生物医学金属材料

1、1第一节第一节 生物医学金属材料概述生物医学金属材料概述第二节第二节 生物医学金属材料的条件与要求生物医学金属材料的条件与要求第三节第三节 生物医学金属材料的种类生物医学金属材料的种类第四节第四节 生物医学金属材料的临床应用生物医学金属材料的临床应用第五节第五节 生物医学金属材料研究进展及展望生物医学金属材料研究进展及展望2l 金属材料应用最早，已有数百年的历史；金属材料应用最早，已有数百年的历史；l半永久性或永久性地植入体内，以置换被破半永久性或永久性地植入体内，以置换被破坏的、病变的或部分磨损的组织，或进行坏的、病变的或部分磨损的组织，或进行骨骨骼骼、关节关节、血管血管、牙齿牙齿等的修复。

2、等的修复。l常用于植入用的生物医学材料按其先后采用常用于植入用的生物医学材料按其先后采用次序为：金属、高分子聚合物和无机材料。次序为：金属、高分子聚合物和无机材料。3l公元前公元前3500年古埃及人用棉花纤维年古埃及人用棉花纤维, 马鬃做缝合线马鬃做缝合线;l墨西哥的印地安人用木片修补受伤的颅骨墨西哥的印地安人用木片修补受伤的颅骨;l公元前公元前2500年中国年中国, 埃及的墓葬中发现假牙埃及的墓葬中发现假牙,假鼻假鼻,假耳假耳;l人类很早用人类很早用黄金黄金来修复缺损的牙齿来修复缺损的牙齿;l1588年用年用黄金板黄金板修复腭骨修复腭骨;l1775年有记载用年有记载用金属金属固定体内骨折固定

3、体内骨折;l1800年有大量应用年有大量应用金属金属板固定骨折的报道板固定骨折的报道;l1809年有人用年有人用黄金黄金制成种植牙齿制成种植牙齿;l1851年报道用硫化天然橡胶制成的人工牙托和腭骨年报道用硫化天然橡胶制成的人工牙托和腭骨.Diakon aus Paris, Alter 58 Jahre, 1761 in Genf(Grabungen Prof. Alt, Freiburg)Prof. Dr. H. F. Kappert Forschungsbereich fr Experimentelle Zahnheilkundeder Universitts-ZMK-KlinikFreib

4、urg i.Br.5 金属材料具有较高强度和韧性金属材料具有较高强度和韧性，适用于修复，适用于修复硬组织硬组织系统，如系统，如l用用金属板金属板修补颅骨缺损或镶牙。修补颅骨缺损或镶牙。l随后使用有抗蚀性能的随后使用有抗蚀性能的不锈钢不锈钢、钴基合金钴基合金和和钽钽，组，组织反应小，效果更佳。织反应小，效果更佳。l近年来近年来钛及其合金钛及其合金也被采用，其质量轻，弹性模量也被采用，其质量轻，弹性模量与骨相近似，有推广趋势。与骨相近似，有推广趋势。l应用范围扩大：如人工关节、人工骨、矫形物、人应用范围扩大：如人工关节、人工骨、矫形物、人工假体、血管套管吻合、脑止血夹等等。工假体、血管套管吻合、脑

5、止血夹等等。6坚硬固定系统坚硬固定系统7特点：特点：l 生物医学金属材料的用量小，品种多，规格不一，生物医学金属材料的用量小，品种多，规格不一， 要求严，故其研制至为重要。要求严，故其研制至为重要。l 临床上根据应用部位和功能要求不同，有不同需求临床上根据应用部位和功能要求不同，有不同需求。 例如：例如：体外用电子假手比较简单，体外用电子假手比较简单，植入人体内者要求就特别严格植入人体内者要求就特别严格。 第二节第二节 生物医学金属材料的条件与要求生物医学金属材料的条件与要求89一、基本要求一、基本要求： 作为金属生物医学材料，首先考虑植入作为金属生物医学材料，首先考虑植入人体，人体， 其基本

