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隨着當前社會健康產業的迅猛發展，醫用金屬材料研究已成為當今全球材料產業的一大熱點。目前，臨床應用的醫用金屬材料主要有不鏽鋼、鈷基合金、鈦及鈦合金、鎳鈦形狀記憶合金等几大類，從耐蝕性和力學性能綜合衡量，鈷基合金是 良的材料之一，具有生物相容性好、強度高、良好的韌性、高抗彎曲疲勞強度和優異的加工性能等優點,以及還有許多其他醫用材料不可替代的優良性能。
醫用鈷基合金一般含有鈷、鉻、鎳、鉬、鎢等元素，鉻能夠在合金表面形成緻密氧化層，可以提高合金的耐腐蝕性能，鉻元素能形成碳化物，碳化物具有較高的硬度，可以提高基體的強度，同時可能提高合金耐磨性。合金中的鉬元素固溶在基體中，能夠成為位錯流動的壁障，從而提高基體的強度。
醫用鈷基合金包括CoCrMo合金、CoCrMoW合金、CoCrWNi合金、CoNiCrMoWFe合金和MP35N鈷鎳合金及其烤瓷合金等。
鈷基合金的發展與應用
最早開發的醫用鈷合金為鈷鉻鉬（CoCrMo）合金，其結構為奧氏體，70年代又開發出具有良好疲勞性能的鍛造鈷鎳鉻鉬鎢鐵(CoNiCrMoWFe)合金和具有多相組織的MP35N鈷鎳鉻鉬合金。
鈷基合金的首次醫療用途是生產牙種植體，因為它們在口腔環境中具有出色的抗降解性，其各種體外和體內測試的結果表明，該合金具有生物相容性，適合用作外科植入物。通過不斷的研究與技術進步，鈷基合金逐漸被用以製作人工髖關節、膝關節、關節扣釘、接骨板、骨釘和骨針等。
鈷基合金在醫用領域的相關研究
01
含銅鈷基合金抗菌性能研究
醫用鈷基合金作為植入材料，植入物表面易粘附大量細菌，從而誘發嚴重的感染，為此，許多科學家一直試圖從植入材料的角度解決細菌感染的問題。一種方法是對材料表面進行改性以抑制細菌生物膜的形成，例如，塗覆含有抗生素的聚合物或離子注入強抗菌金屬元素。然而，表面改性很容易因為表面磨損或抗菌塗層剝落而很快失效，這些塗層植入物在使用過程中將失去抗菌功能。因此，開發自身具有抗菌功能的新型生物醫用材料具有重要意義。有研究表明，在醫用CoCrWNi合金中添加適量的Cu，可通過釋放Cu離子的強抗菌作用，使其具有較強的抗菌性能，Cu的添加使合金的腐蝕電流密度略有增加，實驗數據顯示含Cu的CoCrWNi合金對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率均在90%以上，且能明顯抑制含CoCrWNi合金表面細菌生物膜的形成，具有良好的臨床應用前景。
02
鈷鉻合金的增材製造技術適用於生物醫學應用
鈷鉻合金具有很高的強度和韌性，對其機械和冶金特性以及生產難以切割的材料的能力有着顯著的影響，生物醫學領域對器械部件的要求也更加精細，因此其製造工藝至關重要。增材製造技術被廣氾用於直接從數字模型生產產品，它們可以按照許多生物組織的精確尺寸、形狀甚至紋理生成，具有設計靈活性、零件複雜性、輕量化、組件整合、功能設計等特點，因此可以精確的匹配患者需求。對比分析用於製造鈷鉻合金生物醫學部件和植入物的不同增材製造技術，從目前眾多學者的的研究中可以看出，選擇性激光熔化是生物醫學領域較為合適的技術。
03
鈷基合金在骨科的研究
隨着各種植入設備（如骨科、心血管、牙科和眼科植入物）數量的不斷增加，生物醫學應用中的金屬材料變得越來越重要。除鈦基合金和不鏽鋼外，CoCrMo合金是骨科應用（即全髖關節置換朮）中使用的最重要材料之一。植入式髖關節置換朮的應用，有效改善了老年人的生活方式及實現平均預期壽命延長。最初髖關節置換裝置的平均使用壽命約為10-15年，有研究者設定目標需要將使用壽命延長到25-30年左右，與金屬對金屬(MoM)髖關節置換裝置相關的主要問題是錯位時的高磨損率以及金屬離子釋放到血液和週圍組織中對人體造成傷害。需要降低磨損率並限制從當前MoM材料中浸出的金屬離子量，以便能夠生產出理想的髖關節置換材料。最常用的MoM材料是鈷基合金，更具體地說是ASTMF75，因為它們具有出色的耐磨性和耐腐蝕性。與傳統的鑄造或鍛造方法相比，一種粉末加工技術-放電等離子燒結(SPS)可以更好的改善合金性能。在微觀結構中，SPS合金含有氧化物且硬度較高，磨損和摩擦係數低，研究表明SPS合金材料性能優異，與目前用於骨科的傳統鈷基合金相比更受歡迎。
04
放電等離子燒結鈷鉻基合金在生物醫學的應用
採用放電等離子燒結法制備了Nb和Mo含量分別為3%和3.5%的鈷鉻合金，研究結果顯示，CoCr3.5Mo3.5Nb具有生物相容性和強度高的特性，適合用於骨科植入物和牙科修復；CoCr3Mo3Nb具有高延展性，這一特性在生物醫學應用中起着至關重要的作用，使材料能夠承受機械應變，可以有效緩解應力斷裂的發生。同時，延展性在牙齒修復中也起着至關重要的作用，使修復體能夠承受咀嚼時施加的力量，從而保持其承受壓縮、拉伸和剪切負載的能力，而不會發生斷裂。
結 語
金屬生物醫用材料的應用曆史悠久,近幾年來生物醫用鈷基合金在臨床醫療和科研中使用廣氾。但生物醫用鈷基合金鑄件所處的生理環境具有腐蝕性,這會使金屬離子向週圍組織擴散，並且植入材料自身性質會發生退變,前者可能導致毒副作用,後者可能導致植入材料失效。因此,研究和開發性能更優、生物相容性更好的新型鈷基合金生物醫用材料以及加工製造方式是研究人員應不斷追求的目標。
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