采用如3D打印等新技术和新工艺

金属医用材料是人类最早利用的医用材料之一，其应用可以追溯到公元前400~300年，腓尼基人将金属丝用于修复牙缺失。随后，经历了漫长岁月的发展，直至19世纪后期，人类成功利用贵金属银对患者的膝盖骨进行缝合（1880年）。人类利用镀镍钢螺钉进行骨折治疗（1896年）后，才开始了对金属医用材料的系统研究。20世纪30年代，随着钴铬合金、不锈钢和钛及合金的相继开发成功并在齿科和骨科中得到广泛的应用，逐步奠定了金属医用材料在生物医用材料中的重要地位。70年代，Ni-Ti形状记忆合金在临床医学中的成功应用以及金属表面生物医用涂层材料的发展，使生物医用金属材料得到了极大的发展。

定义及应用领域

常用金属医用材料

临床应用的医用金属材料主要有不锈钢、钴合金、钛合金、形状记忆合金、贵金属以及纯金属钽、铌、锆等。

不锈钢

医用不锈钢（Stainless Steel as Biomedical Material）为铁基耐蚀合金，是最早开发的生物医用合金之一，其特点是易加工、价格低廉，耐蚀性和屈服强度可以通过冷加工提高，避免疲劳断裂。不锈钢按显微组织可分为：奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、沉淀硬化型不锈钢等，被用以制作医疗器械：刀、剪、止血钳（图1）、针头，同时被用以制作人工关节、骨折内固定器、牙齿矫形、人工心脏瓣膜等器件。其中，医用应用最多的是奥氏体超低碳不锈钢316L和317L。1987年，316L和317L两种合金已于纳入国际标准ISO 5832和ISO 7153中。1990年，我国制定了相应的国家标准GB 12417，并于1991年开始实施。

钴合金

医用钴合金（Co-based Alloy as Biomedical Material）也是医疗中常用的金属医用材料，相对不锈钢而言，医用钴合金更适合于制造体内承载条件苛刻的长期植入件，其耐腐蚀性比不锈钢高40倍。最早开发的医用钴合金为钴铬钼（Co-Cr-Mo）合金，其结构为奥氏体。70年代又开发出具有良好疲劳性能的锻造钴镍铬铝钨铁(Co-Ni-Cr-Mo-W-Fe)合金和具有多相组织的MP35N钴镍铬铝合金。钴合金主要被用以制作人工髋关节、膝关节、关节扣钉、接骨板、骨钉和骨针。目前，应用最多的是铸造钴铬铝合金，该合金已被纳人ISO5582/4标准。1990年，我国将其列入国标 GB12417。

钛合金

钛及钛合金的密度在4.5g/cm3左右，几乎仅为不锈钢和钴合金的一半，密度接近人体硬组织，且其生物相容性、耐腐蚀性和抗疲劳性能都优于不锈钢和钴合金，是目前最佳的金属医用材料。钛及钛合金与人体的亲和性，源于植入后其表面致密的氧化钛（TiO2）钝化膜具有诱导体液中钙、磷离子沉积生成磷灰石的能力，表现出一定的生物活性和骨结合能力，尤其适合于骨内埋植。钛及钛合金缺点是硬度较低，耐磨性差。若磨损发生，首先导致氧化膜破坏，随后磨损的颗粒腐蚀产物进人体组织，尤其是Ti-6A1-4V合金中含有毒性的钒（V）可导致植入物的失效。为了改善钛及钛合金的耐磨性能，可对钛及钛合金制品表面进行高温离子氨化或离子注入技术处理，强化其表面耐磨性。近年来，开发出的一些新型钛合金（主要是β型合金），都注重减少了对人体有一定危害的元素，例如V和Al, 有效地改善了钛合金的生物相容性。

形状记忆合金

贵金属和纯金属钽、铌、锆

医用贵金属是指用作生物医用材料的金、银、铂及其合金的总称。贵金属的生物相容性较好，抗氧化、抗腐蚀性强，具备独特的物理与化学稳定性，优异的加工特性，对人体组织无毒副作用。被用作整牙修复、颅骨修复、植入电极电子装置、神经修复装置、耳涡神经刺激装置、横隔膜神经刺激装置、视觉神经装置和心脏起搏器电极等。

金属医用材料的主要问题

金属医用材料经临床应用，主要问题还是生物相容性，源于金属腐蚀和磨损。因为金属材料中均含有较多的合金化元素，由于腐蚀、磨损将导致金属离子溶出，进而引发细胞及组织液的一些生物反应，如组织反应、血液反应和全身反应，表现为水肿、血栓栓塞、感染及肿瘤等现象。铬、镍等离子对人体都有致敏反应。钢中的铬元素当呈现六价态时，对人体也有较大的毒性和过敏倾向。镍离子除了对人体有很大毒性和过敏反应外，可能诱导有机体突变，甚至发生癌变。科学上早就存在的“镍过敏和镍致癌问题”，直到最近几十年才受到各国重视，对日用和医用金属材料中的镍含量限制越来越严格。因此，在发展新型医用金属材料时必须严格控制其中的金属元素，最好是少用或不用对人体产生毒性和过敏性较大的合金化元素。

金属医用材料未来发展方向

1、医师及病人都希望采用最好的金属医用材料，长期使用的安全性及可靠性是对医用金属材料的基本要求。因此，未来金属医用材料的开发仍以不断提高使用的安全性、可靠性及生物相容性为主。

3、未来金属医用材料的种类有待进一步扩展，使用成本有待进一步降低。虽然在过去的几十年中，金属医用材料已经得到了很快的发展，然而在临床上使用的仍然是有限的几种。因此，研究开发高耐蚀性、高耐磨性、高疲劳强度和高韧性生体合金依然重要。

4、对目前正在使用的金属医用材料，采用如3D打印等新技术和新工艺，完成医疗器械的定制化打印。现实中患者的病情不同，医生所要进行的手术也不同，每一个手术都有其独特性，针对这种不同情况的定制化打印，将为医生和患者提供便利，更有利于手术的成功。