文档介绍：生物金属材料
黄小叶
摘要:本文综述了生物医用金属材料在制备工艺、生物相容性等方面的研究进展,以及生物医用金属材料表面改性的几种方法,并对表面改性在生物金属材料方面做出了展望。
关键词:生物医用金属材;钛合金;表面改性;生物相容性
前言
金属材料具有高强度、高硬度以及较好的韧性和抗冲击性,在承载部位的应用尤为重要,是临床医学领域广泛使用的材料之一。最常见的用途是作为人工假体、矫形物等承力材料应用于口腔、矫形外科等硬组织系统。它包括医用不锈钢、医用钴合金、钛合金、形状记忆合金、钽铌锆合金以及医用磁性合金等,具有良好的力学性能、较好的生物相容性和耐蚀性。现在使用的各种生物体用材料中,没有一种能满足临床使用的各项要求, 如高耐磨性、优良的生物相容性、高耐蚀性
等。可采用表面处理的方法对生物体用金属材料进行表面改性,使基体的金属特性与基体的表层生物活性更好地结合起来,为金属生物材料的应用打下良好的基础。
钛及其合金
低模量型钛合金由无毒、不致敏的元素组成,如Ti-29Nb-13Ta-(成分均以wt%表示)已经开发用于医学及牙科方面。由于这种合金模量低,可有效促进骨损坏的愈合及再生。这一作用已由向兔胫骨损伤植入髓内金属棒获得证实。以Ti-29Nb-13Ta-。
这类合金还有望用于牙科修复,如牙冠的镶嵌等。采用重复氧化钙涂层技术将高熔点钛合金(如Ti-29Nb-13Ta-)用于补牙正在研究中。此外,还研究了采用普通的氧化镁基材料将低熔点钛合金用于固定的牙科修复。钛及其合金不但可用于植入,而且可用于牙科固定手术。目前,还没有比钛合金更好的金属材料用于临床。不久前,采用计算机辅助设计肼算机辅助制造技术用于牙科修复受到关注。
不锈钢和钻合金
无镍不锈钢和钴合金在生物医学中的应用受到重视。由于镍是致敏元素,因而氮不锈钢(即无镍奥氏体不锈钢)获得发展。用普通方法制成的无镍不锈钢,由于含锰量高,不易通过锻造而使其变形。为解决这一难题,开发出一种新的无镍不锈钢制造工艺。第一步制出铁素体不锈钢产品在高温下在氮气中加热。氮气扩散进铁素体不锈钢产品,最终可制成无镍奥氏体不锈钢产品。由于氮的扩散深度仅达表面下几个毫米,因而此工艺只适于制造钢丝之类的小直径制品。拉伸强度超过316L钢,但延伸率却不及316L钢,-2Mo不锈钢,仅在表面以下2mm深度内可获得完全的相。在实体模拟环境中,无镍不锈钢的耐蚀特性良好,与普通奥氏体不锈钢相比,无镍不锈钢拥有良好的细胞兼容性。
其他金属生物材料
除了钛材、Co-Cr合金和不锈钢,还研究了Ag-Pd-Cu-Au-Zn合金和锆基非晶合金之类的金属材料,Ag-Pd-Cu-Au-Zn类合金在日本已广泛用作补牙材料。这类合金的力学特性如疲劳强度和断裂韧性与其微结构和铸造缺陷的关系已进行了相关讨论。非晶合金与同一成分的晶态合金相比通常表现出较高的抗拉强度和较低的杨氏模量。非晶合金比晶态合金还表现出较高的耐蚀能力。在一个锆基非晶合金中,杨氏模量曾低达75GPa,这比一般的钛合金低许多(100GPa)。这些特性有利于缩小植入件的尺寸。因此,锆基和钯基非晶合金正在研究用于生物材料。Zr-Al(Ni-Cu)系锆基合金显示