帶你簡(jiǎn)單卻全面的認(rèn)識(shí)生物醫(yī)用鈦合金

生物醫(yī)用鈦合金生物醫(yī)用材料是指和生物系統(tǒng)相作用，用以診斷、治療修復(fù)或替代機(jī)體中的組織、器官或增進(jìn)其功能的材料?？煞譃獒t(yī)用金屬材料、醫(yī)用高分子材料、醫(yī)用陶瓷材料等，其中醫(yī)用金屬材料占有很大的比重，特別是骨科產(chǎn)品、心腦血管產(chǎn)品。由于鈦與人體骨骼接近，對(duì)人體組織具有良好的生物相容性、無(wú)毒副作用，具有其他材料無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，所以醫(yī)用鈦在醫(yī)療領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。生物醫(yī)用鈦合金的優(yōu)勢(shì)生物相容性：與人體發(fā)生最小的生物學(xué)反應(yīng)，無(wú)毒無(wú)磁，作為人體植入物，對(duì)人體無(wú)毒副作用。力學(xué)性能：高強(qiáng)度、低彈性模量，既滿足力學(xué)要求，又與人體自然骨彈性模量相近，可減少應(yīng)力屏蔽效應(yīng)，更有利于人骨的生長(zhǎng)愈合。耐腐蝕性能：鈦合金為生物惰性材料，在人體生理環(huán)境下有有意的抗腐蝕性能，對(duì)人體生理環(huán)境不產(chǎn)生污染。質(zhì)輕：一般鈦合金的密度僅為不銹鋼的56%，植入人體后大幅度減輕人體的負(fù)材料是人類(lèi)生物醫(yī)學(xué)發(fā)展史上最早用于創(chuàng)傷修復(fù)和矯形治療的傳統(tǒng)材料。 從世紀(jì)30年代起，CoCr合金、不銹鋼曾先后被用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域并成為目前傳統(tǒng)的醫(yī)用金屬材料；20世紀(jì)40年代，性能更優(yōu)異的生物醫(yī)用鈦得到研究并證明了其臨床可行性。生物醫(yī)用鈦合金經(jīng)歷了純鈦與Ti-6AI-4V鈦合金、改良鈦合金、低模量B鈦合金三個(gè)歷程：?1950-1980年：純鈦首次用于生物醫(yī)藥領(lǐng)域，證實(shí)了良好的生物相容性。Ti6AI4V廣泛用于外科修復(fù)或替換材料。1980-1990年:證實(shí)V、AI是對(duì)生物體有毒副作用的元素；開(kāi)發(fā)出以 Nb、Fe替代V的第二代改良新型醫(yī)用鈦合金。1990年-至今：90年代初期開(kāi)發(fā)第一個(gè)具有更好生物相容性和更低彈性模量的 B鈦合金Ti13Nb13Zr,從此開(kāi)啟了具有優(yōu)異性能的生物醫(yī)用 B鈦合金的開(kāi)發(fā)和使用。國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀及問(wèn)題我國(guó)從20世紀(jì)70年代開(kāi)始醫(yī)用鈦合金材料的研究和應(yīng)用，經(jīng)過(guò)前期對(duì)Ti-6Al-4V、Ti-6Al-7Nb、Ti-5AI-2.5Fe醫(yī)用鈦合金的仿制研究，早在1999年西北有色金屬研究院在國(guó)內(nèi)首次研制出第一個(gè)具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)近 a型新型醫(yī)用鈦合金TAMZ(Ti-2.5AI-2.5Mo-2.5Zr)，綜合性能與Ti-6Al-7Nb相當(dāng)。在2005年，西北有色院又研制出兩種新型高強(qiáng)低模量近 B型醫(yī)用鈦合金TiZrMoNb(TLE)和TiZrSnMoNb(TLM)。中科院金屬所也開(kāi)發(fā)出新型低模量近B型鈦合金Ti-24Nb-4Zr-7.6Sn (Ti2448)。另外，北京有色院、哈工大、東北大學(xué)、天津大學(xué)等單位也在開(kāi)展新型B型鈦合金的應(yīng)用及相關(guān)基礎(chǔ)研究?；谖覈?guó)國(guó)情，擁有約13億人口和6000萬(wàn)殘疾人的大國(guó)，而且我國(guó)正步入老齡化社會(huì)，為此要提供大量?jī)?yōu)質(zhì)的生物醫(yī)用材料及器件以供臨床診治的需要。 而我國(guó)在醫(yī)用種植體方面的研究起步較晚， 目前人工關(guān)節(jié)近一半需要進(jìn)口，而牙科種植體以及一些高端植入物更是90%以上使用進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格十分昂貴，普通工薪階層的百姓難以承受。因此，開(kāi)發(fā)無(wú)毒性、低彈性模量且價(jià)格低廉的新型植入用鈦合金是一個(gè)值得研究的課題。生物醫(yī)用鈦合金分類(lèi)及性能生物醫(yī)用鈦合金按材料顯微組織類(lèi)型可分為 a型、a+彈和B型鈦合金三類(lèi)。目前臨床廣泛使用的材料仍以純鈦和 Ti-6AI-4V合金為主，但B型鈦合金由于更低的彈性模量和更好的生物相容性已成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)， 是最有應(yīng)用前景的生物醫(yī)用鈦合金。表1是各種生物醫(yī)用鈦合金的力學(xué)性能。圖1表明各種生物醫(yī)用合金的彈性模量和人體骨彈性模量的比較?？梢钥闯?，第二代生物醫(yī)用鈦合金彈性模量明顯比第一代低，合金設(shè)計(jì)時(shí)Nb含量有增加的趨勢(shì)且都是B型鈦合金,Ti-35Nb-7Zr-5Ta和Ti-29Nb-13Ta-7.1Zr合金具有最低的彈性模量55MPa,與人體骨的彈性模量最接近。因此開(kāi)發(fā)較低彈性模量的生物醫(yī)用 B型鈦合金已成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)外研究最為廣泛的生物醫(yī)用超彈性 B鈦合金是Ti-Nb系超彈性B鈦合表1生物醫(yī)用鈦合金的力學(xué)性能