6、要求是同一的，其基本要求是同一的， 必须符合必须符合 “医用级医用级” ” 标准。包括以下几方面：标准。包括以下几方面：101.1.生物相容性良好生物相容性良好 即对人体的适应性和亲和性，包括组织、体液、即对人体的适应性和亲和性，包括组织、体液、力学和力学和电学相容性电学相容性等方面。等方面。 其中，首先是生物相容性，即必须是最小的生物其中，首先是生物相容性，即必须是最小的生物学反应，无不良刺激，无毒害，不引起毒性反应学反应，无不良刺激，无毒害，不引起毒性反应、免免疫反应，或干扰免疫机能，无变态和过敏，不致癌疫反应，或干扰免疫机能，无变态和过敏，不致癌，不致畸，无炎性反应，不引起感染，不被排斥

7、不致畸，无炎性反应，不引起感染，不被排斥。植入植入后需较长期存在，能有助于愈合及附着。后需较长期存在，能有助于愈合及附着。11通过通过l体外组织或细胞培养、体外组织或细胞培养、l毒性试验、毒性试验、l动物体内埋藏、动物体内埋藏、l临床应用诸方面对材料进行检测评定。临床应用诸方面对材料进行检测评定。12炎性反应：炎性反应：是组织愈合的自然变化。是组织愈合的自然变化。l原因：原因：单纯磨损引起对组织的机械刺激，或手术创伤引发；单纯磨损引起对组织的机械刺激，或手术创伤引发；植入物所引起。植入物所引起。l区分特点：区分特点：前者反应早而短暂；前者反应早而短暂；后者植入物作为异物存留体内，机体首先是试图

8、后者植入物作为异物存留体内，机体首先是试图排斥，如不能排斥，就包裹起来，使之与正常组排斥，如不能排斥，就包裹起来，使之与正常组织隔绝，故反应持续或较晚出现。织隔绝，故反应持续或较晚出现。13 组织反应：组织反应：l一般根据植入物周围形成的包膜厚度及细一般根据植入物周围形成的包膜厚度及细胞浸润数来评定。胞浸润数来评定。lASTMF4的标准是动物体内埋藏的标准是动物体内埋藏6个个月，月，纤维包膜厚度纤维包膜厚度0.03mm为合格。为合格。 14毒性反应：毒性反应：l与物质的化学作用有关；与物质的化学作用有关；l也与植入物浓度，即其溶解于体液的速度和清除也与植入物浓度，即其溶解于体液的速度和清除率有

9、关。率有关。l一般可通过组织或细胞培养、急性和慢性毒性试一般可通过组织或细胞培养、急性和慢性毒性试验、溶血试验等来检测。验、溶血试验等来检测。血液相容：血液相容： 指不引起凝血或溶血，不破坏红细胞、血小板等。指不引起凝血或溶血，不破坏红细胞、血小板等。152足够的能适应应力的机械性能足够的能适应应力的机械性能 （I）足够的强度和韧性，包括静力和动力学强度）足够的强度和韧性，包括静力和动力学强度,能承受人体某部位机械作用力，不因生理环境而降低能承受人体某部位机械作用力，不因生理环境而降低强度。强度。 （II） 弹性疲劳、变形。弹性疲劳、变形。 （III） 弹性与组织相容。弹性与组织相容。 （IV

10、） 磨损及摩擦性能与组织相容磨损及摩擦性能与组织相容，即耐磨性好。即耐磨性好。 （V） 硬度与植入区组织相近似或适应。硬度与植入区组织相近似或适应。 （） 表面光洁度表面光洁度 。163理化性能稳定理化性能稳定 要求要求高度惰性高度惰性，不因体液而有变化，结构稳定。，不因体液而有变化，结构稳定。 （I） 抗化学性和电离性腐蚀。抗化学性和电离性腐蚀。 （II） 抗溶解和膨胀。抗溶解和膨胀。 （III）无毒。）无毒。 （IV）无热源反应。）无热源反应。 （V） 无磁性？。无磁性？。 （）耐久性。）耐久性。 17符合生物力学要求，设计合理，结构简单，适符合生物力学要求，设计合理，结构简单，适应功能需

11、要。应功能需要。材料本身及器具设计、结构和技术操作均须符合人材料本身及器具设计、结构和技术操作均须符合人体生物力学要求。材料选择与结构也不同，原则是仿生体生物力学要求。材料选择与结构也不同，原则是仿生而不是解剖复制。而不是解剖复制。易于加工造型和制作，易植入和再次手术。易于加工造型和制作，易植入和再次手术。价格低廉，来源易得，便于推广应用。价格低廉，来源易得，便于推广应用。 18仿生结构设计：仿生结构设计：l手指关节：手指关节： 多用硅橡胶或复合体；多用硅橡胶或复合体；l大关节及矫形物：金属材料或与其他材料配大关节及矫形物：金属材料或与其他材料配 伍；伍；l接骨钢板长度与孔数因骨骼粗细而有不同

