钛合金在医疗方面的应用

钛合金在医疗方面的应用 钛的起源 钛于1791年由格雷格尔于英国康沃尔郡发现 并用希腊神话的泰坦为其命名 在地壳中 钛的储量仅次于铁 铝 镁居于第四位 它储量非常的丰富 钛的正真利用在20世纪五十年代 美国研制成功的Ti 6Al 4V合金 钛的性能 由于钛具有熔点高 强度大 韧性好 抗疲劳 耐腐蚀 导热系数低 高低温度耐受性好等优越性能 尤其是钛能和铁 镁 钼等其他金属溶合成性能优越的合金或复合材料 钛合金简介 定义 钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金 种类 合金 合金和 合金 中国分别以TA TC TB表示 钛合金的缺点钛合金主要限制是在高温与其它材料的化学反应性差 这容易造成模具的损坏 这就使钛合金的价格变得十分昂贵 这是钛合金无法发扬光大的最大致命伤 钛合金诸多领域应用的实例 钛在生物医学方面的应用 医学领域钛合金主要用于制造植入人体内的医疗器件 假体或人工器官和辅助治疗设备的钛合金 主要有钛6铝4钒 5铝2 5锡等 它们具有比强度高 力学性质接近人骨 强度远优于纯钛 还具有耐疲劳 耐腐蚀及生物相容性优良等特点 广泛用于各种人工关节人工骨 骨固定器件 义齿 齿科嵌 固定桥等 钛应用于医学医疗方面的优势钛具有密度低 为4 5克 立方厘米 是钢的60 左右 重量轻可以增加病人舒适感和活动功能 强度高 比强度大 外科手术中 植入物的强度水平应高于自然骨 钛及钛合金的屈服强度为207 1379MPa 而自然骨为83 117MPa 故能够满足性能要求 无磁 导热系数小 仅为钢的1 5 铝的1 3 铜的1 2 线膨胀系数小 为碳钢的1 5 为不锈钢的一半 植入物和自然骨之间弹性模量的协调 对于延长使用寿命至关重要 自然骨必须弯而不断 骨的低弹性模量约为16 5 103MPa 而钛为钴和不锈钢之半 即102 7 113 3 103MPa 钛的弹性模量低 对于人体接受植入件非常重要 同时减少了结合界面上的附加应力 延长了系统的使用寿命 抗阻尼性低 耐热性好 在500 左右仍能保持良好的机械性能 耐腐蚀性能好 医用钛合金材料在医学领域中广泛使用的仍是Ti 6Al 4vELI合金 但后者会析出极微量的钒和铝离子 降低了其细胞适应性且有可能对人体造成危害 这一问题早已引起医学界的广泛关注 美国早在20世纪80年代中期开始研制无铝 无钒 具有生物相容性的钛合金 将其用于矫形术 日本 英国等也在该方面做了大量的研究工作 并取得一些新的进展 例如 在日本已开发出一系列具有优良生物相容性的 钛合金 包括Ti 15Zr 4Nb 4ta 0 2Pd Ti 15Zr 4Nb aTa 0 2Pd 0 20 0 05N Ti 15Sn 4Nb 2Ta 0 2Pd和Ti 15Sn 4nb 2Ta 0 2Pd 0 20 这些合金的腐蚀强度 疲劳强度和抗腐蚀性能均优于Ti 6Al 4vELI 与 钛合金相比 钛合金具有更高的强度水乎 以及更好的切口性能和韧性 更适于作为植入物植入人体 在美国 已有5种 钛合金被推荐至医学领域 即TMZFTM TI 12Mo Zr 2Fe Ti 13Nb 13Zr Timetal21SRx TI 15Mo 2 5Nb 0 2Si Tiadyne1610 Ti 16Nb 9 5Hf 和Ti 15Mo 钛合金在医学方面的具体应用 面部治疗当人体面部遭到严重破坏时 局部组织修复就要用外科植入人体进行 钛合金具有良好的生物相容性和所需强度 因此是人体面部组织修复的理想材料 纯钛网做为骨头托架已用于颚骨再造手术 人体矫形钛合金弹性模量比不锈钢更接近人体骨骼 因此钛合金肘关节 踝关节等被广泛用于人体矫形手术中 据报道每年世界上大约有一亿病人由于臂关节和膝关节炎症而进行替换治疗 因此钛制假肢应用前景广泛 钛材在制药工业中应用 钛在制药业中主要用于制作容器 反应器和加热器等 制药生产中 设备经常要接触盐酸 硝酸 硫酸等无机酸 有机酸及其盐类 设备因腐蚀经常损坏 同时因钢制设备带来的铁离子污染影响了产品质量 采用钛制设备则能解决这些问题 例如 青霉素酯化釜 糖化罐 氯霉素薄膜蒸发器 安乃近反应器 米吐尔过滤器 硫酸二甲酯冷却器 药液过滤器等 都有选钛材的先例 所生产的药液的数量和质量都不断提高 而且质量完全符合中国药典的规定 结语我国钛储量占世界首位 已探明的钛矿藏总量占世界的48 从资源角度来讲 中国有着发展钛工业良好的物资保证条件 近年来我国钛产业发展较快 2008年钛加工材产量为27737吨 是2000年2206吨的12 6倍 7 钛生产量已仅次于美国和俄罗斯 位居世界第三 钛在我国医学医疗领域应用也在不断扩大 目前在牙科 制药设备方面较为普遍 已得以推广 在移植 矫形及器械