醫(yī)用鈦及鈦合金材料的發(fā)展歷程
醫(yī)用鈦及鈦合金材料的發(fā)展和應(yīng)用經(jīng)歷了四個(gè)階段。
1.應(yīng)用初期
上世紀(jì)50年代初，首先由英國(guó)和美國(guó)，把醫(yī)用鈦制造成接骨板、螺釘、髓內(nèi)釘和髖關(guān)節(jié)。由于接骨板在手術(shù)中需要塑形，以便貼敷斷骨的生理解剖形狀，因此直到現(xiàn)在，醫(yī)用鈦經(jīng)過(guò)特殊加工后仍被用于制造接骨板及配套螺釘，如全系列AO鋼板及螺釘，這是高強(qiáng)度鈦合金所不能替代的。經(jīng)臨床發(fā)現(xiàn)，使用醫(yī)用純鈦制造髓內(nèi)釘及髖關(guān)節(jié)強(qiáng)度、剛度明顯不足。因此為了避免體內(nèi)植入物的斷裂失效，提高植入物的強(qiáng)度，在英、美、俄、日等國(guó)，出現(xiàn)了采用高強(qiáng)度GR5(TC4)鈦合金替代純鈦材料。
2.發(fā)展階段
TC4鈦合金也在不斷發(fā)展，逐漸出現(xiàn)了具有高斷裂韌性、低裂紋擴(kuò)展速率、 低間隙元素型Ti-6A1-4VELI高損傷容限鈦合金，直到目前占80％以上鈦合金植入物產(chǎn)品仍在使用這種合金。
雖然Ti-6A1-4V合金具有優(yōu)異的性能，但由于V元素可引起惡性組織反應(yīng)，可能會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生毒副作用，因而促使材料學(xué)家研究新的不含V的鈦合金材料。自上世紀(jì)80年代，德國(guó)和瑞士的生物材料學(xué)家先后研制出Ti-5A1-2.5Fe和Ti-6A1-7Nb合金。這2 種鈦合金中，Ti-6A1-7Nb鈦合金可用于制造非擴(kuò)髓帶鎖髓內(nèi)釘系統(tǒng)(包括脛骨、肱骨、股骨)及用于治療股骨頸骨骨折的中空螺釘?shù)?，它臨床應(yīng)用更為成功。
3.提高階段
20世紀(jì)90年代以采，在鈦合金植入物材料方面，不斷有關(guān)于鋁對(duì)人體存在潛在危害的報(bào)告，認(rèn)為鋁會(huì)引起骨質(zhì)疏松和精神紊亂等病癥，所以生物材料學(xué)家開(kāi)始探索與研究不含V、A1的新型生物用鈦合金。 其中研制成功并已被臨床允許采用的合金有Ti-13Nb-13Zr鈦合金、12Mo-6Zr-2Fe鈦合金。
4.創(chuàng)新階段
近年來(lái)，在醫(yī)用鈦合金方面有很多創(chuàng)新成果。其中最為應(yīng)用最廣的是記憶合金和多孔鈦合金材料：
80年代初期，Ni-Ti 狀記憶合金成功田干骨科臨床，引起骨科專家和臨床醫(yī)生的關(guān)注，并稱之為“神奇金屬”。這種功能材料具有奇特的形狀記憶效應(yīng)、超彈性、耐疲勞、耐磨損、耐腐蝕、生物相容性好。
多孔Ni-Ti(PNT)合金生物活性材料制造頸、腰椎間融合器(Cage)。 這種材料具有65％左右的空隙率，平均微孔尺寸215μm-230μm，具有生物活性，促進(jìn)新生骨通過(guò)微孔與支架快速生長(zhǎng)，內(nèi)部相互連接多方向的微孔產(chǎn)生毛細(xì)管滲透作用，促使血液、基本營(yíng)養(yǎng)和骨髓進(jìn)入椎體間融合器。這種金屬植入材料彈性模量與松質(zhì)骨接近，從而避免了應(yīng)力遮擋效應(yīng)，促進(jìn)骨重建并對(duì)骨細(xì)胞的生長(zhǎng)提供了良好的環(huán)境支持，骨生長(zhǎng)細(xì)胞和營(yíng)養(yǎng)滲透到相互連接的微孔加速了骨整合。
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