08于振涛-生物医用钛合金材料的发展与机遇.ppt

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生物医用钛合金材料的发展与机遇生物医用钛合金材料的发展与机遇西北有色金属研究院西北有色金属研究院生物材料研究所生物材料研究所宣讲人：

于振涛宣讲人：

于振涛1宣读提纲宣读提纲11、前言、前言22、生物医用钛合金材料的国内外研究开发现状生物医用钛合金材料的国内外研究开发现状33、新型介稳定新型介稳定型医用钛合金的设计与开发医用钛合金的设计与开发44、生物医用钛合金材料的最新进展及应用生物医用钛合金材料的最新进展及应用55、结语、结语2人人体体骨骨骼骼结结构构图图医用金属材料医用金属材料约占整个生物约占整个生物材料市场材料市场40%40%左右，是人体左右，是人体软、硬组织修复与替代主要软、硬组织修复与替代主要材料！

材料！

医用高分子医用高分子医用陶瓷医用陶瓷医用复合材料医用复合材料医用金属医用金属生物材料生物材料非有源外科植入物非有源外科植入物金金属属材材料料外科植入物外科植入物陶陶瓷瓷材材料料聚聚合合材材料料心心血血管管材材料料骨骨与与关关节节材材料料骨骨接接合合材材料料脊脊柱柱材材料料其其它它植植入入材材料料外科植入物和矫形器械专业国家标准外科植入物和矫形器械专业国家标准胶原纤维蛋白占胶原纤维蛋白占30%30%，增加柔韧性，增加柔韧性磷酸钙或羟基磷灰石（磷酸钙或羟基磷灰石（HA）HA）占占70%70%，增加刚性增加刚性11、前言、前言3生生物物医医用用材材料料诊断诊断现代诊断系统（医疗设备）现代诊断系统（医疗设备）治疗治疗修复、修复、置换、置换、增进组织增进组织器官功能器官功能药物控制释放材料药物控制释放材料人体硬组织修复替代材料人体硬组织修复替代材料血液相容性材料血液相容性材料血液净化材料血液净化材料组织工程材料（仿生材料）组织工程材料（仿生材料）RepairRepair（修复）（修复）ReplaceReplace（替代）（替代）RebuildRebuild（重建）（重建）医用金属材料的用途医用金属材料的用途4骨科和齿科硬组织治疗用主要器械产品骨科和齿科硬组织治疗用主要器械产品髓内钉髓内钉接骨板接骨板脊柱修复支架脊柱修复支架脊柱修复支架脊柱修复支架颅骨修复网板颅骨修复网板颅骨修复网板颅骨修复网板人工关节人工关节牙种植体牙种植体RepairRepair（修复）（修复）ReplaceReplace（替代）（替代）5心脑血管心脑血管外周血管外周血管非血管非血管冠冠状状动动脉脉颅颅内内动动脉脉颈颈动动脉脉肾肾动动脉脉胸胸腹腹主主动动脉脉肢肢体体动动脉脉胆胆道道食食道道肝肝脏脏静静脉脉气气管管尿尿道道髂髂动动脉脉每年发病人数20万软组织支架介入治疗的应用领域软组织支架介入治疗的应用领域6心脑血管介入等软组织治疗用心脑血管介入等软组织治疗用主要医疗器械主要医疗器械食道支架食道支架动脉血管瘤支架动脉血管瘤支架植入植入肾动脉支架肾动脉支架肾动脉支架肾动脉支架气管支架气管支架胆管支架胆管支架血管支架心脏瓣膜血管堵闭器人工心脏及附件全球产量最大、用途最广、需求最迫切的一大类产品！

全球产量最大、用途最广、需求最迫切的一大类产品！

7生物医用材料基本要求和特征生物医用材料基本要求和特征硬组织修复替代硬组织修复替代11、良好的生物相容性和生物降解性；、良好的生物相容性和生物降解性；22、骨诱导和骨传导性；、骨诱导和骨传导性；33、适宜的机械强度，易于加工和成型；、适宜的机械强度，易于加工和成型；44、具有负荷最大量细胞的高渗透性；、具有负荷最大量细胞的高渗透性；55、支持骨细胞生长和功能分化的表面化学性质与微结构；、支持骨细胞生长和功能分化的表面化学性质与微结构；66、可与其它活性分子（骨形态发生蛋白、可与其它活性分子（骨形态发生蛋白BMPBMP，转移生长因子等），转移生长因子等）复合共同诱导骨的发生；复合共同诱导骨的发生；77、易消毒性；、易消毒性；医用金属材料（功能结构材料）涉及材料、物理、化学、生医用金属材料（功能结构材料）涉及材料、物理、化学、生物、医学及先进电子显微及生化分析等多学科，研究方向包括：

