幾種生物醫用合金的特性及應用

　　摘要:醫用金屬材料是發展較早的一類醫用材料，也是現在發展較為完善而又有發展前途的一類材料。本文主要介紹幾種臨床比較常見的醫用金屬材料的改性和應用。
　　關鍵詞：醫用金屬材料 不銹鋼合金 鈦合金 鎂合金 表面改性
　　中圖分類號：R318.08文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791(2011)10(c)-0000-00
　　
　　生物醫用金屬材料是用于生物醫學材料的金屬或合金，是發展較早又很有發展前途的一類材料。金屬材料用于植入人體已有四百多年的歷史，英國在很早的時候就用純金鑲牙修補顱骨，后來陸續用鐵金合金，銀等來固定骨折關節。在二戰期間，幾個發達國家使用了大量的不銹鋼作為人體植入物。二十世紀五十年代初，隨著稀有金屬的發展，各種稀有金屬開始作為人體植入物用于臨床。
　　此類材料的力學性能很好，是臨床應用最廣泛的承力植入材料。金屬材料的應用非常廣泛，涉及硬組織、軟組織、人工器官和外科輔助器材等各個方面。對于臨床應用的醫用金屬材料，為了能夠長期在人體內發揮作用，不僅需要滿足一定的物理性能和力學性能，還需要滿足耐腐蝕，抗疲勞，良好的生物相容性和良好的加工性能等條件?，F在常用的金屬材料主要有不銹鋼，鈦合金，鎳合金等。
　　
　　1醫用不銹鋼
　　不銹鋼指耐空氣、蒸汽、水、酸、堿、鹽等介質腐蝕的鋼，此類金屬在臨床方面應用較早。不銹鋼主要成分為鐵鉻和碳等，還有鎳、鉬、銅、氮等。其中鉻是很重要的活性元素，它可以在不銹鋼的表面形成一個抗腐蝕的氧化保護膜。不銹鋼按顯微組織的特點可以分為奧氏體不銹鋼，鐵素體不銹鋼，奧氏體 - 鐵素體雙相不銹鋼，馬氏體不銹鋼。等類型。鐵素體不銹鋼含鉻約12‰～30‰。其耐蝕性、韌性和可焊性隨含鉻量的增加而提高。鐵素體不銹鋼因為含鉻量高，耐腐蝕性能與抗氧化性能均比較好，但機械性能與工藝性能較差。 奧氏體不銹鋼含鉻大于18‰，綜合性能好，可耐多種介質腐蝕。這類鋼中含有大量的Ni和Cr，使鋼在室溫下呈奧氏體狀態。這類鋼具有良好的塑性、韌性、焊接性和耐蝕性能，在氧化性和還原性介質中耐蝕性均較好。奧氏體 - 鐵素體雙相不銹鋼兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的優點，與鐵素體相比，它的塑性和韌性更高，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高，同時還保持有鐵素體不銹鋼的475℃脆性以及導熱系數高，具有超塑性等特點。與奧氏體不銹鋼相比，強度高且耐晶間腐蝕和耐氯化物應力腐蝕有明顯提高。雙相不銹鋼具有優良的耐孔蝕性能，也是一種節鎳不銹鋼。 馬氏體不銹鋼：強度高，但塑性和可焊性較差。 馬氏體不銹鋼因含碳較高，故具有較高的強度、硬度和耐磨性，但耐蝕性稍差。 在臨床應用中，奧氏體不銹鋼應用比較廣泛 ，特別是316和316L不銹鋼的力學性能，生物相容性等都比較符合臨床要求，而且此類不銹鋼加工性能較好，價格低廉，被廣泛應用于骨科植入材料。但是不銹鋼在臨床應用中也出現了各種問題，比如在人體生理環境下會出現晶界腐蝕、點腐蝕、應力腐蝕等由于長期植入人體不穩定的狀況，而且不銹鋼的彈性模量遠遠大于人骨，會引起應力屏蔽效應。融出的有些金屬離子，比如鎳離子會誘發腫瘤。所以，隨著醫用材料的發展，不銹鋼作為醫學材料應用比例開始下降。
　　
　　2醫用鈦合金
　　近年來，隨著稀有金屬的發展，鈦合金在醫學方面醫用越來越廣泛。鈦合金是以鈦為基加入其他元素組成的合金。第一個實用的鈦合金是1954年美國研制成功的Ti-6Al-4V合金，由于它的耐熱性、強度、塑性、韌性、成形性、可焊性、耐蝕性和生物相容性均較好，而成為鈦合金工業中的王牌合金，該合金使用量已占全部鈦合金的75％～85％。其他許多鈦合金都可以看做是Ti-6Al-4V合金的改型。鈦合金用于臨床只要有一下幾個優點：(1)質輕，一般鈦合金的密度僅為不銹鋼的56%，植入人體后大幅度減輕人體的負荷量；(2)彈性模量低，鈦合金的彈性模量僅為不銹鋼的53%，與人體自然骨彈性模量相近，可以減少應力屏蔽效應，更有利于人骨的生長愈合。(3)抗腐蝕性，鈦合金為生物惰性材料，在人體生理環境下有優異的抗腐蝕性能，對人體生理環境不產生污染。其他合金材料的人體植入物用鈦及鈦合金表面進行陽極氧化著色處理，可以提高植入物的耐腐蝕性，解決了金屬離子的溶出問題。(4)無毒無磁性，作為人體植入物，對人體無毒副作用，而且避免了雷雨天氣和磁場的影響。(5)力學性能良好，強度高、韌性好，可以滿足作為人體植入物的一些力學要求。鈦合金的主要確定就是成本比較高。但是總體來說，基于以上的優點，鈦合金作為人體植入物的用量逐年增加，優越性也越來越被醫學界認可。
　　
　　3醫用鎂合金
　　鎂及鎂合金作為一類新型醫用材料是具有巨大的優勢和潛力的。鎂合金具有優良的機械性能，良好的生物活性，可以介導成骨作用。而且鎂合金還具有可降解性，避免了病人二次手術的痛苦。但是鎂合金有一個很大的缺點，就是耐腐蝕性差，為了解決這一問題，醫學上采取了表面改性的方法，表面改性主要有等離子噴涂，溶膠-凝膠，電化學沉積等方法。但是由于人體環境的復雜性，要把這種新材料應用于人體還需要進一步的研究。
　　
　　4 結語
　　以上我介紹了幾種醫用金屬合金，還有很多其他種類的合金，例如鈷合金，鎳鈦合金等，醫用金屬合金有其他材料所不具備的優勢，只是有些研究還不太成熟，需要更多的科研工作者繼續努力。
　　
　　
　　參考文獻
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