生物医学材料
2020-03-04 02:02:57 来源：范文大全收藏下载本文
钛及钛合金在生物医学上的应用及研究进展
摘 要:简单介绍了钛及钛合金和其作为生物医学材料的优点,简述了钛及钛合金的物理性能、化学性能，同时阐明了其生物相容性原理。综述了国内外生物医学钛合金材料的应用和研究进展。
关键词: 医用钛合金；生物医学材料；生物相容性；应用和发展
1 引言
金属材料是最早用于临床的生物医学材料,可用于传统的人体硬组织缺损、创伤、骨科、牙科疾病等的各种修复,矫形及内、外固定治疗等。从20世纪中叶以来,以钛合金为主的生物医学金属材料开始在人体硬组织植入，特别是在人体软组织的介入治疗方面显示出独特而神奇的疗效。极大地促进医用了钛合金材料在外科植入物和矫形器械产品中的应用和推广。近年来钛及其合金以其与骨相近似的弹性模量、良好的生物相容性及在生物环境下优良的抗腐蚀性在临床上得到了越来越广泛的应用。而具有典型代表性的医疗器械产品的问世,无疑是医学领域的一个里程碑,具有划时代的意义
[2，3]
[1]
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2钛及钛合金作为生物材料的优点
2.1钛及其合金的物理性能
纯钛有4个牌号，还有20余种合金，为临床选择使用提供了余地，钛熔点1668士4℃，沸点3553℃，具有α、β俩种同素异形体，882℃转变时伴随5 ％的相变体膨胀。导热系数0.036cal/cm.s.k，接近牙釉质导热系数0.002cal/cm.s.k，作为口腔修复体时可保护牙髓。钛的强度比不锈钢高，且有较高韧性和抗疲劳能力，即使在有裂纹和缺陷时也需要用极高的载荷才能使其断裂。合金化虽然可以提高其强度，但降低其断裂韧度(Klc) 2.2钛及其合金的化学性能
钛在空气中或氧化条件下其表面生成一层钝化膜(主要由TiO
2、Ti3O2=TiO组 成)，温度升高，时间延长使钝化速度增大，膜厚度增加，而且该钝化膜有自修复功能。通过生化试验，动物实验和临床观察均证明钛对于血液、体液等有极好 的耐腐蚀性能[4，8]
[4-7]
[4]
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。
1 2.3生物相容性
普通金属材料力学性能优良、易加工，但组成与人体组织成分相距甚远，因而很难与生物组织亲合，一般不具有生物活性。作为生物医学材料的钛及钛合金满足了2个基本条件：①无毒性；②耐生理体液腐蚀。
钛及钛合金的缺点是硬度较低，耐磨性差。如果将钛制品表面进行高温离子氮化处理，纯钛及钛合金硬度分别提高 7倍和 2倍，氮化后钛材的年腐蚀率仅 为非氮化的三分之一。动物实验结果表明，生物组织对表面渗氮处理钛材反应轻微且无毒性。 [9]3钛及其合金在生物医学领域的应用
近年来，钛及其合金以整形外科、牙科及各种医疗器械为中心，在医学领域得到空前的快速发展。 3.1人体矫形
钛合金弹性模量比不锈钢更接近于人体骨骼，因此钛合金肘关节、踩关节等被广泛用于人体矫形手术中。每年世界上大约有1亿病人由于臂关节和膝关节 炎症而进行替换治疗。钛制膝盖板比用不锈钢膝盖板轻许多且腐蚀问题得到了 改善。德国在20世纪80年代开发了钛合金精铸假肢，推动了钛功能假肢的发展，从此，钛合金精铸假肢在各国很快得到了推广应用。目前，钛制假肢正在逐渐取代钢制假肢[10]。
3.2介入性治疗
介入性治疗是近几年来得到快速发展的一种先进的非手术临床诊疗技术。该技术通常是在X射线图像监视下，几利用穿刺插管技术将特制导管、支架等沿血管或体内其它管腔输送到体内病变处，就地治疗
[11]
