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医用钛及钛合金材料的发展历程

来源:力航钛业(www.hvw00.com) 发布时间:2012-2-2 11:36:47
医用钛及钛合金材料的发展和应用经历了四个阶段。
1.应用初期
上世纪50年代初,首先由英国和美国,把医用钛制造成接骨板、螺钉、髓内钉和髋关节。由于接骨板在手术中需要塑形,以便贴敷断骨的生理解剖形状,因此直到现在,医用钛经过特殊加工后仍被用于制造接骨板及配套螺钉,如全系列AO钢板及螺钉,这是高强度钛合金所不能替代的。经临床发现,使用医用纯钛制造髓内钉及髋关节强度、刚度明显不足。因此为了避免体内植入物的断裂失效,提高植入物的强度,在英、美、俄、日等国,出现了采用高强度GR5(TC4)钛合金替代纯钛材料。
2.发展阶段
    TC4钛合金也在不断发展,逐渐出现了具有高断裂韧性、低裂纹扩展速率、 低间隙元素型Ti-6A1-4VELI高损伤容限钛合金,直到目前占80%以上钛合金植入物产品仍在使用这种合金。
    虽然Ti-6A1-4V合金具有优异的性能,但由于V元素可引起恶性组织反应,可能会对人体产生毒副作用,因而促使材料学家研究新的不含V的钛合金材料。自上世纪80年代,德国和瑞士的生物材料学家先后研制出Ti-5A1-2.5Fe和Ti-6A1-7Nb合金。这2 种钛合金中,Ti-6A1-7Nb钛合金可用于制造非扩髓带锁髓内钉系统(包括胫骨、肱骨、股骨)及用于治疗股骨颈骨骨折的中空螺钉等,它临床应用更为成功。
3。提高阶段
    20世纪90年代以采,在钛合金植入物材料方面,不断有关于铝对人体存在潜在危害的报告,认为铝会引起骨质疏松和精神紊乱等病症,所以生物材料学家开始探索与研究不含V、A1的新型生物用钛合金。 其中研制成功并已被临床允许采用的合金有Ti-13Nb-13Zr钛合金、12Mo-6Zr-2Fe钛合金。
4.创新阶段
    近年来,在医用钛合金方面有很多创新成果。其中最为应用最广的是记忆合金和多孔钛合金材料:
80年代初期,Ni-Ti 状记忆合金成功田干骨科临床,引起骨科专家和临床医生的关注,并称之为“神奇金属”。这种功能材料具有奇特的形状记忆效应、超弹性、耐疲劳、耐磨损、耐腐蚀、生物相容性好。

    多孔Ni-Ti(PNT)合金生物活性材料制造颈、腰椎间融合器(Cage)。 这种材料具有65%左右的空隙率,平均微孔尺寸215μm-230μm,具有生物活性,促进新生骨通过微孔与支架快速生长,内部相互连接多方向的微孔产生毛细管渗透作用,促使血液、基本营养和骨髓进入椎体间融合器。这种金属植入材料弹性模量与松质骨接近,从而避免了应力遮挡效应,促进骨重建并对骨细胞的生长提供了良好的环境支持,骨生长细胞和营养渗透到相互连接的微孔加速了骨整合。

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