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1、 材料與人類文明 論文 題目： 鈦合金在醫(yī)療方面的應(yīng)用 班級: 姓名： 學(xué)號： 【摘要】 鈦是非常常見的物質(zhì)，海綿鈦純度能達到99。9％。鈦合金產(chǎn)品的物理、化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定,不會被人體吸收，與體液和藥品接觸也不會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也不會電離，也不與人體的肌肉骨骼發(fā)生反應(yīng)，因而被人們稱為“親生物金屬”.因為鈦具有“親生物”性，鈦在人體內(nèi)，能抵抗分泌物的腐蝕且無毒,對任何殺菌方法都適應(yīng)。因此被廣泛用于制醫(yī)療器械，制造人體髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)

2、節(jié)、肩關(guān)節(jié)、脅關(guān)節(jié)、頭蓋骨，主動心瓣、骨骼固定夾. 【關(guān)鍵詞】 材料 鈦合金 文明 生物醫(yī)療 【正文】 金屬材料是最早用于臨床醫(yī)學(xué)的生物醫(yī)用材料，目前用于外科植入物和矯形器械的金屬材料主要包括不銹鋼、鈷基合金和鈦合金三大系列，它們占整個生物材料產(chǎn)品市場份額的 40% 左右。其中，鈦合金已廣泛應(yīng)用于人體硬組織（包括人體軀干中所有的骨骼和牙齒）的缺損、創(chuàng)傷和疾病等修復(fù)、矯形及替代等治療.20 世紀中葉以來,以鈦合金為主的醫(yī)用金屬材料開始在人體硬組織的外科植入及人體軟組織（包括心腦血管、外周血管及非血管如肝臟、膽道、尿道等）的介入治療方面顯示出獨特而神奇的療效，而

3、鈦合金人工關(guān)節(jié)、牙種植體、血管內(nèi)支架和心臟瓣膜等具有中國醫(yī)療器械用鈦合金材料研發(fā)、生產(chǎn)與應(yīng)用、及典型代表性的醫(yī)療器械產(chǎn)品的問世,對醫(yī)學(xué)的發(fā)展具有劃時代的意義和革命性貢獻，使得臨床治療從初級的簡單“修復(fù)、矯形”治療上升到更高層次的組織與器官的“替代式”治療，極大改善和提高了人們的生活質(zhì)量,克服了以往重大疾病 只能單純依靠藥物治療的不足。 1. 鈦合金材料在我國的發(fā)展歷史 上世紀七十年代初,我國開始采用了國產(chǎn)鈦及鈦合金制品，在北京多家醫(yī)院，先后采用鈦及鈦合金人造骨頭與關(guān)節(jié)用于臨床治療應(yīng)用和研究，制造的髖關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、下頜骨等用于臨床治療病人。同時，一些醫(yī)院與公司的模擬人體體液的浸泡實驗，電化

4、學(xué)陽極化實驗和腐蝕動力學(xué)曲線的測定，證明了鈦及鈦合金人造骨頭與關(guān)節(jié)用于人體具有優(yōu)異的耐腐蝕性，生物學(xué)反應(yīng)也很小，是一種理想的人體植入物，對植入人體骨頭與關(guān)節(jié)進行力學(xué)性能也經(jīng)過測定，認為鈦及鈦合金的強度滿足了人體植入物的要求。 　　上世紀八十年代中期以后,我國鈦材用于制造人體植入物的數(shù)量增加，其中鈦形狀記憶合金的開發(fā)與應(yīng)用達到國際先進水平。到了九十年代中期，國產(chǎn)鈦及鈦合金加工材，在矯形外科、神經(jīng)外科、心血管系統(tǒng)、口腔頜面外科、人體外培養(yǎng)機等方面廣泛應(yīng)用.近５年，國內(nèi)一大批企業(yè)成為鈦及不銹鋼等人體植入物生產(chǎn)企業(yè)。采用鈦及鈦合金制造的股骨頭、髖關(guān)節(jié)、肱骨、顱骨、膝關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、掌指關(guān)節(jié)、頜

5、骨以及心辨膜、腎辨膜、血管擴張器、夾板、假體、緊固螺釘?shù)壬习俜N金屬件移植到人體中,取得了良好的效果,被醫(yī)學(xué)界給予了很高的評價。 2. 生物醫(yī)用鈦合金材料的分類及特點 生物醫(yī)用鈦合金材料是專指用于生物醫(yī)學(xué)工程的一類功能結(jié)構(gòu)材料，主要用于外科植入物和矯形器械等產(chǎn)品的生產(chǎn)和制造。按照外科植入物和矯形器械專業(yè)標準,鈦合金材料可歸入“外科植入物用材料”中“金屬材料"一類，而鈦合金材料在非有源外科植入物、有源外科植入物和矯形器械三大類醫(yī)療器械中，可充當(dāng)心血管、骨與關(guān)節(jié)、骨接合、脊柱、矯形器械、心臟起搏器與除顫器、耳蝸植入物、神經(jīng)刺激器和其他植入產(chǎn)品的原材料.生物醫(yī)用鈦合金按材料顯微組織類型可分為 α

