外科(ke)植入(ru)物(wu)用钛(tai)棒钛管的(de)执(zhi)行标准(zhun)牌号(hao)与展(zhan)望(wang)

外科植(zhi)入物(wu)材料(liao)是(shi)用(yong)于对生物体(ti)进行治疗、 修(xiu)复(fu)、替(ti)换(huan)病(bing)损组织(zhi)器(qi)官(guan)或增(zeng)进其(qi)功(gong)能(neng)的(de)材(cai)料(liao)，要(yao)求(qiu)材(cai)料(liao)具有(you)生物(wu)相(xiang)容性、优良的(de)机械性(xing)能和(he)耐(nai)腐蚀性(xing)能(neng)，主(zhu)要用于生(sheng)物体硬组(zu)织和软组织的(de)修(xiu)复(fu)、 替(ti)换(huan)以及(ji)人工(gong)器官(guan)的(de)制(zhi)造(zao)。 随着(zhe)生(sheng)物(wu)技术的蓬(peng)勃发(fa)展和(he)重大突破，外(wai)科(ke)植入物材(cai)料及其产(chan)业将(jiang)成为(wei)世界经济(ji)的新支柱 。

目前广(guang)泛(fan)应用(yong)的(de)外(wai)科(ke)植入(ru)物(wu)金(jin)属(shu)材料(liao)有(you)不(bu)锈(xiu)钢、钻(zuan)基(ji)合金(jin)、钛及(ji)钛合(he)金、贵(gui)金(jin)属(shu)和(he)纯金属(shu)（钽、铌(ni)等(deng)）五大类(lei)。 不(bu)锈钢价(jia)格(ge)低(di)廉易于加(jia)工(gong)，但(dan)耐蚀(shi)性(xing)和(he)生物相(xiang)容性较差(cha)，弹性模(mo)量(liang)高(gao)；钴(gu)铬合(he)金(jin)的耐磨(mo)性好(hao)，但密度(du)较大，含对人(ren)体(ti)有毒(du)元(yuan)素；贵(gui)金属(shu)、纯(chun)金(jin)属(shu)有(you)强(qiang)耐腐蚀(shi)性，但价(jia)格(ge)昂(ang)贵 。

钛(tai)及(ji)钛(tai)合(he)金(jin)由(you)于(yu)具(ju)有(you)比(bi)强度高、生(sheng)物相容(rong)性(xing)好(hao)、弹(dan)性(xing)模量(liang)较低、耐(nai)蚀(shi)性(xing)好等(deng)特(te)点(dian)，成(cheng)为(wei)理(li)想(xiang)的外科植(zhi)入物金属材(cai)料，被广泛(fan)应(ying)用(yong)于人(ren)体(ti)骨(gu)、关(guan)节(jie)、牙(ya)科、整形外(wai)科(ke)、 心脏外科、体内(nei)支(zhi)撑架(jia)等医(yi)学(xue)领(ling)域(yu) 。

1、外科植(zhi)入(ru)物用(yong)钛及钛(tai)合(he)金(jin)发(fa)展(zhan)历(li)史

外(wai)科(ke)植(zhi)入(ru)物(wu)用钛及(ji)钛合(he)金从(cong)应(ying)用(yong)初(chu)期(qi)至(zhi)今(jin)经(jing)历了(le)三个(ge)发(fa)展阶段(duan) 。

1.1 应用(yong)初(chu)期

钛在生(sheng)物(wu)医学(xue)方(fang)面的研发(fa)史可(ke)追(zhui)溯到上(shang)世纪40年代 当时证实了(le)纯(chun)钛良(liang)好(hao)的(de)生物(wu)相容性。 但由于医(yi)用不锈钢(gang)、钴(gu)铬合(he)金在二(er)次(ci)世(shi)界大战(zhan)期间(jian)已(yi)开始盛行， 钛(tai)合金在(zai)生物医学领域的(de)应(ying)用和(he)发展比(bi)较(jiao)缓(huan)慢。 自60年(nian)代(dai)起将(jiang)纯钛用于(yu)口(kou)腔种植体后(hou)，纯钛作外(wai)科植(zhi)入(ru)物材料才(cai)得到(dao)广(guang)泛(fan)发展。 随后(hou)Ti-3A1-2.5V也(ye)在临(lin)床上(shang)被(bei)用(yong)作(zuo)股骨和(he)胫(jing)骨(gu)替换材(cai)料。 纯(chun)钛及(ji)Ti3-Al-2.5V虽(sui)然(ran)在(zai)生(sheng)理(li)环(huan)境(jing)中抗腐(fu)蚀性(xing)优良(liang)， 但(dan)其(qi)强度(du)较低、耐(nai)磨性(xing)较(jiao)差，从而限(xian)制了它在(zai)骨科较大承(cheng)载力(li)部(bu)位的使用 。

