【正文】 AZ91Ca、 MgMnZn、MgZnY、 MgZnMnCa、 MgCa、 Mg1X（ X=Al， Ag， In， Si， Y， Zn 和 Zr）等多種新型鎂合金 。 ? 在控制降解速度方面仍沒(méi)有取得突破性進(jìn)展。 ? 鎂合金表面處理在控制基體降解速度的同時(shí)，可以 賦予其表面以良好的生物活性 ，是鎂合金可降解植入材料研究的重要內(nèi)容之一。 ? 在鎂合金表面處理方面 ，發(fā)展了 βTCP涂層、氣相沉積晶體 Si涂層、電化學(xué)沉積及仿生方法制備羥基磷灰石涂層、磷化方法制備磷酸鈣涂層、化學(xué)轉(zhuǎn)化錳酸鹽涂層 [等多種處理工藝，其中有些涂層可以有效控制鎂合金的降解速度并提高其生物相容性，使人們看到鎂合金應(yīng)用于生物醫(yī)用領(lǐng)域的希望。 多孔醫(yī)用金屬材料研究 ? 多孔金屬 ? 定義： 是指一種金屬骨架里分布著大量孔洞的新型材料，以多樣化空隙為特征的廣義阻尼材料。 ? 分類(lèi)： ? 按期結(jié)構(gòu)來(lái)分 ，可分為無(wú)序和有序兩類(lèi)，前者如泡沫材料，而后者主要是點(diǎn)陣材料。 ? 按孔之間是否連通 ，可分為閉孔和通孔兩類(lèi)，前者含有大量獨(dú)立存在的孔洞 ,后者則是連續(xù)暢通的三維多孔結(jié)構(gòu)。 ? 與實(shí)體結(jié)構(gòu)材料相比，由于孔隙的存在， 多孔金屬具有一系列 特殊性能 ： ? 良好的可壓縮性、壓縮平臺(tái)應(yīng)力及在變形過(guò)程中泊松比的改變等。 ? 優(yōu)良的綜合力學(xué)性能 (主要是強(qiáng)度和剛度 )以及重量輕是其最基本的優(yōu)點(diǎn)。 ? 此外，多孔金屬可以吸收與沖擊方向無(wú)關(guān)的較高沖擊能量，還可以有效地應(yīng)用于聲音吸收、電磁屏蔽和振動(dòng)阻尼等方面。 ? 多孔金屬材料用于植入材料 的 優(yōu)點(diǎn)： ? ① 多孔結(jié)構(gòu)利于成骨細(xì)胞的粘附、分化和生長(zhǎng)，促使骨長(zhǎng)入孔隙，加強(qiáng)植入體與骨的連接，實(shí)現(xiàn)生物固定； ? ② 多孔金屬材料的密度、強(qiáng)度和彈性模量可以通過(guò)改變孔隙度來(lái)調(diào)整，達(dá)到與被替換硬組織相匹配的力學(xué)性能 (力學(xué)相容性 )，如減弱或消除應(yīng)力屏蔽效應(yīng)，避免植入體周?chē)墓菈乃?、新骨畸變及其承載能力降低等； ? ③ 開(kāi)放的連通孔結(jié)構(gòu)利于水分和養(yǎng)料在植入體內(nèi)的傳輸，促進(jìn)組織再生與重建，加快痊愈過(guò)程。 ? (1) 多孔鉭 ? 多孔鉭最初由美國(guó)新澤西州 Implex公司開(kāi)發(fā)，并被命名為Hedrocel， 2022年更名為 Trabecuar metal(小梁金屬 )。多孔鉭由商業(yè)純鉭制成，在制作過(guò)程中，以聚亞胺酯熱降解得到的碳骨架為支架，該碳骨架呈多面的十二面體，其內(nèi)為網(wǎng)絡(luò)樣結(jié)構(gòu)，整體遍布微孔，孔隙率可高達(dá) 98%，多孔鉭形態(tài)參見(jiàn)圖 39[51]，再將商業(yè)純鉭通過(guò)化學(xué)蒸汽沉積、滲透的方法結(jié)合到碳骨架上就形成了多孔金屬結(jié)構(gòu)。同時(shí)我們使用的多孔鉭材料其表面的鉭層厚度在 4060μm之間；在重量上鉭約占 99%，碳骨架則占 1%左右 ? 在顯微鏡下該材料結(jié)構(gòu)如同松質(zhì)骨，其空隙大小在 400600μm之間，整體互聯(lián)的孔隙率高達(dá) 75%85%。