生物材料课件2

1、生物惰性材料生物惰性材料 骨整合：临床意义下的植入体和骨之间骨整合：临床意义下的植入体和骨之间无软组织中间介入的、光学显微镜水平无软组织中间介入的、光学显微镜水平下的直接接触下的直接接触 骨键合：骨替换材料与骨之间结构联系骨键合：骨替换材料与骨之间结构联系而使功能连续性而使功能连续性考虑生物相容性，腐蚀作用考虑生物相容性，腐蚀作用 20世纪初，金属骨骼板、骨连接螺栓和接骨钉世纪初，金属骨骼板、骨连接螺栓和接骨钉 抗蚀能力差抗蚀能力差铬使铁基固溶体的电极电位提高铬使铁基固溶体的电极电位提高 铬吸收铁的电子使铁钝化铬吸收铁的电子使铁钝化原因是用铬对钢进行合金化处理时，把表面氧化物的类原因是用铬对钢

2、进行合金化处理时，把表面氧化物的类型改变成了类似于纯铬金属上形成的表面氧化物。这种型改变成了类似于纯铬金属上形成的表面氧化物。这种紧密粘附的富铬氧化物保护表面，防止进一步的氧化。紧密粘附的富铬氧化物保护表面，防止进一步的氧化。而且，如果损坏了表层，所暴露出的钢表面会和大气反而且，如果损坏了表层，所暴露出的钢表面会和大气反应进行自我修理，重新形成这种应进行自我修理，重新形成这种 钝化膜钝化膜 ，继续起保护，继续起保护作用。作用。316316和和316L316L不锈钢材料的力学性能不锈钢材料的力学性能 材料制备完成后材料制备完成后清洗表面，去除油污清洗表面，去除油污在硝酸中形成表面钝化层在硝酸中形

3、成表面钝化层在包装和杀菌前再清洗一次在包装和杀菌前再清洗一次去除氧化层去除氧化层医用球囊扩张不锈钢血管内支架医用球囊扩张不锈钢血管内支架1-1-不锈钢丝不锈钢丝 2-2-圆筒形支架网孔圆筒形支架网孔直径直径23mm，长度，长度210cm网孔尺寸：网孔尺寸：121.52.5mm良好的可塑性、几何稳定性、理化稳定性良好的可塑性、几何稳定性、理化稳定性血管开通性高、生物相容性好、成本低血管开通性高、生物相容性好、成本低可调式不锈钢骨科外固定器可调式不锈钢骨科外固定器1-1-连杆；连杆； 2-2-万向固定器；万向固定器； 3-3-骨针（防滑螺纹）骨针（防滑螺纹）圆周错位圆周错位紧缩方式紧缩方式两种基本

4、元素形两种基本元素形成的固溶体成的固溶体添加添加Mo结构上结构上保持小晶粒保持小晶粒钴含量达到钴含量达到65（质量分数）（质量分数）其余主要是铬其余主要是铬铸造铸造Co-Cr-MoCo-Cr-Mo合金合金Co-Ni-Cr-WCo-Ni-Cr-W合金，合金， 热锻热锻Co-Ni-Cr-MoCo-Ni-Cr-MoCo-Ni-Cr-Mo-W-FeCo-Ni-Cr-Mo-W-Fe锻造锻造CoCo基合金化学组成基合金化学组成CoCo基合金的机械力学性能基合金的机械力学性能强度提高，塑性降低强度提高，塑性降低弹性模量（弹性模量（220234GPa）不随极限拉）不随极限拉伸强度变化而变化伸强度变化而变化锻造

5、锻造Co-Ni-Cr-MoCo-Ni-Cr-Mo合金合金Co-Ni-Cr-MoCo-Ni-Cr-Mo合金冷加工变形量与极限拉伸强度合金冷加工变形量与极限拉伸强度股骨关节假体的制造过程股骨关节假体的制造过程Co-Cr-Mo合金合金对加工硬化极其敏感。对加工硬化极其敏感。铸造（密封铸造）的方法加工。铸造（密封铸造）的方法加工。a.a.蜡注入黄铜模中蜡注入黄铜模中b.b.蜡制件组装蜡制件组装c.c.蜡制件表面涂敷蜡制件表面涂敷陶瓷陶瓷d.d.热压腔中去除蜡热压腔中去除蜡e.e.将熔融的金属注将熔融的金属注入陶瓷模中入陶瓷模中弹性人工心脏瓣环弹性人工心脏瓣环1-1-环状瓣环环状瓣环2-内芯内芯(高弹性

6、高弹性Co基合金）基合金）13层，厚层，厚0.16mm，宽宽1.82.1mm3-3-聚酯磨片聚酯磨片4-4-外层（硅橡胶，聚酯外层（硅橡胶，聚酯纤维织物）纤维织物）质量分数质量分数N N： 0.30.3 0.50.5， C C：0.050.05 0.100.10FeFe：0.20.2 0.5 0.5 ， O O：0.130.13 0.180.18，H H： 0.0150.015 0.01250.0125Ti-6Al-4VTi-6Al-4V还含有还含有Al Al ：5.55.5 6.56.5（质量分数）；（质量分数）；V V ：3.53.5 4.54.5（质量分数）（质量分数）加入适量加入适量相

