醫（yī）用鈦合金的發展曆史
1940年初期，鈦合金的研（yán）發（fā）工作開始逐步進行，Bothe等人將鈦應用於老鼠骨中，發現鼠骨與鈦的相容性較好，沒有不良反應發生。到了（le）20世（shì）紀50～60年代，研發出了具（jù）有耐高溫特性的鈦合金，70年代初期又有一批耐蝕鈦合（hé）金相（xiàng）繼研製出，在80年代中期階段，第2代無釩的a+β型鈦合金(Ti-6Al-7Nb和Ti-5Al-2.5Fe)也被研（yán）製出，在臨床中（zhōng）得（dé）到一（yī）定的應用，但該種合（hé）金中有毒元素Al和Fe會對人體帶來一定的傷害，並且該合金的彈性模量還達（dá）不（bú）到真正股（gǔ）骨的標（biāo）準，會產生“應力屏蔽”使種植（zhí）體周圍出現骨吸收的現象，引起種植體斷裂或鬆動從而（ér）導致植入失敗。到了1990年伊（yī）始，美國和日本開始致力於研究第三代新型的醫用（yòng）鈦合金，其中（zhōng）以β型鈦（tài）合金為主。


醫用鈦合金作為一種新型合金，同時（shí）也是一種載體材料，被廣泛應（yīng）用於肢體植入（rù）、替代性功能材料、牙科、醫療器械等相關領域。鈦及鈦（tài）合金有：耐蝕性（xìng）好、比強度高、彈性模量（liàng）較低、耐疲勞（láo）、生物相（xiàng）容性好等特點。其中生物相容性好這一（yī）特點使其與其他金屬相比具（jù）有獨特的（de）優勢，因此在醫學領域獲得廣泛青睞，但由於其（qí）耐磨性及（jí）工藝性能不高，致力於（yú）對其進一步的改進工作也在不斷進行。
β鈦合金的研發
合金的製備原理與設計
(1)鈦合金的選擇
在選擇適應於醫用材料時，對於不同部位，材料的彈性模量、韌性、強度、耐蝕性等相關指標成為（wéi）考慮的必備因素。於振（zhèn）濤等人將不同金屬元素進行實驗比較，他們的研究結果顯示如下：V，Co，Cd，Cr，Ni，Hg等元素毒性較強，Fe，Al元素次之。在生物體（tǐ）內脾、肝、腎等部位發現（xiàn）有V的離子（zǐ）析出（chū）物，其生物毒（dú）性較大；而Al元素也會以Al鹽形式在體內蓄積從而導致人體的神經係（xì）統紊亂以及相（xiàng）應器（qì）官受損。Ta，Mo，Zr，Sn，Pd，Hf，Nb等元素生物相容性較好，可以作為合金的添加元（yuán）素（sù）。Mo，Sn，Zr，TaHf，Nb，Pd的化學穩定性好，並且Ta，Nb，Zr，Mo能夠使合金的彈（dàn）性模量降低，因此可以有效改善合金的（de）穩定性能。綜上分析，理想的生物醫用鈦合金可以選擇（zé）的合金係（xì）包括Ti-Mo-Nb、Ti-Zr-Nb、Ti-Zr-Mo-Nb和（hé）Ti-Zr-Sn-Mo-Nb等。
(2)鈦合金的設計
在合金的設計過（guò）程中，d電子設計理論為合金設（shè）計的基本方法。基（jī）本（běn）思（sī）想是：通過對Ti及其各添加元素的電子軌道（dào）參數進行計算，得到相應的Md值和Bo值，進而對合金的彈性模量和抗拉強度等有關參數進行分析。實驗表（biǎo）明，Md值（zhí）較低有利於（yú）相穩定，Bo值較高有利於提高（gāo）固溶的強化效果。在對介穩定β型鈦（tài）合金進行設計時，應該控製Md值2.35~2.45以及Bo值為2.75~2.85之間。熱穩定β型鈦合金在進（jìn）行塑性加工時會發生滑移變形，而介穩定β型鈦合金則可發生滑移（yí）、馬氏體或孿（luán）生變形(如圖1)所（suǒ）示。因而通過控製不同的（de）合金顯微組織結構可以使材料性能在較大範圍內得以提升。
4.鈦合（hé）金（jīn）的發（fā）展現（xiàn）狀
(1)低彈性模量的β鈦（tài）合金
美國研發了多種低模量的β鈦合（hé）金，Ti-13Mo-7Zr-3Fe和Ti-35Nb-7Zr-5Ta可作（zuò）為（wéi）替代髖關節的理想合（hé）金，其中Ti-13Mo-7Zr-3Fe合金具有更接近於人體骨骼標準的低彈性模量，可以減少“應力屏蔽”效應，從而可以有效的（de）降低植入（rù）對骨頭造成的損害。俄（é）羅斯也研發了（le）一（yī）種新的醫用鈦合金Ti51-Zr18Nb，其彈性彈性模量僅為47Gpa，並且其可逆變形量也高達（dá）2.83%。日本對低（dī）彈性模量的β鈦合金（jīn）進（jìn）行進一步改進，TNTZ合（hé）金在高壓（yā）扭轉下得到較大的塑性變形，並且該合金的抗拉強度也（yě）得到（dào）大幅度的提升。
