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摘要： 生物医用钛合金的诞生为医学领域的发展带来了新的福音，目前，生物医用钛合金已经在人工关节、骨创伤产品、牙种植体、牙托、牙矫形等产品的制造中得到了广泛的应用，给越来越多的患者带来了便利。本文针对生物医用钛合金的发展进行阐述和分析。
关键词： 生物医用钛合金；作用；发展
【中图分类号】TQ146.23【文献标识码】A【文章编号】2236-1879（2017）22-0240-01随着医疗技术的发展，目前被用来制造人工关节、骨创伤产品、牙种植体、牙托、牙矫形等产品的医用原材料主要是钛及钛合金。使用钛及钛合金作为原材料的主要原因是：与传统的医用原材料——医用不锈钢、钴铬合金等进行比较，钛及钛合金具有低弹性模量、高比强度等特点。而且，还具有优异的耐腐蚀性和相容性。因此，钛及钛合金材料更加符合生物特性的需求。最早应用于临床的医用生物材料是純钛和Ti-6Al-4V合金。但是，纯钛的强度不够，而Ti-6Al-4V中的钒元素又含有毒性。为了解决这两种材料使用过程中的弊端，研究人员又开发出了新材料。但是，这种新材料存在与骨组织之间不匹配的问题，会对植入的效果产生不良影响。近年来，人们不断的加强对钛及钛合金材料的研究，以此来获取更加实用的生物医用用具。本文将着重介绍近几年国外生物医用钛合金的研究和发展现状。
一、新型生物植入体用钛合金
（1）低弹性模量的钛合金。被应用于植入体的钛合金可以用来修复或代替人体的硬组织，比如用来代替牙齿根、踝关节等结构，所以，这些钛合金材料必须具有极高的强度和极长的疲劳寿命。与此同时，还要保证植入体与人体内原有的骨胳之间的受力传递是均匀的。最重要的是，这些钛合金材料还必须具有与人体皮质骨相接近的低弹性模量。在研究之初，这种材料的开发主要集中在美国，后来随着全球化的发展，资源开始共享，致使日本也开始着手此项材料的研究。
在将钛合金材料应用于生物医用方面之时，除了要选用无毒的钛合金材料之外，还应该考虑到金属过敏的现象。在牙科医学方面，已经明确的指出钴、铬、镍等金属元素与过敏现象之间存在着密切的联系。还有，铝是生物不友好元素，因此，在制造生物材料的时候应该尽量减少或避免铝元素的使用。经过大量的科学实验和临床研究表明，Nb、Ta、Zr、Sn等元素具有相当好的生物相容性，并且毒性还较小，因此，被认为是安全的生物医用原材料。目前，国际上已经研究出了许多种无毒、无过敏性的钛合金材料。这些材料主要被用来植入生物体内替代生物体内已经坏死的一些组织结构。
近年来，日本研发出了一种可拆卸的植入体，能更方便植入体的安装。而且，在进行植入体手术的时候，主要是通过变形诱发相变来保持较低的弹性模量的。俄罗斯和美国也都研发出了多种新型的钛合金材料，使得钛合金在生物医学领域中的应用越来越广泛。
（2）多孔钛合金。人体皮质骨的弹性模量范围为10～30GPa，但是，致密型的钛合金材料的弹性模量远远高于这个水平。为了将钛合金材料的弹性模量尽可能的降低，就需要使用到多孔钛合金材料进行调节。在加入多孔钛合金材料之后，弹性模量就可以通过材料中的空隙进行调节。大约30%的空隙率就可以将钛合金材料的弹性模量降低到人体皮质骨的弹性模量水平。除此之外，多孔的钛合金材料还能促进骨细胞的粘附、生长和增值。
多孔钛合金材料在降低弹性模量的同时，还会降低材料本身的强度。强度一旦降低，就会给生物医用带来很多麻烦。因此，必须想办法提升强度。比如，可以先将多孔钛合金材料浸泡在聚甲基丙烯酸甲酯中，让这种单体与多孔钛合金材料进行结合，以此来提升钛合金材料的生物强度。