12、；接骨钢板长度与孔数因骨骼粗细而有不同；l加压钢板及各型髓内针也有其力学特性。加压钢板及各型髓内针也有其力学特性。19二、金属材料的特殊要求二、金属材料的特殊要求腐蚀问题腐蚀问题 金属材料的缺点主要是腐蚀问题。腐蚀种类：金属材料的缺点主要是腐蚀问题。腐蚀种类：l一般腐蚀：一般腐蚀：移植在体内的金属浸泡在体液，即血移植在体内的金属浸泡在体液，即血液、间质液、淋巴和滑液中，均含有蛋白质、有机液、间质液、淋巴和滑液中，均含有蛋白质、有机酸、硷金属和无机盐，其中酸、硷金属和无机盐，其中Na+、K+、Ca2+、Cl-等等离子均是电解质可使金属产生均匀或一般腐蚀。离子均是电解质可使金属产生均匀或一般腐蚀。

13、20后果：后果：l 降低或破坏金属材料的机械性能，导降低或破坏金属材料的机械性能，导致断裂，致断裂，l产生腐蚀产物，对人体有刺激性和毒产生腐蚀产物，对人体有刺激性和毒性。性。 21检测方法：检测方法： 检测金属的抗蚀性能，一般采用体外和体内试验。检测金属的抗蚀性能，一般采用体外和体内试验。l体外试验体外试验包括用腐蚀液浸泡金属试件测定腐蚀速度及包括用腐蚀液浸泡金属试件测定腐蚀速度及电化学特性、金属阳极分级特性试验，及测定金属电电化学特性、金属阳极分级特性试验，及测定金属电动势与阳极反馈电动势等方法。动势与阳极反馈电动势等方法。l体内埋藏试验体内埋藏试验则用金相学、光谱分析和组织学观察。则用金相

14、学、光谱分析和组织学观察。一般工业用不锈钢的腐蚀率标准为一般工业用不锈钢的腐蚀率标准为0.25 m/a，但医用，但医用标准更低，即标准更低，即 钴基合金钴基合金 不锈钢不锈钢 252、毒性问题、毒性问题纯金属的毒性与它在元素周期表的位置有关。纯金属的毒性与它在元素周期表的位置有关。l第第族的族的铍铍(Be）、）、镁镁(Mg)、钙钙(Ca)、锶锶(Sr)、锌锌(Zn)、镉镉(Cd)、汞汞(Hg)毒性强；毒性强；l第第族的族的铝铝(Al)、镓镓(Ga)、铟铟(In)和和l第第族的族的锡锡(Sn)、硅硅(Si)、钛钛(Ti)、锆锆(Zr)完全无毒；完全无毒；l第第族的的族的的铬铬(Cr)、钼钼(Mo

15、)、钨钨(W)也无毒性。也无毒性。26l在第在第、及及族中，族中，同族中原子量小的同族中原子量小的铜铜(Cu)、钒钒(V)、砷砷(As)、锑锑(Sb)、铁铁(Fe)、钴钴(Co)、镍镍(Ni)有毒，有毒，而同族中原子量大的而同族中原子量大的金金(Au)、钽钽(Ta)、铂铂(Pt)未未发现毒性。发现毒性。 27 金属的金属的毒性毒性主要作用于主要作用于细胞细胞，可抑制，可抑制酶酶的活动，的活动，阻止酶通过细胞膜扩散和破坏溶酶体。阻止酶通过细胞膜扩散和破坏溶酶体。 利用测定利用测定乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶(LDH)和和6磷酸葡萄糖脱氢磷酸葡萄糖脱氢酶酶(G6PD)活性法检测植入金属对活性法检测植入金属

16、对鼠类吞噬细胞鼠类吞噬细胞的的影响，可以表明；影响，可以表明； 有毒金属如钴镍和钴铬合金能损伤细胞，释放有毒金属如钴镍和钴铬合金能损伤细胞，释放 LDH，降低降低G6PD的活性，的活性， 但钛、铬、钼则能为吞噬细胞所耐受。但钛、铬、钼则能为吞噬细胞所耐受。 某些金属成分还可以引起某些金属成分还可以引起过敏过敏反应反应。283、金属的机械性能、金属的机械性能l用于用于人工股骨人工股骨的金属股骨头，要求强度不低于的金属股骨头，要求强度不低于 540Mpa。人股骨头抗压强度为人股骨头抗压强度为143Mpa，纵向弹性模量约，纵向弹性模量约为为13.8Gpa，径向弹性模量为纵向的，径向弹性模量为纵向的1

