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醫(yī)用鈦合金材料在醫(yī)療器械領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用
2021-04-16
鈦合金產(chǎn)品的物理、化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定，不會(huì)被人體吸收，與液體和藥品接觸也不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也不會(huì)電離，也不與人體的肌肉骨骼發(fā)生反應(yīng)，因而被人們稱為“親生物金屬”。因?yàn)樘哂小坝H生物”性，鈦在人體內(nèi)，能抵抗分泌物的腐蝕且無毒，對(duì)任何殺菌方法都適應(yīng)。因此被廣泛用于制醫(yī)療器械，制造人體髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肋關(guān)節(jié)、頭蓋骨，主動(dòng)心瓣、骨骼固定夾。 生物醫(yī)用鈦合金材料是用于診斷、治療或替代人體組織、器官或增進(jìn)其功能且具有高技術(shù)含量和高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的新型醫(yī)用載體材料，是材料科學(xué)技術(shù)中的一個(gè)正在發(fā)展的新領(lǐng)域。按照外科植入物和矯形器械專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，鈦合金材料可歸入“外科植入物用材料”中“金屬材料”一類。 人工關(guān)節(jié)及人工骨替代材料應(yīng)具備以下幾個(gè)基本性質(zhì)：輕質(zhì)高強(qiáng)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)。金屬植入體最重要的性能是成形型、機(jī)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(shí)不會(huì)劣化，鈦及鈦合金符合全部上述要求。最早使用的牙托粉、聚丙烯、有機(jī)玻璃等人工關(guān)節(jié)材料的強(qiáng)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(huì)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(duì)人體有毒。而鈦和鈦合金的比重?。ㄅc人骨的比重相近）、強(qiáng)度大、機(jī)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。 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。用鈦?zhàn)鋈嗽旃牵?xì)胞可在其上再生，骨骼可以生長(zhǎng)，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(duì)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(jì)，中國(guó)每年對(duì)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。 1、鈦材料在醫(yī)療器械中的應(yīng)用 鈦及鈦合金具有良好的耐蝕性，鈦無毒、無磁性，是醫(yī)療器械良好的選用材料。在手術(shù)器械的發(fā)展史上，第一代手術(shù)器械多用碳鋼制做，由于電鍍后的性能達(dá)不到臨床使用要求而被淘汰。第二代為奧氏體、鐵素體和馬氏體不銹鋼手術(shù)器械，但不銹鋼成分中鉻有毒性，脫落的鍍鉻層對(duì)人體有一定影響，因此，出現(xiàn)了第三代——鈦手術(shù)器械。鈦具有的重量輕特性，使之特別適于作顯微外科手術(shù)。鈦具有耐腐蝕、彈性好、不變形等，耐反復(fù)的清洗、消毒表面質(zhì)量不受影響；無磁性，能夠排除對(duì)微小、敏感植入電子器械的破壞威脅等特性，使鈦手術(shù)器械應(yīng)用越來越廣。目前已用來制作手術(shù)刀片、止血鉗、剪刀、電動(dòng)骨鉆、鑷子等等。在醫(yī)療器械中鈦制血管縫合針、胸骨縫合線，心臟外科手術(shù)器械之一的氧氣過濾器的鈦過濾片，心電圖機(jī)中用鈦?zhàn)鲭姌O，體外培養(yǎng)機(jī)中用鈦?zhàn)雠囵B(yǎng)器；醫(yī)用超聲粉碎機(jī)的探頭，血液運(yùn)輸箱自動(dòng)控制器，以及用于眼科手術(shù)鈦器械等，目前使用情況均良好。 2、鈦及鈦合金的牙科應(yīng)用 由于鈦具有優(yōu)良的耐蝕性及人體親和性，且考慮金屬過敏性及比強(qiáng)度等適于在牙科領(lǐng)域應(yīng)用。牙外科使用的金屬，從二十世紀(jì)二十年代的汞合金及金屬牙冠等開始，六十年代主要使用金、銀、鈀合金，七十年代以后不銹鋼成為牙齒矯正用永久性和可拆卸器械最常用的材料，九十年代鈦鑄造技術(shù)得以推廣應(yīng)用。牙科利用鈦精鑄機(jī)鑄造有尺寸精度高、無氣泡及縮孔等特點(diǎn)在用于人體硬組織修復(fù)的金屬材料中，鈦的彈性模量與人體組織最接近，這可以減輕金屬種植體與骨組織之間的機(jī)械不適應(yīng)性。鈦的熱導(dǎo)率是所有牙科修復(fù)用金屬材料中最低的，熱導(dǎo)率低可以減輕對(duì)帶齒冠牙齒牙髓的熱刺激，對(duì)牙齒修復(fù)很重要。鈦制嵌體、全冠等具有保護(hù)牙髓，避免冷熱刺激的作用。牙科用鈦在材質(zhì)方面，原多為純鈦，但其強(qiáng)度不足，難以研磨，存在耐磨性差，易產(chǎn)生鑄造缺陷及質(zhì)量不穩(wěn)定等特點(diǎn)。鈦合金強(qiáng)度較高，最常用的是Ti-6Al-4V合金，但由于金屬V對(duì)人體有害，改用Nb代替V，研制成功Ti-6Al-7Nb合金，它具有優(yōu)良的耐蝕性，且對(duì)人體基本無害，還具有塑性強(qiáng)、研磨性優(yōu)良等其它優(yōu)點(diǎn)，已取得了ASTM標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可。目前超彈性Ti-Ni合金正推廣應(yīng)用于牙齒矯直。從二十世紀(jì)八十年代起發(fā)達(dá)國(guó)家就開始研究鈦在口腔修復(fù)中的應(yīng)用，首先用于牙種植，以后又用于義齒支架、冠橋和牙正絲，目前鈦可作牙冠、冠釘、固定橋、烤瓷橋、粘結(jié)橋、義齒卡環(huán)、基托、連接裝置和加強(qiáng)裝置，幾乎義齒所有金屬部件都可用鈦來制作。鈦及鈦合金的研究已成為牙科應(yīng)用合金研究的一個(gè)熱點(diǎn)。鈦合金烤瓷牙能很好的恢復(fù)牙體形態(tài)和功能，且強(qiáng)度高，外形美觀，色澤穩(wěn)定，表面光滑、耐磨損、耐腐蝕，是一種永久的修復(fù)體，適用于一切固定牙，尤其是它的生物相容性好，對(duì)鎳離子敏感的人比較適合，現(xiàn)已被廣泛推廣應(yīng)用于牙的修復(fù)。 |