鈦合金在醫(yī)療方面的應(yīng)用

1、材料與人類文明論文題目：鈦合金在醫(yī)療方面的應(yīng)用班級:姓名:學(xué)號:【摘要】 鈦是非常常見的物質(zhì)，海綿鈦純度能達(dá)到 99.9%。鈦合金產(chǎn)品的物理、化學(xué)性質(zhì) 十分穩(wěn)定，不會被人體吸收，與體液和藥品接觸也不會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)， 也不會電 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”。因為鈦 具有“親生物”性，鈦在人體內(nèi)，能抵抗分泌物的腐蝕且無毒，對任何殺菌方法 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)、脅關(guān) 節(jié)、頭蓋骨，主動心瓣、骨骼固定夾?！娟P(guān)鍵詞】材料 鈦合金 文明生物醫(yī)療【正文】金屬材料是最早用于臨床醫(yī)學(xué)的生物醫(yī)用材料，目前用于外科植入物和矯形器械 的金屬材

2、料主要包括不銹鋼、鉆基合金和鈦合金三大系列，它們占整個生物材料 產(chǎn)品市場份額的40%左右。其中，鈦合金已廣泛應(yīng)用于人體硬組織（包括人體 軀干中所有的骨骼和牙齒）的缺損、創(chuàng)傷和疾病等修復(fù)、矯形及替代等治療。20世紀(jì)中葉以來，以鈦合金為主的醫(yī)用金屬材料開始在人體硬組織的外科植入及人 體軟組織（包括心腦血管、外周血管及非血管如肝臟、膽道、尿道等）的介入治 療方面顯示出獨(dú)特而神奇的療效，而鈦合金人工關(guān)節(jié)、牙種植體、血管內(nèi)支架和 心臟瓣膜等具有中國醫(yī)療器械用鈦合金材料研發(fā)、 生產(chǎn)與應(yīng)用、及典型代表性的 醫(yī)療器械產(chǎn)品的問世，對醫(yī)學(xué)的發(fā)展具有劃時代的意義和革命性貢獻(xiàn)，使得臨床治療從初級的簡單“修復(fù)、矯形”治

3、療上升到更高層次的組織與器官的“替代式” 治療，極大改善和提高了人們的生活質(zhì)量，克服了以往重大疾病 只能單純依靠藥物治療的不足。1. 鈦合金材料在我國的發(fā)展歷史上世紀(jì)七十年代初，我國開始采用了國產(chǎn)鈦及鈦合金制品， 在北京多家醫(yī)院，先 后采用鈦及鈦合金人造骨頭與關(guān)節(jié)用于臨床治療應(yīng)用和研究，制造的髖關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、下頜骨等用于臨床治療病人。同時，一些醫(yī)院與公司的模擬人體體液的浸 泡實驗，電化學(xué)陽極化實驗和腐蝕動力學(xué)曲線的測定， 證明了鈦及鈦合金人造骨 頭與關(guān)節(jié)用于人體具有優(yōu)異的耐腐蝕性， 生物學(xué)反應(yīng)也很小，是一種理想的人體 植入物，對植入人體骨頭與關(guān)節(jié)進(jìn)行力學(xué)性能也經(jīng)過測定， 認(rèn)為鈦及鈦合金的強(qiáng) 度

4、滿足了人體植入物的要求。上世紀(jì)八十年代中期以后，我國鈦材用于制造人體植入物的數(shù)量增加， 其中 鈦形狀記憶合金的開發(fā)與應(yīng)用達(dá)到國際先進(jìn)水平。 到了九十年代中期，國產(chǎn)鈦及 鈦合金加工材，在矯形外科、神經(jīng)外科、心血管系統(tǒng)、口腔頜面外科、人體外培 養(yǎng)機(jī)等方面廣泛應(yīng)用。近5年，國內(nèi)一大批企業(yè)成為鈦及不銹鋼等人體植入物生 產(chǎn)企業(yè)。采用鈦及鈦合金制造的股骨頭、髖關(guān)節(jié)、肱骨、顱骨、膝關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、 肩關(guān)節(jié)、掌指關(guān)節(jié)、頜骨以及心辨膜、腎辨膜、血管擴(kuò)張器、夾板、假體、緊固螺釘?shù)壬习俜N金屬件移植到人體中， 取得了良好的效果，被醫(yī)學(xué)界給予了很高的 評價。2. 生物醫(yī)用鈦合金材料的分類及特點(diǎn)生物醫(yī)用鈦合金材料是專指用于