多孔鉭所具有的三維多孔結(jié)構(gòu)更有利于成骨細(xì)胞黏附、分化和生長(zhǎng)，促進(jìn)骨長(zhǎng)入，從而加強(qiáng)植入體與骨之間的鏈接，實(shí)現(xiàn)生物固定，同時(shí)它也更有利于水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在植入體內(nèi)的傳輸，促進(jìn)骨組織再生和重建，加快愈合過(guò)程。目前在臨床上的應(yīng)用主要有髖臼假體、脊椎間融合器、缺損骨修復(fù)及軟骨修復(fù)。 圖 39 多孔鉭形貌圖 ? (2) 多孔鎂及鎂合金 ? 多孔鎂基材料作為一種可降解的生物材料能夠給細(xì)胞提供三維生長(zhǎng)空間，有利于養(yǎng)料和代謝物的運(yùn)輸交換，其本身具有生物活性，可誘導(dǎo)細(xì)胞分化生長(zhǎng)和血管的長(zhǎng)入 ? 多孔鎂基金屬的研究還停留在實(shí)驗(yàn)室階段，尚未進(jìn)入臨床，但鑒于鎂合金 的諸多 優(yōu)勢(shì)，其未來(lái)的臨床應(yīng)用會(huì)有大有前景。 圖 310 多孔鎂形貌圖 目前關(guān)于制備多孔鎂的研究報(bào)導(dǎo)不多，主要采用鑄造法和粉末冶金法進(jìn)行制備。日本名古屋國(guó)家工業(yè)技術(shù)研究院在 19992022年度對(duì)多孔鎂的制備及部分力學(xué)性能作了初步的研究，得到了孔隙率約 90%的多孔鎂樣品。但實(shí)驗(yàn)過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生爆炸，其工藝還很不成熟。 YAMADA等 [57]采用滲流鑄造方法制備開(kāi)孔 AZ91鎂合金，密度為 ，屈服壓強(qiáng)為 。Wen等 [58]采用粉末冶金技術(shù)制備開(kāi)孔純鎂，孔隙率在 3555%，孔徑在70~400μm。當(dāng)孔隙率在 35%時(shí)，楊氏模量為 ，最高壓縮強(qiáng)度 17MPa；孔隙率在 45%時(shí)，楊氏模量為 ，最高壓縮強(qiáng)度 16MPa ? (3)多孔鈦 ? 多孔鈦已經(jīng)廣泛用于人工關(guān)節(jié)矯形手術(shù)、牙缺損修復(fù)、骨填充材料等 。 多孔鈦植入物的多孔結(jié)構(gòu)能夠提高植入材料的生物相容性 。 圖 311 多孔 Ti形貌 多孔結(jié)構(gòu)有利于成骨細(xì)胞的黏附、分化和生長(zhǎng)，促進(jìn)骨組織長(zhǎng)入孔隙，加強(qiáng)植入體與骨的連接，實(shí)現(xiàn)生物固定；其次，通過(guò)改變多孔鈦的孔隙率，可以調(diào)整其體積密度、強(qiáng)度和彈性模量，使其力學(xué)性能與植入部位相匹配；多孔鈦連通孔結(jié)構(gòu)有利于人體體液的輸送，能夠促進(jìn)組織再生與修復(fù)，加快病變部位的痊愈。 目前，制備多孔鈦的方法主要有粉末冶金法和漿料發(fā)泡法等 ? 常用金屬植入材料的發(fā)展 ? 醫(yī)用不銹鋼 仍是生物植入材料的主體，研究開(kāi)發(fā)高耐蝕性、高耐磨性、高疲勞強(qiáng)度和高韌性生物合金依然重要。無(wú)鎳 (或低鎳 )高氮奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能和抗蝕性能，在許多性能方面相當(dāng)于或超過(guò)現(xiàn)有的醫(yī)用不銹鋼。 ? 從金屬植入材料的研究現(xiàn)狀來(lái)看， 純鈦及其鈦合金 具有其它材料無(wú)可比擬的優(yōu)越性，特別是近些年發(fā)展起來(lái)的新型 β鈦合金。