医用金属质料又称外科植入金属质料，，，，，是最早举行临床应用的生物医用质料，，，，，现在在临床中的应用仍最为普遍。。。。。。。。医用金属质料主要用尴尬刁难骨骼、枢纽、牙齿以及血管等修复的质料使用。。。。。。。。临床使用最早的金属质料是有一定抗侵蚀性的不锈钢，，，，，主要使用316L奥氏体不锈钢。。。。。。。。随后在生物情形中具有更好的抗侵蚀性、组织反应也较小的C0一Cr合金也成为了主要的医用金属质料。。。。。。。。虽然使用中一直发明Co—Cr合金的毒性等弱点，，，，，可是由于于CO—Cr等系列合金的高度成熟以及钛合金加工上的难度高等因素，，，，，致使钛合金开发及应用相较其他合金落伍了，，，，，直到20世纪50年月Branemark把钛合金作为口腔莳植体应用后，，，，，钛及其合金作为外科植入质料才获得了普遍应用  。。。。。。。。近年来钛合金以其与骨更近似的弹性模量、优异的生物相容性及生物情形下优良的抗侵蚀性在临床上的应用越来越普遍，，，，， Co-Cr合金及不锈钢在临床应用上的主导职位已逐步被取代 。。。。。。。。

1、医用钛合金的生长

20世纪中叶以来，，，，，钛及钛合金的开发应用履历了三个阶段，，，，，第一阶段以纯钛和Ti-6Al-4V为代表(即古板的α钛合金)，，，，，第二阶段则是以T1-5Al-2.5Fe和Ti-6Al-7Nb为代表的新型的α+β型合金，，，，，第三个阶段则是正在举行的以开发研制生物相容性更好、弹性模量更低的β型和近β型钛合金为偏向的时代，，，，，其中以日型钛合金的研究开发最为普遍 。。。。。。。。

纯钛和Ti-6Al-4V是在临床最早应用的钛合金的代表。。。。。。。。纯钛在心理情形下抗侵蚀性能优异，，，，，但因其强度较低、耐磨损性能较差，，，，，而限制了它在承载较大部位的应用，，，，，现在主要于承载较小部分如口腔修复等用作骨替换。。。。。。。。相比之下，，，，，设计开发Ti-6Al-4V的最初目的是航天应用，，，，，它有强度较高、加工性能优异的特点，，，，，20世纪70年月最先在髋枢纽，，，，，膝枢纽等外科修复科目最先用于临床，，，，，随后被普遍接纳，，，，，但它耐蚀性欠好，，，，，偏高的弹性模量也容易引起“应力屏障”效应导致手术失败。。。。。。。。同时，，，，，临床上最先应用与Ti-6Al-4V相类似的Ti3-A1-2.5V作为股骨及胫骨的替换质料 。。。。。。。。此类合金的应用在其时极大的增进了外科学生长，，，，，但这类合金使用的两种元素V和Al都是有毒。。。。。。。。V的毒性甚至凌驾Cr和Ni，，，，，植入时间长后会群集在各个器官，，，，，能够诱发癌症。。。。。。。。而Al元素以铝盐形式在体内的积贮而导致器官的损伤，，，，，可引起神经杂乱、血虚和骨软化等症 ，，，，，别的Al元素还被以为与晚年性痴呆症有关。。。。。。。。为了阻止V元素的潜在毒性，，，，，经由几十年的探索和生长，，，，，20世纪80年月中期瑞士SULZER开发了Ti-6A1-7Nb ，，，，，德国也开发出了Ti-5Al-2.5Fe ，，，，，欧洲开发的这两种钛合金中的合金元素Nb和Fe都是无毒的，，，，，和Ti-6Al-4V相较量综合性能体现优异。。。。。。。。此类合金中虽然以Nb和Fe取代了毒性元素V，，，，，但Al元素仍然未被取代，，，，，另外，，，，，这两种合金的弹性模量虽有所下降但仍为骨的4～10倍，，，，，还不可完全阻止由于“应力屏障”导致莳植体周围的骨吸收，，，，，这会引起莳植体松动以及断裂，，，，，最终造成莳植失败。。。。。。。。因此，，，，，开发低弹性模量的新型无毒医用钛合金，，，，，以顺应临床上对莳植质料的要求，，，，，已成为生物医学金属质料开发的重点。。。。。。。。

针对以上问题，，，，，20世纪90年月以来美日等国等开发了多型新型医用β型钛合金。。。。。。。。研制这类合金的途径主要是通过添加具有生物特征的被称为稳固β生物元素(Nb、Mo、Ta、Sn等)的元素形成稳固的合金。。。。。。。。已经生长出了Ti-Nb系、Ti-Mo系、Ti-Zr系、Ti-Nb-Hf系、Ti-Nb-Zr系等系列，，，，，相比其他合金，，，，，这类合金除具有其他合金同样优异的综合性能外，，，，，主要的是其具有更低的弹性模量具有更好的力学顺应性。。。。。。。。