二、用作功能生物材料的超弹性和形状记忆钛合金
对于生物医学中的某些特殊用途，还会要求生物材料本身具有超弹性和形状记忆性的功能。从目前国外的研究进程来看，TiNi是唯一一种能投入使用的形状记忆合金。这种材料目前已经被应用到支架、导管导丝等外科领域当中。但是，这种材料在使用过程中主要存在两个方面的弊端，分别是：骨胳与植入体之间的结合力相对较薄弱、弹性模量存在不匹配的情况。解决这两个问题，就能更进一步的促进生物医用材料的发展。
三、生物医用钛合金表面的改性
对生物医用钛合金材料进行表面改性，主要是为了提升材料本身的生物相容性。表面改性的方法主要有：（1）通过电化学处理的方法。可以将不同形貌的羟基磷灰石层沉积在钛合金材料的表面。（2）通过化学方法进行改性。可以通过磷酸三钙对表面进行改性，这种方法还能够促进骨胳的增长。（3）通过生物功能分子的方法。比如将聚乙二醇固定在材料表面，这种方法能够控制蛋白质的吸收。
近年来，日本在此类项目中的研究取得了相当大的进展。他们主要是通过碱处理或者电沉积的方法来达到表面改性的目的。
四、结束语
在钛合金的研究过程中，如何提升钛合金材料的生物相容性、如何提升植入体的安全性、如何降低弹性模量是永恒不变的研究难题。截至到目前为止，国外对于钛及钛合金材料的研究已经取得一些进展。但是，还是需要继续研究。今后，研究方向将会转变为：如何提升多孔材料的力学性能从而提升植入体的安全性。
参考文献
[1]新型生物医用钛合金组织与性能研究进展[J]. 麻西群，于振涛，牛金龙，余森，张亚峰，皇甫强. 生物医学工程与临床. 2013（06）
[2]生体医用钛合金的研制[J]. 晓敏. 金属功能材料. 2007（01）
[3]生体医用钛合金的开发[J]. 金属功能材料. 2006（01）
[4]新型生物医用钛合金研制成功[J]. 于振涛. 稀有金属快报. 2006（01）
关键词： 生物医用钛合金；作用；发展
【中图分类号】TQ146.23【文献标识码】A【文章编号】2236-1879（2017）22-0240-01随着医疗技术的发展，目前被用来制造人工关节、骨创伤产品、牙种植体、牙托、牙矫形等产品的医用原材料主要是钛及钛合金。使用钛及钛合金作为原材料的主要原因是：与传统的医用原材料——医用不锈钢、钴铬合金等进行比较，钛及钛合金具有低弹性模量、高比强度等特点。而且，还具有优异的耐腐蚀性和相容性。因此，钛及钛合金材料更加符合生物特性的需求。最早应用于临床的医用生物材料是純钛和Ti-6Al-4V合金。但是，纯钛的强度不够，而Ti-6Al-4V中的钒元素又含有毒性。为了解决这两种材料使用过程中的弊端，研究人员又开发出了新材料。但是，这种新材料存在与骨组织之间不匹配的问题，会对植入的效果产生不良影响。近年来，人们不断的加强对钛及钛合金材料的研究，以此来获取更加实用的生物医用用具。本文将着重介绍近几年国外生物医用钛合金的研究和发展现状。
一、新型生物植入体用钛合金
（1）低弹性模量的钛合金。被应用于植入体的钛合金可以用来修复或代替人体的硬组织，比如用来代替牙齿根、踝关节等结构，所以，这些钛合金材料必须具有极高的强度和极长的疲劳寿命。与此同时，还要保证植入体与人体内原有的骨胳之间的受力传递是均匀的。最重要的是，这些钛合金材料还必须具有与人体皮质骨相接近的低弹性模量。在研究之初，这种材料的开发主要集中在美国，后来随着全球化的发展，资源开始共享，致使日本也开始着手此项材料的研究。