(2)形狀記（jì）憶合金
形狀記憶合金具有變（biàn）形恢複功能，該功能源於熱彈性馬氏體相變。記憶（yì）合金中馬氏體會隨著溫度的改變而發生相應的變化，在高溫時呈現奧氏（shì）體相，低溫時呈現馬氏體相。其形狀記（jì）憶效應（yīng）還包括：單程記憶效應、雙程記憶效應以及全（quán）程記憶效應。除（chú）此之（zhī）外，形狀記憶合金還具有彎曲量大，塑性（xìng）高（gāo）的特點。因（yīn）此，在醫療方麵，可以用來製備：記憶NiTi牙弓絲、形狀記憶合金血液過濾器以及套管鏈接的鋁合金假肢。
(3)多孔（kǒng）鈦合金
“應力屏蔽”作（zuò）用所造成（chéng）的（de）植入體（tǐ）鬆動和斷裂使鈦及其合金的應用受到一（yī）定的限（xiàn）製，因（yīn）此，為了解決這一問題（tí），多孔鈦合金的（de）出現使植入體的性能得以改善。通過對孔隙率的大（dà）小進行調整，可以使合金的（de）彈性模量、強度、密度能夠與被替換的組織生物相容性增強，從而更好（hǎo）的進行匹配；此外，多孔的結構以及粗糙的表麵能夠使細（xì）胞黏附，有利（lì）於進行（háng）增殖和分化；孔洞可以成為使體內的營養物質和體液運輸的通道，有利於組織細胞進行再增長，加快愈合進程。因此，多孔鈦合金的優點在醫學上受到廣泛關注。
(4)鈦合金的表麵改性
鈦合金雖具有良好的（de）生物相容性，但其屬於生物惰性材料（liào）。耐磨性較低，在磨損條件下容易產生（shēng）大量的含有鈦的磨屑，甚（shèn）至可誘發炎症反應,導（dǎo）致植入體周圍的骨組織溶解，大大降低了其（qí）使用壽命。對鈦合金進行表麵改性可以（yǐ）在保留（liú）鈦合金（jīn）原有的優（yōu）良性（xìng）能的基礎上，使其生物相容性、耐磨（mó）性、耐蝕性等方麵增強，改善其臨床使用（yòng）性能從而更好的發揮其使用價值。鈦合金表麵改性方法有很多種，包括氧化改性法、氣相沉積法、離子（zǐ）注（zhù）入法、等離子噴塗法及激（jī）光（guāng）表麵（miàn）改性（xìng）法等。
5.醫用鈦合金的應（yīng）用
(1)牙科
鈦與人體結締的組織、骨骼上皮組織都具有良好的親和性，優良的力學性能（néng）也體現其（qí）在醫用合金中的優勢。且密度小、質量輕、耐腐蝕性好、戴用舒適，因此，鈦作為義齒（chǐ）(種（zhǒng）植牙)收（shōu）到廣泛青睞。此外，鈦義齒通過表麵處理之後，美觀性能增（zēng）加，能夠滿足大眾對美的需求，給人以視（shì）覺的享受（shòu）。
(2)肢體矯正
據有（yǒu）關（guān）文獻報道，每年世界上大約（yuē）有1 億（yì）病人患有（yǒu）膝關節和臂關節等有關炎症，進（jìn）行替換手術（shù）治療（liáo）勢在必行（háng），因此具有優良替換功能的鈦合金為此帶來福音。與陶瓷、不鏽鋼等材料相（xiàng）比，鈦合（hé）金的（de）彈性模量更接近於人體（tǐ）骨骼，在模量大小上更具有優勢。因此鈦合（hé）金在踝關節、肘關節等矯正中（zhōng）得以廣泛（fàn）應用。此外，多孔鈦合金材料能夠（gòu）使假體具有生（shēng）物活（huó）性（xìng），有（yǒu）助（zhù）於股骨頭的愈合；鈦合金（jīn）表麵（miàn）的生物相容性較好，能誘導骨細胞生長，因此被臨床醫生、骨科領域專家等所推崇。
(3)植入修複與替代
植入修複物，鈦及鈦合金作為植入（rù）修複物的優點主要有：①強（qiáng）度高，化學穩定性及生物相容性好（hǎo）；②無毒，對人體不會（huì）造成傷害；③彈性（xìng）模量低，與人體骨骼更匹配；④記憶合金具有的彈性能力（lì）和（hé）形狀（zhuàng）恢複功能。綜（zōng）上，鈦在顱骨修複方麵的應用主要體現在：利用鈦網可以修複（fù）缺損的顱（lú）骨。在人體心血管方麵的應用體現在：製備人造心髒瓣膜、血（xuè）液過濾器、心髒起搏器和人工心（xīn）髒泵等。