生物材料第3章医用金属材料.pptx

3.1概述

3.2医用金属材料的特征与要求

3.3常用医用金属材料

3.4医用金属材料的腐蚀

3.5金属与合金表面涂层处理

3.6医用金属材料研究进展

;医用金属材料定义：用作生物医用材料的金属或合金，又称为外科用金属材料或金属植入材料，是一类生物惰性材料（考）。

;医用金属材料历史

公元前400-300年，腓尼基人就用金属丝修复牙的缺失；

中国唐代（公元618-907年），有用银膏（银、汞和锡）补牙的记载；

20世纪初，不锈钢的开发使得金属材料在生物医用器材上的应用发展更为广阔；

近20年来，金属植入材料与其他生物医用材料相比发展较为缓慢；

;医用金属材料的应用及简要分类：

医用金属材料主要用于应组织系统的功能。

目前临床应用的金属植入材料主要包括：医用贵金属、医用钛、钽、铌、锆等单质金属，以及不锈钢、钴基合金、钛合金、镍钛形状记忆合金、磁性合金等。;3.1概述

3.2医用金属材料的特征与要求

3.3常用医用金属材料

3.4医用金属材料的腐蚀

3.5金属与合金表面涂层处理

3.6医用金属材料研究进展

;生物医用金属材料服役期内，处于人体生理环境中，需要满足如下要求：

良好的生物相容性

适当的机械及理化性能

简易可行和确切的手术操作技术

来源广泛、价格低廉、加工简易;金属材料的生物相容性

金属材料的腐蚀性能

金属材料的机械性能

;金属材料的生物相容性

金属材料的腐蚀性能

金属材料的机械性能

;生物医用金属材料服役期内，首先应该具有的性能就是生物相容性：

最小的生物学反应、无不良刺激、无毒害、不引起毒性反应、不引起免疫反应、不干扰免疫机制、不致癌、不致畸、无炎性反应、不引起感染、不被排斥。;植入后需要较长时间存在（永久或半永久发挥生理功能），材料要有助于伤口愈合。

最重要的性能是金属材料的毒性。

金属材料的毒性反应和材料释放的化学物质和浓度相关。;元素的细胞毒性与它们在元素同期表中的位置有密切关系；

某些有毒金属单质与其他金属元素形成合金后毒性可以减小或消失；

金属Ni是一个致癌比较严重的元素，对Ni元素的使用应持谨慎的态度。;金??材料的生物相容性

金属材料的腐蚀性能

金属材料的机械性能

;金属生物材料浸泡在体液中，而体液含有蛋白质、有机酸(如乳酸)、碱金属和无机盐等。

钠、钾、钙、氯等离子均为电解质，可使金属产生腐蚀。

蛋白质与金属间相互作用,引起非电化学降解。

金属的不纯产生局部原电池腐蚀,或结合处磨损、应力集中和疲劳性断裂。;临床应用金属生物材料腐蚀问题应重点关注

口腔材料和其他种植体材料。

;口腔材料：

人体中的唾液成分相当复杂，呈现的酸碱程度不同，使口腔材料腐蚀的机制多种多样。

一些金属材料在唾液的浸蚀下，容易离子化，主要是被质子置换而成，这些离子就容易与人体中的蛋白质结合成络合物，使pH急剧变化，从而造成细胞坏死。如Mg、Zn、Cd、Ba、Sr等元素就属此类。

另外一些金属，在唾液侵蚀下，容易氧化形成一层具有保护作用的氧化膜，如Sn和Pd等元素。这些材料的抗腐蚀能力取决于氧化膜的致密程度和被唾液溶解的程度。;种植体的腐蚀分以下几种:

l)一般腐蚀,即为金属钝化膜的破坏,导致金属与液体电解质接触而释放出金属离子;

2)电流性腐蚀,即2种金属放在电解质中会形成原电池,而产生电流腐蚀;

3)锈斑性腐蚀,钝化膜崩裂后,金属的某一位置暴露在体液含氧化物的腐蚀性媒介中而形成腐蚀;

4)缝隙性腐蚀,某一物体遮盖金属的某一部分,使该部分金属免与腐蚀性媒介相接触,但此物体与金属之间就会形成缝隙,如牙种植体与修复体之间的缝隙,导致电解质的渗人而产生腐蚀;

5)压力性腐蚀,牙种植体在体内行使功能时承受着反复的压力,常发生弯曲、种植体往往在周期力作用下发生裂化而折断;

6)磨损性腐蚀,反复移动的小振幅致使表面钝化膜破损,结果导致腐蚀。

;金属材料的生物相容性

金属材料的腐蚀性能

金属材料的机械性能

;医用金属材料通常作为受力器件在人体内工作，如应用为人工关节、人工椎体、骨折内固定器等。

单拿人工关节来讲，每年经受约4百万次的冲击和磨损（每日按1万步计算）；

材料必须具备优良的机械性能和耐磨性能。;强度与弹性模量

人体骨骼虽然抗压强度较低、弹性模量较低，但是具有较高的断裂韧性。

生物医用金属材料通常具有较高的弹性模量，一般高出人体骨骼一个数量级，并不具有自行调节能力。

对人工金属材料应该具有基本的要求：

屈服强度不低于450MPa；

极限抗拉强度不低于800MPa；

疲劳极限高于400MPa；