鈦鎳記憶合金在矯形外科方面的應(yīng)用

我國鈦儲量占世界首位，已探明的鈦礦藏總量占世界的48%，從資源角度來講，中國有著發(fā)展鈦工業(yè)良好的物資保證條件。近年來我國鈦產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快，2008年鈦加工材產(chǎn)量為27737噸，是2000年2206噸的12.6倍，鈦生產(chǎn)量已僅次于美國和俄羅斯，位居世界第三。鈦在我國醫(yī)學(xué)醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用也在不斷擴大，目前在牙科、制藥設(shè)備方面較為普遍，已得以推廣，在移植、矯形及器械方面還需進(jìn)一步加強。綜上所述，鈦由于具有其他金屬無法比擬的優(yōu)良性能和生物親合性，在醫(yī)療醫(yī)學(xué)方面應(yīng)用越來越廣泛，給人們帶來了幸福和希望，衷心期望鈦在醫(yī)療醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用繼續(xù)不斷擴大和發(fā)展，為世界人民造福。

金屬植入體最重要的性能是成形型、機加性和拋光性，在預(yù)期的壽命期內(nèi)必須保持功能，在經(jīng)受疲勞、磨耗、腐蝕和沖擊載荷時不會劣化，鈦及鈦合金符合全部上述要求。人工關(guān)節(jié)及人工骨替代材料應(yīng)具備以下幾個基本性質(zhì)：輕質(zhì)高強材料，具有生物相容性、耐蝕性，植入物在體內(nèi)所發(fā)生的組織反應(yīng)不引起材料的劣化，重復(fù)應(yīng)力引起的疲勞、破損少等性質(zhì)。最早使用的牙托粉、聚丙烯、有機玻璃等人工關(guān)節(jié)材料的強度低、易折、生物相容性較差。后來改用不銹鋼，但不銹鋼的比重較大，約為人體骨骼比重的2倍，而且在體內(nèi)受體液作用會出現(xiàn)腐蝕和斷裂。Co-Cr合金也是一種極好的人工關(guān)節(jié)材料，但遺憾的是，鈷、鉻元素均對人體有毒。而鈦和鈦合金的比重小（與人骨的比重相近）、強度大、機械加工好、耐蝕性能優(yōu)異，是一種理想的人工關(guān)節(jié)材料。用鈦做人造骨，細(xì)胞可在其上再生，骨骼可以生長，鈦與人體骨、上皮、締造組織都具有良好的親合性。為了改善與人骨連接的植入材表面質(zhì)量，對粗化表面進(jìn)行生物陶瓷層也是較為有效的方法。目前，鈦及鈦合金已廣泛用于人工骨關(guān)節(jié)、人工骨、接頭腳板、斷骨固定器、骨髓內(nèi)釘、人工心臟瓣膜、頭蓋骨等。據(jù)統(tǒng)計，中國每年對鈦合金人工關(guān)節(jié)的需求量超過5000套， 臨床應(yīng)用效果良好。

外科用移植材料規(guī)定使用的鈦材以純鈦和Ti-6Al-4VELI合金為主。最近，與人體親合性良好的移植材料Ti-6Al-7Nb及Ti-13Nb1-13Zr也取得了ASTM標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可。醫(yī)用鈦合金彈性模量比不銹鋼更接近于人體骨骼，適用于人體矯形手術(shù)中。在矯形外科方面，多使用鈦鎳形狀記憶合金。研究表明NT-SMA是集耐磨、耐腐、形狀記憶效應(yīng)、偽彈性和聲阻尼等性能與一體的新材料，在骨科的應(yīng)用日趨廣泛，除了常用的接骨板、髓內(nèi)針、下頜骨內(nèi)固定、脊柱側(cè)彎矯正等外，上海長海醫(yī)院又對NT-SMA進(jìn)行了系列設(shè)計與臨床應(yīng)用，如NT-聚髕器、NT-弧叉釘、NT-弓形器、NT-飛蜓器（專為骶骨重建而設(shè)計）等，取得了滿意的療效。

“記憶合金”就是鈦和鎳組成的合金。這種合金制成預(yù)先確定的形狀再經(jīng)定型處理后若受外力變形，只要稍微加熱便可恢復(fù)原來的面貌。這種合金目前已在不少領(lǐng)域得到應(yīng)用。打開時間隧道去追尋揭秘“記憶合金”的神秘性。1963年，美國海軍軍械實驗室奉命研制一種新式裝備。試驗中實驗人員領(lǐng)到一些彎曲的鈦鎳合金絲，他們覺得使用起來很不方便，就將鈦鎳合金絲拉直。試驗中，當(dāng)溫度升高時，這些已經(jīng)被拉直的鈦鎳合金絲突然全部恢復(fù)到原來彎曲的形狀，并且和原來一模一樣。實驗人員百思不得其解，反復(fù)作了多次試驗，結(jié)果完全一樣，這就是時下人們想知道并感興趣的記憶合金。

人的大腦有記憶功能，人通過大腦的記憶可以把學(xué)到的知識積累起來，產(chǎn)生知識變革，就像如今的知識經(jīng)濟那樣去推進(jìn)人類社會的進(jìn)步和發(fā)展。同樣，“記憶合金”猶如人的大腦，已有了“英雄用武之地”，在軍事、航天、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，其中最著名的例子當(dāng)是“阿波羅”11號帶到月球上的天線。它是用極薄的記憶合金在正常情況按預(yù)定要求做成天線，然后降低溫度把它壓成一團，裝進(jìn)登月艙帶到月球上。在陽光的照射下，天線又“記”起了自己本來的面貌，變成巨大的半球形。據(jù)報道，由于鈦鎳合金成本昂貴，長期未能進(jìn)入民用領(lǐng)域?，F(xiàn)在卻不一樣了，科學(xué)家正在努力使這種貴重金屬實現(xiàn)平民化，他們已成功地將“記憶鈦”的形變溫度調(diào)到體溫范圍。用它生產(chǎn)的婦女文胸托墊，平時柔軟如絲，戴上后就會遇熱挺起?？茖W(xué)家還用它做成食道支架，對失去進(jìn)食功能的食道癌患者來說，“記憶鈦”食道架能在喉部膨脹成新的食道。必要時只要向食道里加上冰塊，“食道”又會遇冷收縮，從而可輕易取出。1986年榮獲第六屆中國電影金雞獎最佳科教片《崛起的第三金屬--鈦》中有這樣一組鏡頭，就是用“記憶鈦”造出的汽車外殼，然后進(jìn)行撞擊試驗，外殼被撞變形之后，澆上一桶熱水，被撞變形的部位就恢復(fù)到原來的形狀了。記憶合金“鈦”神奇了，恐怕《西游記》里具有七十二般變化的孫悟空也只能是望鈦興嘆了。