶态，同时，基体与涂层间相互的离子热扩散，使界面处形成了化学键结合，提高了涂层结合强度。,26,图
15、2 等离子喷涂设备结构示意图,27,离子注入表面改性,离子注入：一个载能离子进入固体材料表面的过程，可以使靶材近表面区域的原子组成及其结构发生变化，能改变材料表面的性能。离子注入是一种新兴的技术，该技术可以得到新型的表面合金，其耐磨性、耐蚀性和抗疲劳性都得到改善。离子注入金属表面后，有助于析出金属化合物和合金相、形成离散强化相、位错网，可灵活地引入各种强化因子，即掺杂强化和固溶强化。通过离子注入，可减少粘着和互扩散，增强氧化膜,提高润滑性。,28,等离子聚合,等离子体聚合方法可以有效地控制选择性的表面处理。等离子体聚合膜的厚度约为纳米级范围，呈三维交联结构，其与基片间为共价键结合，因此非常稳定
16、，而且表面非常光滑。根据不同的需要可以在表面引入不同的功能团。等离子体聚合工艺主要有三种：1等离子体聚合2等离子体诱导接枝3等离子体共接枝与聚合,29,1等离子体聚合,有机单体在等离子体中的相关粒子碰撞下会形成各种碎片或功能团，这些碎片或官能团在基片表面形成三维网状交联结构的新物质。由于这种物质是由很小的分子碎片甚至原子随机组成的，因此也有人将这种聚合反应称为“原子聚合”。由于通常形成三维交联网络结构，等离子体聚合产物通常非常稳定而坚固。它与基底材料表面之间是共价键结合，因此与基底之间的结合也非常稳定。根据在等离子体中产生的功能团的性质，可以获得各种特定的表面特性，这可能是等离子体聚合材料最让
17、人感兴趣的地方。,30,2等离子体诱导接枝,等离子体诱导接枝技术是利用非聚合性气体产生等离子体，在表面产生活性自由基，同时将功能团直接引入表面。通常的等离子体聚合物，其分子结构有随机性，其结果往往不可预测，由大量的工艺实验和经验来寻找所希望的表面特性。等离子体诱导表面接枝是将选定的功能团接枝到表面，因此结果是可预知的。,31,3等离子体共接枝与聚合,这种方法是将前两种方法结合起来使用。先采用非聚合性气体在材料表面引入特定的功能团，再用有机单体材料在表面上产生等离子体聚合薄膜，从而产生非常薄而光滑的表面；或先产生等离子体聚合薄膜，再用非聚合气体在表面引入特定的功能团。,32,离子束技术的表面改性
18、,基本原理：通过离子注入机使中性原子电离，通过引出电场和加速电场的作用，产生具有一定能量的带电粒子束，照射各种材料的表面，根据产生离子能量的大小，可以沉积在材料表面，也可穿过表面进入材料内部。离子束技术的应用包括离子束注入、离子束沉积和离子束辅助沉积等。应用离子束技术可实现对医用生物陶瓷涂层材料表面的改性。生物陶瓷涂层分为氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷涂层。氧化物涂层材料：Al2O3、ZrO2、Al2O3-ZrO2、TiO2、TiO2-Al2O3等。非氧化物涂层：氮化物、碳化物、硅化物和硼化物等，采用离子注入技术可提高本体材料的抗磨损和腐蚀性。,33,离子束辅助沉积技术：一种将离子注入与薄膜沉积融为
19、一体的材料表面改性新技术。在气相沉积镀膜的同时，采用一定能量的离子束进行轰击混合，从而形成单质或化合物膜层。从广义上讲，IBAD 技术包括下述三个方面：(1)静态反冲技术：先沉积膜层，然后用其它载能离子(如Ar+、N+等)将沉积膜层与基体反冲共混；(2)离子束混合：预先交替沉积膜层，然后用载能离子将多层膜加以混合，得到均匀的新膜层；(3)动态混合技术：即沉积与注入同时进行。通常所说的IBAD 技术多指最后一种方式。,2023/1/15,34,35,电化学沉积技术,电化学沉积技术：用电化学的方法，通过调节电解液的浓度、PH值、反应温度、电场强度，电流等来控制反应的制备方法，包括电沉积技术和电泳沉
20、积技术等。优点：生物陶瓷涂层可在温和条件下进行，基体和涂层界面不存在热应力问题，避免了高温喷涂引起的相变和脆性断裂，同时有利于增强基体和涂层之间的结合强度。电沉积过程实质上就是电氧化还原过程。在水溶液、熔融盐和非水溶剂中进行电沉积，可合成多种不同类型和聚集状态的材料。主要有下列方面的应用：1）电解盐的水溶液和熔融盐，制备金属、某些合金和镀层。2）C，B，Si，P，S，Se等二元或多元金属陶瓷型化合物的合成。3）制备难于用其他方法合成的混合价态化合物、簇和物、嵌插型化合物、非计量氧化物等。,36,电沉积过程受很多因素影响：1.溶液的组成溶液的组成必须符合以下几个要求：含有一定浓度的欲得金属的离子
