醫(yī)用鈦合金及記憶鈦合金成為最有發(fā)展前景的醫(yī)用材料之一

醫(yī)用金屬材料也被稱為外科植入金屬材料，主要用于診斷、治療，以及替換人體中的組織或增進(jìn)其功能。近20年來，雖然金屬醫(yī)用材料相對于高分子材料、復(fù)合材料以及雜化和衍生材料等生物醫(yī)用材料的發(fā)展緩慢，但其具有高的強(qiáng)度、良好的韌性及抗彎曲疲勞強(qiáng)度、優(yōu)異的加工性能等許多其它幾類醫(yī)用材料不可替代的優(yōu)良性能，是臨床應(yīng)用中最廣泛的承力植入材料。尤其隨著金屬3D打印技術(shù)的發(fā)展，金屬醫(yī)用材料得到了更廣泛的應(yīng)用，最重要的應(yīng)用有：骨折內(nèi)固定板、螺釘、人工關(guān)節(jié)和牙根種植體等。臨床應(yīng)用的醫(yī)用金屬材料主要有不銹鋼、鈷合金、鈦合金、形狀記憶合金、貴金屬以及純金屬鉭、鈮、鋯等。

醫(yī)用鈦合金（Ti-based- Alloy as Biomedical Material）是目前已知的生物親和性最好的金屬之一，上世紀(jì)40年代以來，鈦和鈦合金逐漸在臨床醫(yī)學(xué)中獲得應(yīng)用。1951年，人類開始用純鈦制作接骨板和骨螺釘。20世紀(jì)70年代中期，鈦及鈦合金開始獲得廣泛的醫(yī)學(xué)應(yīng)用，成為最有發(fā)展前景的醫(yī)用材料之一。目前，鈦和鈦合金主要應(yīng)用于整形外科，尤其是四肢骨和顱骨整復(fù)，被用以制作各種骨折內(nèi)固定器械、人工關(guān)節(jié)、頭蓋骨和硬膜、人工心臟瓣膜、齒、牙床、托環(huán)和牙冠。其中，醫(yī)用應(yīng)用最多的鈦合金是TC4（Ti-6A1-4V），該合金在室溫下具有а十β兩相混合組織，通過固溶處理和時效處理，可使其強(qiáng)度等力學(xué)性能顯著提高。

鈦及鈦合金的密度在4.5g/cm3左右，幾乎僅為不銹鋼和鈷合金的一半，密度接近人體硬組織，且其生物相容性、耐腐蝕性和抗疲勞性能都優(yōu)于不銹鋼和鈷合金，是目前最佳的金屬醫(yī)用材料。鈦及鈦合金與人體的親和性，源于植入后其表面致密的氧化鈦（TiO2）鈍化膜具有誘導(dǎo)體液中鈣、磷離子沉積生成磷灰石的能力，表現(xiàn)出一定的生物活性和骨結(jié)合能力，尤其適合于骨內(nèi)埋植。鈦及鈦合金缺點(diǎn)是硬度較低，耐磨性差。若磨損發(fā)生，首先導(dǎo)致氧化膜破壞，隨后磨損的顆粒腐蝕產(chǎn)物進(jìn)人體組織，尤其是Ti-6A1-4V合金中含有毒性的釩（V）可導(dǎo)致植入物的失效。為了改善鈦及鈦合金的耐磨性能，可對鈦及鈦合金制品表面進(jìn)行高溫離子氨化或離子注入技術(shù)處理，強(qiáng)化其表面耐磨性。近年來，開發(fā)出的一些新型鈦合金（主要是β型合金），都注重減少了對人體有一定危害的元素，例如V和Al, 有效地改善了鈦合金的生物相容性。

醫(yī)用形狀記憶合金（Shape Memory Alloy as Biomedical Material）的研究始于20世紀(jì)70年代，并很快得到了廣泛應(yīng)用。臨床上應(yīng)用最廣泛的形狀記憶合金主要有鎳鈦形狀記憶合金。醫(yī)用鎳鈦形狀記憶合金的形狀記憶恢復(fù)溫度為36±2℃，符合人體溫度在臨床上表現(xiàn)出與鈦合金相當(dāng)?shù)纳锵嗳菪浴５捎阪団佊洃浐辖鹬泻写罅康逆囋?，如果表面處理不?dāng)，則其中的鎳離子可能向周圍組織擴(kuò)散滲透，引起細(xì)胞和組織壞死。醫(yī)用形狀記憶合金主要用于整形外科和口腔科，鎳鈦記憶合金應(yīng)用最好的例子是自膨脹支架，特別是心血管支架。