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生物医用材料钛合金的发展概况及前景戴开超1080910217摘要：本文主要论述了我国生物医用材料钛合金的发展历程，生物医用材料钛合金的生物相容性等性能要求，生物医用材料钛合金的发展前景等。关键词：钛合金生物医用生物相容性前言生物医用材料可对机体组织进行诊断、治疗、置换损伤组织、器官或增进其功能，属医疗器械范畴，其研究是介于生物学、医学、材料学和化学之间的交叉性边缘学科，研究内容几乎覆盖材料科学与生命科学的整个领域，具有知识、技术密集和多学科交叉的特点。尽管现代意义上的生物医学材料起源于20世纪40年代，其学科也仅形成于20世纪80年代，但生物医用材料涉及亿万人的健康，是保障人类健康的必需品。生物医用材料的应用不仅挽救了数以千万计人的生命，使疾病得以早期发现和有效治疙并显著降低了重大疾病的死亡率，同时，它对于改善人们的健康状况和提高生活质量，具有重要的民用价值和社会意义。生物医用材料的发展生物医用材料在我国起步仅仅20年左右的时间，无论是原始创新的基础研究，还是技术创新性研究，整体水平均落后于发达国家。尽管如此，在国家自然科学基金、“863”项目、“973”项目以及国家科技支撑计划等项目的大力支持下，近些年来我国生物医用材料的研究已从分散、低水平的重复研究，逐步集中于学科发展的方向和前沿，并取得了举世瞩目的蓬勃发展。骨科修复材料因市场需求巨大，其研究与产业快速发展，在组织工程、药物缓释、纳米材料、血液相容与净化材料、非病毒性基因治疗载体等领域与国际先进水平的差距已逐渐缩小，并取得子一批具有自主知识产权的技术项目。进入21世纪以来，我国生物医用材料加速发展我国生物医用材料研究领域研究论文的发表数量正在大幅度上升、被引用的次数也不断增加，在国际刊物上所占的比重也在提高。钛合金在生物医学方面的研发史可追溯到20世纪40年代初期， Bothe等人首先把纯钛引入到生物医学领域，他们发现钛与老鼠股骨之间无任何不良反应。10年后Leventhal又进一步研究证实了纯钛的良好生物相容性。但是，由于医用不锈钢、钴铬合金在二次世界大战期间已开始盛行，钛合金在生物医学领域的应用和发展比较缓慢。自从60年代Branemark将纯钛用于口腔种植体后，纯钛作为外科植入件材料才得到了广泛发展，随后α型钛合金Ti3Al2·5V也在临床上被用作股骨和胫骨替换材料。纯钛等α型钛合金虽然在生理环境中抗腐蚀性优良，但其强度较低、耐磨性较差，从而限制了它在骨科较大承载部位的使用。相比之下，α+β型钛合金Ti6Al4V具有较高的强度和综合的加工性能，它虽是为航空、航天应用设计的，但70年代后期也被广泛用于制作外科修复或替换材料如接骨板、髋关节、髓内钉等。纯钛、Ti3Al2·5V、Ti6Al4V钛合金属于第一代医用钛合金，这一时期材料和医学工作者是就地取材，没有专门开发针对生物医学工程用的钛合金。到21世纪80年代中期，临床应用发现进行Ti6Al4V钛合金人工髋关节翻修手术时，假体周围骨组织有黑化和感染现象，随后研究证实V是对生物体有毒副作用的元素，特别是V的生物毒性要超过N，i Cr，而且此类合金的耐蚀性相对较差。到90年代中期，瑞士和德国先后开发出了第二代以Nb， Fe替代V的α+β型两相医用钛合金Ti6Al7Nb和Ti5Al2·5Fe，而且很快被列入国际生物材料标准，并开始在临床应用。1985年瑞士Sulzer医疗技术公司开始采用Ti6Al7Nb合金制造髋关节柄，并成功投放市场， 2000年引入中国，年销数万套。几种主要的钛合金生物医用材料概述金属系生物医学工程材料，特别是人体植入材料，应具备下列条件。生物学条件：具备人体相容性、无异物反应、无变态反应、无致癌性、无抗原性、无毒。还要求具备人体组织的生物亲和性、抗血栓性等人体安全性。力学条件：高强度、高比强度；弹性模量接近骨，能促进材料与人体之间界面的牢固结合；良好的韧性；不发生疲劳现象；高的耐磨耗性。化学条件：良好的耐蚀性、耐腐蚀疲劳、耐磨耗腐蚀疲劳、不产生有害重金属离子的溶出物。其他条件：非磁性、加工性能及功能材料特性。钦和钦合金能够满足这些主要条件。比重小、强度高，能满足牙科、医学界提出的“轻量化”和“钦化”要求。在人体内的腐蚀环境中，钦几乎完全不腐蚀。钦合金在人体内不发生间隙腐蚀。钦具有优良的人体相容性，不会引起炎症、过敏性和变态反应，还具有抗血栓性。弹性模量低，可满足界面上的力学适应性等。而不锈钢系、钻系耐热合金在这些方面都是无法媲美的。医学界认为，钦和钦合金是理想的、很有发展前途的生物医学工程材料。生物医用钛合金按材料显微组织类型可分为α型、α+β型和β型钛合金3类标准。植入型钛合金主要有以下几种：钛粉末制品植入物。美国一家公司用钦粉末制造的结构植入物获得了较广泛的应用。一种多孔钦/金属复合材料(vMC)，