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生物医用金属材料现状与进展( 二 )


(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；
【生物医用金属材料现状与进展】 (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

生物医用金属材料现状与进展
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 。
虽然钴基合金的抗蚀性强于不锈钢 ， 但是医用不锈钢具有价格低廉、易加工的优势 ， 可制成各种人工假体及多种形体 ， 如齿冠、三棱钉、螺钉、髓内针、板、钉等器件 ， 另外制作手术器械和医疗仪器时也广泛应用 ， 现阶段医用不锈钢依然是应用最为广泛的医用金属材料 。 目前常用的医用不锈钢为316L、317L ， 不锈钢中的C质量分数≤0.03%可以避免其在生物体内被腐蚀 ， 主要成分为Fe60%~65% ， 添加重要合金Cr17%~20%和Ni12%~14% ， 还有其他少量元素成分 ， 如N、Mn、Mo、P、Cl、Si和S 。 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 。
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生物医用铝合金材料
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 。
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生物医用可降解镁合金材料
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关注 ， 但是腐蚀速率过快又限制了其实际应用 。 针对这个问题 ， 研究者提出了镁合金的合金化、表面处理、非晶化和复合材料等4类解决方案 ， 实验表明虽然抗腐蚀性能得到了明显改善但是4类方案仍然没有完全解决镁合金在实用化道路上的所有问题 ， 因此需要更好的实验设计和方案来解决这些问题：
(1)选择对生物体无毒无害的恰当的合金元素掺入镁合金体系 ， 使其综合性能得到提高；
(2)结合上述两种甚至多种策略同时对镁合金进行处理 ， 从而同时优化其各项性能指标；

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