上海交通大学：《材料科学与工程前沿》课程教学资源（案例讲座）可降解医用金属材料与应用（1/2）骨内植物器械

上游充通大粤 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY 可降解医用金属材料与应用 (一)骨内植物器械 袁广银 上海交通大学材料科学与工程学院 强 E-mail:gyyuan@sjtu.edu.cn VAAAA Tel:021-34203051/18616027660 办公室：闵行校区材料学院B楼205室

可降解医用金属材料与应用 （一）骨内植物器械 袁广银 上海交通大学材料科学与工程学院 E-mail: gyyuan@sjtu.edu.cn Tel：021-34203051 / 18616027660 办公室：闵行校区材料学院B楼205室

上游充通大粤 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY 报告提纲 ©医用金属材料临床应用现状及其存在问题 可降解医用镁合金-被誉为“革命性金属生物材料” 可降解医用镁合金临床应用中面临的挑战 Q应对策略 “合金设计、制备工艺保障、组织结构调控”三位一体 ○上海交通大学可降解医用镁合金研究进展 “高强中塑”一骨内植物应用

医用金属材料临床应用现状及其存在问题 可降解医用镁合金 - 被誉为“革命性金属生物材料” 可降解医用镁合金临床应用中面临的挑战 应对策略 “合金设计、制备工艺保障、组织结构调控”三位一体 上海交通大学可降解医用镁合金研究进展 “高强中塑”－ 骨内植物应用 报告提纲

上游充通大粤 一、医用金属材料临床应用现状 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY 1.1发展简况 生物医用金属材料是人类最早利用的生 物医用材料之一，迄今为止在硬组织修 可降解 复和替换材料中仍然首推金属及其合金。 镁合金 贵金属 形状记 忆合金 不锈钢 钴铬合金 钛基合金

一、医用金属材料临床应用现状 1.1 发展简况 生物医用金属材料是人类最早利用的生 物医用材料之一, 迄今为止在硬组织修 复和替换材料中仍然首推金属及其合金。 钴铬合金 钛基合金 不锈钢 贵金属 可降解 镁合金 形状记 忆合金

上游充通大粤 一、医用金属材料临床应用现状 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY 1.2骨科、口腔及心血管治疗常用生物医用材料 1.骨科：医用钛合金、医用不锈钢及钴铬钼合金 0-0 2.口腔：医用钛合金、钴铬合金 3.心血管：医用不锈钢、镍钛合金、钴铬合金 Stainless steel stent Ni-Ti alloy stent Cobalt Chromlum Technology 4

1.2 骨科、口腔及心血管治疗常用生物医用材料 1. 骨科：医用钛合金、医用不锈钢及钴铬钼合金 4 3. 心血管：医用不锈钢、镍钛合金、钴铬合金 2. 口腔：医用钛合金、钴铬合金 一、医用金属材料临床应用现状

上浒克通大学 一、医用金属材料临床应用现状 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY 骨内植物器械行业及市场分析 (1)骨科医疗器械市场规模：2017年总规模超200亿人民币 关节 创伤 多角度辅T孔 脊柱 骨内植物 (2)传统骨植入物（不可降解，长期存在） 不锈钢 钛合金 钴铬合金 >大部分创伤&部分脊柱产品：骨3-6个月愈合后，不需长期存在！ >儿童：永久存在限制生长发育

(1)骨科医疗器械市场规模：2017年总规模超200亿人民币 (2)传统骨植入物（不可降解，长期存在） 不锈钢 钛合金 钴铬合金 大部分创伤&部分脊柱产品：骨3-6个月愈合后，不需长期存在！ 儿童：永久存在限制生长发育 创伤 脊柱 关节 骨内植物 一、医用金属材料临床应用现状  骨内植物器械行业及市场分析

上游充通大粤 一、医用金属材料临床应用现状 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY 1.3医用金属材料的特性与生物相容性 生物医用金属：优良力性、易加工、可靠→45%（医用高分子45%） 金属材料在组成上与人体组织成份相距甚远，很难与生物组织产生亲合作用， 一般不具有生物活性，常以其相对稳定的化学性能，获得一定的生物相容性。 美国材料试验学会ASTM-F4的标准规定：金属材料埋植6个月后，纤维包膜厚 度<0.03mm为合格

