义齿钛合金成分的d-电子合金理论法设计

针对目前义齿用钛合金不足 ,采用d -电子合金设计理论设计了新型Ti-Fe -Mo -Mn -Nb -Zr系列义齿钛合金。研究了Fe、Mo、Mn、Nb和Zr对钛合金β相稳定性的规律。结果表明Fe、Mn、Mo和Nb有利于提高合金β相的稳定性 ,而Zr降低 β相的稳定性。d -电子合金设计理论结合成本核算 ,优化得到了比Ti2 9Nb13Ta4 .6Zr合金具有更优良的力学性能、成本更低 ,硬度更接近牙本质的钛合金Ti1Fe13Mo12Mn17Nb6Zr和Ti2Fe15Mo12Mn11Nb9Zr,这两种合金自腐蚀电位高 ,耐腐蚀性能良好。     

图像分析方法研究DLC膜/Ti6Al4V梯度材料的血液相容性稳定性

对 DL C膜 / Ti6Al4V梯度材料和 Ti6Al4V钛合金进行了血液相容性稳定性研究。用数字图像分析方法分别测定了材料生物摩擦磨损实验前后的血小板消耗率。研究表明 ,在 Hank' s溶液润滑条件下 ,经过 2 0 0 0 m摩擦磨损实验后 ,Ti6Al4V钛合金血小板消耗率显著增加约 5 0 % ,而 DL C膜 / Ti6Al4V梯度材料血小板消耗率没有明显增加。说明 DL C膜 / Ti6Al4V梯度材料在使用条件下具有很好的血液相容性稳定性     

β钛合金特性及其在骨科领域的应用现状和研究进展

目前常用于骨科的生物医学金属材料主要有不锈钢、钴铬合金、形状记忆合金、钛合金、贵金属材料等,其中钛合金凭借比重小、比强度高,具有较低的弹性模量、优异的耐腐蚀性和良好的生物相容性等特性[1],迅速在骨科领域得到了广泛而深入的发展和应用,成为人工关节(髋、膝、踝、肩、肘、腕、指关节等)、骨创伤产品(螺钉、钢板、髓内钉等)、脊柱内固定系统等骨科用内植入产品的理想材料[2-5].生物医用钛合金按显微组织类型可以细分为α型钛合金(如纯钛系列)、β型钛合金(如Ti-12Mo-6Zr-2Fe等)和α+β型钛合金(如Ti-6Al-4V等)三大类.与α型钛合金、α+β型钛合金相比,β型钛合金不含V和Al两种有毒元素,具有更低的弹性模量、更高的强度以及更好的生物相容性,不易产生“应力屏蔽”现象,因而具有更优异的综合性能,更适于作为植入物植入人体,成为了近年钛合金材料研究的热点.     

β钛合金研究进展及其在骨科中的应用前景

前言 医用钛合金的发展经历了三个阶段:纯钛和六铝四钒钛合金;以Ti-6A1-7Nb和Ti-5A1-2.5Fe为代表的a+β型合金;具有更好生物相容性和更低弹性模量的β钛合金.本文从材料学角度和生物相容性角度重点介绍了新型β钛合金的国内外研究进展.另外,本文还探讨了新型低弹性模量β钛合金在骨科方面的应用前景.     

新型无镍ZrCuFeAlAg非晶态合金的体外细胞毒性

通过检测一种新型无镍Zr-基非晶态合金Zr60.14Cu22.31Fe4.85Al9.7Ag3的体外细胞毒性,并与常用生物医用合金Ti6Al4V的细胞毒性进行比较,以评价该材料的生物相容性。按照ISO 10993-5:1999及GB/T 16886.5-1997标准,将Zr60.14Cu22.31Fe4.85Al9.7Ag3、纯Zr及Ti6Al4V材料按试件表面积与培养液体积比为1cm2/mL和0.5cm2/mL分别提取浸提液,再用Cell Counting Kit-8(CCK-8)试剂分别检测以浸提液培养的人骨肉瘤MG-63细胞1、3、5d后的光密度(OD)值并计算细胞相对增殖率(RGR)以评价其细胞毒性。将人骨肉瘤MG-63细胞培养于合金样本表面3d后固定并分别采用激光共聚焦显微镜(LSCM)及扫描电镜(SEM)观察各组材料表面细胞生长形态。间接细胞毒性试验CCK-8结果提示,Zr60.14Cu22.31Fe4.85Al9.7Ag3组及纯Zr组与Ti6Al4V组相同,其1、3、5d的细胞相对增殖率均大于85%,经细胞毒性分级均为0或1级,符合国家医用材料合格标准;直接细胞毒性试验LSCM观察人骨肉瘤MG-63细胞在各组材料样本表面生长形态相似,并且各组与阴性对照组细胞数量之间无明显差别;SEM观察到人骨肉瘤MG-63细胞于各组材料表面贴壁生长及细胞形态均良好,基本符合医用材料标准,表明该材料具有良好的细胞生物相容性。因此,我们初步认为它可成为潜在的生物医用替代材料,尤其用于骨科植入材料。     