到现在，，，，，钛及其合金在种种生物质料的移植和修复，，，，，以及作为移植质料的定位和零部件等方面都获得普遍的应用。。。。。。。。

2、钛的生物相容性

医用质料不但要求力学特征和生物化学特征优异，，，，，还必需具有极好的生物相容性，，，，，即植入质料与人体界面之间不会爆发包括血液、组织和免疫反应等在内的有害反应。。。。。。。。由于钛合金外貌保存着TiO₂，，，，，氧化层，，，，，而TiO₂，，，，，氧化层具有水中消融度很低、固有毒性低、与生物分子的反应活性不高而近于化学惰性、抗炎作用显著等特点 ，，，，，因此就生物相容性而言纯钛及其合金是较量精彩的。。。。。。。。

人的体液中含有水和种种有机、无机离子等因素，，，，，正常体液PH值为7.4，，，，，这样的情形下侵蚀性是极高的；；；；；；；；组织中含盐的电解质具有增进电化学机制的侵蚀与水解的能力；；；；；；；；其中的有机分子及细胞能增进化学反应并有迅速破损外来因素的能力 。。。。。。。。

金属毒性的主要取决干元素固有的毒性及其与大分子团结的能力、剂量巨细等几个因素。。。。。。。。由于钛的氨氧化物消融常数低，，，，，惰性较大。。。。。。。。另外，，，，，TiO₂，，，，，在水溶液中泛起出弱酸性，，，，，钛生物分子络合物的反应很难爆发，，，，，即TiO₂，，，，，和生物分子间的反应活性不高。。。。。。。。TiO₂的介电常数较高也被以为是钛组织反应较小的的一个缘故原由，，，，，在室温下TiO₂，，，，，在所有三种保存形式(板钛矿、锐钛矿和金红石)下的介电常数均较大，，，，，和水的介电常数靠近，，，，，这说明在组织液中钛因极化爆发的静电力不大。。。。。。。。当外貌与水的介电常数相差较小时，，，，，卵白质分子就不会由于极化作用爆发的定向静电力的作用向莳植体外貌靠拢。。。。。。。。

因此，，，，，在心理情形下钛合金莳植体外貌吸附卵白质分子的概率较低。。。。。。。。

在炎性阶段，，，，，自由基和H₂O₂等强氧化剂由活性白细胞释放出，，，，，随后与钛的TiO₂氧化层爆发反应，，，，，增进钛氧化层消融，，，，，同时也增添了氧化层厚度。。。。。。。。体外实验也显示，，，，，经由H₂O₂，，，，，处置惩罚的钛合金外貌虽然钛氧化层的消融速率增添了，，，，，但仍能恒久坚持较低的碳反应活性，，，，，碳反应活性低也就体现它的炎性作用低。。。。。。。。

3、医用纯钛及其合金的外貌改性

由于目今还没有一种质料能完全知足临床上的种种要求，，，，，因此，，，，，对证料的外貌性子加以改变以顺应生物情形的需要就显得很是主要，，，，，它对细胞黏附、增殖、分解等一系列反应都会有影响。。。。。。。。外貌改性是一种通 过只改变质料的外貌性子但对证料整体不爆发影响的要领，，，，，外貌改性凭证被改变的外貌的性子可分为三类：外貌形态改性、物理化学改性和生物改性 。。。。。。。。经由改性后的质料外貌生物相容性、抗侵蚀性、耐磨性 等会更好，，，，，体现出“生物惰性”或者“生物活性”。。。。。。。。

对生物医用钛合金外貌举行改性的要领有许多，，，，，现在主要接纳的有以下几种。。。。。。。。

(1)激光熔覆法。。。。。。。。

等离子喷涂要领是现在应用最普遍的一种外貌改性手艺，，，，，该要领有许多优点，，，，，但它有个致命弱点就是涂层和基体团结的强度不敷大。。。。。。。。并且该要领在涂层制备和界面强化处置惩罚时必需分步举行，，，，，这增添了本钱，，，，，并造成涂层性能改变，，，，，效率受到影响。。。。。。。。

(2)离子注入外貌改性。。。。。。。。

该手艺作为生物医用质料外貌改性的一个新要领，，，，，现在主要应用于高分子以及金属材科外貌的改性上。。。。。。。。用该要领举行外貌改性对改善金属生物质料的耐侵蚀性、耐磨损性、耐疲劳性效果显著。。。。。。。。该要领的特点 通过在基体质料外貌一定深度准确注入预定剂量的高能离子，，，，，从而显著改变质料外貌的相结构、化学组分和组织，，，，，让植入体与生物组织相互作用爆发改变。。。。。。。。

