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    鈦/鈦合金在醫學醫療領域的大力應用

    來源:青島拓普恩機械有限公司   發表時間: 2023/4/25 9:41:04
    簡要概述:鈦/鈦合金在醫學醫療領域的大力應用 鈦具有密度低,為4.5克/立方厘米,是鋼的60%左右,重量輕可以增加病人舒適感和活動功能。強度高,比強度大
      鈦/鈦合金在醫學醫療領域的大力應用
      鈦具有密度低,為4.5克/立方厘米,是鋼的60%左右,重量輕可以增加病人舒適感和活動功能。強度高,比強度大,外科手術中,植入物的強度水平應高于自然骨,鈦及鈦合金的屈服強度為207-1379MPa,而自然骨為83-117MPa,故能夠滿足性能要求。無磁;導熱系數小,僅為鋼的1/5,鋁的1/3,銅的1/2;線膨脹系數小,為碳鋼的1/5,為不銹鋼的一半;植入物和自然骨之間彈性模量的協調,對于延長使用壽命至關重要,自然骨必須彎而不斷。骨的低彈性模量約為16.5×103MPa,而鈦為鈷和不銹鋼之半,即102.7-113.3×103MPa。鈦的彈性模量低,對于人體接受植入件非常重要,同時減少了結合界面上的附加應力,延長了系統的使用壽命??棺枘嵝缘?;耐熱性好,在500℃左右仍能保持良好的機械性能;耐腐蝕性能好[1]。
      基于以上特性,這為鈦在牙科、人體移植、人體矯形外科方面,以及在制藥設備、醫療器械等方面應用提供了條件和基礎,具有較好的前景。目前,主要應用的鈦合金有:純鈦,Ti-6Al-4V,Ti-6Al-4VELI,Ti-6Al-7Nb,新型β型鈦合金,Ti-Ni合金等。本文探討的就是鈦在這些方面的應用。
      鈦及鈦合金的牙科應用
      由于鈦具有優良的耐蝕性及人體親和性,且考慮金屬過敏性及比強度等適于在牙科領域應用。
      牙外科使用的金屬,從二十世紀二十年代的汞合金及金屬牙冠等開始,六十年代主要使用金、銀、鈀合金,七十年代以后不銹鋼成為牙齒矯正用永久性和可拆卸器械最常用的材料,九十年代鈦鑄造技術得以推廣應用。牙科利用鈦精鑄機鑄造有尺寸精度高、無氣泡及縮孔等特點
      在用于人體硬組織修復的金屬材料中,鈦的彈性模量與人體組織最接近,這可以減輕金屬種植體與骨組織之間的機械不適應性。鈦的熱導率是所有牙科修復用金屬材料中最低的,見表1熱導率低可以減輕對帶齒冠牙齒牙髓的熱刺激,對牙齒修復很重要。鈦制嵌體、全冠等具有保護牙髓,避免冷熱刺激的作用。
      牙科用鈦在材質方面,原多為純鈦,但其強度不足,難以研磨,存在耐磨性差,易產生鑄造缺陷及質量不穩定等特點。鈦合金強度較高,最常用的是Ti-6Al -4V合金,但由于金屬V對人體有害,改用Nb代替V,研制成功Ti-6Al-7Nb合金,它具有優良的耐蝕性,且對人體基本無害,還具有塑性強、研磨性優良等其它優點,已取得了ASTM標準認可。目前超彈性Ti-Ni合金正推廣應用于牙齒矯直。
      從二十世紀八十年代起發達國家就開始研究鈦在口腔修復中的應用,首先用于牙種植,以后又用于義齒支架、冠橋和牙正絲,目前鈦可作牙冠、冠釘、固定橋、烤瓷橋、粘結橋、義齒卡環、基托、連接裝置和加強裝置,幾乎義齒所有金屬部件都可用鈦來制作。鈦及鈦合金的研究已成為牙科應用合金研究的一個熱點。
      鈦合金烤瓷牙能很好的恢復牙體形態和功能,且強度高,外形美觀,色澤穩定,表面光滑、耐磨損、耐腐蝕,是一種永久的修復體,適用于一切固定牙,尤其是它的生物相容性好,對鎳離子敏感的人比較適合,現已被廣泛推廣應用于牙的修復。
      鈦在移植方面的應用
      人工關節及人工骨替代材料應具備以下幾個基本性質:輕質高強材料,具有生物相容性、耐蝕性,植入物在體內所發生的組織反應不引起材料的劣化,重復應力引起的疲勞、破損少等性質。
      金屬植入體最重要的性能是成形型、機加性和拋光性,在預期的壽命期內必須保持功能,在經受疲勞、磨耗、腐蝕和沖擊載荷時不會劣化,鈦及鈦合金符合全部上述要求[6]。