热化学法制备CaTiO3涂层及涂层的生物相容性

背景：钛酸钙(CaTiO₃)作为一种有前途的涂层,可应用于钛基医用植入体表面。 目的：通过一种简单的热化学处理技术,在Ti6Al4V基体上制备均匀的CaTiO₃涂层,同时通过培养成骨细胞观察涂层生物相容性。 方法：通过将Ti6Al4V基体埋于无水硝酸钙(Ca(NO₃)₂)粉末中,并且升高温度;当温度处在Ca(NO₃)2熔点以上时,在Ti6Al4V基体上能够生成一层均匀的CaTiO₃层。同时在热化学处理温度为570 ℃的Ti6Al4V基体材料上进行成骨细胞培养,观察所制备涂层的生物相容性。 结果与结论：该涂层转化只有在(Ca(NO₃)₂)熔点(561 ℃)以上时才会发生,同时随着处理温度的升高,CaTiO₃晶体尺寸随之增大;经过热化学处理后的样品具有良好的生物相容性,对成骨细胞黏附、增殖具有更好的促进作用。该方法简单、有效,所制备的涂层具有良好的生物相容性,有望在钛植入体表面处理中获得应用,以提高金属表面与细胞、组织的相容性。     

射频磁控溅射法制备羟基磷灰石/β-磷酸三钙生物涂层

目的以粉末冶金烧成的羟基磷灰石(HA)/-β磷酸三钙(β-TCP)陶瓷为靶材,采用磁控溅射法在钛合金(Ti6Al4V)基体上制备HA/β-TCP生物涂层。方法利用XRD研究了复合涂层的晶化程度,讨论了涂层成分与生物降解性及相容性的关系。结果HA/β-TCP生物涂层为非晶态,经700℃,3h大气处理可显著提高涂层的晶化程度,当涂层成分为50wt%HA/50wt%β-TCP时其细胞相容性最好。结论在钛合金基体上制备HA/β-TCP生物涂层,通过HA与β-TCP的复合来控制材料的降解速度,使它的降解速度与周围骨组织的生长速度相匹配,使植入体具有良好的生物降解性、生物活性和力学性能。     

用于人体关节植入物的多孔纯钛/钛合金研究

目的研究Ti6Al4V合金基体上经钎焊制得的多孔纯钛／钛合金,并对其各项性能进行表征,探讨其是否适用于人体关节植入物。方法制备钎焊多孔纯钛／钛合金表面多孔层,采用SEM观察其形貌及孔径,采用重量法计算其孔隙率,采用Instron 4057材料试验机进行结合强度测试,并根据国家标准GB／T16886-3完成遗传毒性实验。结果纯钛／钛合金多孔层孔径为100μm以上,孔隙率6％以上;多孔层与基体的结合强度达到27MPa。遗传毒性试验结果为阴性。结论经钎焊可制得纯钛／钛合金球形粉末多孔层,其孔隙率和孔径允许骨细胞长入;多孔层与基体的结合强度能够满足植入要求,并具有较好生物相容性;经钎焊制得的纯钛／钛合金多孔层是一种可用于人体关节植入物的表面结构形式。     

