生物医用TiNi形状记忆合金表面改性研究进展.pdfVIP

第39卷 增刊1 稀有金属材料与工程 V01．39，Suppl．1 METAL June 2010年 6月 RARE N鲥ERIAI，SANDENGINEERING 2010 生物医用TiNi形状记忆合金表面改性研究进展 赵婷婷，李岩，魏松波，相艳 (北京航空航天大学，北京100191) 摘要：本文介绍了近年来TiNi形状记忆合金表面改性方面的研究发展状况，重点评述了离子注入、表面涂层和氧化 法的改性结果，并提出了其中存在的问题和未来发展方向。 关键词：TiNi形状记忆合金；表面改性；耐蚀性；生物相容性 中图法分类号：TG139+．6 文献标识码：A 文章编号：1002-185X(2010)S1-320-04 不锈钢、钻铬合金、钛及其合金都是当前医疗领 1 TiNi形状记忆合金的表面改性 域中常用的金属植入材料，而近等原子比TiNi形状 记忆合金由于具有形状记忆效应和超弹性等智能特 TiNi形状记忆合金表面改性的方法主要包括：离 性，在生物医学领域具有特殊的应用价值【l】。近等原 子注入、氧化法、表面涂层、表面接枝生物大分子、 子比TiNi合金是综合性能最好的形状记忆合金，优 自组装、激光表面处理、以及去合金化等。 良的记忆效应可以提高骨板与关节替换的相称性，超 1．1离子注入表面改性 弹性可以使支架在低应力下较好的膨胀，从而降低对 与通常的表面改性技术相比，离子注入技术采用 动脉壁的损伤，低的弹性模量可以降低骨的“应力遮 低温处理，可以在不改变原始尺度的情况下增强试样 的力学性能【17】，它不受通常的热力学限制，理论上可 挡”效应[21。此外，TiNi表面自发形成的Ti02惰性 层力学性能稳定、耐腐蚀性好，因而具有良好的生物 以注入任何离子。和表面涂层处理相比，离子注入技 相容性【31。目前，TiNi形状记忆合金已成功用于矫形术可以在合金表面形成过渡区，不会产生清晰的界面 外科【41、各种支架【561及骨替代材料[7】等方面。但是，区域，新形成的表面不影响TiNi的本体特征【18】。目前， 作为长期植入材料，TiNi的生物安全性存在很大争在TiNi合金表面注入的元素主要有非金属B、C、N、 O、P和金属Ta等，这些元素的注入通常会在TiNi 议。Kapanen等[s-lo】研究了不锈钢、Ti、Ni、TiNi对 成骨细胞的影响，结果表明TiNi对细胞没有毒害作合金表面形成特定成分和结构的表层，从而改变表面 用，在活组织中具有良好的生物相容性。但Jia等…1 的力学、电化学和生物相容性。 研究发现TiNi表面的细胞死亡率很高。Shih等【12】评 价了TiNi的腐蚀产物对平滑肌细胞生长和形态的影1．0×1017 响，发现当Ni浓度大于9×10巧时会抑制细胞生长， 硬度和弹性模量明显增大，这是由于注入离子的周围 改变细胞形态，使细胞数量减少。当前，对于TiNi形成了非晶层，而非晶层的形成与否与注入离子的剂 的毒性问题主要归结于Ni离子的溶出。低浓度的Ni量无关。 离子可以刺激细胞生长【13】，但高浓度的Ni离子 Liu等【20】采用不同注入电压(10~40kV)在TiNi表 (15×106—30x10击)会抑制细胞的生长速率，改变细胞面注N后形成了TiN层，其厚度和元素分布与电压有 的形态[13,14]，可能会引起过敏反应tts]和致癌效关。合金耐磨损性能随注入电压的增大而增大，随所 kV 应【l61。因此，有必要通过表面改性提高TiNi合金的施加载荷的增大而减小，其中注入电压为30和40 抗腐蚀性，抑制Ni