7、稳定元素，使强度更高的相稳定元素，使强度更高的相相在转变温度以下存在，出现两相组织在转变温度以下存在，出现两相组织在固溶温度下通过热处理会出现在固溶温度下通过热处理会出现相沉淀物，相沉淀物，然后淬火然后淬火接下来在较低温度下进行时效处理后会出现接下来在较低温度下进行时效处理后会出现相沉淀物，促使一些细小的相沉淀物，促使一些细小的 相粒子从相粒子从 相分离的亚稳态相分离的亚稳态相中析出相中析出比退火态比退火态 - -结构的强度要高结构的强度要高 Ti Ti及及TiTi合金的机械力学性能（合金的机械力学性能（ASTMF67,F136ASTMF67,F136）随着杂质含量的增多，强度提高，延展性降低

8、随着杂质含量的增多，强度提高，延展性降低强度变化范围宽强度变化范围宽经铸造加工工艺制得的经铸造加工工艺制得的TiTi植入器械植入器械一种钛合金颅骨修复体制备方法一种钛合金颅骨修复体制备方法手工塑形手工塑形模具压制模具压制铸造成型铸造成型Ag-Sn-HgAg-Sn-Hg合金体系的固化过程合金体系的固化过程典型的齿科用汞金属：典型的齿科用汞金属：4555汞；汞；3545银；银；15锡锡强度增加，强度增加，1小时极限强度小时极限强度1/4；1天后几乎达到极限强度天后几乎达到极限强度镍钛形状记忆合金修复股骨中段折断镍钛形状记忆合金修复股骨中段折断镍钛形状记忆合金修复胫骨折断镍钛形状记忆合金修复胫骨折断

9、溶液中含有的电解溶液中含有的电解质提供了完整的电质提供了完整的电流回路流回路电化学发应时，阴电化学发应时，阴离子游向阳极，阳离子游向阳极，阳离子游向阴极，形离子游向阴极，形成电极电位成电极电位单一金属，成分不同或环境成分不均匀单一金属，成分不同或环境成分不均匀微腐蚀电池微腐蚀电池 晶界腐蚀，晶界原子晶界腐蚀，晶界原子活跃，容易失去电子，活跃，容易失去电子，形成晶界腐蚀形成晶界腐蚀 相对于晶粒内部，晶相对于晶粒内部，晶界成为阳极，晶粒为界成为阳极，晶粒为阴极阴极金属在缺氧区形金属在缺氧区形成缝隙腐蚀成缝隙腐蚀根据金属离子浓度对电极电位的影响根据金属离子浓度对电极电位的影响实际操作中，观察到的电极

10、电位高低顺序实际操作中，观察到的电极电位高低顺序可能与热力学上估计的有所不同可能与热力学上估计的有所不同形成致密氧化膜不容易腐蚀。形成致密氧化膜不容易腐蚀。氧化膜阻碍进一步腐蚀，如氧化膜阻碍进一步腐蚀，如FeFe与与AlAl比较，比较，AlAl由于表面形成致密由于表面形成致密AlAl2 2O O3 3，因此抗氧化，因此抗氧化性能优越性能优越金属铬在各种体液中的腐蚀电势和金属铬在各种体液中的腐蚀电势和pHpH的关系的关系氧斜线，氧斜线，代表水稳定性的上限代表水稳定性的上限2H2O O2+4H+4e氢斜线，氢斜线，代表水稳定性的下限代表水稳定性的下限2H3O + + 2e H2 + 2H2O电势电

11、势-pH-pH图中的区域只说明了腐蚀地图中的区域只说明了腐蚀地点，没有确定腐蚀速率点，没有确定腐蚀速率电流密度的影响电流密度的影响 电流密度依据极化曲线中电极电位确定电流密度依据极化曲线中电极电位确定生物材料电势电流密度关系生物材料电势电流密度关系可以计算单位时间进入组织内的离子数目，可以计算单位时间进入组织内的离子数目，也可以计算出在给定的时间内，金属腐蚀的深度变化也可以计算出在给定的时间内，金属腐蚀的深度变化用材不当用材不当 混合使用不同电极电位材料混合使用不同电极电位材料随意使用植入材料随意使用植入材料HA-TiHA-Ti复合生物涂层复合生物涂层( (上层为上层为HAHA，下层为，下层为Ti) Ti) l 在 钛 合 金 表 面 层 约在 钛 合 金 表 面 层 约0.4mm深处弥散粒度深处弥散粒度为为40 m的羟基磷灰石的羟基磷灰石颗粒（颗粒（HA），然后），然后在超塑性成型装置中在超塑性成型装置中加热到加热到750 C后加压成后加压成型型l 含有对于骨牙细胞而含有对于骨牙细胞而言足够大小的言足够大小的HA颗颗粒粒举例举例1电沉积涂层的电沉积涂层的SEMSEM像像 举例举例2：钛基体表面电沉积磷酸钙陶瓷：钛基体表面电沉积磷酸钙陶瓷电沉积涂层粉末电沉积涂层粉末T