生物材料疲劳

生物材料疲劳（fatigue of biomaterials），工学-机械工程-机械工程基础-机械设计-机械强度学-结构完整性-载荷谱，用于人体组织和器官的诊断、修复或增进其功能的一类高技术材料，在复杂体内环境中遭受高应力和高循环载荷状态时的失效。生物材料能执行、增进或替换因疾病、损伤等失去的某种功能，而不能恢复缺陷部位。通常，医用生物材料包含金属、高分子、陶瓷材料等。人体遭受疲劳最严重的三个部位：牙齿、关节和人工心脏瓣膜，特别是从20世纪70年代开始，耐疲劳生物材料的研究主要围绕齿科、整形外科和心脏瓣膜生物材料开展。这些生物材料必须承担高达千万甚至上亿周次的循环载荷，且疲劳-磨损交互作用对生物材料失效起到关键作用：疲劳-磨损产生的磨屑可能会导致局部炎症，进而使得种植体松弛、脱落；循环磨损导致材料形状改变，进而影响功能；氧化保护层的持续磨损会导致其应力腐蚀开裂，过早疲劳失效。疲劳-磨损交互作用机理非常复杂，包括生物材料表面化学问题，磨屑尺寸、形状及比表面积的影响，特殊的机体环境（如蛋白质、酶、细菌等）会导致生物材料因环境应力开裂而失效等。