随(sui)后(hou)，1954年美(mei)国(guo)水城兵(bing)工厂实(shi)验(yan)室研制(zhi)成功(gong)的(de)Ti-6A1-4V, 因(yin)具有(you)较(jiao)高(gao)的强(qiang)度和综合的加(jia)工(gong)性能 ， 逐渐(jian)由(you)宇(yu)航(hang)工业推向医(yi)用(yong)，并(bing)于上世(shi)纪(ji) 70年代(dai)后期(qi)被广(guang)泛(fan)用于制(zhi)作接骨(gu)板(ban)、 骯关节 、 髓(sui)内钉(ding)等(deng)外(wai)科(ke)修复(fu)或替换(huan)材料(liao)。直(zhi)至(zhi)目(mu)前， TI6A14V仍(reng)是(shi)广(guang)泛应(ying)用(yong)于外(wai)科植(zhi)入(ru)物(wu)材料(liao)的(de)重要(yao)钛(tai)合金 。

纯钛 、 Ti-3A1-2.5V 、 Ti-6A1-4V钛(tai)合(he)金属于(yu)第(di)一(yi)代(dai)外(wai)科(ke)植(zhi)入物(wu)用(yong)钛及(ji)钛合金，这(zhe)一(yi)时(shi)期(qi)材(cai)料(liao)就(jiu)地取(qu)材(cai)，没(mei)有专(zhuan)门(men)开发针(zhen)对(dui)生物医(yi)学(xue)工程用的(de)钛(tai)合金(jin) 。

1.2 发(fa)展阶(jie)段(duan)

随(sui)着临床医学(xue)发现V元素可(ke)引起呼(hu)吸、神(shen)经、胃肠(chang)和造(zao)血(xue)系统(tong)的(de)损(sun)害(hai)， 降低(di)生(sheng)物(wu)体(ti)抵抗(kang)外(wai)界压(ya)力、毒素及(ji)致(zhi)癌(ai)物(wu)的能(neng)力， 长(zhang)期用(yong)于(yu)人体(ti)有(you)潜在危(wei)害(hai)。

为(wei)扩大钛合(he)金在(zai)医疗领(ling)域(yu)的(de)应(ying)用，消(xiao)除(chu)锐钒元(yuan)素对(dui)生物体的(de)毒(du)副(fu)作(zuo)用(yong)，上(shang)世(shi)纪(ji)80年代(dai)由(you)瑞士Sulzer医学技术公司开(kai)发(fa)了(le)Ti-6Al-7Nb钛合金， 并于(yu)1985年开展临(lin)床(chuang)应用，取(qu)得(de)了(le)良好(hao)效果。 相(xiang)继建立了(le)ASTM F1295、ISO 5832-11等医(yi)用钛合金材(cai)料(liao)标准。 同(tong)时期(qi) ，其他(ta)国(guo)家(jia)也(ye)研(yan)制(zhi)了无(wu)钒医(yi)用钛合(he)金， 如德(de)国开发(fa)的(de)Ti-5Al-2.5Fe医用(yong)钛(tai)合金(jin)， 并建立(li)了ISO 5832-10国际(ji)标(biao)准。

自(zi)上世纪80年(nian)代(dai)未(wei)起，以(yi)Ti6-Al-7Nb为代(dai)表的第二(er)代钛(tai)合金在(zai)国(guo)际(ji)得(de)到认(ren)可后(hou)， 便(bian)在医疗(liao)行业(ye)广(guang)泛应用。

1.3 提高阶(jie)段(duan)