17、/3。健康骨。健康骨骼还具有自行调节能力，不易损伤或断裂。骼还具有自行调节能力，不易损伤或断裂。金属植入物在体内不能自行调节。因此，金属植金属植入物在体内不能自行调节。因此，金属植入物在体内代替骨骼时必须比骨骼有更高的强度入物在体内代替骨骼时必须比骨骼有更高的强度和弹性模量以及抗疲劳性能。和弹性模量以及抗疲劳性能。29 一般使用的金属弹性模量均应比骨骼的大，否一般使用的金属弹性模量均应比骨骼的大，否则过低不能获得良好的骨折固定。但过大也会则过低不能获得良好的骨折固定。但过大也会增加应力集中，加上废用原因，均可增加骨的增加应力集中，加上废用原因，均可增加骨的吸收。吸收。 据此，钛合金（弹性模量据

18、此，钛合金（弹性模量110 103Mpa）即优于）即优于不锈钢（不锈钢（200 103 Mpa）。）。30l对人工关节的金属材料而言，对人工关节的金属材料而言，抗疲劳和耐磨损抗疲劳和耐磨损是主要问题。以是主要问题。以髋关节髋关节为例：为例： 静力下股骨头负荷压力从头凸面呈放射状向内静力下股骨头负荷压力从头凸面呈放射状向内传递，应力增高，股骨近端内侧承受的后应力传递，应力增高，股骨近端内侧承受的后应力较大。如股骨头负荷为较大。如股骨头负荷为45.36kg 时，股骨近端内时，股骨近端内侧骨皮质应力高达侧骨皮质应力高达8.27Mpa. 由强大肌力牵拉，由强大肌力牵拉，实际应力比理论值还要大三倍。实际

19、应力比理论值还要大三倍。31 人工股骨头每年还要经受人工股骨头每年还要经受3.65 106次交变载荷（次交变载荷（每日一万步计），故材料必须具有高每日一万步计），故材料必须具有高抗疲劳抗疲劳和和耐磨损耐磨损性能。性能。 一般钴基合金较优，钛及其合金则较差，但可一般钴基合金较优，钛及其合金则较差，但可通过表面渗氮以增强。或改变其摩擦偶，即通过表面渗氮以增强。或改变其摩擦偶，即金属高分金属高分子聚合物子聚合物，以减小磨损。，以减小磨损。324、其他、其他l金属材料可用热、化学和放射等方法金属材料可用热、化学和放射等方法消毒灭菌消毒灭菌，如配合应，如配合应用复合材料用复合材料, 应注意高分子材料不能

20、耐热或气体消毒。应注意高分子材料不能耐热或气体消毒。l在在冶炼冶炼过程中，有无添加剂，采用何种工艺（包括电弧、过程中，有无添加剂，采用何种工艺（包括电弧、真空冶炼、沉淀硬化、热处理、冷加工等）真空冶炼、沉淀硬化、热处理、冷加工等）, 均可影响质均可影响质量。量。l 抗凝血或溶血、抗感染抗凝血或溶血、抗感染等特殊要求，也需不断提高或解等特殊要求，也需不断提高或解决。决。l植入器件的植入器件的固定松动问题固定松动问题可试用多孔材料可试用多孔材料，以获得生物镶以获得生物镶嵌内锁型固定。嵌内锁型固定。 33全自动微电脑蒸汽消毒炉全自动微电脑蒸汽消毒炉34金属材料的热蒸汽消毒35 金属有较高强度和韧性，

21、故适用于修复置换人体金属有较高强度和韧性，故适用于修复置换人体硬组织，对硬组织，对骨科和口腔骨科和口腔更显重要。更显重要。 发展发展： 金属金属钢材钢材不锈钢不锈钢超低碳钢超低碳钢钴基合钴基合金、纯钛及其合金。记忆合金、多孔钛金、纯钛及其合金。记忆合金、多孔钛也在研制应用也在研制应用. 临床上主要应用不锈钢、钴基合金、钛及其合金临床上主要应用不锈钢、钴基合金、钛及其合金、钽等。钛及其合金的比重小钽等。钛及其合金的比重小，弹性模量与人骨接近弹性模量与人骨接近，易易被人体接受，较为理想被人体接受，较为理想。 36一、金属种类一、金属种类1、常用金属生物医学材料、常用金属生物医学材料 （1）不锈钢：