      最早使用的牙托粉、聚丙烯、有機玻璃等人工關節材料的強度低、易折、生物相容性較差。后來改用不銹鋼,但不銹鋼的比重較大,約為人體骨骼比重的2倍,而且在體內受體液作用會出現腐蝕和斷裂。Co-Cr合金也是一種極好的人工關節材料,但遺憾的是,鈷、鉻元素均對人體有毒。而鈦和鈦合金的比重?。ㄅc人骨的比重相近)、強度大、機械加工好、耐蝕性能優異,是一種理想的人工關節材料。
      外科用移植材料規定使用的鈦材以純鈦和Ti-6Al-4VELI合金為主。最近,與人體親合性良好的移植材料Ti-6Al-7Nb及Ti-13Nb1-13Zr也取得了ASTM標準認可。
      用鈦做人造骨,細胞可在其上再生,骨骼可以生長,鈦與人體骨、上皮、締造組織都具有良好的親合性。為了改善與人骨連接的植入材表面質量,對粗化表面進行生物陶瓷層也是較為有效的方法。
      目前,鈦及鈦合金已廣泛用于人工骨關節、人工骨、接頭腳板、斷骨固定器、骨髓內釘、人工心臟瓣膜、頭蓋骨等。據統計,中國每年對鈦合金人工關節的需求量超過5000套, 臨床應用效果良好。
      鈦在矯形外科的應用
      醫用鈦合金彈性模量比不銹鋼更接近于人體骨骼,適用于人體矯形手術中。
      在矯形外科方面,多使用鈦鎳形狀記憶合金。研究表明NT-SMA是集耐磨、耐腐、形狀記憶效應、偽彈性和聲阻尼等性能與一體的新材料,在骨科的應用日趨廣泛,除了常用的接骨板、髓內針、下頜骨內固定、脊柱側彎矯正等外,上海長海醫院又對NT-SMA進行了系列設計與臨床應用,如NT-聚髕器、NT-弧叉釘、NT-弓形器、NT-飛蜓器(專為骶骨重建而設計)等,取得了滿意的療效。
      對于應用到人體的鈦合金材料,各國仍在不斷努力探索,尋求更加安全可靠的新型鈦合金,為全世界人民造福。
      鈦材在制藥工業中應用
      鈦在制藥業中主要用于制作容器、反應器和加熱器等。
      制藥生產中,設備經常要接觸鹽酸、硝酸、硫酸等無機酸、有機酸及其鹽類,設備因腐蝕經常損壞,同時因鋼制設備帶來的鐵離子污染影響了產品質量,采用鈦制設備則能解決這些問題。例如,青霉素酯化釜、糖化罐、氯霉素薄膜蒸發器,安乃近反應器、米吐爾過濾器、硫酸二甲酯冷卻器、藥液過濾器等,都有選鈦材的先例,所生產的藥液的數量和質量都不斷提高,而且質量完全符合中國藥典的規定。
      鈦在醫療器械中的應用
      鈦及鈦合金具有良好的耐蝕性,鈦無毒、無磁性,是醫療器械良好的選用材料。
      在手術器械的發展史上,第一代手術器械多用碳鋼制做,由于電鍍后的性能達不到臨床使用要求而被淘汰。第二代為奧氏體、鐵素體和馬氏體不銹鋼手術器械,但不銹鋼成分中鉻有毒性,脫落的鍍鉻層對人體有一定影響,因此,出現了第三代——鈦手術器械[3]。鈦具有的重量輕特性,使之特別適于作顯微外科手術。鈦具有耐腐蝕、彈性好、不變形等,耐反復的清洗、消毒表面質量不受影響;無磁性,能夠排除對微小、敏感植入電子器械的破壞威脅等特性,使鈦手術器械應用越來越廣[3]。目前已用來制作手術刀片、止血鉗、剪刀、電動骨鉆、鑷子等等。
      在醫療器械中鈦制血管縫合針、胸骨縫合線,心臟外科手術器械之一的氧氣過濾器的鈦過濾片,心電圖機中用鈦做電極,體外培養機中用鈦做培養器;醫用超聲粉碎機的探頭,血液運輸箱自動控制器,以及用于眼科手術鈦器械等,目前使用情況均良好[3]。
      結語
      我國鈦儲量占世界首位,已探明的鈦礦藏總量占世界的48%,從資源角度來講,中國有著發展鈦工業良好的物資保證條件。近年來我國鈦產業發展較快,2008年鈦加工材產量為 27737噸,是2000年2206噸的12.6倍[7],鈦生產量已僅次于美國和俄羅斯,位居世界第三。鈦在我國醫學醫療領域應用也在不斷擴大,目前在牙科、制藥設備方面較為普遍,已得以推廣,在移植、矯形及器械方面還需進一步加強。
      綜上所述,鈦由于具有其他金屬無法比擬的優良性能和生物親合性,在醫療醫學方面應用越來越廣泛,給人們帶來了幸福和希望,衷心期望鈦在醫療醫學領域應用繼續不斷擴大和發展,為世界人民造福。
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