6、型鈦合金(如純鈦系列） 、α+β型鈦合金（如 Ti6Al4V 等)和 β 型鈦合金（如Ti12Mo6Zr2Fe 等）以及 TiNi 形狀記憶鈦合金四大類，與醫(yī)用不銹鋼和鈷基合金相比，它們具有 比重小、比強度高、彈性模量較低、耐腐蝕、易切削加工以及較好的生物相容性等特點。 3. 生物醫(yī)用鈦合金材料的研究開發(fā)現(xiàn)狀 生物醫(yī)用鈦及其合金的發(fā)展可分為三個時代：第一個時代以純鈦和Ti6A14V為代表,第二個時代是以T巧A12．5Fe和Ti6A17Nb為代表的新型d+B型合金，第三個時代則是一個開發(fā)與研制更好生物相容性和更低彈性模量鈦合金的時代，其中以對B型鈦合金的研究最為廣泛 1．1 以純鈦和T

7、i6A14V為代表的第一代生物鈦合金工業(yè)純鈦是最早被應(yīng)用于這一領(lǐng)域的鈦合金。目前使用純鈦植入件的臨床經(jīng)驗比較成熟，但商用純鈦并不能提供醫(yī)用負重材料所需要的綜合力學(xué)性能，如純鈦的強度較低，耐磨性較差等,限制了它的應(yīng)用。雖然冷加工可以增加純鈦的強度，但是也無法滿足實際需要。因此,人們開始考慮使用鈦合金.Ti6A14V由于其優(yōu)異的生物相容性和良好的綜合力學(xué)性能成為第一種被引入生物材料領(lǐng)域的鈦合金,而且至今也是生物醫(yī)療器械產(chǎn)品中用量最大的鈦合金。 1．2 以Ti6A17Nb和TiSAl2．5Fe為代表的第二代新型Q+B型合金由于Ti6M4V中含有潛在毒性元素V,80年代中期兩種新型“q+B”型醫(yī)用

8、鈦合金TiSAl2．5Fe和Ti6A17Nb在歐洲得到了發(fā)展∞，7 J。 Ti6A17Nb在力學(xué)性能方面與公認的“全能”Ti6A14V合金相當(dāng)，是一種安全且有發(fā)展?jié)摿Φ娜斯ど镝t(yī)用植入體材料，1989年由瑞士成功開發(fā).對于這種安全且有發(fā)展?jié)摿Φ纳镝t(yī)用鈦合金各國專家學(xué)者在不同方面展開了深入研究. 4.我國醫(yī)療器械用鈦合金材料的生產(chǎn)現(xiàn)狀 我國 1992 年首次發(fā)布了第一個《外科植入物用鈦及鈦合金加工材》國家標準 GB/T13810-1992，這標志著我國開始了專業(yè)化生產(chǎn)針對醫(yī)療器械應(yīng)用的鈦合金原材料。但 20 年后的今天,該國家標準雖經(jīng)兩次改版，我國目前只能生產(chǎn)純鈦（中國牌號 TA1~

9、TA4，美國對應(yīng)牌號 Gr1~ Gr4） 、Ti6Al4V（中國牌號 TC4,美國對應(yīng)牌號 Gr5 或 Ti64） 、Ti6Al7Nb（中國牌號 TC20）三大類鈦合金材料,尚沒有一個 β 型鈦合金納入國家標準， 如表 1 所示。截至目前，純鈦和 Ti6Al4V 鈦合金仍是國際上產(chǎn)銷量最大、應(yīng)用最廣的外科植入物用傳統(tǒng)主體材料，其銷售額約占全球整個生物醫(yī)用鈦合金市場的 80% 以上.我國目前生產(chǎn)的外科植入物用鈦及鈦合金加工材的品種涉及板材(厚度0。8~25mm） 、棒材和絲材（直徑 1～90mm） ，供應(yīng)狀態(tài)可為冷軋、熱加工及退火狀態(tài).我國新國標GB/T13810—2007 中規(guī)定的鈦合金加工材

10、在化學(xué)成分、力學(xué)性能和顯微組織等指標等同采用美國ASTM F136—02a 要求，但同時還增加了顯微組織評級、斷面收縮率和板、棒材超聲檢驗等附加的技術(shù)要求。雖然我國國標明確規(guī)定 Ti6Al4V 鈦合金顯微組織評級類型應(yīng)符合 A1~A9 的 a+b 雙相組織,但國產(chǎn)鈦材供貨時多數(shù)為粗晶的 A3~A5 級組織，且質(zhì)量穩(wěn)定性差 ； 而美國進口鈦材顯微組織可達到細晶化的 A1~A3 組織,其中直徑 15mm以下的小規(guī)格棒材可達到 A1 級(等軸化的 a、b相晶粒尺寸小于 10μm） ,因而具有優(yōu)良的強韌性、耐蝕性和機械切削性能，這造成我國人工關(guān)節(jié)、牙種植體、脊柱內(nèi)固定系統(tǒng)等高端醫(yī)療器械產(chǎn)品加工仍需大量

