什么是生物金属材料?

[拼音]：shengwu jinshu cailiao

[外文]：biometal materials

植入人体（或动物体）以修复器官和恢复功能用的金属材料。生物金属材料有的可以制成牙齿、骨头等起支撑作用的硬组织（见彩图），有的可制成心脏瓣膜、脑膜、腹膜等软组织。植入体内的金属材料是浸泡在血液、淋巴液、关节润滑液等体液之中使用的。体液含有有机酸、无机盐，存在Na+、K+、Ca2+、Cl-等离子，是一种电解质，而且使用时间长达几年甚至几十年之久，因此生物金属材料首先要具备与人体组织和体液有良好的适应性（无毒，不引起变态反应和异常新陈代谢，对组织无刺激性），同时还要有耐蚀性和化学稳定性（金属离子不随血液转移，在体内生物环境中不发生变化，不受生物酶的影响）。生物金属材料要承受人体的各种机械动作，因此在力学上应具有适宜的强度、韧性、耐磨性和耐疲劳性能。此外，生物金属材料还要容易加工成各种复杂形状，价格便宜和使用方便。

生物金属材料中使用比较成熟和应用比较广泛的，主要是牙科和骨科用的金属材料。牙科用的金属材料有金、银、铂等贵金属合金以及不锈钢、钴基和钛基合金等（见牙科金属材料）。骨科使用的金属材料主要有镍铬不锈钢、钴铬钼合金和钛及其合金，有时也应用价格昂贵的钽、铌、金、银、钯、铂等。现将骨科使用的主要金属材料分述如下：

耐蚀性和强度不如钴铬钼合金，但价格便宜，加工性能好，所以在医疗中使用量最大。不锈钢主要制作固定骨折部位的接骨板、骨钩和骨螺钉等零件，也有用来制造人工骨、人工关节的。骨科使用的不锈钢的典型合金是Fe-18Cr-12Ni-2Mo。合金中硅和锰等杂质的含量越低越好。

这种钴基合金常称 Vitallium（见钴基高温合金）。它的典型成分为 Co-30Cr-6Mo，还含碳0.35％。它的耐蚀性比不锈钢 (Fe-18Cr-12Ni-2Mo)高40倍左右，且有优异的耐疲劳性能和耐磨性能，是目前较好的骨科合金材料。合金中铬和钼的作用是提高强度和耐蚀性能；钼还能阻止结晶时的晶粒长大，从而改善耐疲劳性能。缺点是硬度高，加工困难。

这类材料在骨科常用的三类金属材料中耐蚀性能最好，比重最轻(约为其他材料的一半)。纯钛强度较低，钛合金(Ti-6Al-4V)强度较高。钛及其合金的耐磨性差，制成的人工关节的磨损碎屑在体内积存，会造成人体组织变异。这类材料通过氮化处理可改善耐磨性能，已取得临床效果。Ti-50Ni合金是新发展起来的形状记忆合金，有形状记忆效应并有良好的力学性能。它的摩擦损耗只有钛的几十分之一。这种合金可制造人工关节，因有形状记忆效应，也可制造脊椎矫正棒、接骨板及各种类型的止血夹。

用钴铬钼合金和钛合金粉末制作的多孔金属作人工关节，不仅可减少人工关节与关节头之间的d性模量差别，而且骨组织又能进入多孔金属中达到生理结合的效果，正在临床试用中。