【正文】 Thank you! 。 ? 簡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。 ? 掌握醫(yī)用金屬材料的生理腐蝕機(jī)理，腐蝕類型 .解釋鋼釘在人體中為什么會發(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)用金屬材料的兩個基本條件 。 課后習(xí)題 ? 了解 醫(yī)用金屬材料的特性與要求 。 ? 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。 結(jié)語 ? 人類已進(jìn)入對生物體用金屬材料高需求的時代，亟待開發(fā)出更多適用于不同植入部位的活性生物材料。此外，許多研究表明，金屬的磨屑是導(dǎo)致植入件松動的原因。 ? 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。 ? 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等作為合金元素來改善鈦合金的機(jī)械性能、耐蝕性和生物相容性。 ? 最新開發(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。 ? 從金屬植入材料的研究現(xiàn)狀來看， 純鈦及其鈦合金 具有其它材料無可比擬的優(yōu)越性，特別是近些年發(fā)展起來的新型 β鈦合金。 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。 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 。Wen等 [58]采用粉末冶金技術(shù)制備開孔純鎂，孔隙率在 3555%，孔徑在70~400μm。但實(shí)驗(yàn)過程中經(jīng)常發(fā)生爆炸，其工藝還很不成熟。 圖 310 多孔鎂形貌圖 目前關(guān)于制備多孔鎂的研究報導(dǎo)不多，主要采用鑄造法和粉末冶金法進(jìn)行制備。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)。同時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%。 ? (1) 多孔鉭 ? 多孔鉭最初由美國新澤西州 Implex公司開發(fā)，并被命名為Hedrocel， 2022年更名為 Trabecuar metal(小梁金屬 )。 ? 此外，多孔金屬可以吸收與沖擊方向無關(guān)的較高沖擊能量，還可以有效地應(yīng)用于聲音吸收、電磁屏蔽和振動阻尼等方面。 ? 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、壓縮平臺應(yīng)力及在變形過程中泊松比的改變等。 ? 分類： ? 按期結(jié)構(gòu)來分 ，可分為無序和有序兩類，前者如泡沫材料，而后者主要是點(diǎn)陣材料。 ? 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。 ? 在控制降解速度方面仍沒有取得突破性進(jìn)展。 ? 在提高鎂及鎂合金耐蝕性能方面 ，研究主要集中在合金化與表面涂層兩方面。 ? 利用鎂的易降解性能制成可降解心血管支架 ? 利用 鎂金屬 與人體相近的力學(xué)性能 作為骨固定材料 。 ? (3) 鎂具有獨(dú)特的體內(nèi)降解性能 。 6 醫(yī)用金屬材料研究進(jìn)展 ? 醫(yī)用鎂及鎂合金材料的研究 ? 鎂合金具備作為可降解骨植入材料的多方面優(yōu)點(diǎn) ： ? (1) 鎂是人體內(nèi)含量最多的陽離子之一，幾乎參與人體內(nèi)所有的新陳代謝過程 。在這種情況下用aminopropyltriethoxysilane (APS) 對基體進(jìn)行硅烷化處理，再通過戊二酸醛的作用將一些蛋白質(zhì)或酶的分子如胰蛋白酶，以化學(xué)鍵聯(lián)接在基體表面上。這樣的材料可以促進(jìn)植入處傷口的愈合，加速植入體與周圍組織的結(jié)合，同時也可以提高植入體的安全性和使用壽命。其具體方法有 ： 等離子噴刷、超音振蕩、激光束點(diǎn)融以及電化學(xué)晶界腐蝕等。此方法并不在基體表面產(chǎn)生強(qiáng)化層或附加涂層，而是通過改善植入體的表面微觀形貌來獲得最好的植入效果。 