外科植入物用钛合金的外表改性第27卷第4期Vo1.27№.4稀有金属CHINESEJOURNALOFRAREMETALS2003年7月July2OO3外科植入物用钛合金的外表改性戴正宏,王玉林,何宝明(天津大学复合材料研究所,天津300072)摘要:钛合金作为外科植入物用材料在临床上得到了越来越多的应用.综述了钛合金作为外科植入物的优良性能及国内外在钛合金外表改性方面的开展和研究现状.阐述了外表改性对改善钛合金的耐磨性,耐蚀性和生物学性能方面的重要作用.分析说明:开发新型钛合金和寻求理想的外表改性工艺来获得高质量的涂层或将生物活性相添加到钛合金基体中制备成复合材料是提高钛合金生物学性能的有效途径.关键词:外科植入物;钛合金;外表改性:R318.08文献标识码:A:0258—7076{2003)04—0491—04目前常见的外科植入用金属材料主要为超低碳奥氏体不锈钢(AISI316L,317L),钴.铬(Co.Cr)合金,纯钛和钛合金3类材料[1].近几年来,镍钛(NiTi)合金u3J及亚稳定J3型Ti.Nb.zr合金[4]也崭露头角,前者具有形状记忆和超弹性双重功能,后者具有更低的弹性模量,高的损伤容限及优异的生物相容性.目前,常用的钛合金与传统的不锈钢材料相比,钛合金具有一系列优点:与不锈钢相比,钛的弹性模量与骨组织更为接近;生物相容性更佳;耐蚀性和抗疲劳性能优于不锈钢和钴基合金;(植入后)组织反响轻微,外表性能好;与不锈钢相比,钛及其合金对骨组织的生长影响较小;钛及其合金中无镍成分,过敏较小;手术后能进行MRI和CT检查;钛合金内植人物可以长期留存体内,可避免二次手术.纵观钛合金外表技术的开展,它大致经历了3个阶段:一是以电镀,热扩散为代表的传统外表技术阶段;二是以等离子体,离子束,电子束的应用为标志的现代外表技术阶段;三是现代外表技术的综合应用和膜层结构设计阶段.在生物医学领域中,外表改性主要是为了改善植入体的耐磨性,耐蚀性和生物学性能(包括生物相容性和生物活性)[7].虽说钛及其合金与其他金属材料相比具有与骨最为接近的弹性模量,但仍远远高于骨的弹性模量,这就容易造成界面上机械性能的不匹配;同时,从成分上来看,钛与自然骨的成分截然不同,钛与骨之间虽然具有良好的生物相容性,植入后种植体周围无纤维包囊形成,但钛合金与骨之间只是一种机械嵌连性的骨整合,而非强有力的化学骨性结合,因此对钛合金进行外表改性以改善其生物学性能引起了人们的日益重视J.为了增强钛合金的耐磨性,耐蚀性,以及提高其与周围组织界面的结合力从而降低应力遮挡程度,必须对钛合金进行外表改性.外表改性保持了钛合金作为基体材料的一系列品质,同时使得植入物的综合性能得到大幅度的改善.进入90年代以来,钛及其合金以其优异的综合性能在牙种植体,人工关节,脊柱矫形内固定系统,髓内钉,矫形钢板等方面的应用已逐渐占主导地位,成为首选的金属材料[5].本文从几个方面就外科植入物用钛合金的外表改性方面的技术发展进行回忆与展望.1提高外表生物活性尽管钛合金具有很好的生物相容性,但毕竟是一种生物惰性金属材料,新生骨与植入物之间只能形成接触生长【l.Hulshoff发现,当未经外表处理的钛合金直接植入人体后,生物机体在其表面开始产生纤维组织,并逐渐增厚,6个月后才有骨连接【】.目前临床使用的大多数是对植人物进行外表机械改性以增强与骨的连接力.这种以机收藕日期:2002—12—12;修订日期:2003—03—27作者简介:戴正宏(1979一).男,湖北人,硕士研究生;研究方向:医用钛合金的外表改性*通讯联系人(E—mail:daizhenghong@eyou.c0m)492稀有金属27卷械物理方式与人体组织锁合的植人物一方面会增加病人的痛苦,另一方面长期受冲击,腐蚀,磨损,植人物易松动,造成手术失败.因此,理想的结合方式是材料与骨形成牢固的化学结合一骨键合生长,即新生骨直接在植人物外表形成,随后直接长人种植体内n...在植人物外表形成一层有生物活性的陶瓷涂层被认为有这一功能.1.1生物陶瓷涂层的种类目前在钛及钛合金外表进行生物陶瓷涂层主要有:羟基磷灰石(HA),氟磷灰石(FA),8一磷酸三钙(8一TCP).羟基磷灰石含有能与人体组织发生键合的羟基,其化学成分,晶体结构与构成人体组织的羟基磷灰石佩晶极为相似,植人人体硬组织后与骨的键合很好,并能诱导骨组织长人微孔,且组织反响轻微,植人数月后,...