物、医学及先进电子显微及生化分析等多学科，研究方向包括：

医用金属材料的合金设计与评价体系、材料的加工医用金属材料的合金设计与评价体系、材料的加工-组织组织-性能关性能关系与人体软硬组织的相容性匹配、材料的表面改性（生物相容性、系与人体软硬组织的相容性匹配、材料的表面改性（生物相容性、生物功能性、生物活性、耐磨性、耐蚀性等）及其材料基体与表生物功能性、生物活性、耐磨性、耐蚀性等）及其材料基体与表面（界面）的相互作用规律等等。

面（界面）的相互作用规律等等。

8上世纪二战期间上世纪二战期间（40（40年代末）钛首次被年代末）钛首次被BatheBathe等等33人动物实验研究证实无毒性人动物实验研究证实无毒性上世纪上世纪7070年代，美、日、英等国尝试用纯钛年代，美、日、英等国尝试用纯钛（型）型）和和Ti6Al4VTi6Al4V（+型）型）作外科植入材料作外科植入材料（第一代），（第一代），日本首次研究日本首次研究型医用钛型医用钛Ti15Mo5Zr3AlTi15Mo5Zr3Al上世纪上世纪80-9080-90年代中期，瑞士和德国先后开发出新型年代中期，瑞士和德国先后开发出新型医用钛合金医用钛合金Ti6Al7NbTi6Al7Nb和和Ti5Al2.5FeTi5Al2.5Fe（+型）型）（第二代）（第二代）并列入国际生物材料标准，开始在并列入国际生物材料标准，开始在临临床上应用。

美国开始研究床上应用。

美国开始研究型医用钛合金型医用钛合金近年来，医用钛合金重点转向具有较低弹性模量的介稳定近年来，医用钛合金重点转向具有较低弹性模量的介稳定型钛合金型钛合金（第三代）（第三代），以美、日科技投入和产出最多，以美、日科技投入和产出最多。