在将钛合金材料应用于生物医用方面之时，除了要选用无毒的钛合金材料之外，还应该考虑到金属过敏的现象。在牙科医学方面，已经明确的指出钴、铬、镍等金属元素与过敏现象之间存在着密切的联系。还有，铝是生物不友好元素，因此，在制造生物材料的时候应该尽量减少或避免铝元素的使用。经过大量的科学实验和临床研究表明，Nb、Ta、Zr、Sn等元素具有相当好的生物相容性，并且毒性还较小，因此，被认为是安全的生物医用原材料。目前，国际上已经研究出了许多种无毒、无过敏性的钛合金材料。这些材料主要被用来植入生物体内替代生物体内已经坏死的一些组织结构。
近年来，日本研发出了一种可拆卸的植入体，能更方便植入体的安装。而且，在进行植入体手术的时候，主要是通过变形诱发相变来保持较低的弹性模量的。俄罗斯和美国也都研发出了多种新型的钛合金材料，使得钛合金在生物医学领域中的应用越来越广泛。
（2）多孔钛合金。人体皮质骨的弹性模量范围为10～30GPa，但是，致密型的钛合金材料的弹性模量远远高于这个水平。为了将钛合金材料的弹性模量尽可能的降低，就需要使用到多孔钛合金材料进行调节。在加入多孔钛合金材料之后，弹性模量就可以通过材料中的空隙进行调节。大约30%的空隙率就可以将钛合金材料的弹性模量降低到人体皮质骨的弹性模量水平。除此之外，多孔的钛合金材料还能促进骨细胞的粘附、生长和增值。
多孔钛合金材料在降低弹性模量的同时，还会降低材料本身的强度。强度一旦降低，就会给生物医用带来很多麻烦。因此，必须想办法提升强度。比如，可以先将多孔钛合金材料浸泡在聚甲基丙烯酸甲酯中，让这种单体与多孔钛合金材料进行结合，以此来提升钛合金材料的生物强度。
二、用作功能生物材料的超弹性和形状记忆钛合金
对于生物医学中的某些特殊用途，还会要求生物材料本身具有超弹性和形状记忆性的功能。从目前国外的研究进程来看，TiNi是唯一一种能投入使用的形状记忆合金。这种材料目前已经被应用到支架、导管导丝等外科领域当中。但是，这种材料在使用过程中主要存在两个方面的弊端，分别是：骨胳与植入体之间的结合力相对较薄弱、弹性模量存在不匹配的情况。解决这两个问题，就能更进一步的促进生物医用材料的发展。
三、生物医用钛合金表面的改性
对生物医用钛合金材料进行表面改性，主要是为了提升材料本身的生物相容性。表面改性的方法主要有：（1）通过电化学处理的方法。可以将不同形貌的羟基磷灰石层沉积在钛合金材料的表面。（2）通过化学方法进行改性。可以通过磷酸三钙对表面进行改性，这种方法还能够促进骨胳的增长。（3）通过生物功能分子的方法。比如将聚乙二醇固定在材料表面，这种方法能够控制蛋白质的吸收。
近年来，日本在此类项目中的研究取得了相当大的进展。他们主要是通过碱处理或者电沉积的方法来达到表面改性的目的。
四、结束语
在钛合金的研究过程中，如何提升钛合金材料的生物相容性、如何提升植入体的安全性、如何降低弹性模量是永恒不变的研究难题。截至到目前为止，国外对于钛及钛合金材料的研究已经取得一些进展。但是，还是需要继续研究。今后，研究方向将会转变为：如何提升多孔材料的力学性能从而提升植入体的安全性。
参考文献
[1]新型生物医用钛合金组织与性能研究进展[J]. 麻西群，于振涛，牛金龙，余森，张亚峰，皇甫强. 生物医学工程与临床. 2013（06）
[2]生体医用钛合金的研制[J]. 晓敏. 金属功能材料. 2007（01）
[3]生体医用钛合金的开发[J]. 金属功能材料. 2006（01）
[4]新型生物医用钛合金研制成功[J]. 于振涛. 稀有金属快报. 2006（01）