生物记忆材料_镍钛合金_在骨科领域中的研究与进展

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1、生物记忆材料•¥臬钛合金•在骨科领域中的研究与进展第二军医大学长海医院骨科张春才自1963年Buehler报道了银钛(NiTi)合金具有形状记忆效应以来，对其本质和应用研究H趋深人。尤其在医学界，因其独特的力学行为与优良的组织相容性，倍受关注。1NiTi合金形状记忆效应的原理和特性所谓〃形状记忆效应〃是指NiTi合金对它的金相儿何形状有〃记忆〃本领，宏观而言，将一定形状的合金试样，低温塑形形变后，再将试样加热，试样乂回复到它原来的形状，同时，产生冃大的回复力，例如横截面积为lcW的合金棒，相变时产生8500kg的力。记忆效应分三种：⑴单向记忆:低温金相受力变形，高温金相

2、回到原状。C2)双向记忆：能记住高温与低温金相，随温度而发生顺、逆性变化。(3)全程记忆:机理不甚明了，可能是金相中的一种内应力场起了主耍作用。形状记忆效应的应变量依合金的种类而各有所异，约5-20%Z间(一般金属小于0.5%),NiTi合金为8%。形状记忆合金具有“热弹性马氏体型”相变。NiTi合金为例，高温奥氏体相为体心立方有序品体结构5C1型B2品格，低温马氏体相(M)为单斜畸变结构B19晶格，从B-M,存圧一个对双程记忆效应起着垂要作用的R相变。在B2二R,R二M和R2二M的顺、逆相变中,母和子相中相邻原子位置不变,只是界面上原子发生协作位移-晶体切变。这种切变

3、不但对记忆效应和超弹性起了重要作用，而且也使其耐疲劳性能优于一般金属材料。具有记忆效应的合金已发现20余种，实用化潜力人的有鎳基、铜基及铁基形状记忆合金。NMTi合金为近等原子比的NiTi金属间化合物。国产的医用NiTi合金，Mi含量为50-53%。相变温度可依临床而行相应的工艺处理；同时亦适当改变它的弹性模量。2医用NiTi合金的基础研究实验表明，N订i合金具有强度高、比重低、耐疲劳、耐腐蚀、耐磨损、低磁性、无毒等优点。体外非生理环境中，N订i合金试样放于4.5-7.8米/秒的高速海水中，为期60天后，继而又在35米/秒的高速海水中做为期30天的空蚀试验，结果试样的磨

4、损量微乎其微；而在100%屈服应力下于静止海水中作为期一年的抗裂缝腐蚀试验-试样疲劳裂缝未见坑蚀。体外模拟生理环境中，w订liams将胎儿芽细胞，借助培养液分别与直径6.5mm、厚0.5mmNiTi>Ni、Ti、CoCr、316L试样接触，观察诸金属对细胞的毒性。结果,Ni有很强毒性,而NiTi则比Ti好。Patter等观察Ni、Ti和NiTi合金对人成纤维细胞有丝分裂，发现Ni有明显抑制作用，而NiTi合金与Ti则表现出优良的组织相容性。Assad等将NiTi,Ti,Co-Cr-M0,316L进行细胞毒性比较，结果排列顺序为NiTi^Co-Cr-Mo>Ti^316Lo

5、薛森等证实NiTi合金在人工唾液、汗液和Hanks生理溶液、氯化钠、盐酸和硫化钠溶液等七种介质中的抗腐蚀研究,等级评价均属一级。体内研究，Castleman等用狗、鼠和猴进行实验，证实N订i合金置入皮下或骨表面9周-6个月后无排异或炎症和NiTi受腐。病理学和屯镜等观察，NiTi合金具有较高的生物相容性和较低的生物退变性。卢世璧等将NiTi合金片埋人兔肌肉屮，观察一年，无不良反应。张春才等用研制的海螺状与螺旋球形记忆血管栓塞器对39根犬靶动脉进行栓塞研究，栓后4、6、8周及1年、2年的组织学观察，发现栓器间隙内有程度不等的机化血管，内皮细胞再生未受到NiTi合金的影响。

6、张春才等应用镰钛聚離器(NT-PC)治疗離骨骨折，于术后5个月取出NT-PC的同时，随机活组织检查11例，镜观:靠近⑴Ti金属表面的软组织为致密薄薄的胶原纤维结缔组织oRatal等将NiTi合金架放人10只德国牧羊犬的尿道中，对粘膜、肌肉和尿道周围组织做为期1、3、6、12、18个月的多种研究，结论为无异物反应，无腐蚀。Grenadier等观察犬冠状动脉内膜对NiTi®钛合金圈的组织学反应，发现3与6个月比较，增生厚度随时间下降。薛森将N订i试样植人大白鼠后肢骨髓腔内，为期14-60天，血肿由肉芽纽织逐渐成为纤维组织并环形包绕试样，其外有软骨性骨痂及新生骨小梁。第4、5

7、、10个月时,N订i合金组的组织修复过程比对照组316L、CFRC组完成早。电镜显示NiTi合金试样植人10个刀后，表面仍光亮如初;而316L与植人前相比，表面出现腐蚀区。锅岛、大西等人在家兔胫骨上固定N订i合金接骨板，植后2周，板与骨Z间形成结缔组织被膜；4周时被膜变薄，产生新骨；6周类骨复盖，而对照的316Un.则是结缔组织多，类骨少，316L表面有点状腐区。许硕贵、苏佳灿等首次利用电测、光弹及三维有限元的综合分析，将生物记忆力学，纳人临床前的基础研究。探索表明：以聚離器、天鹅接骨器、三维競臼内固定系统为代表的生物记忆力学，对骨块间，