钛合金在生物医学方面的应用.ppt

关于钛合金在生物医学方面的应用
第1页，讲稿共13张，创作于星期三
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的应用
生物医用材料是用于对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的金属或合金，主要用于骨和牙等应组织的秀发和替换、心血管和软组织修复以及人工器官的制造。钛的物理性能具有密度低、比强度高、耐热及耐腐蚀性好、生物相容性优异等特点，此外钛及钛合金具有无毒、质轻、耐生物体腐蚀、弹性模量低及生物相容性优异等特点，成为理想的医用金属材料，被广泛应用于人体骨、人体关节、牙科、整形外科、心脏外科、体内支撑架及医疗器械等医学领先
迄今为止，还没有看到比钛合金更好的金属材料应用于临床的了。美国、西欧等极其重视钛合金的研发工作，不断发出新型医用材料，扩大了台机器合金在医学领域的应用，满足了各类假肢、牙病患者康复的愿望。
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作为生物医用材料的钛及其合金必须满足
：主要包括硬度、屈服强度、弹性模量和延伸性。如果植入物由于强度不高或者植入物与人体骨之间的机械性能不匹配而发生断裂失效，这就是生物不相容性。通常期望骨修复植入物的弹性模量与人体骨的弹性模量接近，人体骨的弹性模量在4~30GPa之间。
：作为植入物的材料应该对人体无毒性、在体内不会引起任何炎症和过敏反应植入物在人体植入成功主要取决于材料与人体的反应，这也能衡量材料的生物相容性。
：在体液环境中，植入材料的有效使用时间取决于磨损性，耐磨性能差会引起植入物松动并且产生磨损碎屑，在沉积的组织中引起反应。
：植入材料表面由于微运动与人体骨和其它组织不能很好地结合，就会导致植入物在体内松动。植入物表面化学表面粗糙度和表面性毛豆对骨结合起着主要作用。
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医用钛合金材料
在医学领域中广泛使用的仍是Ti-6Al-4v ELI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
在日本已开发出一系列具有优良生物相容性的α+β钛合金，包括Ti-15Zr-4Nb_4ta-、Ti-15Zr-4Nb-aTa--~、Ti-15Sn-4Nb-2Ta--15Sn-4nb-2Ta--，这些合金的腐蚀强度、疲劳强度和抗腐蚀性能均优于Ti-6Al-4v ELI。与α+β钛合金相比，β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β钛合金被推荐至医学领域，即TMZFTM（TI-12Mo-^Zr-2Fe）、Ti-13Nb-13Zr、Timetal 21SRx（TI-15Mo--）、Tiadyne 1610（Ti-16Nb-）和Ti-15Mo。
估计在不久的将来，此类具有高强度、低弹性模量以及优异成形性和抗腐蚀性能的庐钛合金很有可能取代目前医学领域中广泛使用的Ti-6Al-4V ELI合金[28,32]。
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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。
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介入性治疗
介入性治疗通常实在X射线图像监视下，利用穿刺插管技术将特制导管、支架等沿血管或体内其他管腔输送到体内病变处就地治疗。过去的316L不锈钢制的支架纵向柔韧性不太满意，而钛镍形状记忆合金支架具有偏向式力学效应和形体记忆效应，除此之外良好的冷加工成形性，更适合人体要求。
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。
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循环系统医疗器械钛通常被用在制作心率调节器和除颤器，它可以作为载体工具替代心脏本身某些功能，如心脏瓣膜。美国活性金属公司提供了一种钛材，用以制造主动脉瓣膜．外科医生把这种心脏瓣膜放在适当位置而不必进行缝合。在心脏起搏器中，密封的钛盒能有效防止潮气渗