引言

在臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域金屬材料是應(yīng)用最早的一種生物醫(yī)用材料，不銹鋼、鈦合金、鈷基合金是外科植物和矯形器械生產(chǎn)制造過程中應(yīng)用的主要幾種金屬材料，在所有的生物材料應(yīng)用中上述三種材料的市場占比達(dá)到 40% 左右。

而在生物醫(yī)療人體硬組織損傷、創(chuàng)傷性疾病和修復(fù)過程中鈦合金材料的應(yīng)用非常廣泛。而在人體硬組織和軟組織的介入治療方面鈦合金的應(yīng)用發(fā)揮出了良好的療效。

1、醫(yī)用鈦合金材料的分類及具體特征

醫(yī)用鈦合金材料主要指的是在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域中所應(yīng)用的鈦合金結(jié)構(gòu)性材料，其通常情況下是在外科植物和矯形器械的生產(chǎn)制造中得到應(yīng)用。從專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的角度來講，醫(yī)用鈦合金材料屬于外科植入物材料中的金屬材料類屬，在生物醫(yī)療領(lǐng)域中鈦合金材料可以在心血管、骨和關(guān)節(jié)、骨接合、脊柱、心臟起搏器等植物產(chǎn)品的生產(chǎn)制造過程中成為一種重要的原材料。α 型鈦合金、α+β 型鈦合金、β 型鈦合金等是當(dāng)前生物醫(yī)療工程中鈦合金材料應(yīng)用的主要幾種類型，與其他兩種金屬材料相比較，鈦合金材料本身的重量小，但是具有較大的強(qiáng)度，彈性模量相對較小，而且具有良好的耐腐蝕性，切削加工性能比較好，而且與生物具有良好的相容性。

2、醫(yī)用鈦合金材料研發(fā)現(xiàn)狀

從上世紀(jì) 40 年代開始人們就針對醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中探明材料的應(yīng)用進(jìn)行研究，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域鈦合金材料的應(yīng)用首先是以純鈦出現(xiàn)，在相關(guān)的試驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，針對實(shí)驗(yàn)老鼠應(yīng)用純鈦材料之后發(fā)現(xiàn)，老鼠的股骨并未與純鈦材料之間發(fā)生不良反應(yīng)，由此也指出，純鈦材料具有良好的生物相容性，而這一觀點(diǎn)在后續(xù)的研究中也得到證實(shí)。而純鈦利用于口腔種植體始于上世紀(jì) 60 年代，在外科植入物的生產(chǎn)制造過程中純鈦材料的應(yīng)用得到廣泛發(fā)展，而在隨后臨床醫(yī)學(xué)治療過程中針對股骨以及脛骨開始逐漸利用 α 型鈦合金材料作為替代料。

在生理環(huán)境因素下純鈦材料以及 α 型鈦合金材料表現(xiàn)出了良好的抗腐蝕性，但是在強(qiáng)度和耐磨性能方面相對較差，而在醫(yī)學(xué)骨科替代材料的應(yīng)用過程中，對于材料的承載性的要求比較高，這也使純鈦材料以及 α 型鈦合金材料在骨科的應(yīng)用受到了一定的限制，而與上述兩種材料相比較，α+β 型鈦合金 Ti6Al4V 表現(xiàn)出來良好的強(qiáng)度性能和綜合加工性能，而且在航空航天領(lǐng)域的設(shè)計(jì)過程中該材料則得到了廣泛應(yīng)用，在上世紀(jì) 70 年代踝關(guān)節(jié)、接骨板等外科修復(fù)以及替代材料應(yīng)用方面得到廣泛應(yīng)用。