22、）不锈钢：为铁基耐蚀合金，抗蚀性不如钴基合为铁基耐蚀合金，抗蚀性不如钴基合金，但易加工，且价格低廉。所含元素各有其所用，可金，但易加工，且价格低廉。所含元素各有其所用，可增强并维持合金结构的稳定性、强度和抗蚀性能。例如：增强并维持合金结构的稳定性、强度和抗蚀性能。例如：l钼（钼（2%-3%）可增加在氯离子）可增加在氯离子(氯化物氯化物)环境中的抗力，环境中的抗力，抗点腐蚀。但不能过量，否则易断裂。抗点腐蚀。但不能过量，否则易断裂。l铬可形成氧化铬铬可形成氧化铬, 组成稳定的保护用钝化膜组成稳定的保护用钝化膜 。37l 镍和铬均稳定奥氏体结构，加入镍（镍和铬均稳定奥氏体结构，加入镍（12%14%

23、）可得）可得到单相奥氏体组织，防止转化为低下性能的其他结构。到单相奥氏体组织，防止转化为低下性能的其他结构。l不锈钢中要尽量减少不锈钢中要尽量减少Si、Mn等杂质元素及非金属夹杂等杂质元素及非金属夹杂物，否则影响其耐蚀性。物，否则影响其耐蚀性。 目前最常用的不锈钢为目前最常用的不锈钢为AISI 316L超低碳不锈钢，为体超低碳不锈钢，为体内植入的阴性对照材料。内植入的阴性对照材料。 不锈钢不锈钢经济性好经济性好，加工简易加工简易，可制成多种形体可制成多种形体，如针，如针、板、钉、螺钉、髓内针、齿冠、三棱钉等器件和各种人工板、钉、螺钉、髓内针、齿冠、三棱钉等器件和各种人工假体。假体。 38（2）

24、钴基合金：）钴基合金：l为钴基奥氏体结构，即铬钴钼合金，或称钒钢或活合为钴基奥氏体结构，即铬钴钼合金，或称钒钢或活合金。可以铸造或锻造，但硬度大，加工制作工艺较困金。可以铸造或锻造，但硬度大，加工制作工艺较困难。难。l从耐蚀性和机械性能考虑，较不锈钢优越从耐蚀性和机械性能考虑，较不锈钢优越，是目前较是目前较优良的材料优良的材料。1929年已开始应用于临床。年已开始应用于临床。l锻造植入器件已列入锻造植入器件已列入ISO国际标准，并有硬、中、软国际标准，并有硬、中、软三种类型。三种类型。39l 铸造钴基合金含钴高达铸造钴基合金含钴高达30%，耐蚀性比不锈钢高，耐蚀性比不锈钢高40倍，倍， 加入加

25、入5%7%钼可组织晶粒长大，提高耐蚀性，钼可组织晶粒长大，提高耐蚀性，善疲劳性能。善疲劳性能。 因耐磨性能高，因耐磨性能高， 适于制作人工关节的适于制作人工关节的金属间滑动联接。金属间滑动联接。l锻造钴基合金以锻造钴基合金以Elgiloy为例，含钴为例，含钴40%、铬、铬20%、镍、镍15%、钼、钼7%、锰、锰2%、碳、碳0.15%、铍、铍0.04%。l 含钛的钴铬钼合金，更符合植入要求。含钛的钴铬钼合金，更符合植入要求。l 钴基合金由于钴基合金由于价格较高，加工比较困难价格较高，加工比较困难。 应用尚不应用尚不普及。普及。40（3）钛及其合金：）钛及其合金：l钛质轻，比重与人骨近似，钛质轻，

