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钛板、钛棒、钛丝等钛合金材料在制药工业、医疗器械等民生领域的应用

发布时间: 2018-11-28 06:54:51    浏览次数:

人工关节及人工骨替代材料应具备以下几个基本性质:轻质高强材料,具有生物相容性、耐蚀性,植入物在体内所发生的组织反应不引起材料的劣化,重复应力引起的疲劳、破损少等性质。金属植入体最重要的性能是成形型、机加性和抛光性,在预期的寿命期内必须保持功能,在经受疲劳、磨耗、腐蚀和冲击载荷时不会劣化,钛及钛合金符合全部上述要求。最早使用的牙托粉、聚丙烯、有机玻璃等人工关节材料的强度低、易折、生物相容性较差。后来改用不锈钢,但不锈钢的比重较大,约为人体骨骼比重的2倍,而且在体内受体液作用会出现腐蚀和断裂。Co-Cr合金也是一种极好的人工关节材料,但遗憾的是,钴、铬元素均对人体有毒。而钛和钛合金的比重小(与人骨的比重相近)、强度大、机械加工好、耐蚀性能优异,是一种理想的人工关节材料。

钛棒

外科用移植材料规定使用的钛材以纯钛和Ti-6Al-4VELI合金为主。最近,与人体亲合性良好的移植材料Ti-6Al-7Nb及Ti-13Nb1-13Zr也取得了ASTM标准认可。用钛做人造骨,细胞可在其上再生,骨骼可以生长,钛与人体骨、上皮、缔造组织都具有良好的亲合性。为了改善与人骨连接的植入材表面质量,对粗化表面进行生物陶瓷层也是较为有效的方法。目前,钛及钛合金已广泛用于人工骨关节、人工骨、接头脚板、断骨固定器、骨髓内钉、人工心脏瓣膜、头盖骨等。据统计,中国每年对钛合金人工关节的需求量超过5000套, 临床应用效果良好。

钛在矫形外科的应用

医用钛合金弹性模量比不锈钢更接近于人体骨骼,适用于人体矫形手术中。在矫形外科方面,多使用钛镍形状记忆合金。研究表明NT-SMA是集耐磨、耐腐、形状记忆效应、伪弹性和声阻尼等性能与一体的新材料,在骨科的应用日趋广泛,除了常用的接骨板、髓内针、下颌骨内固定、脊柱侧弯矫正等外,上海长海医院又对NT-SMA进行了系列设计与临床应用,如NT-聚髌器、NT-弧叉钉、NT-弓形器、NT-飞蜓器(专为骶骨重建而设计)等,取得了满意的疗效。对于应用到人体的钛合金材料,各国仍在不断努力探索,寻求更加安全可靠的新型钛合金,为全世界人民造福。

钛板

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。

钛在医疗器械中的应用

钛及钛合金具有良好的耐蚀性,钛无毒、无磁性,是医疗器械良好的选用材料。在手术器械的发展史上,第一代手术器械多用碳钢制做,由于电镀后的性能达不到临床使用要求而被淘汰。第二代为奥氏体、铁素体和马氏体不锈钢手术器械,但不锈钢成分中铬有毒性,脱落的镀铬层对人体有一定影响,因此,出现了第三代——钛手术器械。钛具有的重量轻特性,使之特别适于作显微外科手术。钛具有耐腐蚀、弹性好、不变形等,耐反复的清洗、消毒表面质量不受影响;无磁性,能够排除对微小、敏感植入电子器械的破坏威胁等特性,使钛手术器械应用越来越广。目前已用来制作手术刀片、止血钳、剪刀、电动骨钻、镊子等等。在医疗器械中钛制血管缝合针、胸骨缝合线,心脏外科手术器械之一的氧气过滤器的钛过滤片,心电图机中用钛做电极,体外培养机中用钛做培养器;医用超声粉碎机的探头,血液运输箱自动控制器,以及用于眼科手术钛器械等,目前使用情况均良好。

钛丝

钛及钛合金的牙科应用

由于钛具有优良的耐蚀性及人体亲和性,且考虑金属过敏性及比强度等适于在牙科领域应用。牙外科使用的金属,从二十世纪二十年代的汞合金及金属牙冠等开始,六十年代主要使用金、银、钯合金,七十年代以后不锈钢成为牙齿矫正用永久性和可拆卸器械最常用的材料,九十年代钛铸造技术得以推广应用。牙科利用钛精铸机铸造有尺寸精度高、无气泡及缩孔等特点在用于人体硬组织修复的金属材料中,钛的弹性模量与人体组织最接近,这可以减轻金属种植体与骨组织之间的机械不适应性。钛的热导率是所有牙科修复用金属材料中最低的,热导率低可以减轻对带齿冠牙齿牙髓的热刺激,对牙齿修复很重要。钛制嵌体、全冠等具有保护牙髓,避免冷热刺激的作用。牙科用钛在材质方面,原多为纯钛,但其强度不足,难以研磨,存在耐磨性差,易产生铸造缺陷及质量不稳定等特点。钛合金强度较高,最常用的是Ti-6Al-4V合金,但由于金属V对人体有害,改用Nb代替V,研制成功Ti-6Al-7Nb合金,它具有优良的耐蚀性,且对人体基本无害,还具有塑性强、研磨性优良等其它优点,已取得了ASTM标准认可。目前超弹性Ti-Ni合金正推广应用于牙齿矫直。从二十世纪八十年代起发达国家就开始研究钛在口腔修复中的应用,首先用于牙种植,以后又用于义齿支架、冠桥和牙正丝,目前钛可作牙冠、冠钉、固定桥、烤瓷桥、粘结桥、义齿卡环、基托、连接装置和加强装置,几乎义齿所有金属部件都可用钛来制作。钛及钛合金的研究已成为牙科应用合金研究的一个热点。钛合金烤瓷牙能很好的恢复牙体形态和功能,且强度高,外形美观,色泽稳定,表面光滑、耐磨损、耐腐蚀,是一种永久的修复体,适用于一切固定牙,尤其是它的生物相容性好,对镍离子敏感的人比较适合,现已被广泛推广应用于牙的修复。

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