。过去支架通常以316L不锈钢制成，但这种支架的纵向柔韧性不太令人满意，而钛镍形状记忆合金支架具有偏置式力学效应和形状记忆效应，目前正被广泛研究并投人临床湘瓜合金制成的血管支架，不仅与316L不锈钢有相当的强度，而且具有良好的冷加土成形性、更适合人体要求的纵向柔顺性3.3牙科
从钛合金植入人体那一刻起 ,牙齿种植用金属材料就发生了一系列的改变。
[12]
。 钛与人体骨骼上皮组织、结缔组织都具有良好的亲和性，力学性能也可与其它各种类型牙科用合金相媲美，且密度小，制成的义齿体感舒适义齿通过表面处理，还可满足人们对义齿美观的要求。 3.4循环系统医疗器械
钛通常被用在制作心率调节器和除颤器，它可以作为载体工具替代心脏本身某些功能，如心脏瓣膜。美国活性金属公司提供了一种钛材，用以制造主动脉瓣膜，外科医生把这种心脏瓣膜放在适当位置而不必进行缝合。在心脏起搏器中，密封的钛盒能有效防止潮气渗入密封的电子元器件
[14]
[13]
。不仅如此，钛
。人工肺关键部位使用的微孔钛片作为气体扩散元件将氧气扩散到体外循环的病人血液中，将静脉血变成动脉血。 3.5 面部治疗
当人体面部组织遭到严重破坏时，局部组织修复需要用外科植入件进行。钛合金具有良好生物相容性和所需强度，因此，是人体面部组织修复的理想材料。纯钛网作为骨头托架已用于颗骨再造手术3.6手术器械
钛医疗器械具有良好的抗腐蚀能力，反复的清洗、消毒表面质量不受影响；无磁性，能够排除对微小、敏感植入电子器械的破坏威胁；质轻、用来替代不锈钢重量大为减轻，使医生操作过程中更加灵活，降低医生的疲劳程度。因此，目前已用来制作手术刀片、止血钳、剪刀、电动骨钻、镊子等。
[9]
[15]
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参考文献：
[1],张玉梅，郭天文，李佐臣.钛及钛合金在口腔科应用的研究方向[J],生物医学工程学杂志，2000，17(2)：206-208 [2] 汶建宏,杨冠军,葛鹏,毛小南,赵映辉.钛合金的研究进展[J].钛工业进展,2008,25(1):33-40 [3] 徐雄.生物医用钛合金应用及发展
[4] Eylon.D著.张祖光,李湘杰.译.钛在能源与工业中的应用.机械工业出版社，1989：9.[5] 郭天文.口腔科铸钦理论与技术.世界图书出版西安公司,1997.
3 [6](英)邓肯著,周光爵,译.钛的应用与选择.冶金工业出版社,1988.[7] 钛科学与工程.第七届学术会议(上、下册)，1991:1.[8] 范德辉,莫宣学，翁润生，秦飞.钛及钛合金在医学上的应用研究[J],口腔材料器械杂志，1998，8(1)：46-48 [9] 黄甫强.牛金龙.钛合金在医学领域的应用[J],稀有金属快报，2005,24(1)：33-34 [10] 李世普.生物医用材料导论[M].湖北：武汉工业大学出版社，2000 程奎；翁文剑；葛曼珍；生物陶瓷涂层[J].材料科学与工程，1998.16(3):8-12 [11] 顾汉卿，许国风.生物医学材料学[M].天津:天津科技翻译出版公司,1993 [12] 高敬,姚丽.国内外钛合金研究发展动态[J].世界有色金属，2001，（2）：4-7 [13] 杨遇春译.世界铁的应用趋势[J],现代材料动态,2002,(2):1-2 [14] 宁兴龙.钛工业进展[J],1996,(3):1-3
[15] 张新平，等.钛及钛合金在牙科领域中研究现状[J],稀有金属材料与工程，2002,31(4):246-251
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