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1、医用钛及钛合金种植体材料的研究进展【摘要】从钛及其合金的成分、组织与性能、钛表血的腐蚀与离了释放、钛及其合金的组织反应和钛的表面活性化处理等四个方面综述了近几年有关钛及其合金种植体材料的研究进展，提出具有合适粗糙度、表面离了释放少的活性表面设计和制作将是今后的重要研究方向Z—O现代科学技术的进步己使得人类能够进行改造和创建新的生命形态，器官的人工化成为当今医学科学的尖端技术Z—。其潜在的核心是医用生物材料的开发，医用生物材料的发展将使人们把处理人体失去功能组织的方法由组织去除、纟R织替代最终实现组织重建［1］。目前，生物材料的世界市场
2、份额已超过120亿美元，而且由于社会的进步、技术的发展和人口老龄化的加剧，它正以7%的速度增长［2］。由于其广阔的应用前景，口木、意大利、美国等发达国家投巨资支持生物材料的研究和开发，我国亦加大了对生物材料领域的资助力度，以对抗激烈的国际竞争。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的应用屮占有较大比例，并以较快速度增长［3］。在人工种植体的研究和应用屮，钛、钛合金及其磷灰石涂层复合材料一頁•倍受关注。磷灰石生物陶瓷由于具有良好的生物活性和生物相容性，作为涂层材料，它能促进种植体与骨形成骨性结合，降低种植体金属离子向人体
3、的释放和保护金属表瓯不受环境因素的影响。对于多孔金属种植体，能够促进骨长入［4］。因此，钛与钛合金表面热喷涂磷灰冇涂层种植体材料因其优异的早期临床效应而在研究和应用中II益得到重视［5〜20］。但由于金属一陶瓷界面的存在以及喷涂所引起的结晶度的降低,疑基磷灰石的分解与表面粗糙度的提高会导致涂层的剥离【□〜13］和植入后涂层表面的溶解［14］,从而影响种植体的长期效果。因此不少学者近年来积极开展了新型钛合金及钛表面活性的研究。与传统的不锈钢和钻基合金相比,钛及其合金由于具冇低密度、低模最、高强度、优异的生物相容性和耐腐蚀性等特点而在生物
4、材料领域获得越来越广泛的应用，而且钛在地壳屮储量丰富(0.6%,在所有元素屮排第9位，在常用金属元素屮仅次于铁、镁、铝排第4位)，具有进一步开发的潜在优势，是理想的、应用前最广阔的生物医学工稈材料。木文从钛及其合金的成分、组织与性能、钛表面的腐蚀与离子释放、钛及其合金的组织反应和钛的表血活性化处理等4个方面综述了近几年有关钛及其合金种植体材料的研究进展。1钛及其合金的成分、组织与性能丁•业纯钛(commercially—puretitanium,CPtitanium)共有4个级别，溶有不同量的H,O,N,C和Fe。1〜4级Ti最大含O
5、量分别为Cwt)0.18%,0.25%,0.35%和0.40%;最大含Fe量分别为0.20%,0.30%,030%和0.50%。所有4个级别的Ti中N,H,C的最大浓度分别为0.03%,0.015和0.10%［15］oTi有20余种合金，为临床使用提供了选择的余地。Ti及其合金具有a,P两种同素异形体［16］。有研究表明Ti-6AI-4V合金屮的V有毒性和不利的纽•织反应［17］,AI会引起神经紊乱［18］,因此，人们研究和开发了不含AI,V的3型钛合金［19,20］。常用的新型医用纯钛及其合金种植体的成分、组织类型和力学性能汇总如表
6、1所示。2钛表面的腐蚀与离子释放Akahori等认为金属生物材料中钛及其合金Z所以具有最好的生物相容性，是因为其表面能形成一层极稳定的相一TiO2［22］,氧化膜的存在还使钛合金具有优异的耐蚀性［21］。新鲜钛表面可快速形成5-10nm厚的氧化膜，在一定条件下该氧化膜可以生长［15］o可形成的氧化物包括TiO2,TiO,Ti2O3等，有研究者认为其屮Ti02嚴常见，也有人认为TI2O3占主导地位［23］oDucheyne等人的研究表明，尽管钛表面被一层热力学稳定的氧化膜覆盖，但植入后钛仍向周围组织和体液释放出腐蚀产物［24］。这种腐蚀
7、产物可引起纽.织细胞的变性和坏死、非特异性炎症、过敏反应，甚至导致肿瘤的形成［25］oEspoeito等研究者在分析了失败种植体的表面形态、成分和氧化物厚度后发现，无论是早期还是晩期失败的种植体，其种植麻表血氧化物的成分和厚度均未发生明显的变化，也未发现引起种植体失败与材料有关的因素［26］o纯钛TA1的体外腐蚀试验表明，有机酸、低pH值和氟化物明显提高钛离了的释放，而有机酸、低pH值会加剧氟化物的作用［27］0钛虽是工业上是一种耐腐蚀性很强的金属，但由于人体的体液是一种含有各种有机酸、蛋白质、碱金属盐类的电解质溶液，为动态的含蛋白质
8、的氧化环境，因此钛植入人体后的耐腐蚀性大大降低。对具有不同粗糙度和进行不同氧化处理钛表面的系统研究显示：在400°C经45分钟的热氧化能有效地提高耐蚀性和显著降低离了释放；具冇不同表面粗糙度的钛均具冇良好的耐蚀性，并且耐
