毕业论文刘燕.docVIP

1 绪论 1.1 生物材料 生物材料是一个崭新的学科，不过生物材料本身却有着非常古老的历史，古埃及人曾使用棉花纤维缝合伤口，古罗马人、中国人利用黄金修补牙齿，都是早期人们对生物材料的应用。直到20世纪初，人们开始尝试不同的材料进行人体植入试验，生物材料这个概念才逐渐被提出和认识。近年来，生物医用材料取得了快速的发展，它与化学、生物、医学、物理、纳米技术以及其他学科建立了及其密切的关系，在研究生物材料的组成结构、生物功能及形成机制的基础上，发展新型医用材料以用于人体器官组织修复与替代，发展仿生高性能工程材料[1]。 1.1.1生物材料的定义 生物材料通常有两种定义：一种是指天然生物材料，即在生命过程中形成的材料，如结构蛋白（胶原纤维、蚕丝等）和生物矿物（骨、贝壳等）。另一种是指生物医用材料，其含义随着医用材料的发展而不断演变[2]。 1.1.2生物材料的分类 生物医用材料根据其发展历程可分为：生物惰性材料、生物活性材料、可降解的细胞/基因活化的生物材料。生物惰性材料尽量将受体对植入器械的异物反应降到最低，20世纪60到70年代，在体内固定用的骨钉和骨板、人工关节、人工血管等取得了快速的发展，至今生物惰性材料仍在临床大量使用，使数以万计的患者得到了有效医治。20世纪80年代中期，具有生物活性的材料逐渐发展起来，这种材料在生理条件下发生可控的反应，并作用于人体。生物活性玻璃、生物陶瓷、玻璃-陶瓷及其复合材料逐渐应用于整形外科和牙科，其中，羟基磷灰石（HA）因其与人体骨骼的无机盐具有相近的化学成分和晶体结构而被各国研究者广泛关注。20世纪90年代后期，在分子水平上刺激细胞产生特殊应答反应的生物材料逐渐兴起，这类材料将生物活性材料和可降解材料两个独立的概念结合起来，在可降解材料上进行分子修饰，与细胞整合素结合，诱导细胞增殖、分化，以及与细胞外的基质合成组装，从而启动基体的再生系统[1]。 近年来，发展起来的新型医用材料主要有智能高分子、生物可吸收与生物可侵蚀材料、生物医用纤维等，随着生物医用材料的研究与开发，新型的生物医用材料将会不断涌现[3]。 1.2金属医用植入材料的研究现状 人类在古代就已经尝试使用外界材料来替换修补缺损的人体组织。在公元前，人类就开始利用天然材料如象牙来修复骨组织；到了19世纪，由于金属冶炼技术的发展，人们开始尝试使用多种金属材料，不遗余力地发展生物医用材料，以解救在临床上由于创伤、肿瘤、感染所造成的骨组织缺损患者。 1.2.1 生物医学对材料的要求 医用金属材料严格满足如下的生物学要求[4]：（1）良好的组织相容性，包括无毒性、无热源反应、不致畸、不致癌、不引起过敏反应或干扰机体的免疫机理、不破坏临近组织，也不发生材料表面的钙化沉着等。（2）物理和化学稳定性好，包括强度、弹性、尺寸稳定性、耐腐蚀性、耐磨性以及界面稳定性等。（3）易于加工成型，材料易于制造，价格适当。（4）对于植入心血管系统或与血液接触的材料，除能满足以上条件外，还须具有良好的血液相容性，即不凝血（抗凝血性好）、不破坏红细胞（不溶血）、不破坏血小板、不改变血中蛋白（特别是脂蛋白）、不扰乱电解质平衡等。 1.2.2生物医用材料的种类 目前临床应用的医用金属材料主要有不锈钢、钴基合金、钛合金和记忆合金等几大类。此外还有形状记忆合金、贵金属以及纯金属钽、铌、锆等。 (1)医用不锈钢 在所有生物医用植入材料中，金属材料应用最早，而且在临床中的应用也最为广泛。近代第一种用作植入材料的是不锈钢18-8 （标准牌号302），其强度比钒钢高，抗蚀能力也较强。后来，在18-8不锈钢的基础上，人们发展了316不锈钢。该不锈钢中Mo元素的存在改善了其在生理盐水中的抗蚀性。到20世纪50年代，316不锈钢中的最高碳含量由0. 08 %（质量分数）降到0. 03 %（质量分数），提高了316不锈钢在氯化物溶液中的抗蚀性能，成为新的316L不锈钢[4]。 316L不锈钢是制作医用人工关节比较廉价的常用金属材料，主要用作关节柄和关节头材料[5]。但临床表明316L不锈钢植入人体后，在生理环境中，有时会产生缝隙腐蚀或摩擦腐蚀以及疲劳腐蚀破裂等问题[6]，并且会因摩擦磨损等原因释放出Ni2+Cr3+和Cr5+，从而引起假体松动，最终导致植入体失效[7]。 近些年来低镍和无镍的医用不锈钢正逐渐得到发展和应用。日本的物质材料研究所（筑波市）开发了一种不含镍的硬质不锈钢的简易生产方法。这样生产的无镍不锈钢解决了原来难以加工而制造成本太高的问题。利用此法生产的无镍不锈钢生产成本低廉，有望广泛用于医疗领域[8]。 （2）医用钴基合金 钴基合金通常指Co-Cr合金，有2种基本牌号：Co-Cr-Mo合金和Co-Ni-Cr-Mo合金。锻造加工的Co-Ni-Cr-Mo合金是一种新材料，