21、并且性质稳定；电导性能好；具有合适在阴极析出金属的PH值；能出现金属收率好的电沉积状态；尽可能少地产生有毒和有害气体。2.温度3.电流密度4.添加剂5.沉积电位6.其它因素（表面活性剂、分散剂等）,37,材料表面生物化,生物化：用天然生物材料制成人工器官或用诸如蛋白、多肽、明胶、细胞生长因子等大分子物质固定于生物材料表面，充当临近细胞、基质、可溶性因子的受体，使表面形成一个能与生物活体相适应过渡层。常用方法：吸附、键结合和复合涂层。,38,吸 附,最简单的方法：在植入前把种植体浸于含该分子溶液中一定时间，让生长因子自然附着于种植体。有学者用此方法将碱性磷酸酶固定于作了等离子喷涂处理的钛种植体表
22、面，然后植入兔子的股骨，结果发现显著地促进了种植体周围骨组织的形成。缺点：吸附效果受种植体表面结构及个体差异影响较大，结果不易控制。因此，虽然在许多研究中，都有阳性结果发现，但目前仍然不能作为理想方法应用于临床。,39,键 结 合,缺点：相对吸附法而言较为复杂，被固定的分子不能直接释放于种植体-组织界面优点：固定于种植体表面的分子表现出与可溶解蛋白相同甚至更高的活力已被应用于固定肽链、酶类及粘连蛋白于钛合金种植材料表面。如果金属表面缺乏固定所需基团，可通过等离子体处理或自聚体单分子层沉积等方法来处理金属表面，从而增强固定蛋白的能力。,40,材料表面化学活性基团或活性物质的结合,利用基体材料本身
23、具有的基团或通过某些反应活性高的基团和原子，可以使材料表面产生功能基团，发挥其生物学作用。例如，在惰性生物材料表面引入活性药物如肝素、尿激酶、前列腺素等或类肝素化。材料表面引入生物活性分子可以促进细胞的粘附和生长，因此将生物活性分子固定到材料表面是提高其细胞相容性的重要方法。蛋白质在聚合物表面的固定主要有物理吸附和化学固定。物理吸附：通过静电吸附作用可将含有多个负电荷的生物活性分子固定于材料中带正电荷的部位；化学固定：将生物活性分子中的某些基团与基质表面的反应性基团通过化学键合使其牢固地固定于材料表面，可获得长期的组织相容性。,41,表 面 修 饰,定义：在不改变材料本体性能的前提下，赋予其表
24、面新的性能。作为在人体生理环境中使用的医用材料，必须要求材料具有优良的生物相容性。有效阻止蛋白质的非特异性吸附非常有利于提高材料的生物相容性。对材料的表面修饰是提高材料生物相容性的重要手段。应用精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸多肽对羟基磷灰石材料进行表面修饰处理用氟化物处理钛表面TiO2 涂层用喷砂联合草酸酸蚀处理钛种植体,42,8.3 医用金属材料,在生物医学材料中，金属材料应用最早，已有数百年的历史。唐代就用银汞合金（主要成份：汞、银、铜、锡、锌）来补牙 医用金属材料是指一类用作生物材料的金属（一般不用纯金属）或合金，又称外科用金属材料。它是一类生物惰性材料 合金是由一种金属跟其他一种或几种金属（
25、或金属跟非金属）一起熔合而成的具有金属特性的物质,43,人体环境特点,体液是质量分数约为1%的NaCl、少量其它盐类及有机化合物的充气溶液。有人说人体与温暖的海水相似,在人体的不同部位，甚至同一部位不同时刻，人体组织内体液的成分不一样,电化学腐蚀的基本规律对人体环境中的植入材料的腐蚀完全适用,人体体液环境,由体液构成,多种多样的,电解质溶液,44,还有其他的腐蚀形式，如晶间腐蚀（不锈钢最易发生的腐蚀形式）、应力腐蚀、微动腐蚀等,医用金属材料,人体环境可能发生的腐蚀形式：,45,均匀腐蚀是指接触腐蚀介质的金属表面全部产生腐蚀的现象。大面积发生，以金属离子形式进入人体组织里的量还是相当可观，影响生
