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镍钛形状记忆合金为什么能成为医用器材

作为植入体材料,医用金属材料需要在人体组织液中长期服役,并且对人体无不良副作用。所以必须具备优异的力学能力、耐磨性及耐腐蚀性、抗菌性、生物相容性及骨整合能力。而镍钛合金能成为医用器材正是因为它具备这些性能。

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医用镍钛形状记忆合金

医用镍钛形状记忆合金的力学性能

医用金属材料首先应具备良好的力学性能,包括高强度、低弹性模量、高疲劳强度及高延展性。人体的环境复杂多变,植入体材料的强度需要与人体骨组织相匹配,否则,人体骨组织将会因承受力不平衡而造成肌肉萎缩或者骨松动。人体骨组织的弹性模量为10~30GPa,常用的医用金属材料的弹性模量都远大于人体骨组织的弹性模量。这种弹性模量的不匹配性会导致高弹性模量的植入材料承受几乎所有的负载,阻止了所需应力传递到相邻的骨组织,引起较大的应力集中,产生“应力屏蔽”现象。这种现象会导致植入体周围的骨再吸收,随后会出现植入体松动、脱落,最终导致植入失败。医用金属材料的疲劳强度决定了其植入人体是否能够长期承受循环载荷和应力的综合作用。因此,镍钛合金医用金属材料就具备与骨组织相近的高强度、低弹性模量及高疲劳强度、可以增加植入体的服役时间,避免了对患者的二次伤害。

医用镍钛形状记忆合金的耐磨性及耐蚀性

人体组织环境与周围外界环境完全不同,医用金属材料在人体组织液中应具备优异的耐磨性及耐蚀性。人体关节之间不可避免地会发生磨损,耐磨性差的医用金属材料在长期使用过程中会产生大量磨屑,磨屑的堆积会使周围组织发生异常的生化反应,还可能引发骨吸收,进而导致植入体松动。并且磨屑中的有害离子会引发机体的炎症、过敏及毒性反应。例如,316L(美国牌号,相当于我国的022Cr17Ni12Mo2)不锈钢中的镍(Ni)离子对组织细胞造成毒性,引起皮炎等皮肤病。Ti-6Al-4V中的铝(Al)离子会刺激神经中枢细胞,造成神经毒性。钒(V)离子对人体具有致癌性。此外,磨屑进入关节之间也会加速植入体材料的磨损,减少植入体的使用寿命,增加患者的痛苦。植入体材料的耐蚀性在一定程度上决定了其在人体内的服役时间,人体不同组织处的pH值及氧浓度不同,这一复杂特性使得植入体在人体内的耐蚀性表现不同。植入体材料要适应人体的复杂环境,就必须具备优异的耐蚀性。耐蚀性较差的植入体在人体组织液中发生腐蚀,释放出有害的离子,会给人体造成潜在的危害。另外,腐蚀会降低植入体的力学性能,使其出现过早断裂等失效行为。因此,镍钛合金作为医疗器材正是具有优良耐磨性和耐蚀性,这对提高种植体材料安全性和使用周期性具有重要的意义。

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东莞镍钛合金加工厂

下章我们分享镍钛合金作为医用器材需要具备的其他性能。

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