生物金屬材料(biomedical metal material)：植入人體(或動物體)以修復(fù)器官和恢復(fù)功能用的金屬材料。該材料通常用作人體硬組織如牙齒、骨、關(guān)節(jié)等和軟組織如心臟瓣膜、腦膜、腹膜、人工器官等。

簡史

人類利用生物材料由來已久，早在公元前5000年，中國就已將人工牙植入頜骨內(nèi)修復(fù)失牙。公元前6000年埃及就已將黃金作為人工牙。但是，生物材料于上世紀(jì)末才開始略具雛形。近百年來，植入人體材料的開發(fā)和應(yīng)用，已由純金屬、天然材料發(fā)展成為多功能合金、高分子材料、陶瓷材料及復(fù)合材料等新型材料。生物金屬材料在生物材料中占有重要位置。目前常用的生物金屬材料與其他材料，人骨的力學(xué)性能比較見表1。                                                                表1生物金屬材料與其他材料、入骨的力學(xué)性能比較

                                                                     ①變化很大，在拉伸時材料很脆。

特征

生物金屬材料的最主要特征是在生理環(huán)境約束下行使功能，因而必須具備生物功能性和生物相容性。所謂生物功能性，是指生物材料在其植入位置上具有行使功能所要求的物理和化學(xué)性質(zhì)。生物相容性則是一種生物材料和宿主反應(yīng)起作用的能力。目前對生物相容性的理解，已不僅僅是要求材料植入后不會引起毒性反應(yīng)，更要求植入材料和機(jī)體間的相互作用能夠永久協(xié)調(diào)。另外，還要求生物金屬材料容易加工成形，使用方便和價格便宜。

種類

生物金屬材料主要包括較成熟和廣泛用于牙科和骨科的金屬材料。牙科用的金屬材料有金、銀、鉑及其合金、不銹鋼、鈷基合金、鈦基合金等。骨科使用的金屬材料主要有不銹鋼、鈷基合金和鈦基合金，有時也使用昂貴的鉭、鈮、金、銀、鈀、鉑等。在生物金屬材料中，目前使用量最多的是不銹鋼，以美國為例占全部使用量的75％，其次是鈷基合金占20％，而鈦及其合金只占5％。這3類材料的化學(xué)成分國際標(biāo)準(zhǔn)列于表2。                                                                表2常用生物金屬材料化學(xué)成分(％)

不銹鋼 骨科使用的不銹鋼典型合金成分是Fe一18cr一14Ni一3Mo(見表2)。它的耐蝕性和強(qiáng)度不如鉆鉻鉬合金，但價格便宜，加工性能好，在醫(yī)療中使用量最大。不銹鋼主要用于制作固定骨折部位的接骨板、骨鉤和骨螺釘?shù)攘慵?，也可用作人工骨和人工關(guān)節(jié)。

鈷基合金 其典型成分是co一30(：r一6Mo(見表2)，它還含O．35％c，是以碳化物為主要強(qiáng)化相的高溫合金。它的耐蝕性比不銹鋼好，并具有優(yōu)異的耐疲勞性和耐磨性，是目前較好的骨科金屬材料。缺點(diǎn)是硬度高，加工困難。

鈦基合金 與不銹鋼、鈷基合金相比耐蝕性最好，密度也最小，僅是它們的一半。純鈦的強(qiáng)度與不銹鋼相當(dāng)，約為500MPa，TC4(Ti一6Al一4V)鈦合金的強(qiáng)度較高為1000MPa(見表1)。鈦及鈦合金的耐磨性差，用它制成的人工關(guān)節(jié)的磨損碎屑在人體內(nèi)積存，會造成人體組織變異。這類材料經(jīng)過氮化處理可改善耐磨性能，已取得良好的臨床效果。鈦及鈦合金已用作髖關(guān)節(jié)、長骨頭、接骨板、頭蓋骨蓋板、假牙等。鈦一鎳形狀記憶合金(鈦中含50％Ni(原子分?jǐn)?shù)))具有形狀記憶效應(yīng)、超彈性、優(yōu)良的耐磨耐蝕性，同時還具有高的強(qiáng)度和疲勞性能。其抗拉強(qiáng)度大于980MPa，伸長率大于20％。鈦一鎳形狀記憶合金是一種新型功能材料，也是一種較理想719shl石的生物材料，已應(yīng)用的有血栓過濾器、脊柱矯形棒、牙齒矯唇弓絲、人工關(guān)節(jié)、血管擴(kuò)張支架、前列腺增生尿道擴(kuò)張固定支架等。

其他 生物金屬材料除采用鍛件和鑄件外，也可采用粉末冶金法制成的多孔材料。由于這種多孔材料能使人體組織移入微細(xì)孔內(nèi)再生，從而使人體組織與材料內(nèi)部呈現(xiàn)化學(xué)結(jié)合、力學(xué)結(jié)合的組織性能，較好地控制了界面反應(yīng)。

展望

生物材料領(lǐng)域目前的任務(wù)是為發(fā)展長壽命的矯形假體和人工器官提供較為理想的新型材料。最終目標(biāo)是要研制出接近人體自然組織、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)理想的生物活性材料。