"#国家自然科学基金资助项目!
*$($*$$*"#教育部新世纪优秀人才资助计划资助项目!Q D ,!’$*’$[[[""黄伟九$男%3)4)年生%博士%教授%主要从事材料科学与应用化学研究",’-./#$E O .=>1"/f /O !6N
/G 5"C O 56=医用钛合金表面改性研究进展#
黄伟九!李兆峰
!重庆工学院材料科学与工程学院"重庆($$$*$
#""摘要""钛合金作为人体硬组织替代物和修复物的首选材料在临床上得到广泛的应用"分析了目前医用钛合金
存在的主要问题#生物活性$耐磨性和耐腐蚀性有待进一步提高!指出表面改性是改善上述问题的有效途径%综述了人体植入钛合金表面改性的研究进展!
并展望了钛合金表面改性的发展趋势"关键词""钛合金"表面改性"生物活性"耐蚀性"耐磨性
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""生物医用材料是对生物体进行诊断$
治疗和置换损坏的组织$器官或增进其功能的材料%3"%&
’金属植入材料是应用最早
的生物医用材料"目前常见的植入金属材料主要为超低碳奥氏体不锈钢!A @K @&34?"&3[?#$钴’铬!D 7’D H #合金$纯钛和钛合金&类材料(其中钛在%$世纪($年代首次被87G E "$8".G 7=和
L .J "=M 7H G 用于医学领域"尔后凭借其优良的生物相容性和耐腐蚀性$
优异的综合力学性能和工艺性能在牙种植体$人工关节$脊柱矫形内固定系统$髓内钉$矫形钢板等方面的应用逐渐占据
了主导地位"成为人体硬组织替代物和修复物的首选材料%&"(&
’
医用钛合金的发展可分为&个阶段%*"3*&
)首先是以纯钛和
!/’4A #’(]合金为代表的第一阶段"第二阶段以!/’*A #’%5*b "和!/’4A #’[Q R 等新型4T 7型合金为代表"第三阶段以具有更好生物相容性和更低弹性模量的7型钛合金为代表’尽管近年
来文献报道有多种新型医用钛合金问世%34"%4&"但目前临床广泛
使用的钛合金仍以!/’4A #’(]合金为主’总体来讲"
目前使用的钛合金主要存在以下几个方面的问题%%["&&&)!3#
生物活性不理想’钛合金作为生物惰性材料植入体内"虽然与骨之间具有良好的生物相容性"但其与自然骨的成分截然不同"植入后种植体周围无纤维包囊形成"钛合金与骨之间只是一种机械嵌连性的骨整合"而非强有力的化学骨性结合’!%#耐磨性能较差’由于钛合金具有低的塑性剪切抗力和加工硬化性能"同时表面氧化膜!/B %易于剥落"对亚表层起不到很好的保护作用"因而裸的钛合金不足以抵抗由相对运动引起的粘着和磨粒磨损"磨损产生的磨屑会引起关节置换的无菌松动"并最终导致置换失败’!&
#耐蚀性能有待进一步提高’金属材料的耐蚀性能将直接影响到其生物相容性’在正常条件下"钛合金表面会生成一种十分稳定而连续的$结合牢固的氧化物钝化膜"因此通常具有良好的耐蚀性能’但由于人体环境的复杂性"在外力和体液的侵蚀下"表面钝化膜有可能被剥离$溶解"因此"在使用过程中会有物质释放到组织中"在生物体内产生毒性$炎症$血栓等反应’
针对医用钛合金存在的不足可从两方面入手)一是从材料本体着手"
开发综合性能更优异的新型钛合金(二是从材料表面着手"采用表面工程的方法对钛合金进行表面改性"使钛合金的综合性能大幅度提高"从而更适合于医学应用的要求’基于此"近年来钛合金表面改性已成为生物材料学科最活跃$最引人注目和发展最迅速的领域之一’
钛合金表面技术的发展大致经历了&个阶段%&("&*&
)一是以
电镀$热扩散为代表的传统表面技术阶段(二是以等离子体$离子束$电子束的应用为标志的现代表面技术阶段(三是现代表面技术的综合应用和膜层结构设计阶段’为了提高钛合金种植体的表面活性"改善钛合金的耐磨损和耐腐蚀性能"可通过多种表面改性的方法来实现’
""提高生物活性的钛合金表面改性
为了改善医用钛合金的生物活性"提高其血液相容性"通常是在钛合金表面制备一层生物活性陶瓷涂层’业已研究的生物活性陶瓷涂层体系主要有羟基磷灰石!‘A #$氟磷灰石!b A #$7’磷酸三钙!7
’!D 9#$Q .%B ’D .B ’K /B %’9%B *生物玻璃$Z >B ’D .B ’K /B %生物玻璃和7’钙硅石!D .B ’K /B %#
生物玻璃等"其中对前&种陶瓷涂层研究较深入’目前"生物陶瓷涂层制备方法主
*
)4&*医用钛合金表面改性研究进展+黄伟九等
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