生物医用金属材料应用进展 目前临床应用的医用金属材料主要有 不锈钢、钛及钛合金、钴基合金等，生物可降解镁合金是近年来快速发展的新型医用金属材料，有诱人的临床应用潜力。医用金属材料主要应用于骨科、齿科及矫形外科的内植入物及人工假体等植入医疗器械的制造，以心血管支架为典型代表的各类管腔支架，以及各式各样的外科手术器械和工具，为延长患者寿命、改善患肢功能、提高患者的整体生活质量发挥了重要作用。

抗菌医用金属材料的应用进展 由植入器械引发的细菌感染是临床上亟待解决的重要问题。抗菌医用金属材料具有强烈的广谱杀菌功能，可以抑制细菌生物膜的形成，具有广阔的应用前景。不锈钢、钛合金、钴基合金等医用金属材料应用于制造各类植入医疗器械，通过在这些医用金属材料中加入适量具有强烈抗菌功能的铜元素，使其在生理环境中持续和微量释放铜离子，从而起到显著的抗菌作用，是降低临床上发生细菌感染的一个新思路和有效途径。

表面改性是进一步提高现有医用金属材料表面性能的重要途径，已经广泛应用于各类金属植入器件。因此，在医用金属材料表面改性层中添加适量具有强烈抗菌作用的铜、银等金属元素或抗菌肽等其他类型抗菌物质是应对金属植入器件相关感染的直接措施，受到了人们的广泛关注，并为之开展了大量的相关研究。抗菌金属骨针、抗菌不锈钢外科手术器械、抗菌钛合金牙种植体、抗菌钴基合金牙冠等产品均进入临床实验阶段[13]。

镁合金材料临床应用进展 (1) 心血管领域的应用。镁合金在生理条件下的力学性能及腐蚀动力学均具有良好的可控性，在达到扩张血管目的的同时，克服了植入体长期存留所造成的并发症，同时其生物降解性为在同一病变进行多次介入干预提供了可能。镁合金表面带有负电荷，具有低血栓源性，降低了支架内急性血栓的形成。镁合金的降解产物镁是三磷酸腺苷酶的辅因子，也是生理性钙拮抗剂，可以有效预防各种缺血再灌注造成的钙超载损伤。

(2) 骨科领域的应用。镁合金材料与人骨力学性能匹配，将镁合金作为骨固定材料会具有一定的优势。一是镁及镁合金密度与人骨密度相接近，能有效降低应力遮挡效应，符合理想接骨板的力学性能要求；二是镁降解生成的镁离子易被人体组织吸收或通过体液排出体外，其可生物降解性避免了患者二次手术的痛苦，兼具良好的生物相容性，使之成为了一种新型骨科医用材料。镁合金材料作为骨固定材料，在骨折愈合初期能够提供稳定的力学环境，逐渐而不是突然降低其应力遮挡作用，使骨折部位承受逐步增大直至生理水平的应力刺激，从而加速骨折愈合与塑形，防止局部骨质疏松和再骨折的发生。骨修复研究的最终目标是人工骨不仅可以替代受损的骨骼，还应在体内逐渐降解，并同时引导骨细胞生长，最终实现骨再生。因此，多孔镁基合金材料作为骨修复材料具有很大的可操作性。

(3) 普外科领域的应用。镁合金良好的力学性能能够对胆道管腔提供暂时的支撑作用，其可靠的生物相容性及可降解性避免了植入支架对人体的危害和长期放置引起的并发症，在肝胆外科尤其是胆道良性疾病的治疗方面有着广阔的发展前景。

(4) 口腔科领域的应用。镁合金相对于其他金属材料而言更接近人体骨密质，作为牙种植体材料具有更好的生物力学相容性，同时，镁合金能促进钙磷的沉积，密质骨的生长，表明镁及其合金在口腔种植领域有良好的应用前景[14]。

医用钛合金的应用 随着钛合金的开发研制、钛材品种的增多及价格的降低，钛在民用工业中的应用成倍增加。细分市场占比超过5%的子行业包括 体外诊断、心脏、影像诊断、骨科、眼科、整形六大细分领域。新型β钛合金可兼顾骨科，齿科和血管介入等多种用途的先进材料。钛合金的生产技术应向着低模量、高强度、良好生物相容性和力学相容性的方向发展。从发展趋势来看，β型钛合金将成为未来发展的方向和医用钛合金市场的主流。

与传统的生物医用不锈钢和钴铬合金相比，钛及钛合金材料由于其低弹性模量、高比强度、优异的生物相容性和耐腐蚀性等特点，具有更适宜的生物医用特性，被广泛应用于 人工关节(髋、膝、肩、踝、肘、腕、指关节等)、骨创伤产品(髓内钉、固定板、螺钉等)、脊柱矫形内固定系统、牙种植体、牙托、牙矫形丝、人工心脏瓣膜、介入性心血管支架等医用材料。