5、生物醫(yī)學(xué)工程的一類功能結(jié)構(gòu)材料，主要用于外科植入物和矯形器械等產(chǎn)品的生產(chǎn)和制造。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，而鈦合金材 料在非有源外科植入物、有源外科植入物和矯形器械三大類醫(yī)療器械中，可充當(dāng) 心血管、骨與關(guān)節(jié)、骨接合、脊柱、矯形器械、心臟起搏器與除顫器、耳蝸植入 物、神經(jīng)刺激器和其他植入產(chǎn)品的原材料。生物醫(yī)用鈦合金按材料顯微組織類型可分為a型鈦合金（如純鈦系列）、a +B型鈦合金（如Ti6AI4V 等）和 B型鈦合金（如Ti12Mo6Zr2Fe等）以及TiNi形狀記憶鈦合金四大類，與醫(yī) 用不銹鋼和鉆基合金相比，它們具有比重小、比強(qiáng)

6、度高、彈性模量較低、耐腐蝕、易切削加工以及較好的生物相容性 等特點(diǎn)。3. 生物醫(yī)用鈦合金材料的研究開發(fā)現(xiàn)狀生物醫(yī)用鈦及其合金的發(fā)展可分為三個時代：第一個時代以純鈦和Ti6A14V為代 表，第二個時代是以T巧A12. 5Fe和Ti6A17Nb為代表的新型d+B型合金，第三 個時代則是一個開發(fā)與研制更好生物相容性和更低彈性模量鈦合金的時代， 其中 以對B型鈦合金的研究最為廣泛1. 1以純鈦和Ti6A14V為代表的第一代生物鈦合金工業(yè)純鈦是最早被應(yīng)用于這一領(lǐng) 域的鈦合金。目前使用純鈦植入件的臨床經(jīng)驗比較成熟，但商用純鈦并不能提供醫(yī)用負(fù)重材料所需要的綜合力學(xué)性能， 如純鈦的強(qiáng)度較低，耐磨性較差等，限制

7、 了它的應(yīng)用。雖然冷加工可以增加純鈦的強(qiáng)度，但是也無法滿足實際需要。因此， 人們開始考慮使用鈦合金。Ti6A14V由于其優(yōu)異的生物相容性和良好的綜合力學(xué) 性能成為第一種被引入生物材料領(lǐng)域的鈦合金，而且至今也是生物醫(yī)療器械產(chǎn)品 中用量最大的鈦合金。1. 2以Ti6A17Nb和TiSAI2 . 5Fe為代表的第二代新型 Q+B型合金由于Ti6M4V中含有 潛在毒性元素V，80年代中期兩種新型“ q+B”型醫(yī)用鈦合金TiSAl2 . 5Fe和Ti 6A17Nb在歐洲得到了發(fā)展,7 J 。Ti6A17Nb在力學(xué)性能方面與公認(rèn)的“全能” Ti6A14V合金相當(dāng)，是一種安全且有 發(fā)展?jié)摿Φ娜斯ど镝t(yī)用植入

8、體材料，1989年由瑞士成功開發(fā)。對于這種安全 且有發(fā)展?jié)摿Φ纳镝t(yī)用鈦合金各國專家學(xué)者在不同方面展開了深入研究。* 國隔上抨發(fā)的主養(yǎng)介曲定醫(yī)用日型社音金一覽酸仇測a/%E/GPbtK/hiPl mi昔舍類型 宙芳量 熱處理國U-3OT*60-809 B8.3STWSKdZ-BNbajU81213107711215加-亞皚B132STi(nSTA日辛Ttl5Mo52j3AL8K97581O9825科75童穗B125T114JSB 113STATi2SNblJT*5Zr91113BO亜鑒日115TS3STTi35ZrlONb105010301480-100近P2.8STATblSNblJZflf

9、10309007?S3近B36ST973 l783*90810-16ZJ-S3丼“斛STATjUhMMFc111060 11001000-1060M-T3744517.7盯Til5MilNb979 1(B414-)1閒B3巧.9STTi35Nb5Tt7Zr初547ST1070976196835W.KTiLSMo15網(wǎng)544218278STmewbioHi8517MwBl近卩4ST660 亠 70S275-50021475516-SO近EL0.1ST中國(TLWl)610 *0如172343.43180-102STATir-SKNh2021745i -Z)62I予SVTOO-1060560*(0

10、2015-2267-775869-98STA注已列人國際外料穗人朝用社圧牡令金材科腎扈叱人4. 我國醫(yī)療器械用鈦合金材料的生產(chǎn)現(xiàn)狀我國1992年首次發(fā)布了第一個外科植入物用鈦及鈦合金加工材國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T13810-1992,這標(biāo)志著我國開始了專業(yè)化生產(chǎn)針對醫(yī)療器械應(yīng)用的鈦合金原 材料。但20年后的今天，該國家標(biāo)準(zhǔn)雖經(jīng)兩次改版，我國目前只能生產(chǎn)純鈦（中 國牌號TA1TA4,美國對應(yīng)牌號 Gr1 Gr4）、Ti6Al4V （中國牌號TC4，美國對應(yīng)牌號Gr5或Ti64）、Ti6Al7Nb （中國牌號TC20）三大類鈦合金材料，尚沒有一個B型鈦合金納入國家標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。截至目前，純鈦和Ti6