(3)化学气相沉积(CVD)。。。。。。。。

化学气相沉积首先让挥发性的含有组成薄膜元素的化合物与其他气相物质爆发化学反应，，，，，让爆发的固态物质以原子态沉枳于放在适当位置的基底上面，，，，，就形成了所需要的质料。。。。。。。。氮化钛陶瓷或碳化钛陶瓷薄层在金属质料外貌天生就是使用化学气相沉积法的效果，，，，，这也使得金属质料的外貌耐蚀性和生物相容性大大改善、硬度大大增强。。。。。。。。但化学气相沉积法一样平常需要在900 ℃～2000 ℃的条件下举行，，，，，其反应温度凌驾了大大都金属质料的熔点，，，，，这极大的限制了它在生物医学金属质料外貌改性中的应用。。。。。。。。随后生长刷新的等离子体化学气相沉积(PCVD)能实现CVD在低温下举行。。。。。。。。同时PCVD还大大降低了因基体和薄膜热 膨胀系数不匹配而爆发的内应力，，，，，以是应用越来越普遍。。。。。。。。

(4)溅射。。。。。。。。

溅射镀膜也是刷新质料外貌性能的一个有用要领，，，，，属于物理气相沉积(PVD)法的一种，，，，，它使用真空室中的低压气体放电天生高能的正离子去轰击阴极，，，，，被轰击出的粒子在基片上沉积形成硬质薄膜。。。。。。。。我们通常说的溅射指的是二级溅射，，，，，又被称为阴极溅射。。。。。。。。

厥后在此基础上又生长了三级溅射、四级溅射、射频溅射等，，，，，但都由于它们的种种弱点限制了这些溅射手艺在生物质料改性中普遍应用。。。。。。。。直到20世纪70年月生长了磁控溅射手艺，，，，，这种手艺将磁控手艺和二级溅射手艺有机团结起来，，，，，使得二级溅射的“低速高温”的弱点得以战胜，，，，，其沉积速率也较二极溅射提高了一个数目级以上，，，，，自此溅射手艺的应用才迎来了新的生长时机。。。。。。。。

(5)电化学沉积法。。。。。。。。

电化学沉积法就是用电化学的要领调理电解液的浓度、pH值、反应温度、电场强度、电流等来控制化学反应的制备要领，，，，，也是常用的外貌改性手艺。。。。。。。。

(6)微弧氧化。。。。。。。。

微弧氧化的特点是在有色金属外貌原位生长陶瓷薄膜。。。。。。。。这种手艺接纳较高的事情电压，，，，，从而把事情区由阳极氧化法的法拉第区引入到了高压放电区，，，，，它使用了微弧区的瞬间高温烧结作用，，，，，因此又被称为微等离子体氧化或阳极火花沉积，，，，，接纳该手艺在合金外貌天生一层致密的氧化物陶瓷保唬唬唬唬；；；け∧さ暮穸瓤煽亍⒂氤牡捉嵝η俊⒊叽缱湫，，，，，合金耐磨性、绝缘性、耐腐性、抗热攻击性都得以大大提高。。。。。。。。其起点与其它陶瓷膜制备手艺完全不相同，，，，，理论以及手艺上都取得了突破，，，，，应用远景十分看好。。。。。。。。

(7)等离子喷涂。。。。。。。。

等离子喷涂手艺是用温度高达10000 ℃以上的高温等离子火焰将粉状待喷物料瞬间高速喷涂在冷态衬底上天生约0.05～0.1 mm的薄膜涂层。。。。。。。。钛及其合金的涂层一样平常接纳生物相容性优异的羟基磷灰石做涂料。。。。。。。。但这种要领由于涂层与基体之间以物理作用为主，，，，，结协力不敷大，，，，，逍遥较多，，，，，涂层的使用效能欠佳。。。。。。。。于是近年来又生长了用于等离子喷涂的后续真空热处置惩罚手艺，，，，，能在界面处形成化学键，，，，，涂层团结度获得增强。。。。。。。。

虽然等离子喷涂手艺有诸多误差，，，，，但它仍是现在应用最普遍的外貌改性要领，，，，，随着梯度等离子喷涂手艺及后续热处置惩罚手艺等新手艺的生长，，，，，等离子喷涂手艺也会越发完善。。。。。。。。

(8)烧结法。。。。。。。。

烧结涂层接纳类似于烧结与涂搪的要领，，，，，在衬底上涂上厚约0.2～0.35 mm的陶瓷或者玻璃外貌层。。。。。。。。该手艺保存了等离子喷涂手艺的诸多优点，，，，，同时阻止了其缺陷，，，，，实现了涂层组成的梯度转变，，，，，从而使其生物 学和机械力学等性能也梯度转变，，，，，涂层团结强度高，，，，，综合性能大为改善。。。。。。。。

4、结论

虽然钛合金在医学上的应用有重大的优势，，，，，但现在其用量不高，，，，，一方面由于高昂的价钱故障了其大规模推广应用，，，，，另外，，，，，现在正在使用的钛合金还具有弹性模量偏高、外貌活性差、耐磨性和耐蚀性差等各    不相同的弱点，，，，，这些都直接影响到质料的生物相容性，，，，，因此，，，，，开发综合性能更好的新型钛合金，，，，，或者通过外貌改性提高其性能就成为生物医用钛合金以后的重点研发偏向。。。。。。。。

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