电子束熔融法制备的医用Ti6Al4V在人工模拟体液中的耐腐蚀行为

目的研究电子束熔融技术(EBM)3D打印制备的医用Ti6Al4V不同打印截面在Hank's模拟人工体液中的电化学腐蚀行为。方法采用开路电位和动电位极化曲线方法研究了Ti6Al4V不同打印截面,分别记为EBMXOY面(垂直于打印方向的钛合金截面)和EBM-YOZ面(平行于打印方向的钛合金截面),在Hank's模拟人工体液中的电化学腐蚀行为,利用SEM、XRD和金相显微镜分析了其表面形貌和物相组成及其腐蚀机理,并与传统医用锻造Ti6Al4V进行了对比研究。结果与传统医用锻造Ti6Al4V合金相比,EBM-YOZ面钛合金在Hank's模拟人工体液中的开路电位、腐蚀电位和腐蚀电流与之相当,显示出与之接近的耐腐蚀性能;EBM-XOY面钛合金的耐腐蚀性能较EBM-XOZ面和传统锻造钛合金稍差,主要原因是EBM-XOY面的α+β相界面积大,相含量较高,且被优先溶解,因此,耐腐蚀性能较差。结论电子束熔融制造的Ti6Al4V不同截面的耐腐蚀性能不同,EBM-YOZ面的耐腐蚀性能与传统医用锻造钛合金相当,EBM-XOY面的耐腐蚀性能稍差。     

β型钛合金材料的生物相容性评价

背景:前期大量研究证实钛及钛合金具有良好的生物相容性和较强的耐腐蚀性,β钛合金以其高机械强度、低弹性模量,使其成为目前最具有吸引力的金属生物医学应用材料。目的:评价两种新型β型钛合金材料TLE(Ti-(3～6)Zr-(2～4)Mo-(24～27)Nb),TLM2(Ti-(1.5～4.5)Zr-(0.5～5.5)Sn-(1.5～4.4)Mo-(23.5～26.5)Nb)的生物相容性。方法:取健康成年新西兰兔30只,随机抽签法分为皮下植入组和肌肉植入组。将2种新型钛合金TLE、TLM2加工成圆柱形实验试件,分别植入家兔大腿皮下和背侧肌肉内。对照材料(Ti-6Al-4V)同法植入同一动物的对侧相同部位。依据GB/T16886.6-1997标准,在1,2,6,12,24周取标本大体观察纤维包膜的形态,光学显微镜下观察皮下和肌肉组试件与周围组织界面反应情况,苏木精-伊红染色进行组织学观察。结果与结论:植入2,6,12,24周后,试件周围均形成了血管化的包膜,随着植入时间的延长包膜逐渐变薄、透明度增高,包膜内毛细血管的数量增加。肌肉植入组包膜厚度在6,12周时比皮下植入组薄,炎细胞主要是中性粒细胞、巨噬细胞、多核巨细胞、淋巴细胞和浆细胞,随着时间的延长,各类炎细胞的数量逐渐减少,12周后中性粒细胞数量明显减少,淋巴细胞和浆细胞随时间延长数量逐渐变少,24周时均未见中性粒细胞。说明TLE,TLM2新型医用钛合金生物相容性好,具有良好的临床应用前景。     

人工关节材料的仿生性能及临床应用

目的:通过分析国内外常用的金属材料、高分子材料、陶瓷材料和碳质材料人工关节的研究现状,探讨各种假体材料的优势及存在的问题,结合人工关节置换的仿生性原理,对开发新型下肢关节假体材料,提高置换关节使用寿命等重要的现实问题提出发展思路。方法:以"人工关节,假体材料,仿生性能"为关键词,采用计算机检索万方数据库(http://www.wanfangdata.com.cn/)中1993-01/2009-10有关仿生性人工关节材料实验研究与临床应用的文章,排除重复研究或Meta分析类文章。以22篇文献为主,重点对以下3个问题进行讨论:①人工关节的仿生性原理。②人工关节材料的研究现状。③人工关节的仿生性能及其临床应用。结果:目前应用于临床的人工关节材料主要是金属材料、高分子材料和陶瓷材料,科研人员正努力探索耐磨损、无毒害的新型材料,尤其是复合型涂层材料和仿生软骨材料,来加速推进接近或实现人体关节性能的假体关节。结论:人工关节仿生性能的实现是一个多学科交叉研究的系统工程,人工关节仿生需要进一步研究和开发人工关节制作材料,同时要结合结构、功能等特性,深入研究人工关节置换后关节运动的受力合理性,减少对人工关节的磨损速度。临床决策应从人体的整体出发,在经济条件允许情况下,可以考虑人工关节的个性化匹配,量身定做,使之更贴近每个患者的身体结构、关节形状和大小、功能特点以及体质状况。     

