生物医用金属材料现状与进展( 二 )

钛的密度与人骨近似，质轻。纯钛生物相容性好，强度为390~490 MPa 。实验证明，钛相比于钴基合金和不锈钢的抗疲劳性和耐蚀性能更优越，钛的表面活性好，组织反应轻微，容易与氧发生反应建立致密氧化膜，钛的氧化层比较稳定。因此，钛与钛合金具备生物医用材料的条件，是一种较为理想的、适于植入体的、具有发展前途的植入材料。临床上广泛采用钛与钛合金制造人工关节部件、接骨板和螺钉等，还用于制成人造椎体（脊柱矫正器）、人工心脏（心脏瓣膜）、人工种植牙、心脏起搏器外壳等。
镍钛形状记忆合金是一种在一定温度下经过处理能够塑性变形为另一种形状，而在一定条件下又能自动恢复成原有形状的形状记忆合金。镍钛形状记忆合金的疲劳极限较高，耐腐蚀性良好，其具有的独特的形状记忆恢复温度与人体温度相适宜，具有良好的生物相容性，因此在医学领域得到广泛应用。近年来，镍钛形状记忆合金开始应用于心血管治疗领域，镍钛形状记忆合金支架可应用于冠心病的治疗，具有较大发展前景。
钛合金在生物医用领域的应用呈快速发展的趋势，结合国内外的研究现状，其未来的发展方向为：
(1) 单晶生物医用钛合金，沿某一方向生长获得的单晶材料可获得接近人体骨骼的弹性模量，制作的植入体也会具有更好的弹性模量匹配；
(2) 超细晶低弹性模量、高强度钛合金的生物相容性及产业化；
(3) 超弹性和形状记忆功能医用低弹性模量钛合金的组织性能调控；
(4) 调节孔隙率的大小来降低生物医用多孔钛合金材料弹性模量的同时提升其力学性能。
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钴基合金医用金属材料

本文插图

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(F562)、锻造Co-Ni-Cr-Mo-W-Fe合金(F563) ，其中F76和F562已广泛用于植入体制造。
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不锈钢医用金属材料
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。 302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316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316L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。