26、物相容性，增加病人的痛苦甚至危及生命,点腐蚀是一种腐蚀集中在金属（合金)表面数十微米范围内且向纵深发展的腐蚀行式。形成条件：钝化膜，特殊离子，电位差,均匀腐蚀,点腐蚀,医用金属材料,46,缝隙腐蚀是指连接处出现狭窄的缝隙，电解质溶液进入，使缝内金属与缝外金属构成短路原电池，并且在缝内发生强烈局部腐蚀。多零件植入装置中，大约有50%遭受缝隙腐蚀,电偶腐蚀是由于腐蚀电位不同，造成同一介质中异种金属接触处的局部腐蚀。在多个零件构成的植入装置中，选用的材料不同就容易产生电偶腐蚀。手术时也要注意,电偶腐蚀,缝隙腐蚀,医用金属材料,47,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
27、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,腐蚀疲劳,48,要求,医用金属材料,49,常见医用金属材料及特点（优点）,良好的稳定性和加工性能。因其价格较贵,广泛应用受到限制,较硬富有弹性,可起到矫形或支撑作用.其优良的生物相容性、耐腐蚀、耐磨性、无毒,无毒、质轻、强度高、生物相容性好优点,良好的耐腐蚀性能和综合力学性能,且加工工艺简便,耐腐蚀和力学性能综合衡量,它是最优良的材料之一,医用金属材料在诸多生物材料中,由于具有较高强度和韧性,适用于修复和置换人体硬组,50,该材料是临床应用最广泛的承力植入材料，由于有较高的强度和韧性，已成为骨和牙齿等硬组织修复和替换、心血管和软
28、组织修复以及人工器官制造的主要材料 目前在临床使用的医用金属材料主要有不锈钢、钴基合金和钛基合金三大类，另外还有记忆合金、贵金属以及纯金属钽、铌和锆等,51,医用金属材料,常用医用金属材料：不锈钢 钴（Co）基合金 钛（Ti）基合金 形状记忆合金 贵金属 纯金属钽纯金属铌 纯金属铬,52,不 锈 钢,1926年，不锈钢（18Cr-8Ni）作为第一种不锈钢植入材料用于外科，替代了较易腐蚀的钢，1943年，美国又推荐302型不锈钢用于骨折固定，后来加入钼的18-8sMo不锈钢（316）的应用，进一步改善了材料的抗腐蚀性能。1950年，将不锈钢中所含的碳量最大限度地降低至0.08%-0.03%，从而
29、研制出具有较好抗腐蚀性能的316L不锈钢（L代表低碳含量）,53,不锈钢种类,铁素体不锈钢：含铬量从13%-30%，含碳量低于0.25%，一般用于耐腐 蚀性高而强度较低的构建，所以不适合作为生物材料应用马氏体不锈钢：含铬量为12%-15%，并加入0.15%-1.0%的碳，由于含 碳量增加，可经热处理以提高其硬度和强度，但易引起晶间 腐蚀，抗腐蚀性不如铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢，故作为 生物材料应用受到一定限制奥氏体不锈钢：是在铁-铬系统中再加入8%以上的镍形成铁-铬-镍三元 合金，镍的加入可以提高抗腐蚀性，常作为生物材料选用沉淀硬化不锈钢：是含有多种元素（如铝、铜、钛、钼等）的合金,54,不锈
30、钢的应用,医用不锈钢具有良好的生物相容性，力学性能较好，广泛应用于矫形外科、骨科和齿科的修复，如接骨板、骨螺钉、人工关节（髋关节、膝关节）、齿冠、齿科矫形等。医用不锈钢耐腐蚀性及强度都不如钴基合金，在植入人体以后，由于腐蚀或磨损等原因造成表面的钝化层或保护层发生破坏，其中金属离子很容易富集于植入物附近的组织中，影响生物体的正常代谢。同时其密度和弹性与人体硬组织相差较大，长期植入稳定性不好。另外，镍离子是一种潜在的致敏因子，镍离子在生物体内植入物附近的富集可能诱发毒性效应，发生细胞破坏和发炎反应，对生物体有致畸、致癌的危害性，西方许多国家针对镍的危害早已制定和颁布相关文件和标准来限制生物医用金属
31、中的镍含量 基于上述原因，不锈钢作为医用材料应用的比例呈下降趋势,55,56,钴基合金,由65%的钴（Co）和35%的铬（Cr）组成，在合金中加入其他不同的元素如碳、钼、镍、钨、铁性能不同，弹性模量不同，但都与316不锈钢大致相同，是钛的2倍。目前，Co-Cr-Mo合金已纳入ISO5582/4标准，我国于1990年将其列入GB12417-90标准。含有较高的铬和钼，又称钴铬钼合金，具有极为优异的耐腐蚀性（比不锈钢高40倍）和耐磨性，综合力学性能和生物相容性良好，可通过精密铸造成形状复杂的精密修复体，有硬、中、软三种类型,57,钴基合金,钴基合金生物相容性好，临床长期应用无明显不良副反应，其物理