电子束熔融制造医用Ti6Al4V在人工模拟体液中耐腐蚀行为

目的 研究电子束熔融技术（EBM）3D打印制备的医用Ti6Al4V不同打印截面在Hank''s模拟人工体液中的电化学腐蚀行为。方法 采用开路电位和动电位极化曲线方法研究了Ti6Al4V不同打印截面,分别记为EBM-XOY面（垂直于打印方向的钛合金截面）和EBM-YOZ面（平行于打印方向的钛合金截面）,在Hank''s模拟人工体液中的电化学腐蚀行为,利用SEM、XRD和金相显微镜分析了其表面形貌和物相组成及其腐蚀机理,并与传统医用锻造Ti6Al4V进行了对比研究。结果 与传统医用锻造Ti6Al4V合金相比,EBM-YOZ面钛合金在Hank’s模拟人工体液中的开路电位、腐蚀电位和腐蚀电流与之相当,显示出与之接近的耐腐蚀性能;EBM-XOY面钛合金的耐腐蚀性能较EBM-XOZ面和传统锻造钛合金稍差,主要原因是EBM-XOY面的α+β相界面积大,α相含量较高,且被优先溶解,因此,耐腐蚀性能较差。结论 电子束熔融制造的Ti6Al4V不同截面的耐腐蚀性能不同,EBM-YOZ面的耐腐蚀性能与传统医用锻造钛合金相当,EBM-XOY面的耐腐蚀性能稍差。     

Ti-Fe-Mo-Mn-Nb-Zr合金在不同pH值乳酸中的腐蚀性能研究

对应口腔环境中 p H值发生明显变化以及形成龋齿的自然现象 ,采用加速试验法研究了新型钛合金在不同 p H值乳酸中浸泡的耐腐蚀性能。研究表明当 p H=4即酸性略高于龋齿发病时酸性条件下 ,新型牙科钛合金能够完全耐乳酸腐蚀。在乳酸中腐蚀形式以点蚀为主 ,且随酸性增强有向晶间腐蚀转变的趋势。ICP分析表明合金在乳酸中的溶解析出物主要是 Fe,Fe的加入不利于合金的耐腐蚀性能。热力学计算表明设计的新型钛合金氧化膜含有 Mn2 O3、Nb2 O5、Zr O2 和 Ti O2 中的全部或部分 ,XPS分析表明氧化膜中的确含有 Mn2 O3、Nb2 O5和 Ti O2 ,主要是 Ti O2 。这三种氧化物致密且 Ti O2 和 Nb2 O5耐腐蚀 ,有利于合金的耐腐蚀性能。     

生物医用钛合金表面离子束辅助沉积氧化钛膜层

为改善钛合金(Ti6Al4V)的生物相容性,采用离子束辅助沉积(Ionbeamenhanceddeposition,IBED)技术制备了氧化钛膜层。结果表明钛合金上的膜层涂覆均匀,基体的铝和钒元素已经探测不到,膜层为含氮和沿(111)面取向的TiO相;膜层划痕实验的临界载荷为16.8N,膜层以塑性变形的方式破坏。     

图像分析方法研究DLC膜／Ti6A14V梯度材料的血液相容性稳定性

对DLC膜/Ti6A14V梯度材料和Ti6A14V钛合金进行了血液相容性稳定性研究。用数字，图像分析方法分别测定了材料生物摩擦磨损实验前后的血小板消耗率，研究表明，在Hank‘s溶液润滑条件下，经过2000m磨擦磨损实验后，Ti6A14V钛合金血小板消耗率显著增加约50%，而DLC膜/Ti614V梯度材料血小板消耗稿费没有明显增加，说明DLC膜/Ti6A14V梯度材料在使用条件下具有很好的血液相容性稳定性。     

碳增强聚醚醚酮人工关节假体材料的磨损性能研究

目的研制新型人工关节假体材料-碳纤维增强的聚醚醚酮(CFPEEK),评价其生物磨损性能.方法采用国产材料和工艺研制出CFPEEK复合材料,在模拟体液环境下对其本身以及与不同磨擦偶间的磨损性能进行测试,并与传统髋臼假体材料超高分子聚乙烯(UHMWPE)和传统金属人工关节材料的耐磨损性能进行比较.结果 1 CFPEEK的体积磨损率只为UHWMPE的1/2,耐磨损性能明显优于UHMWPE.CFPEEK与钴铬钼合金(CoCrMo)对磨将产生最少的磨屑.CFPEEK与CoCrMo对磨时的摩擦系数最低.2 CFPEEK的体积磨损率分别为钛合金(Ti)和CoCrMo的1/50和1/20 ,前者与后两者相比,均具有非常显著性差异,磨损表面形态观察显示CFPEEK磨痕细小,基质--纤维结合良好.结论 CFPEEK材料具耐磨损、生物相容性好的特点,是一种未来假体的理想材料.     