金屬生物材料的表面改性技術(shù)主要可以分為 ： （ 1） 物理化學(xué)方法 （ 2） 形態(tài)學(xué)方法 （ 3） 生物化學(xué)方法 。 5 金屬與合金表面涂層處理 金屬及其合金在生物體內(nèi)的腐蝕問題尚未解決，需對其表面進(jìn)行改性。 ? CoCrMo合金 ： 鈷基合金在 生物體內(nèi) 多保持鈍化狀態(tài) ， 其鈍化膜穩(wěn)定，耐蝕性好。 ? 鈦及鈦合金 ： 表面 經(jīng)過 鈍化處理 可 生成一層保護(hù)性的氧化膜，提高抗蝕能力 。 ? 通過陽極極化曲線檢測表明，金屬材料的耐蝕性為鈦合金 鈷基合金 不銹鋼 常用金屬材料的耐腐蝕性能 ? 提高金屬的抗腐蝕性能的途徑： ? （ 1）在 材料表面形成保護(hù)層 ? （ 2）提高材料表面光潔度 ? 不銹鋼 ： 在不銹鋼中加入鉻、鎳或鈷，或制成 CoNiCrTi合金 ； 降低不銹鋼中的 Si、 Mn等雜質(zhì)元素及非金屬夾雜物 ， 其耐腐蝕性能可大大提高。 ? (5) 疲勞腐蝕 :材料在腐蝕介質(zhì)中承受某些應(yīng)力的循環(huán)作用所產(chǎn)生的腐蝕，表面微裂紋和缺陷可使疲勞腐蝕加劇。 ? (4) 應(yīng)力腐蝕 :在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用下出現(xiàn)的一種加速腐蝕的行為。對材料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度影響較大。因此，有必要了解材料在體內(nèi)環(huán)境的腐蝕機(jī)制，從而指導(dǎo)材料的設(shè)計和加工。醫(yī)用金屬材料植入體內(nèi)后處于長期浸泡在含有有機(jī)酸、堿金屬或堿土金屬離子（ Na+、 K+、 Ca2+）、 Cl－ 離子等構(gòu)成的恒溫（ 37℃ ）電解質(zhì)的環(huán)境中，加之蛋白質(zhì)、酶和細(xì)胞的作用，其環(huán)境異常惡劣，材料腐蝕機(jī)制復(fù)雜。 ? 在人體內(nèi)，金屬材料的均勻腐蝕速率較低，年失重率較小，一般不存在對材料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度造成大的破壞。 ? 其 腐蝕原理與原電池的工作原理相類似 ? 產(chǎn)生電子被稱為陽極 (氧化 )， ? 消耗電子被稱為陰極 (還原 ) ? 在任何金屬表面都可產(chǎn)生陰極還原， ? 在陽極氧化產(chǎn)生腐蝕。 是金屬與它所處的環(huán)境之間發(fā)生的一種不希望出現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)， 將會導(dǎo)致金屬形成氧化物、氫氧化物或其他化合物而持續(xù)析出 。由于其來源和經(jīng)濟(jì)原因，醫(yī)用鈮的用途受到很大的限制。鈮容易磨損和黏結(jié)刀具，切削加工時宜采用油水乳化液冷卻，以保持刀具刃部的鋒利性。 ? 鈮的力學(xué)性能見表 36。 C、 400176。鈮和 Cl、 H、 N分別在 200176。鈮對很多腐蝕介質(zhì)在冷態(tài)或稍熱的條件下不起反應(yīng)，金屬鈮在空氣中只在溫度高于 200176。純鈮的密度為 。 ? （ 3）醫(yī)用鈮 ? 鈮為難熔金屬，熔點(diǎn)為 2467176。用鉑及其合金制造的 微探針 廣泛用于人體神經(jīng)系統(tǒng)的各種 植入性檢測和修復(fù)用電子裝置，心臟起搏器 等。 C)[9]。 C)，熔點(diǎn) 1769176。鉑具有高熔點(diǎn)、高沸點(diǎn)和低蒸氣壓的特點(diǎn)，鉑的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。 性能 完全退火 冷加工 拉伸強(qiáng)度 /MPa 205 515 屈服強(qiáng)度 /MPa 140 345 延伸率 /% 20～ 30 2 楊氏模量 /GPa — 190 表 35 鉭合金機(jī)械力學(xué)性能 ? （ 2） 醫(yī)用鉑 ? 鉑是一種銀白色金屬，俗稱白金。此外，在血管金屬支架表面鍍一層鉭，能明顯提高血管支架的抗血栓性能。鉭可 加工成板、帶、絲材 ， 用于制造骨板、骨釘、夾板、縫合針等外科植入器械 。這表明金屬鉭具有優(yōu)良的生物學(xué)性能 [19]。鉭植入骨內(nèi)能與周圍生成的新骨直接接觸。在口腔科中用作齒列矯正用唇弓絲、齒冠、托環(huán)、頜骨固定 等，隨著研究和開發(fā)的