Ti13Nb13ZrTi13Nb13Zr是美国是美国19941994年年研制成功且最早被正式列入国际标准的第一个低模量近研制成功且最早被正式列入国际标准的第一个低模量近型医用钛合金型医用钛合金外科植入物用钛合金发展史外科植入物用钛合金发展史钛合金钛合金成为人体软、硬组织修复替代的较理想材料成为人体软、硬组织修复替代的较理想材料全球全球重点和热点研究对象重点和热点研究对象22、生物医用钛合金材料国内外研究开发现状、生物医用钛合金材料国内外研究开发现状9大量应用的传统生物医用钛合金大量应用的传统生物医用钛合金合金合金类型类型研制国研制国综合性能综合性能应用应用/标准标准纯钛纯钛TA1ELI,TA1,TATA1ELI,TA1,TA2,TA3,TA42,TA3,TA4世界各国世界各国RmRm200-580MPa200-580MPa，AA5515-30%15-30%，Z25-Z25-30%30%EE110GPa110GPa，-1-1200GPa200GPa，生物相容性好生物相容性好骨科、齿科等骨科、齿科等纳入国际和中国标准纳入国际和中国标准大量应用大量应用Ti-6Al-Ti-6Al-4V（TC4）4V（TC4）TC4ELITC4ELI+世界各国世界各国Rm825-930MPa，A515-25%，Z25-30%E110GPa，-1300GPa，KIC60MPam有生物相容性有生物相容性骨科、齿科等骨科、齿科等纳入国际和中国标准纳入国际和中国标准大量应用大量应用Ti-6Al-7NbTi-6Al-7Nb（TC20）（TC20）+瑞士发明瑞士发明世界各国世界各国Rm900MPa，A510%，Z25E105GPa，-1300GPa，KIC60MPam生物相容性优于生物相容性优于TC4TC4骨科、齿科等骨科、齿科等纳入国际和中国标准纳入国际和中国标准大量应用大量应用Ti-5Al-2.5FeTi-5Al-2.5Fe（TC15）（TC15）+德国发明德国发明世界各国世界各国RmRm1020MPa1020MPa，AsAs10%10%，E=112GPaE=112GPa，有生物相容性有生物相容性骨科等骨科等纳入国际和中国标准纳入国际和中国标准已弃用已弃用Ti2Al2Mo2ZrTi2Al2Mo2Zr（TAMZ,Ti75）（TAMZ,Ti75）近近中国发明中国发明RmRm750MPa750MPa，AA5512%12%，E=105GPaE=105GPa，生物相容性优于生物相容性优于TC4TC4，TC20TC20骨科、齿科等骨科、齿科等海洋船舶中部分应用海洋船舶中部分应用TiNiTiNi马氏体马氏体世界各国世界各国RmRm1200MPa1200MPa，AA55=25%=25%EE40GPa40GPa，-1-1558MPa558MPa，有生物相容性有生物相容性骨科、齿科、血管介入骨科、齿科、血管介入纳入国际和中国标准纳入国际和中国标准大量应用大量应用医用不锈钢医用不锈钢316L316L奥氏体奥氏体世界各国世界各国RmRm465-950MPa465-950MPa，AA35%35%EE200GPa200GPa有生物相容性有生物相容性骨科、齿科、血管介入骨科、齿科、血管介入纳入国际和中国标准纳入国际和中国标准大量应用大量应用CoCrCoCr合金合金L605L605世界各国世界各国RmRm=820-1200MPa=820-1200MPa，A=A=35-55%35-55%EE243GPa243GPa有有生物相容性生物相容性骨科、齿科、血管介入骨科、齿科、血管介入纳入国际和中国标准纳入国际和中国标准大量应用大量应用10中国中国在生物医学上开发和应用并不晚，但医用钛合金研究在生物医学上开发和应用并不晚，但医用钛合金研究迟缓，投入少，产出更少迟缓，投入少，产出更少1972年开始从事钛及钛合金在医学特别是在矫形外科方面年开始从事钛及钛合金在医学特别是在矫形外科方面的研究与应用的研究与应用;上世纪八十年代，上世纪八十年代，TiNi功能材料研制成功，尝试用作齿科功能材料研制成功，尝试用作齿科矫形材料，如牙齿矫形丝矫形材料，如牙齿矫形丝;“八五八五九五九五”期间，仿制成功了期间，仿制成功了Ti5Al2.5Fe和和Ti6Al7Nb合金，开发应用了新型医用钛合金合金，开发应用了新型医用钛合金Ti2.5Al2.5Mo2.5Zr（TAMZ），对医用，对医用型钛合金尚未研究型钛合金尚未研究;“十五十五”期间，在国家期间，在国家“863”等项目支持下，开始研制等项目支持下，开始研制型型钛钛合金，先后开发出合金，先后开发出TLM、TLE、Ti2448等新型合金等新型合金11研究单位研究单位新型医用钛合金新型医用钛合金宝鸡有色金属加工厂宝鸡有色金属加工厂北京有色院北京有色院Ti6Al7Nb,Ti5Al2.5FeTi6Al7Nb,Ti5Al2.5Fe，Ti-13Nb-13ZrTi-13Nb-13Zr中科院金属所中科院金属所TiNiNbTiNiNb，Ti24Nb4Zr7.6SnTi24Nb4Zr7.6Sn（Ti2448Ti2448）等）等哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学Ti39Nb5.1Ta7.1Zr（TNTZ）Ti39Nb5.1Ta7.1Zr（TNTZ）天津大学，河北工业天津大学，河北工业大学等大学等1010余家高校余家高校Ti-Ti-Nb-Ta,Ti-Nb-ZrNb-Ta,Ti-Nb-Zr,Ti-,Ti-Nb-Zr-Mo,Ti-Nb-Nb-Zr-Mo,Ti-Nb-Zr-SnZr-Sn,西北有色金属研究院西北有色金属研究院Ti5Al2.5FeTi5Al2.5Fe，Ti6Al7NbTi6Al7Nb，TiNiNbTiNiNb，Ti-TaTi-Ta，TAMZTAMZ，TZNTTZNT，Ti13Nb13ZrTi13Nb13Zr，TLMTLM，TLETLE等等我院前后研制各类医用钛合金我院前后研制各类医用钛合金1515种之多！

种之多！

国内国内医用钛合金主要医用钛合金主要研究单位研究单位12人体部分骨骼的力学性能人体部分骨骼的力学性能骨骨/组织组织弹性模量弹性模量/GPaG