32、和化学性能均能满足医学需要 临床上主要用于：人工关节（特别是人体中受载荷最大的髋关节）人工骨及骨科内处固定器件的制造齿科修复中的义齿，各种铸造冠、嵌体及固定桥的制造心血管外科及整形科等 由于其价格较高，加工困难，应用尚不普及 钴基合金中的Co、Ni等离子在体内会溶出，引起皮肤过敏和毒性反应，造成组织坏死和植入物的松动,人造髋关节的头杆部分。从股骨上端插进金属杆，杆头有一个金属头，它嵌在粘于髋骨窝中的一个塑料臼中,58,钛（Ti）基合金,临床应用广泛，其质轻、比强度高、力学性质接近人骨、强度远低于纯钛，耐疲劳、耐蚀性均优于不锈钢和钴基合金，且生物相容性和表面活性好，是较为理想的一种植入材料 抗断
33、裂强度较低，耐磨性能不尽人意，加工困难。冶炼及成型工艺复杂，要求条件较高 主要用于：修补颅骨，制成钛网或钛箔用于修复脑膜和腹膜、人工骨、关节、牙和矫形物、人工心脏瓣膜支架、人工心脏部件和脑止血夹、口腔颌面矫形颌修补、手术器械、医疗仪器颌人工假肢等,59,钛制金属件（有上百种）,60,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
34、钛合金（ASTM F1713-1996）、Ti-12Nb-6Zr-2Fe钛合金（ASTM F1813-1996）、Ti-5Al-2.5Fe钛合金、Ti-6Al-7Nb钛合金,未证明 Ti-6Al-4V钛合金制品在人体中的危害作用，从综合性能、良好的变形加工与价格定位上看，Ti-6Al-4V合金仍然是至今为止最理想的人体植入物金属材料,61,形状记忆合金,记忆合金是形状记忆，形状记忆合金（SMA）是指经过一定塑性变形后，能在一定条件下自动恢复其原始形状的一种新型的功能材料 目前已发现有20多种记忆合金，其中以镍钛合金在临床上应用最大,62,形状记忆合金,形状记忆合金可以分为三种:（1）单程记忆效
35、应 形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。（2）双程记忆效应 某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称为双程记忆效应。（3）全程记忆效应 加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的低温相形状，称为全程记忆效应。目前已开发成功的形状记忆合金有Ti-Ni基形状记忆合金、铜基形状记忆合金、铁基形状记忆合金等,63,形状记忆合金,镍钛记忆合金具有优异的生物相容性、较好的力学性能，具有抗蚀性、耐磨性，抗疲劳性高，弹性模量与人骨较相近，因此，镍钛记忆合金已成为医学领域中一种理想的生物材料。医用记忆合金应用
36、于临床时，一般将临界转变温度控制在体温或室温附近。临界转变温度可以通过改变记忆合金的组分来调节（合金形变成为易于手术操作植入人体内的形状，以利于进行植入手术，当植入固定后，记忆合金在体内逐渐到达临界转变温度（37）时，合金就恢复到原来预先设计好的固定形状，并体现出其功能）。,64,形状记忆合金,医学应用：Ti-Ni合金的生物相容性很好，利用其形状记忆效应和超弹性的医学实例相当多。如血栓过滤器、脊柱矫形棒、牙齿矫形丝、脑动脉瘤夹、接骨板、髓内针、人工关节、避孕器、心脏修补元件、人造肾脏用微型泵等,65,形状记忆合金,由胆管癌、肝癌、胰腺癌及转移癌等恶性肿 瘤所致的恶性胆道梗阻，发病率较高，发现时常常已是晚期。将支架植入到狭窄或阻塞部位是目前治疗胆道梗阻的较好方法，目前应用最广泛的胆道支架钛和镍形状记忆合金制成的编织网状，形状为直圆柱和一端或两端为喇叭口。胆道支架术治疗恶性胆道梗阻，属于微创治疗，可重复，能有效地解除恶性胆道梗阻，其效果可与外科分流术相媲美,胆道支架,66,形状记忆合金,记忆合金在常温下会恢复原记忆形状，对骨折自动抱合，无需螺钉、钢丝等辅助材料，减少手术步骤及强度。,抓握式接骨板,聚髌爪,2023/1/15,67,