心血管支架用TLM钛合金性能评价

尽管现已发展成熟的心血管支架用材主要有不锈钢、CoCr合金及NiTi合金,但是不含毒性元素、具有良好生物相容性及高强度低弹性模量的新型β钛合金已成为生物医用材料领域的研究热点。文章概括了新型医用近β型钛合金TLM（Ti-25Nb-3Mo-3Zr-2Sn）的高强度、低弹性模量及高塑性的力学特征,并对其生物相容性进行了综合评价。基于优异的塑性成形性能和生物力学相容性．TLM钛合金有望成为一种新的心血管支架用材料。     

碳增强的聚醚醚酮人工关节假体材料的磨损性能研究

目的 研制新型人工关节假体材料-碳纤维增强的聚醚醚酮(CFPEEK)，评价其生物磨损性能。方法 采用国产材料和工艺研制出CFPEEK复合材料，在模拟体液环境下对其本身以及与不同磨擦偶间的磨损性能进行测试，并与传统髋臼假体材料超高分子聚乙烯(UHMWPE)和传统金属人工关节材料的耐磨损性能进行比较。结果 1 CFPEEK的体积磨损率只为UHWMPE的1／2，耐磨损性能明显优于UHMWPE。CFPEEK与钴铬钼合金(CoCrMo)对磨将产生最少的磨屑。CFPEEK与CoCrMo对磨时的摩擦系数最低。2CFPEEK的体积磨损率分别为钛合金(Ti)和CoCrMo的1／50和1／20，前者与后两者相比，均具有非常显著性差异，磨损表面形态观察显示CFPEEK磨痕细小，基质纤维结合良好。结论 CFPEEK材料具耐磨损、生物相容性好的特点，是一种未来假体的理想材料。     

抗菌钛合金Ti6Al4V-6Cu表面构建成骨细胞膜片的实验研究

目的:探讨大鼠颌骨成骨细胞在抗菌钛合金Ti6Al4V-6Cu表面构建细胞膜片的可行性。方法:体外培养大鼠颌骨成骨细胞,采用富含维生素C培养基在抗菌钛合金Ti6Al4V-6Cu表面构建细胞膜片（细胞膜片组）,并以单纯培养基作对照（对照组）,检测膜片形成过程中碱性磷酸酶（ALP）和成骨相关基因ALP、I型胶原（Col-1）、骨形成蛋白2（BMP-2）的表达情况。结果:采用富含维生素C的培养基连续培养可在抗菌钛合金Ti6Al4V-6Cu表面成功构建成骨细胞膜片,该细胞膜片由多层细胞构成,富含胞外基质。相对于对照组,细胞膜片组的膜片形成过程中成骨细胞ALP活性及成骨相关基因ALP、Col-1、BMP-2的表达均显著增高。结论:在抗菌钛合金Ti6Al4V-6Cu表面可成功构建成骨细胞膜片,有望与Ti6Al4V-6Cu联合应用于引导性骨再生术。     

多孔钽金属的骨外科应用:关节置换假体及软骨重建支架

背景:多孔钽金属具有稳定的生物学特性、良好的生物相容性,且具有整体容积孔隙率高、弹性模量低及表面摩擦系数高等特点,是一种较理想的骨科植入材料。目的:综述钽金属在人工关节、脊柱、骨坏死和骨缺损等方面的应用现状。方法:应用计算机检索1990至2014年PubM ed数据库、万方数据库及维普数据库,英文检索词为"Porous tantalum,biological character,orthopedic applications",中文检索词为"多孔钽;生物学特性;骨科应用"。结果与结论:多孔钽金属具有较大的孔隙率与表面摩擦力,有与人体骨质接近的弹性模量,有较好的生物相容性,这些优点提高了其在体内的稳定性,是一种良好的骨科植入材料,多用于一体化髋臼杯、全髋关节翻修臼杯与髋臼增强垫块、多孔钽金属棒及胫骨平台假体、髌骨假体、钽金属椎间融合器等,取得了良好的临床效果。