而近 10 年來探索性材料以 β 型鈦合金作為第 3 代醫(yī)用鈦合金稱為鈦合金材料袋生物醫(yī)學(xué)工程應(yīng)用的主要研究方向。亞穩(wěn)定 β 型和近 β 型等兩種類型的鈦合金材料是其中主要的研究重點(diǎn)之一。我國從上世紀(jì) 70 年代開始針對生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域開始研發(fā)鈦合金材料，并在1999 年研發(fā)出了具備自主知識產(chǎn)權(quán)的 α 型新型應(yīng)用開水晶材料，這次開始我國很多有色金屬研究所和高校都開始針對新型的鈦合金材料應(yīng)用開展了相關(guān)的研究。

3、我國醫(yī)療器械用鈦合金材料存在問題和發(fā)展趨勢

鈦合金材料雖然在醫(yī)療器械的應(yīng)用過程中表現(xiàn)出來良好的綜合性能，而與不銹鋼和鈷鉻合金等材料相比較，探索型材料的彈性模量更小，在當(dāng)前生物工程領(lǐng)域中人工關(guān)節(jié)、嚴(yán)重肢體、脊柱內(nèi)固定器械等外殼植物產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中已經(jīng)成為了首選的一種材料。但是在當(dāng)前醫(yī)學(xué)臨床領(lǐng)域?qū)︹伜辖鸩牧蠎?yīng)用的不斷深入下，在傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中大量應(yīng)用的 Ti6Al4V 鈦合金在人工髖關(guān)節(jié)和牙種植體應(yīng)用過程中經(jīng)常會出現(xiàn)實(shí)效、松動甚至是斷裂的問題，在這種情況下，就必須要對患者進(jìn)行二次翻修手術(shù)，給患者帶來更大的痛苦。而出現(xiàn)這一狀況主要是因?yàn)椋?/p>

① 植入人體中的鈦合金材料與人體骨組織之間綜合力學(xué)性能出現(xiàn)不匹配現(xiàn)象；② 植入體和人體組織存在化學(xué)不穩(wěn)定性，而且很可能從生物學(xué)角度導(dǎo)致人體組織出現(xiàn)炎癥或者是纖維氣囊；由于植入體表面狀態(tài)不良，導(dǎo)致植物體和受體之間很難實(shí)現(xiàn)緊密結(jié)合，而這種問題與醫(yī)療器械的設(shè)計(jì)、以及在具體操作過程中醫(yī)師的操作水平、以及患者本身原因都存在緊密關(guān)聯(lián)。

而針對新型的醫(yī)用鈦合金材料從工程材料學(xué)的角度來看，實(shí)現(xiàn)鈦合金材料表面的進(jìn)一步改性，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)鈦合金材料的性能優(yōu)化和升級，保障從生物學(xué)以及力學(xué)角度讓鈦合金材料和受體之間實(shí)現(xiàn)相融，是當(dāng)前醫(yī)用新型鈦合金材料研究的主要方向。在近幾年的研究過程中，重點(diǎn)針對傳統(tǒng)鈦合金材料和 β 型鈦合金高強(qiáng)度低彈性模量的表面改進(jìn)新技術(shù)研發(fā)已經(jīng)取得了一定的成果，這對于鈦合金材料外科植入物和矯形器械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)起到了極大的推動作用。例如俄羅斯醫(yī)學(xué)領(lǐng)域針對螺釘、骨板以及脊柱內(nèi)固定等相關(guān)醫(yī)療器械的加工和設(shè)計(jì)過程中大量應(yīng)用了納米級高強(qiáng)度純鈦板和棒材等材料，純鈦材料在實(shí)現(xiàn)納米化加工之后與傳統(tǒng)的探測器材料相比較，強(qiáng)度要大很多，但是其塑性水平并未發(fā)生改變，這也是未來替代傳統(tǒng)Ti6A14V合金材料的主要研發(fā)方向。

