1.生物医用材料与医用金属材料概述
生物医用材料，又称生物材料。它是指能够植入生物体或与生物组织相结合的材料，可用于生物系统的诊断、治疗、修复或替换生物体中的组织、器官以增进或恢复其功能的材料。目前用于临床的生物医用材料主要有金属材料、有机高分子材料、无机非金属材料（主要指生物陶瓷、生物玻璃和碳素材料等）。本书仅对医用金属材料作一些简介。
医用金属材料，即用作生物医学材料的金属材料，是一类用作生物医用材料的金属和合金，也是一类生物惰性材料。医用金属材料又称外科植入金属材料，具有高的力学强度和抗疲劳性能，是临床应用中最广泛的承力植入材料。临床常用的医用金属材料主要有不锈钢、钴基合金、钛合金和镁合金等几大类。此外还有形状记忆合金、贵金属以及纯金属钽、铌、锆等。它们已广泛应用于骨科、齿科及心血管内科等医疗领域，生物可降解镁合金是正在研究发展的新型医用金属材料，具有诱人的临床应用前景。
2.医用金属材料的应用
将医用金属材料永久性地植入体内，以置换被破坏的、病变的或部分磨损的组织，或对关节、血管、牙齿等进行修复。医用金属材料以其高强韧性、耐疲劳、易加工和应用可靠性高等一系列优良特性，一直是医学临床上用量大而广泛的一种材料，占到植入性医疗器械用材的40%以上，大量应用于骨科、齿科、心血管内科等医疗领域中的各类植入医疗器械以及各种外科手术工具等。在骨科中主要用于制造各种人工关节、人工骨以及在各种内、外固定器科中主要用于制造义齿、充填体、种植体、矫形丝及各种辅助治疗器件。
医用金属材料还用于制作各种心脏瓣膜、肾瓣膜、血管扩张器、人工气管、人工心脏起搏器，以及各种外科辅助器件等，也是制作人工辅助器装置的重要材料。
3.抗菌不锈钢
近年来，不锈钢在食品工业、餐饮服务业和家庭生活中的应用越来越广泛，人们希望不锈钢器皿和餐具除具有不锈、光洁如新的特点外，最好还具有防霉变、抗菌、杀菌功能，故而抗菌不锈钢应运而生。该种材料以不锈钢为载体，添加一些抗菌金属元素作为抗菌剂，兼具不锈钢的耐蚀性能和优良抗菌性能，越来越受到科研机构和企业的重视。
（1）抗菌不锈钢的含义
抗菌不锈钢就是指在某些化学成分的不锈钢中加入适量有抗菌效果的元素（如Cu），经抗菌性处理后使其具有稳定的加工性和良好抗菌性的一种新型不锈钢。
（2）抗菌不锈钢的分类
抗菌不锈钢按其制造方法的不同，大致分为表面涂层抗菌不锈钢、复合抗菌不锈钢、表面改性抗菌不锈钢及添加抗菌金属元素的合金型抗菌不锈钢。
1）表面涂层抗菌不锈钢
它是20世纪末才开发成功的功能型金属材料，是在不锈钢表面的涂层中添加抗菌剂和防腐剂。涂层主要有两类：一类是Ag、Cu、Zn或与其他元素形成的合金型涂层；另一类是具有光催化活性的Ti或Zn氧化物的涂层。
2）复合抗菌不锈钢
复合抗菌不锈钢是将铜或铜合金的抗菌性能与不锈钢材料的力学性能和工艺性能相结合，将两者复合到一起而制成的。
3）表面改性抗菌不锈钢
表面改性抗菌不锈钢是通过高温渗层处理或离子注入的方法在普通不锈钢表面渗入Cu、Ag、Zn或Ti元素而赋予其抗菌性能。
4）合金型抗菌不锈钢(www.xing528.com)
合金型抗菌不锈钢是通过在炼钢时添加抗菌金属元素，再经过特殊的热处理加工，从而使抗菌不锈钢自表面到内部都均匀分布着抗菌元素的析出相。其按照加入抗菌金属元素的不同可以分成含铜或含银抗菌不锈钢等，也有加入一些其他抗菌元素，如稀土元素。目前含铜和含银抗菌不锈钢的研究和应用最广泛。
（3）抗菌不锈钢必须具备的3大特征
1）抗菌性
由于抗菌效果被定义为在抗菌制品上24h后的生菌数应小于比较制品上生菌数的1%，所以，把减菌率97%以上作为衡量抗菌效果的基准值，这个数值对含银抗菌不锈钢和含铜抗菌不锈钢都一样适用。
2）耐蚀性
抗菌不锈钢应具有与不含抗菌元素的同种不锈钢相同的耐蚀性。
3）加工及表面特性
抗菌不锈钢应具有与不含抗菌元素的同种不锈钢相同的加工成型性和表面特性。
