钛合金与人体|植入身体的“金属骨头”——钛合金

由于社会的进步、技术的发展,生物材料占据的市场份额已经越来越多,目前还在以较快的速度增长。人工牙、人工关节和人工骨等硬组织替代材料在医用生物材料领域的占比越来越大,且快速增长。

钛及钛合金材料广泛应用在核工业、化工石化、航空航天、体育用品、牙科和医疗修复等领域。钛合金材料也被选为替代或修复失效硬组织(结构生物医学应用)的最佳材料。

纯钛金属的抗腐蚀性能很好,但它的生物相容性和综合力学性能较差,强度相对较低且生产成本也很昂贵,钛合金的出现可以很好地将其替代。

钛合金比不锈钢、工业纯(CP)Nb,Cr-Co合金及CP-Ta等医学应用材料更能满足性能要求,因其表面会形成氧化层而产生优异的耐腐蚀性和较低的弹性模量。

医用钛合金不仅无毒、质量轻、比强度高,具有极好的生物相容性和耐腐蚀性,可用作植入人体的植入物等,是很理想的医用金属材料,而且钛在地壳中储量十分丰富,具有进一步开发的潜能,是理想并应用前景广阔的生物医学工程材料。

目前,纯钛(TA1,TA2;TA1是纯度大于99.6%的纯钛,纯度低于99.6%的纯钛就是TA2)和Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Fe、Ti-6Al-7Nb合金在医学领域的使用较为广泛,但新型β型钛合金凭借更优秀的生物相容性和力学相容性成了新型医用钛合金的研究热点,是最有潜力的医用植入物领域技术。

今后钛合金的生产技术还会朝低模量、高强度方向发展,从发展趋势来看,β型钛合金将成为未来发展的方向和医用钛合金市场的“领导者”。

现在,我国研究人员参考临床常用的Co-Cr合金及IV型合金的力学性能指标合成了牙科用Ti-Zr合金,有望成为口腔上新的修复用钛合金。另外,我国还自行设计了TAMZ型(Ti-Al-Mo-Zr等)医用合金,相容性更好,价格低廉,适用于制作牙齿支架及卡环。

相信随着科技的发展,我国对于钛合金的研究会更加深入和透彻。

本文由石家庄市藁城区第九中学高级教师韩素娟进行科学性把关。

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