PDF《医用钛合金表面改性研究进展 3》

3 国家自然科学基金资助项目(50405005) ;

教育部新世纪优秀人才资助计划资助项目(NCET20520777) 黄伟九 :男,1969 年生 ,博士 ,教授 ,主要从事材料科学与应用化学研究 E2mail :huangweijiu @cqit.

edu. cn 医用钛合金表面改性研究进展3 黄伟九 ,李兆峰 (重庆工学院材料科学与工程学院 , 重庆 400050) 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 Research Progress in Surface Modif ication of Biomedical Titanium Alloys HUAN G Weijiu , L I Zhaofeng (School of Materials Science and Engineering , Chongqing Institute of Technology , Chongqing 400050) Abstract Titanium alloys are widely used in clinic as the preferred metal material for the replacement and res2 toration of surgical implants. Based on the primary problem of biomedical titanium alloys in bioactivity , corrosion re2 sistance and wear resistance properties , the paper points out that surface modification is an effective approach to im2 prove these properties. The research and development status of surface modification for titanium alloys are reviewed , and the research trend of surface modification is also presented. Key words titanium alloys , surface modification , bioactivity , corrosion resistance , wear resistance 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[1 ,2 ] .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(AISI316L ,317L) 、 钴2铬(Co2Cr) 合金、 纯钛和钛合金

3 类材料 ;

其中钛在

20 世纪

40 年代首次被 Bothe、 Beaton 和Davenport 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[3 ,4 ] . 医用钛合金的发展可分为

3 个阶段[5~15 ] :首先是以纯钛和 Ti26Al24V 合金为代表的第一阶段 ,第二阶段以 Ti25Al22. 5Fe 和Ti26Al27Nb 等新型α+β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β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[16~26 ] ,但目前临床广泛 使用的钛合金仍以 Ti26Al24V 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[27~33 ] : (1) 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.(2) 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 TiO2 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. (3) 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 ;