因此，大多从抗菌效果、抗菌范围、持续性、耐光性、耐热性等方面来评价抗菌不锈钢的抗菌性能。我国市场上已研制出刀具用抗菌不锈钢材料，其是在不锈钢中加入适量铜，经特殊处理后，使材料中能形成一种高度浓度铜的第二相，均匀分布于合金基体中，当其裸露于表面时，不形成氧化铬的钝化膜，而是析出正二价铜离子，从而起到抗菌作用。
（4）抗菌不锈钢的综合性能特点
抗菌不锈钢的制备方法各有其优缺点，表面涂层和表面改性的抗菌不锈钢的抗菌性能良好，但对生产设备和制备技术要求较高，很难实现大量生产，且成本偏高；此外，在产品的深加工和使用过程中，表面的抗菌层容易磨损脱落，丧失抗菌性，因此不适合在高摩擦的场所使用，而且抗菌层的脱落还会破坏不锈钢表面的光洁度和清洁感。
刀具用抗菌不锈钢板具有长久、广谱抗菌性，但其制备成本较高，制备技术要求也高，且应用领域有限。
合金型抗菌不锈钢由于基体中整体添加了Ag、Cu等抗菌金属元素，虽然提高了制造成本，但其抗菌性能好，经磨损后仍保持优良的抗菌性，且其生产工序与一般不锈钢的相近，可以生产尺寸较大及形状复杂的板、线、管等，也可生产结构复杂的产品，未来的市场前景较好。但合金型抗菌不锈钢生产工艺不易掌握，需要进行较深入的试验室研发和工业试验。
合金型抗菌不锈钢的产品优点：广谱抗菌性，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等常见病菌均具有良好的杀菌效果；抗菌持久性，长期使用及表面磨损后仍具有良好的抗菌性能；人体安全性，在食品安全性和人体安全性方面完全符合相关标准；不锈钢基本性能不变，其力学、耐腐蚀、冷热加工、焊接等性能与原钢种基本相当；成本增加较少，与常规不锈钢相比含铜抗菌不锈钢成本增加10%～20%，含银抗菌不锈钢成本增加20%～40%。
（5）含铜不锈钢的研究开发
含铜不锈钢，是指在现有医用不锈钢（如304、316L、317L等）的基础上，通过加入适度过饱和量的铜元素，经过固溶+时效的热处理，使其基体中均匀弥散地分布有纳米尺度富铜析出相的新型不锈钢。这种含有富铜相的含铜不锈钢在人体环境中由于不可避免地会发生一定的腐蚀，因而可以微量和持续地向周围组织中释放出铜离子，从而发挥出铜离子的诸多有益的生物医学功能。因此，含铜不锈钢巧妙地将不锈钢优异的力学性能、耐蚀能力与铜离子的生物医学功能相结合。根据医用金属材料生物功能化这一全新的概念，研究者开展了含铜不锈钢（317L-Cu等）抑制细菌感染、降低支架内再狭窄、促进成骨等生物医学功能的研究探索工作。
作为常见的，也是灾难性的术后并发症，与医疗器械或植入材料相关的细菌感染，正在成为21世纪医学领域内亟待解决的重要问题之一，同时也成为以生物医用材料为中心而引发的感染问题。统计资料表明，每天全世界有超过1400万人正在遭受院内感染的痛苦，其中60%的细菌感染与使用的医疗器械有关。进一步研究表明，金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌是引起骨科植入器械感染的主要细菌，分别占到34%和32%；而引起口腔正畸器械细菌感染的主要是变形链球菌、牙龈卟啉单胞菌等厌氧菌。
由植入器件引发的细菌感染与细菌生物膜的形成密切相关。据美国国家卫生研究院的初步统计，80%的细菌性疾病与细菌生物膜有关。人体内如呼吸道、牙面上的牙菌斑、体内短期或长时间留置的人工装置（如导尿管、人工瓣膜、支架等）上均有细菌生物膜的广泛存在，并且具有极强的耐药性及免疫逃避性。而细菌生物膜对抗菌药物具有很强的耐药性，它主要是经过定植、释放和影响宿主免疫系统而致病。由此可见，如果能直接从植入材料的角度上解决植入器件造成的细菌感染问题，或许能够有效降低细菌感染发生的风险性，其将会具有重要的临床应用价值。
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