#S?S/Gpa-料ASTM1341ICO240-550aTT3的飆件ASTMF1361L08G0-9&5a4pH-6AHV沁塑A5TMF1472112895-930a+pTi6AI7NbASTMF12951109O0-W5Oa+pTi-5AI2.5Fe1101024d*B二三炬物腫Ti43Nb口去79649731037亞融：*T112M662卜2甩74&510601100PTi-35Nb7Zp5Tj555%BT129Nb13Ta16Zr砧guPTl-35Nb7Zr5Ta-O.4QA5TMF17U66101QPTi-lSMo$Zr-3AlASTMF1813S2PTl-MoA5TMF2Q&6P圖1生物醫(yī)用合金的彈性模量常用生物醫(yī)用B鈦合金

鈦合金股骨柄賽關(guān)節(jié) 人工聽(tīng)關(guān)節(jié)曽換近年來(lái)新型B型鈦合金的研發(fā)主要Ti-Nb系、Ti-Mo系、Ti-Zr系和Ti-Ta系合金。（對(duì)人體有害的V、Al、Ni、Cr等元素逐步被生物相容性好的Nb、Zr、Ta、

Sn、Pt、Mo等無(wú)毒元素取代）已研制成功的部分醫(yī)用低模量的 B型鈦合金如下圖所示。與其他體系B鈦合金相比，Ti-Nb系合金的彈性模量較低，更接近人骨的彈性模量，并且不含有毒元素Al和V，適合作為醫(yī)用金屬材料，目前對(duì)其研究開(kāi)展較多。Tr1Hb-13ZrASTMF1733A$TMFT￡13TM2JMq-Wr5Sn—Ti-15McAST*F2066丁Ll霽馴打-0鵜E—Tr15li(r5i4-3A1-TrMTflJisr7401-iTr45Nb—Tr45NbAMS4f?TJ-3S2嚴(yán)IDHbU*ForaF-04?Z?3t3Ta462r■—-應(yīng)用舉例生物醫(yī)用鈦合金優(yōu)異生物醫(yī)用特性，使其廣泛的應(yīng)用如下人工關(guān)弦人工關(guān)弦生物圖腹ii換 機(jī)械瞄胴宦?lián)Q生物醫(yī)用鈦合金未來(lái)發(fā)展方向近年來(lái)，鈦合金在生物醫(yī)用領(lǐng)域的應(yīng)用呈快速發(fā)展的趨勢(shì)。這也將對(duì)鈦合金的性能提出更高的要求，結(jié)合國(guó)內(nèi)外當(dāng)前的研究現(xiàn)狀，得出生物醫(yī)用鈦合金未來(lái)發(fā)展方向如下：STRYKER（美國(guó)）寶鈦集團(tuán)Zimmer（美國(guó)）英耐特醫(yī)用鈦有限公司德國(guó)克魯伯百幕航材Terumo（日本）西北有色金屬研究院STRYKER（美國(guó)）寶鈦集團(tuán)Zimmer（美國(guó)）英耐特醫(yī)用鈦有限公司德國(guó)克魯伯百幕航材Terumo（日本）西北有色金屬研究院Sulzer（瑞士）北京有色金屬研究總院尸新型P鈦合金是全球生物醫(yī)用鈦合金材料硏究熱點(diǎn)和主攻方向或-單晶生物醫(yī)用鈦臺(tái)金「沿某一方向生長(zhǎng)獲得的單晶材料可獲得非常接近人體骨的彈fi模最”用這種單晶制作植入體具有更好的模量匹配。-生物醫(yī)用多孑合金材料*其彈性模蜻可通過(guò)孔隙率的變化調(diào)節(jié)來(lái)降低,但卻降低了強(qiáng)度』因此如何提升其力學(xué)性能是研究的努力方向〃*超彈性和形狀記憶功能的生物醫(yī)用鈦合金，k生物醫(yī)用材的表面改性?？蓞岣咧踩塍w的生物相容性*k A相關(guān)企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)雖然我國(guó)生物醫(yī)用鈦合金材料的研究工作已取得了顯著的進(jìn)展 ，但與歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家相比，在鈦合金植入物產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、加工、裝備、表面處理、工藝水平等方面仍存在很大差距。以下是部分國(guó)內(nèi)外生物醫(yī)用鈦合金相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)：國(guó)內(nèi)企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)國(guó)外企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)國(guó)內(nèi)企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)沈陽(yáng)金屬研究所陳鋒.陳鋒.新型醫(yī)用B鈦合金研究的發(fā)展現(xiàn)狀及加工方法[J]..戴世娟，朱運(yùn)田，重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2016,30(4):28-34.

.C.萊茵斯,M.皮特爾斯.陳振華等譯.鈦與鈦合金[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005..公開(kāi)資料-維基百科，百度百科..張文毓.生物醫(yī)用鈦合金的研究進(jìn)展[J].化學(xué)與黏合,2014,35（5）:369-373..C.J.Boehlert,C.J.Cowen,J.P.Quast,etal.FatigueandwearevaluationofTi-AI-Nballoysforbiomedicalapplications[J].MaterialsScieneeandEngineering