26、比重与人骨近似，纯钛纯钛强度为强度为390490Mpal实验证明其实验证明其耐蚀性耐蚀性和和抗疲劳性能抗疲劳性能均优于不锈钢和钴基均优于不锈钢和钴基合金合金，l生物相容性好生物相容性好， 组织反应轻微，表面活性好，钛易组织反应轻微，表面活性好，钛易与氧反应形成致密氧化膜即与氧反应形成致密氧化膜即氧化层稳定氧化层稳定，具有生物医，具有生物医学材料的条件，适于植入，为较理想有发展的一种植学材料的条件，适于植入，为较理想有发展的一种植入材料入材料，也已列入也已列入ISO国际标准国际标准. 4142l纯钛纯钛为六角形致密微细结晶，强度低。为六角形致密微细结晶，强度低。l加入加入钒钒的结构为立方体。的结

27、构为立方体。l加入加入铝铝成为稳定的六角形结构。成为稳定的六角形结构。l加入加入铝和钒铝和钒的钛合金，可提高强度和机械性能，而的钛合金，可提高强度和机械性能，而不损失其抗蚀性，故可推广应用，有取代不锈钢和不损失其抗蚀性，故可推广应用，有取代不锈钢和钴基合金之势。钴基合金之势。43l钛及其合金对生理溶液和某些氨基酸钛及其合金对生理溶液和某些氨基酸有较强的耐有较强的耐蚀性，蚀性，所用溶液有非缓冲液、所用溶液有非缓冲液、Hanks缓冲生理液缓冲生理液，加入尿酸、氨基酸的，加入尿酸、氨基酸的Hanks液。液。 对纯钛及其合对纯钛及其合金检测，腐蚀极低。金检测，腐蚀极低。l缺点：缺点：耐磨性能差耐磨性能

28、差，强度强度不如钴基合金，不如钴基合金，加工困加工困难难需在真空下紧密铸造。需在真空下紧密铸造。 44l为了提高耐磨性能和硬度，可将钛制品为了提高耐磨性能和硬度，可将钛制品表面表面进行高进行高温离子氮处理，引起晶格畸变，表面具有压应力状温离子氮处理，引起晶格畸变，表面具有压应力状态，使硬度、耐磨及耐蚀性提高。态，使硬度、耐磨及耐蚀性提高。l离子氮化后纯钛及钛合金硬度分别提高离子氮化后纯钛及钛合金硬度分别提高7和和2倍；纯倍；纯钛磨损率降低到原来的钛磨损率降低到原来的1/12，钛合金降低到原来的，钛合金降低到原来的1/6。l年腐蚀率氮化钛材是非氮化钛材的年腐蚀率氮化钛材是非氮化钛材的1/3。l动

29、物实验表明组织对表面渗氮钛材反应轻微，无毒动物实验表明组织对表面渗氮钛材反应轻微，无毒性。性。 45l 镍钛记忆合金镍钛记忆合金为含镍为含镍54%56%的镍钛金属间化合的镍钛金属间化合物，具有物，具有独特的独特的形状记忆效应形状记忆效应、良好的良好的生物相容性生物相容性和和生物力学性能生物力学性能。 70年代美国已利用其超弹性用于口腔整矫弓丝，年代美国已利用其超弹性用于口腔整矫弓丝，我国也已开展研制并应用。我国也已开展研制并应用。46用途：用途：钛及其合金已广泛应用于临床。钛及其合金已广泛应用于临床。l钛网钛网与与钛箔钛箔用于修复用于修复脑膜脑膜和和腹膜腹膜，l钛板钛板用于修补用于修补颅骨颅骨

30、，可用于制作，可用于制作人工骨人工骨、关节关节、人人工心脏瓣膜支架、工心脏瓣膜支架、人工心脏部体人工心脏部体、l用于口腔面颌用于口腔面颌矫形矫形和和修补修补，牙牙和和矫形物矫形物；l脑止血夹脑止血夹、手术器械手术器械、医疗仪器和、医疗仪器和人工假肢人工假肢等等 。47三维钛网三维钛网48眶周固定眶周固定49（4）钽及其合金）钽及其合金 l钽及其合金性能良好，在钽及其合金性能良好，在40年代就用作植入材料。年代就用作植入材料。当时只是从生物相容性和可塑性来考虑，近年来则当时只是从生物相容性和可塑性来考虑，近年来则用于可承受高负荷部体。用于可承受高负荷部体。l钽的耐蚀性高，除溶解在硝酸和氢氟酸的混