1.3 医用金属材料的特性与生物相容性 金属材料在组成上与人体组织成份相距甚远,很难与生物组织产生亲合作用, 一般不具有生物活性,常以其相对稳定的化学性能,获得一定的生物相容性。 美国材料试验学会ASTM-F4的标准规定:金属材料埋植6个月后,纤维包膜厚 度<0.03mm为合格 生物医用金属：优良力性、易加工、可靠 45% (医用高分子45%) 一、医用金属材料临床应用现状

上游充通大学 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY 1.3生物医用金属材料在应用中面临的主要问题： >由于生理环境的腐蚀而造成的金属离子向周围组织扩散以 及植入材料自身性质的退变 作为生物医用金属材料，首先必须满足两个基本条件： ①无毒性 ② 耐生理腐蚀 Degenerative osteoarthritis Cartilage worn

 由于生理环境的腐蚀而造成的金属离子向周围组织扩散以 及植入材料自身性质的退变. 作为生物医用金属材料,首先必须满足两个基本条件: ① 无毒性 ② 耐生理腐蚀 1.3 生物医用金属材料在应用中面临的主要问题:

上海充通大学 一、医用金属材料临床应用现状 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY 1.4生物医用金属材料的基本要求 人体环境特点： 由体液 体液是质量分数约为1%的NaCL,少量其 构成 它盐类及有机化合物的充气溶液。 多种 在人体的不同部位，甚至同一部位的 多样 不同时刻，人体组织内体液不一样 电解质 电化学腐蚀的基本规律，对人体环境中 溶液 的植入材料的腐蚀完全适用 女生物医用金属材料必须满足：无毒性、耐生理腐蚀

人体环境特点: 体液是质量分数约为1%的NaCl, 少量其 它盐类及有机化合物的充气溶液。 由体液 构成 在人体的不同部位，甚至同一部位的 不同时刻，人体组织内体液不一样 电化学腐蚀的基本规律，对人体环境中 的植入材料的腐蚀完全适用 多种 多样 电解质 溶液 1.4 生物医用金属材料的基本要求 ★ 生物医用金属材料必须满足：无毒性、耐生理腐蚀 一、医用金属材料临床应用现状

上浒克通大学 一、医用金属材料临床应用现状 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY 材料与肌体组织发生两种反应： 包括生物环境对材料的腐蚀降解、 磨损和性质退化，甚至破坏。 材料反应 活体系统 材料 宿主反应 包括局部和全身反应，如炎症、细胞毒性、 凝血、过敏、致癌、畸形和免疫反应等

材料与肌体组织发生两种反应： 活体系统 材 料 材料反应 宿主反应 包括生物环境对材料的腐蚀降解、 磨损和性质退化，甚至破坏。 包括局部和全身反应，如炎症、细胞毒性、 凝血、过敏、致癌、畸形和免疫反应等

人工关节术感染示意图 上游充通大学 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY 1.金属材料的毒性 >毒性来源：金属表面原子或离子因腐蚀 人工美节 或磨损进入周围生物组织。 >毒性作用：主要作用于细胞，抑制酶的 活动，阻止酶通过细胞膜的扩散和破坏溶酶体。 具体表现： 与体内物质生成有毒化合物，同时金属离子进入组织液引 起水肿，栓塞，感染和肿瘤等。 女医用金属材料中不能含有明显毒性的元素！

毒性来源：金属表面原子或离子因腐蚀 或磨损进入周围生物组织。 1.金属材料的毒性 毒性作用：主要作用于细胞，抑制酶的 活动，阻止酶通过细胞膜的扩散和破坏溶酶体。 具体表现： 与体内物质生成有毒化合物，同时金属离子进入组织液引 起水肿，栓塞，感染和肿瘤等。 ★ 医用金属材料中不能含有明显毒性的元素！