我國在大變形塑性加工、多孔化看什么材料的深加工方面技術(shù)水平相對比較落后，而且在進(jìn)行工程化設(shè)計(jì)生產(chǎn)過程中會受到技術(shù)水平的限制。在大量引進(jìn)國外人工輔助心臟、腦起搏器等一些高端的鈦合金材料產(chǎn)品之后，加之我國一些高新技術(shù)企業(yè)也在積極地開展關(guān)于新型醫(yī)用鈦合金材料的研發(fā)，使我國醫(yī)療器械用鈦合金材料已經(jīng)取得了較大的進(jìn)步，但是帶一些探明材料的外殼、膜片等一些核心器件加工設(shè)計(jì)方面仍然受到很大限制。而且針對新型醫(yī)用鈦合金材料的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展非常緩慢，我國雖然在1996 年就完成了新型醫(yī)用 Ti6Al7Nb 鈦合金材料的仿制，但是直到 2007 年才針對鈦合金材料建立了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

目前，我國在新型醫(yī)用 β 型鈦合金材料的研發(fā)和設(shè)計(jì)方面已經(jīng)處在了國際領(lǐng)先水平，目前面臨的是規(guī)模化生產(chǎn)的問題，但是由于要想將其納入國家標(biāo)準(zhǔn)相對比較困難，因此這種新型應(yīng)用探尋材料的推廣使用也會受到極大的影響。目前很多醫(yī)療器械廠家在產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)方面僅僅注重眼前利益，對于產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新嚴(yán)重忽略，多數(shù)情況下是采取仿制加工制造來快速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品價(jià)值，但是對于產(chǎn)品質(zhì)量控制重視程度不足，導(dǎo)致很多新型醫(yī)用鈦合金材料在實(shí)際應(yīng)用過程中嚴(yán)重缺乏質(zhì)量穩(wěn)定性。

而且很多國內(nèi)的大中型醫(yī)院出于經(jīng)濟(jì)利益考慮，更多地會使用價(jià)格昂貴的進(jìn)口鈦合金材料醫(yī)療器械，這對我國醫(yī)療器械用鈦合金材料的研發(fā)以及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展會形成一定的制約。

但是我國的醫(yī)療行業(yè)當(dāng)前正處在快速發(fā)展時(shí)期，這也給醫(yī)用鈦合金材料以及醫(yī)療器械的發(fā)展帶來良好的發(fā)展機(jī)遇，尤其是近年來，我國的生物材料和醫(yī)療器械方面已經(jīng)啟動了多項(xiàng)重大發(fā)展規(guī)劃，其中醫(yī)用鎂合金材料技術(shù)創(chuàng)新已經(jīng)開始建立相應(yīng)的組織機(jī)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上使資源的共享性可以進(jìn)一步提升，從整個行業(yè)角度來看，這種發(fā)展趨勢對于鈦合金材料在醫(yī)療器械行業(yè)的應(yīng)用能起到積極的推動作用。

4、結(jié)語

綜上所述，雖然我國在醫(yī)療器械用鈦合金材料的研發(fā)和設(shè)計(jì)方面存在一些問題，但是通過整個行業(yè)的努力，能夠使鈦合金材料在醫(yī)療器械行業(yè)中得到快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 韓建業(yè) , 羅錦華 , 袁思波 , 皇甫強(qiáng) , 余森 , 劉春潮 . 口腔用鈦及鈦合金材料的研究現(xiàn)狀 [J]. 鈦工業(yè)進(jìn)展 ,2016(3).

[2] 何寶明 . 生物醫(yī)用鈦及其合金材料的開發(fā)應(yīng)用進(jìn)展、市場狀況及問題分析 [J]. 新材料產(chǎn)業(yè) ,2003(7).

[3] 孫鈺 . 新型低彈性模量鈦合金 TiNbZrTaSi 生物相容性及骨整合能力實(shí)驗(yàn)研究 [D]. 吉林大學(xué) ,2016.

[4] 李興照 . 醫(yī)用鈦合金表面微弧氧化膜層制備工藝及性能的研究 [D]. 長春工業(yè)大學(xué) ,2016.

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