31、合液、钽的耐蚀性高，除溶解在硝酸和氢氟酸的混合液、氢氟酸、热的浓硫酸、苛性碱氢氟酸、热的浓硫酸、苛性碱 (100%110%) 外，外，其他试剂对钽都不起作用。其他试剂对钽都不起作用。l对人体无刺激，体液对钽的交变疲劳强度无影响。对人体无刺激，体液对钽的交变疲劳强度无影响。 50l钽可做钽可做人工骨人工骨、矫形器件、钉、缝针和缝线矫形器件、钉、缝针和缝线，尤其是，尤其是钽丝钽丝缝合修复缝合修复肌腱肌腱、神经和血管神经和血管。l钽片或箔可修复钽片或箔可修复颅骨、腹壁颅骨、腹壁。l五氧化钽与少量三氧化铁的混合物还可用来加速五氧化钽与少量三氧化铁的混合物还可用来加速血液血液的凝结。的凝结。l钽的钽的资

32、源少资源少，价格高价格高，其推广应用尚受限制。，其推广应用尚受限制。 51上述几种常用金属目前使用情况（以美国为例）：上述几种常用金属目前使用情况（以美国为例）：l以不锈钢占多数，约以不锈钢占多数，约75%，l钴基合金次之，约钴基合金次之，约20%，l其余其余5%为钛及其合金。为钛及其合金。l每年金属植入物达每年金属植入物达200万件以上，髋关节即有万件以上，髋关节即有5万万件以上。件以上。 52二、新材料开发二、新材料开发 在满足应用和研究上，主要包括工艺改进，新的合金在满足应用和研究上，主要包括工艺改进，新的合金材料和复合材料等。材料和复合材料等。1、Cop 及及型不锈钢型不锈钢 l为弥补

33、和提高为弥补和提高316型不锈钢的抗蚀性和强度，利用沉型不锈钢的抗蚀性和强度，利用沉淀硬化法研制出淀硬化法研制出Cop型不锈钢型不锈钢，lI型是铁基的，含钴、铬、镍各型是铁基的，含钴、铬、镍各20%、钼、钼4%，加入，加入磷磷0.2%以产生时效强化。其强度及耐磨性不亚于钴以产生时效强化。其强度及耐磨性不亚于钴基合金，临床上已用于人工关节。基合金，临床上已用于人工关节。532、多孔材料、多孔材料l人工假体的固定一般用机械法（嵌入、螺钉）或粘合剂，人工假体的固定一般用机械法（嵌入、螺钉）或粘合剂，均非生物性固定，有可能出现假体松动或下沉，骨水泥且均非生物性固定，有可能出现假体松动或下沉，骨水泥且可

34、能导致骨质溶解。可能导致骨质溶解。l七十年代以来，已在研制多孔材料并应用，如七十年代以来，已在研制多孔材料并应用，如 多孔钛、钴基合金及陶瓷，多孔钛、钴基合金及陶瓷， 由其粉末或纤维烧结涂层制成，减少了植入物与骨间由其粉末或纤维烧结涂层制成，减少了植入物与骨间弹性模量的差别，骨质长入，获得生理结合。弹性模量的差别，骨质长入，获得生理结合。 543、形状记忆合金、形状记忆合金l50年代初已发现金年代初已发现金(Au)、镉、镉(Cd)和铟和铟(In)、铊（、铊（Tl）合金有记忆效应；合金有记忆效应；l1963年美海军武器实验室的年美海军武器实验室的Buehler发现镍钛合金也发现镍钛合金也具有记忆

35、效应才引起重视；具有记忆效应才引起重视；l1969研制成功镍钛记忆铆钉；研制成功镍钛记忆铆钉；l70年代进行了广泛研究年代进行了广泛研究；55l80年代发展年代发展 铁基及不锈钢记忆合金、铁基及不锈钢记忆合金、 钛镍铂钛镍铂(TiNiPt)高温记忆合金、高温记忆合金、 宽滞后记忆合金、宽滞后记忆合金、 有机记忆合金和有机记忆合金和 陶瓷记忆合金。陶瓷记忆合金。 56记忆合金有单向、双程、全程记忆三种记忆合金有单向、双程、全程记忆三种：l单程记忆为不可逆记忆效应，回复力大；单程记忆为不可逆记忆效应，回复力大；l双程记忆同时有高温和低温的状态，温度升降可双程记忆同时有高温和低温的状态，温度升降可逆地反复；逆地反复；l全程记忆为加热时为高温相形状，冷却时则形成全程记忆为加热时为高温相形状，冷却时则形成与高温相形状相同但方向相反的现象。与高温相形状相同但方