因此，開(kāi)發(fā)研究更適合臨床應(yīng)用的新型 β鈦合金不失為人體用金屬植入材料的一個(gè)主要發(fā)展方向。 ? 最新開(kāi)發(fā)的生物醫(yī)用鈦合金主要包括 ： ? (1) (α+β)型鈦合金 Ti5Al3Mo4Zr； Ti6Al2Nb1Ta； Ti6Al7Nb； Ti15Sn4Nb2Ta； Ti15Zr4Nb2Ta； Ti15Zr4Nb4Ta。 ? (2) β型鈦合金 Ti15Mo； Ti15Mo5Zr3Al； Ti12Mo6Zr2Fe； ； Ti13Nb13Zr； Ti16Nb10Nf； Ti35Nb5Ta7Nb。 ? 上述新型鈦合金中減少或消除了 Al和 V元素的影響，并采用 Zr、 Nb、 Ta、 Sn等作為合金元素來(lái)改善鈦合金的機(jī)械性能、耐蝕性和生物相容性。 ? 為了改善金屬材料人工關(guān)節(jié)假體的生物活性、耐磨性、耐蝕性及假體與骨兩相界面的結(jié)合等，國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者作了 大量的表面改性研究 。 ? 主要研究與應(yīng)用表現(xiàn)以下幾方面： ? (1) 鈦合金表面的離子氮化和氧擴(kuò)散處理； ? (2) 金屬假體表生物陶瓷涂層處理； ? (3) 研制粗糙面或多孔面人工關(guān)節(jié)； ? (4) 表面堿熱活性處理。 ? 人體用金屬植入材料的研究還包括： ? ① 對(duì)開(kāi)發(fā)出的各種生物醫(yī)學(xué)材料進(jìn)行臨床應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，以取得大量有價(jià)值的第一手資料，并及時(shí)反饋給材料研究部門(mén)，以便迅速對(duì)材料進(jìn)行改進(jìn)； ? ② 尋求更為理想的表面處理工藝，更好地改善人體植入材料的表面性能，獲得高質(zhì)量的涂層并解決涂層與基底的結(jié)合問(wèn)題，進(jìn)一步提高生物醫(yī)學(xué)材料與生物體的相容性，提高植入材料的耐磨性和耐蝕性； ? ③ 進(jìn)行材料的復(fù)合化和混雜化研究。此外，許多研究表明，金屬的磨屑是導(dǎo)致植入件松動(dòng)的原因。因此，減少由微動(dòng)引起的金屬離子或碎片是優(yōu)化長(zhǎng)期植入物的關(guān)鍵。 結(jié)語(yǔ) ? 人類(lèi)已進(jìn)入對(duì)生物體用金屬材料高需求的時(shí)代，亟待開(kāi)發(fā)出更多適用于不同植入部位的活性生物材料。目前生物醫(yī)用材料正在向多種材料復(fù)合、性能互補(bǔ)的方向發(fā)展。 ? 表面改性技術(shù)在生物材料上的應(yīng)用有效提高了醫(yī)用金屬材料的表面質(zhì)量，改善了植入物的植入效果。利用表面改性來(lái)提高醫(yī)用金屬材料的生物相容性將會(huì)是今后醫(yī)用金屬材料發(fā)展的趨勢(shì)。 課后習(xí)題 ? 了解 醫(yī)用金屬材料的特性與要求 。 ? 了解常用醫(yī)用金屬材料類(lèi)型及其分類(lèi)、組成、特性，生物相容性，臨床應(yīng)用。 ? 掌握醫(yī)用金屬材料的生理腐蝕機(jī)理，腐蝕類(lèi)型 .解釋鋼釘在人體中為什么會(huì)發(fā)生腐蝕和采用什么方法可以防止腐蝕？ ? 詳細(xì)論述生物醫(yī)用金屬材料的兩個(gè)基本條件 。 ? 掌握改善 金屬生物材料的表面 性能的主要方法。 ? 簡(jiǎn)述鈦及鈦合金的特點(diǎn)以及在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。 。 Thank you!