11、A14V鈦合金仍是國際上產(chǎn)銷量最大、應(yīng)用最廣的外科植入物用傳統(tǒng)主體材料，其 銷售額約占全球整個生物醫(yī)用鈦合金市場的80%以上。我國目前生產(chǎn)的外科植入物用鈦及鈦合金加工材的品種涉及板材（厚度0.825mn）、棒材和絲材（直徑190mm ，供應(yīng)狀態(tài)可為冷軋、熱加工及退火狀態(tài)。我國新國標(biāo)GB/T13810-2007中規(guī)定的鈦合金加工材在化學(xué)成分、力學(xué)性能和顯微組織等指標(biāo)等同采用 美國ASTM F136-02a要求，但同時還增加了顯微組織評級、斷面收縮率和板、 棒材超聲檢驗等附加的技術(shù)要求。雖然我國國標(biāo)明確規(guī)定Ti6AI4V鈦合金顯微組織評級類型應(yīng)符合 A1A9的a+b雙相組織，但國產(chǎn)鈦材供貨時多數(shù)為

12、粗晶的 A3A5級組織，且質(zhì)量穩(wěn)定性差；而美國進(jìn)口鈦材顯微組織可達(dá)到細(xì)晶化的 A1A3組織，其中直徑15mm以下的小規(guī)格棒材可達(dá)到 A1級（等軸化的a、b 相晶粒尺寸小于io卩m ，因而具有優(yōu)良的強(qiáng)韌性、耐蝕性和機(jī)械切削性能， 這造成我國人工關(guān)節(jié)、牙種植體、脊柱內(nèi)固定系統(tǒng)等高端醫(yī)療器械產(chǎn)品加工仍需 大量進(jìn)口國外優(yōu)質(zhì)的Ti6AI4V鈦合金材料，而國產(chǎn)醫(yī)用鈦材主要滿足國內(nèi)中低 端醫(yī)療器械產(chǎn)品如接骨板和接骨螺釘?shù)仁褂谩?008年我國海綿鈦和鈦材產(chǎn)量已 分別位居世界首位和第二位，鈦材消耗量已占全球第二位，成為繼俄羅斯、美國、 日本之后的鈦工業(yè)大國，其中美、俄鈦材消耗主要針對國防軍用，而中、日主要 針對

13、工業(yè)民用，如圖1所示。目前我國從事各類鈦材生產(chǎn)的國有和民營企業(yè)已 超過500家，主要集中在陜西、長三角、珠三角及東北等地區(qū)地，其中能夠批 量專業(yè)生產(chǎn)醫(yī)用鈦材的骨干企業(yè)主要包括西北有色金屬研究院（集團(tuán)）所屬的西部超導(dǎo)材料科技有限公司、西安賽特金屬材料開發(fā)有限公司、西部金屬材料股份 有限公司，寶雞有色金屬加工廠及其所屬的寶雞鈦業(yè)股份有限公司，以及大連盛輝鈦業(yè)有限公司、寶雞鑫諾新金屬材料有限公司、寶雞英耐特醫(yī)用鈦有限公司、 寶雞隆慶金屬材料制品廠、寶雞力興鈦業(yè)（集團(tuán)）有限公司等10余家。2010年我國針對生物醫(yī)藥及器械領(lǐng)域生產(chǎn)銷售的醫(yī)用純鈦及TC4鈦合金材料已達(dá)到1084噸，其中出口約占20%,如圖

14、2所示。我國每年生產(chǎn)醫(yī)用 Ti6AI7Nb 鈦合金材料上百噸，但幾乎全部出口國外，國內(nèi)尚無實際應(yīng)用。5. 結(jié)語盡管現(xiàn)代意義上的生物醫(yī)學(xué)材料起源于 20世紀(jì)40年代，其學(xué)科也僅形成于20 世紀(jì)80年代，但生物醫(yī)用材料涉及億萬人的健康，是保障人類健康的必需品。 生物醫(yī)用材料的應(yīng)用不僅挽救了數(shù)以千萬計人的生命，使疾病得以早期發(fā)現(xiàn)和有效治疙并顯著降低了重大疾病的死亡率，同時，它對于改善人們的健康狀況和提 高生活質(zhì)量，具有重要的民用價值和社會意義。【參考文獻(xiàn)】1 于振濤，周廉，王克光生物醫(yī)用型B型鈦合金的設(shè)計與開發(fā)J， 稀有金屬快報,No1,2004,5-102 郝玉琳，楊銳，納米高強(qiáng)Ti-Nb-Zr-

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