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医用钛合金材料的发展、应用与趋势
发布时间:2024-05-29 09:45:52      点击次数:9

医用钛合金材料的发展与应用

医用钛合金因其出色的机械性能、优异的耐腐蚀性和极佳的生物相容性,在生物医学领域得到了广泛应用,尤其是在骨科、齿科和心血管等植介入物或器械中。与不锈钢和基于钴-铬的合金相比,钛及其合金因具有更高的强度、更低的弹性模量以及更好的生物相容性而被广泛使用。

近年来,低模量β型钛合金的开发仍在进行中,同时,多孔钛基合金作为一种替代的骨科植入材料也在发展中,这些材料可以通过骨组织生长进入其多孔网络中提供良好的生物固定。

β型钛合金因其低弹性模量和良好的生物相容性而受到关注,被视为制造下一代生物医学植入物的有前途材料。新型的Ti-Mo合金通过添加无毒元素如Mo、Si、Zr和Ta,不仅降低了弹性模量,还提高了耐腐蚀性和生物相容性。

此外,纳米结构化的商业纯度钛(CPTi)通过严酷塑性变形(SPD)技术处理后,可以显著提高材料的机械性能和生物反应活性,为牙科植入提供了一种新的解决方案。

尽管医用钛合金在临床治疗中的长效安全性和功能性已经得到了一定程度的满足,但其生物及力学相容性的进一步提高仍然是研究的重点。表面改性技术被认为是提高医用钛合金生物活性、耐磨性和耐腐蚀性的有效途径。例如,通过添加活性元素到生物医学钛和钛合金中,可以大幅降低术后感染的风险,并开发具有抗菌性能的新型生物材料表面。

医用钛合金因其独特的物理化学特性,在生物医学领域占有重要地位。未来的研究方向包括开发新型低模量、高强度、多功能且成本低廉的医用钛合金材料,以及通过表面改性技术进一步提高其生物及力学相容性,以满足临床治疗的需求。同时,纳米结构化技术和多孔材料的开发为提高医用钛合金的性能提供了新的可能性。

医用钛合金的最新研究进展

医用钛合金的最新研究进展主要集中在以下几个方面::

3D打印技术的应用

传统的医用钛合金植入物生产方式主要是铸造,这种方式产品种类单一,无法满足精准医疗的需求。3D打印技术因其能够提供多样化的加工方式,在医用钛合金领域显示出显著的优势。特别是在制造多孔医用钛合金方面,3D打印技术不仅可以实现复杂结构的设计,还能根据需要调整材料的密度和孔隙率,从而更好地适应不同的临床需求。

亚稳β钛合金的开发

亚稳β型钛合金因其具有更低的弹性模量和优异的生物相容性,被视为新一代医用钛合金材料的重点发展方向。这类材料通过添加无毒性的Nb, Mo, Ta, Zr和Sn等元素来实现其特性。当前的研究重点在于进一步降低弹性模量,提高强度、疲劳性能和功能特性等综合性能。此外,对合金化元素的交互作用机理、合金成分设计与组织性能调控方法以及微观力学机制等问题进行深入研究,也是该领域的重要方向。

表面改性技术的研究

由于医用钛及钛合金表面易形成惰性的钝化膜,影响了植入器械与软硬组织的结合,因此表面改性技术成为提高医用钛合金性能的关键。近年来,物理气相沉积、等离子喷涂、离子注入、激光熔覆、溶胶-凝胶合成等表面改性手段被广泛研究,以改善医用钛及钛合金的表面性能,如生物相容性、耐磨损性能和抗菌性能等。

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