[00126931]一种硬组织生物医用原位自生锆基复合材料

○1课题来源和背景生物医用材料包括医疗上能够植入生物体或能够与生物体组织相结合的材料,生物材料用来治疗或替换生物机体中原有的组织和器官,修正和提高其功能。目前生物医用金属材料是广泛应用外科植入材料,具有高的强度、良好的韧性、抗弯曲疲劳强度以及良好的加工成型性能,具有其它类型医用材料难以替代的优良险能。金属材料作为生物医用材料必须满足严格的生物学要求：（1）组织相容性好、无毒性,不致畸变,不引起过敏反应和干扰基体的免疫,不破坏临近组织等;（2）物理化学性质稳定,强度、弹性、尺寸、耐腐蚀、耐磨性等性质稳定;（3）易于加工成型,容易制成各种需要的形状。目前金属材料钛及其合金在生物医用植入材料上得到了广泛的应用,尤其是B一钛合金的应用更广泛。但是,随着医学技术的发展,钛合金在生物医学的应用上存在的不足逐渐体现出来,其中之一就是弹性模量与天然骨骼的弹性模量不够匹配,容易引起应力屏蔽效应,不利于骨骼愈合和植入体的长期稳定,对人体容易造成损伤。所以,开发新型的生物医用合金材料成为现今生物医用材料的一个最主要研究方向。锆合金具有优良的耐腐蚀性能、机械性能、组织相容性好、无毒性,主要作为反应堆芯结构材料,如燃料包壳;常用作耐腐蚀的容器和管道,如压力管、支架和孔道管等。目前锆合金在生物医用材料方面的研究还相当稀少,多数研究都是以锆作为添加的合金元素来提升钛合金的性能。而本发明将锆合金在生物医用上的应用作为主要的研究方向。研究出的锆基合金与传统的钛合金相比,锆及其合金具有比钛更良好的耐腐蚀性、强度,更低的弹性模量,很好的弥补了传统钛合金的不足。 ○2技术原理与性能指标 一种硬组织生物医用原位自生锆基复合材料,所用原料组分及重量百分比为:铜3.5%- 4.50%,铌0.1- 1.2%,余量为海绵锆。优选的原料组分及重量百分比为:铜4.00%,铌0.5-1.0%,余量为海绵锆,该配方得到的生物医用合金,各项性质稳定,性能良好。 ○3技术的创造性与先进行 1、本发明的复合材料具有良好的生物相容性,其杨氏模量（25-31GPa）与人体骨骼（10-40GPa）更为匹配,能有效避免因力学不匹配而对人体造成的伤害。如果合金材料的杨氏模量超过人体骨骼的杨氏模量时,由于其刚性过大,作为生物材料时,容易对人体骨骼与肌肉造成损伤,不利于骨骼愈合和植入体的长期稳定。目前很多生物医用合金的杨氏模量偏高,在实际应用过程中,对人体机能造成一定损伤,产生疼痛等并发症,阻碍其发展。因此要控制医用合金材料的杨氏模量与人体骨骼相互匹配才能确保材料能够长期与人体接触,不对人体产生损伤,同时又能保证人体机能的正常作用。 2、本发明原位自生的Zr3Cu作为增强体起到第二相强化作用,有效的提高了复合材料的抗压强度等性质;采用铌作为合金化元素,控制其合理用量,其起到固溶强化作用,提高合金的强度,增强合金的耐腐蚀性。三种元素共同作用可以起到调节复合材料的抗压强度、弹性模量、塑性、屈服强度等性质的作用,从而更好的适应生物医用材料的要求。 3、本发明的锆基复合材料中所用到的铌、铜均对人体无毒副作用,锆合金也对人体无毒副作用,铌、铜生产成本较低,避免以往医用合金的合金化元素过度依赖贵重金属,降低了合金研发和生产的成本,有很好的开发应用前景。 4、本发明的复合材料能替代或部分替代钛合金在生物医用上的应用,其具有作为生物医用材料的各项优良性能,也具备了传统钛合金的各种优势,具有高机械强度和抗疲劳性能,为生物医用材料领域提供了一种新材料。 ○4技术的成熟程度,适用范围和安全性本发明的合金设计和制备工艺富有创新性和实用性,通过控制、调节锆、铜和铌的成分,有效提高了材料的各项性能,已获得性能优异的合金材料,以替代或部分替代钛合金在生物医用上的应用。