(1) 牙科。钛与人体结缔的组织、骨骼上皮组织都具有良好的亲和性，优良的力学性能也体现其在医用合金中的优势，且密度小、质量轻、耐腐蚀性好、戴用舒适，因此，钛作为义齿(种植牙)材料受到广泛青睐。此外，钛义齿通过表面处理之后，美观性能增加，能够满足大众对美的需求，给人以视觉的享受。

(2) 肢体矫正。据有关文献报道[15]，每年世界上约有1亿病人患有膝关节和臂关节等有关炎症，进行替换手术治疗势在必行，因此具有优良替换功能的钛合金为患者带来福音。与陶瓷、不锈钢等材料相比，钛合金的弹性模量更接近于人体骨骼，在模量大小上更具有优势。因此钛合金在踝关节、肘关节等矫正中得以广泛应用。此外，多孔钛合金材料能够使假体具有生物活性，有助于股骨头的愈合；钛合金表面的生物相容性较好，能诱导骨细胞生长，因此被临床医生、骨科领域专家等所推崇。

(3) 植入修复与替代。钛及钛合金作为植入修复物的优点主要有：①强度高，化学稳定性及生物相容性好；②无毒，对人体不会造成伤害；③弹性模量低，与人体骨骼更匹配；④记忆合金具有的弹性能力和形状恢复功能。钛在颅骨修复方面的应用主要体现在：利用钛网可以修复缺损的颅骨。在人体心血管方面的应用体现在：制备人造心脏瓣膜、血液过滤器、心脏起搏器和人工心脏泵等[15]。

医用不锈钢的应用 医用不锈钢作为医用金属材料的一大类，以金属植入材料或医疗器械形式在临床上用量很大，虽然存在着一些问题，但也促使和推动了材料工作者对其进行优化和改善，主要包括两方面的工作： 一是对传统医用不锈钢的改进；另一方面是研究开发新型医用不锈钢。由于医用不锈钢在体液环境下的失效很大程度是由点蚀、缝隙腐蚀、腐蚀疲劳及应力腐蚀断裂等局部腐蚀而引起的，因此，优异的耐体液环境腐蚀性能是其应用的重要条件和要求，研究工作也主要依据这一方面来开展。新型医用不锈钢的开发包括：(1)铁素体及双相医用不锈钢的开发；(2)低镍及无镍医用不锈钢的开发。研究表明[16]，与传统316L不锈钢相比，医用无镍不锈钢具有优异的力学性能和耐蚀性能。另外，在避免了Ni离子有害作用的同时，体内和体外结果均显示其生物相容性明显提高，而且还发现其具有优异的骨诱导和骨整合能力。这为解决传统不锈钢作为骨植入材料存在的力学性能、耐蚀性和生物相容性不足等问题提供了新的材料途径。在应用方面，医用无镍不锈钢作为空心螺钉材料已经被大量使用，在解决人工髋关节断裂和无菌性松动等问题方面具有良好前景，同时医用无镍不锈钢轻量化在降低接骨板的应力遮挡效应方面也具有明显优势。人们还在不断探索其更多的临床应用潜力[16]。

综上所述，与传统医用不锈钢相比，医用 无镍不锈钢作为骨植入材料具有更加优异的综合性能，在骨科植入器械领域中临床应用潜力巨大。目前我国在医用无镍不锈钢的应用基础研究方面已经处于国际先进水平，然而在产品开发方面仍显落后。因此，在进一步开展创新性应用基础研究的同时，需要加大对医用无镍不锈钢在骨科相关应用的成果转化投入[16]。

3D打印生物医用金属材料 医用金属材料具有良好的物理强度、延展性和导电性，这使得它们在硬组织修复领域有着绝对优势。由于金属熔化温度高，3D打印难度大，通常采用光固化立体打印和选择性激光烧结的方法进行金属3D打印[17，18]。目前，医用金属材料主要被用于打印 骨组织工程支架，用于3D打印的医用金属材料主要包括钛合金、钴铬合金、不锈钢和铝等。已有研究人员制备出具有高度互连的多孔结构的骨组织工程支架材料并具备适当的物理性能和生物性能[19]。

结束语 当生物医用金属材料广泛被用于植入材料时，长期的实用性与安全性便成为了对医用金属材料的第一要求。目前，医用金属材料在临床上已经取得了广泛的应用，同时也具备重要的深入研究价值。虽然生物医用金属材料在过去的几十年中已得到较快的发展，但在临床上广泛使用的仍然是有限的几种。因此，加大新型医用金属材料的研究并推动其发展显得尤为必要。

来源：春立正达