几种生物医用金属材料的研究与应用

在临床已经使用的医用金属材料主要有钴基合金、钛基合金、不锈钢、形状记忆合金、贵金属、纯金属铌、锆、钛、钽等。不锈钢、钴基合金和钛基合金具有强度高、韧性好以及稳定性高的特点，是临床常用的三类医用金属材料。随着制备工艺和技术的进步，新型生物金属材料也在不断涌现，例如粉末冶金合金、高熵合金、非晶合金、低模量钛合金等。

性能要求：

(1)机械性能。生物医用金属材料一般应具有足够的强度和韧性，适当的弹性和硬度，良好的抗疲劳、抗蠕变性能以及必需的耐磨性和自润滑性。

(2)抗腐蚀性能。

(3)生物相容性。具体体现在：对人体无毒、无刺激、无致癌、无突变等作用；人体无排异反应；与周围的骨骼及其他组织能够牢固结合，最好能够形成化学键合以及具有生物活性；无溶血、凝血反应，即具有抗血栓性。

1.钛合金

生物医用钛合金材料是用于生物医学工程的一类功能结构材料，常用于外科植入物和矫形器械产品的生产和制造。钛合金医疗器械产品如人工关节、牙种植体和血管支架等用于临床诊断、治疗、修复、替换人体组织或器官，或增进人体组织或器官功能，其作用是药物不能替代的。

纯钛具有无毒、质轻、强度高、生物相容性好等优点。20世纪50年代美国和英国开始把纯钛用于生物体。20世纪60年代后，钛合金开始作为人体植入材料而广泛应用于临床。从最初的Ti-6Al-4V到随后的Ti-5Al-2.5Fe和Ti-6Al-7Nb合金以及近些年发展起来的新型β钛合金，钛合金在人体植入材料方面的研究获得了较快的发展。

2.钴基合金

钴基合金通常指Co-Cr合金，有2种基本牌号：Co-Cr-Mo合金和Co-Ni-Cr-Mo合金。Co-Cr-Mo合金微观组织为钴基奥氏体结构，能够锻造或铸造，但制作加工非常困难，其机械性能和耐蚀性优于不锈钢，是现阶段比较优良的生物医用金属材料。锻造钴基合金是一种新型材料，用于制造关节替换假体连接件的主干，如膝关节和髋关节替换假体等。

美国材料实验协会推荐了4种可在外科植入中使用的钴基合金：锻造Co-Cr-Mo合金(F76)、锻造Co-Cr-W-Ni合金(F90)、锻造Co-Ni-Cr-Mo合金(F)、锻造CoNi-Cr-Mo-W-Fe合金(F)，其中F76和F已广泛用于植入体制造。

3.不锈钢

医用不锈钢具有低成本和良好的加工性能、力学性能等，目前在口腔医学和骨折内固定器械、人工关节等领域应用广泛。不锈钢是最早使用的医用金属材料，抗腐蚀性能较好，强度较高。有研究人员将钼元素加入不锈钢中制作不锈钢，有效地改善了医用不锈钢的抗腐蚀性。20世纪50年代，研究人员研制出新的L不锈钢，将不锈钢中的最高碳含量降至0.03%，使得材料的抗腐蚀性能得到进一步提高。从此，医用不锈钢便成为国际上公认的外科植入体的首选材料。

为了避免镍的毒性作用，研究人员研制出了高氮无镍不锈钢。近些年来，低镍和无镍的医用不锈钢逐渐得到发展和应用。日本的物质材料研究所(筑波市)开发了一种不含镍的硬质不锈钢的简易生产方法，解决了无镍不锈钢难以加工而制造成本太高的问题，生产成本低廉，有望广泛用于医疗领域。

4.铝合金

铝及其合金材料具有良好的性能，可塑性和生物相容好，作为植入材料早在20世纪40年代就已广为使用，目前可承受高负荷的部件也多用铝及其合金制成。铝具有较高的耐蚀性，除在氢氟酸、苛性碱、热的浓硫酸、盐酸和硝酸的混合液溶解外，其他试剂对铝都发挥不了腐蚀作用，体液不影响铝的交变疲劳强度，良好的生物相容性使得铝植入材料不刺激人体。另外，相比于不锈钢，铝的抗缺口裂纹扩展能力很高。

5.镁合金

多孔镁合金材料作为一种可降解的生物材料可为细胞提供三维生长的空间，有利于养料和代谢物的交换运输。镁本身具有生物活性，可诱导细胞分化生长和血管长入。在材料降解吸收的过程中，种植的细胞会继续增殖生长，有望形成新的具有原来特定功能和形态的相应组织和器官，以达到修复创伤和重建功能的目的。生物医用可降解镁合金材料的完全可降解性和杰出的生物相容性使其有望广泛应用于临床硬组织修复或替代。可降解镁合金血管支架是镁合金作为可降解生物医用金属材料研究领域最大的研究进展。

生物医用镁合金具有良好的生物相容性、力学相容性和可降解性而受到了广泛

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