11、進口國外優(yōu)質(zhì)的 Ti6Al4V 鈦合金材料，而國產(chǎn)醫(yī)用鈦材主要滿足國內(nèi)中低端醫(yī)療器械產(chǎn)品如接骨板和接骨螺釘?shù)仁褂谩?008 年我國海綿鈦和鈦材產(chǎn)量已分別位居世界首位和第二位，鈦材消耗量已占全球第二位，成為繼俄羅斯、美國、日本之后的鈦工業(yè)大國，其中美、俄鈦材消耗主要針對國防軍用,而中、日主要針對工業(yè)民用，如圖 1 所示。目前我國從事各類鈦材生產(chǎn)的國有和民營企業(yè)已超過 500 家,主要集中在陜西、長三角、珠三角及東北等地區(qū)地,其中能夠批量專業(yè)生產(chǎn)醫(yī)用鈦材的骨干企業(yè)主要包括西北有色金屬研究院（集團）所屬的西部超導(dǎo)材料科技有限公司、西安賽特金屬材料開發(fā)有限公司、西部金屬材料股份有限公司,寶雞有色金屬加

12、工廠及其所屬的寶雞鈦業(yè)股份有限公司，以及大連盛輝鈦業(yè)有限公司、寶雞鑫諾新金屬材料有限公司、寶雞英耐特醫(yī)用鈦有限公司、寶雞隆慶金屬材料制品廠、寶雞力興鈦業(yè)(集團）有限公司等 10 余家。2010 年我國針對生物醫(yī)藥及器械領(lǐng)域生產(chǎn)銷售的醫(yī)用純鈦及 TC4 鈦合金材料已達到 1084 噸, 其中出口約占 20%， 如圖 2 所示.我國每年生產(chǎn)醫(yī)用 Ti6Al7Nb 鈦合金材料上百噸，但幾乎全部出口國外，國內(nèi)尚無實際應(yīng)用。 5.結(jié)語 盡管現(xiàn)代意義上的生物醫(yī)學(xué)材料起源于20世紀40年代，其學(xué)科也僅形成于20世紀80年代,但生物醫(yī)用材料涉及億萬人的健康,是保障人類健康的必需品。生物醫(yī)用材料的應(yīng)用不僅挽

13、救了數(shù)以千萬計人的生命，使疾病得以早期發(fā)現(xiàn)和有效治疙并顯著降低了重大疾病的死亡率,同時,它對于改善人們的健康狀況和提高生活質(zhì)量，具有重要的民用價值和社會意義。 【參考文獻】 [1］ 于振濤 ， 周廉 , 王克光 。 生物醫(yī)用型 β 型鈦合金的設(shè)計與開發(fā) [J]，稀有金屬快報 , No1，2004,5—10 ［2］ 郝玉琳，楊銳,納米高強 Ti-Nb-Zr—Sn 合金 ［J]， 金屬學(xué)報,2005，11（41） ： 1183 ［3] 王向東，逯福生，賈翃等,2010 年的中國鈦工業(yè),中國有色金屬工業(yè)協(xié)會鈦鋯鉿分會 2011 年會論文集，2011: 11—17 [4] 白明,日本的醫(yī)療

14、器械,中國醫(yī)療器械信息 ［J]，2009， 5(15）: 69—71 [5］ 周廉等編，中國生物醫(yī)用材料科學(xué)與產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展戰(zhàn)略研究，化學(xué)工業(yè)出版社，2012 年 [6] 于振濤 , 余森 , 張明華等， 外科植入物用新型醫(yī)用鈦合金材料設(shè)計、開發(fā)與應(yīng)用現(xiàn)狀及進展，中國材料進展，29（12) ,2010：35—51 [7] 于振濤,麻西群,余森等,生物醫(yī)用鈦合金的微納化加工技術(shù)及最新進展，中國有色金屬學(xué)報，2010 年 10 月， 第 20 卷專輯 1，1008—1012 頁 [8] 于振濤，周廉等，血管介入用鈦合金材料的研發(fā)與應(yīng)用，中國醫(yī)療器械信息，12(12)2006，15—21 [9] 葉慧,我國生物材料科學(xué)與工程已跨入國際先進水平，中國醫(yī)療器械信息 [J］,2009， 5（15）： 67—68 [10] 謝俊祥，對“十二五”時期我國家用醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)發(fā)展的思考,中國醫(yī)療器械信息 [J]，2012, 4（18）: 45—50