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医用钛合金的发展历史和研究现状

2019-07-09


     20 世纪 60 年代,纯钛作为人体植入物开始应用于临床。虽然纯钛材料在生理环境中有着优良的抗蚀性,但其强度低,耐磨损性能差,仅可用于承受载荷较小部位的骨替代及口腔修复。随后应用于航空航天领域的 TC4 钛合金被引进到医学领域,解决了纯钛材料强度不能满足要求的问题,同时 Ti-3Al-2. 5V 合金也开始在临床上被用做人体胫骨和股骨的替换材料。到了 20 世纪 80 年代中期,临床应用中发现 TC4 钛合金人工髋关节周围的骨组织出现了黑化和感染现象,随后人们对此进行研究,证实 TC4 钛合金中所含的 V 元素会对生物体产生毒副作用,且生物毒性超过了 Ni 和 Cr。到 20 世纪90 年代中期,德国和瑞士先后研制出第二代医用钛合金———无 V 的 α + β 型 Ti-5Al-2. 5Fe 和 Ti-6Al-7Nb合金。但这类合金还是存在与骨骼弹性模量不匹配的问题,植入体容易松动或失效,而且这类合金还含有对人体存在潜在危害的 Al 元素。相比 α 钛合金和 α + β 钛合金,β 钛合金的弹性模量低且强度和耐磨损性较高,因此,第三代医用钛合金———不含 Al、V 的低弹性模量 β 钛合金成为主要研发方向。

医用钛棒价格

     医用钛合金主要用于生产和制造外科植入物和矫形器械产品,比如医用钛棒等都已经应用在如牙种植体、人工关节和血管支架等。按照矫形器械与外科植入产品专业标准,医用钛材被归入“外科植入物用材料”中的“金属材料”一类。以下按我国外科植入物和矫形器械分类目录中所涉及的钛及钛合金产品类型介绍其在临床治疗中的应用。

   

    钛及钛合金密度较小,弹性模量低,可以避免局部骨吸收现象的产生,因而是十分优良的人工骨、关节等硬组织替换材料。人工髋关节假体的髋臼杯和骰骨柄通常用钛及钛合金来制造。髋臼固定后,关节头可以在髋臼杯里自由活动。人工膝关节也常采用钛及钛合金制备,由胫骨部件、股骨部件和髌骨部件三部分组成。骨与关节替代物在人体内会受到人体的扭转、弯曲、挤压、肌肉收缩力等作用,因此对植入物的强度和韧性要求很高。在人体受力小的部位可以用纯钛,在人体受力大的部位可以用 TC4 钛合金。1985年,瑞士 Sulzer 医用钛棒厂家采用 Ti-6Al-7Nb 合金制造人工髋关节柄并得到应用。2000 年,该公司的人工髋关节柄进入中国,每年的销售量达到几万套。目前我国人工关节加工所需的优质钛材仍依赖进口,而国内生产的医用钛材主要用来满足国内中低端医用产品如接骨螺钉和接骨板等使用。2010 年我国生产销售的钛医用棒及 Ti-6Al-4V 合金材料已达到1 084 t,其中出口约占 20% 。我国每年生产医用 Ti-6Al-7Nb合金材料上百吨,但几乎全部出口国外,国内尚无实际应用。 


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