以Nb、 Fe等(deng)元(yuan)素(su)代替有毒(du)V元(yuan)素(su)的第二(er)代(dai)医(yi)用(yong)钛合金， 其性(xing)能较(jiao)Ti-6A1-4V并(bing)无(wu)明显改(gai)进， 见表(biao)1 。

表(biao)1 外(wai)科(ke)植(zhi)入(ru)物(wu)材料(liao)性(xing)能对比

第二(er)代钛(tai)合金(jin)的弹性模量(liang)与人体(ti)骨弹性(xing)模(mo)量仍差(cha)距较大(da)， 容(rong)易产(chan)生“ 应力屏蔽(bi) ”，从而导致种(zhong)植体周(zhou)围出(chu)现(xian)骨吸收(shou)和(he)功能(neng)退化(hua)， 最终(zhong)引起(qi)种植(zhi)体(ti)的(de)松(song)动(dong)或(huo)断裂而造成(cheng)种(zhong)植(zhi)失(shi)败(bai)；同(tong)时(shi)随(sui)着(zhe)医(yi)学临(lin)床的研(yan)究， 证明A1、V、Co、Ni、Fe、Cr等细(xi)胞(bao)毒性(xing)元(yuan)素(su),长期植入人(ren)体内， 会(hui)降低(di)细胞适(shi)应(ying)性(xing)， 造(zao)成(cheng)骨(gu)质(zhi)疏松(song)和精(jing)神(shen)紊乱等(deng)病(bing)症。

自上(shang)世(shi)纪90年(nian)代(dai)起，美(mei)国(guo)、日(ri)本(ben)便开(kai)始(shi)研制(zhi)采(cai)用(yong)Nb、Ta、Mo、Zr、Sn 替(ti)A1、V、Ni、Fe、Cr等有毒(du)元素，且(qie)强度高(gao)、生(sheng)物(wu)相(xiang)容性好、 弹(dan)性模(mo)量(liang)更接(jie)近(jin)人体骨(gu)的第(di)三(san)代β型(xing)外(wai)科植(zhi)入(ru)物(wu)用钛(tai)合(he)金(jin)。如美(mei)国的Ti-13Nb-13Zr、Ti-15Mo-2.8Nb-0.2Si、Ti-15Nb、Ti-16Nb-10Hf,Ti-15Mo、Ti-35.3Nb-5.1Ta-7.1Zr；日(ri)本的Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr、Ti-29Nb-13Ta-2Sn。至(zhi)今(jin),低(di)模量(liang)亚稳(wen)定β钛(tai)合金(jin)仍是外(wai)科(ke)植入物(wu)用(yong)钛(tai)合金(jin)材料研究的(de)重(zhong)点(dian)。

2、外(wai)科植(zhi)入(ru)物(wu)用钛(tai)及钛(tai)合(he)金(jin)标(biao)准现(xian)状(zhuang)

我(wo)国外(wai)科植入(ru)物(wu)用钛及钛合(he)金材(cai)料(liao)生(sheng)产主要(yao)采(cai)用中国(guo)国(guo)家(jia)标(biao)准（GB或(huo) GB/T）、美国(guo)材料与(yu)试(shi)验协(xie)会(hui)标准（ASTM）及(ji)国际标(biao)准（ISO）三(san)类，见(jian)表2。

表(biao) 2 典(dian)型(xing)外科植(zhi)入物(wu)用钛(tai)及(ji)钛合金(jin)现行材(cai)料(liao)标准

国(guo)际ISO外科植入物(wu)用材料(liao)标准(zhun)为(wei)ISO 5832系(xi)列(lie)。 涉(she)及(ji)第一 、 二(er)代钛及钛合(he)金(jin)共 4 个(ge)标准（关(guan)于Ti-5Al-2.5Fe的(de)ISO 5832-10 于2000年(nian)废(fei)止(zhi)）。 国(guo)际ISO标准在(zai)内(nei)容(rong)上只规定(ding)了(le)材料的(de)基础属性， 如(ru)化学成分(fen) 、 力(li)学性能和显微组(zu)织(zhi)。

美国(guo)ASTM 外(wai)科(ke)植(zhi)入(ru)物(wu)用材(cai)料标(biao)准(zhun)为(wei)ASTM F系列(lie) ， 涉(she)及了(le)已(yi)临(lin)床应用的三(san)代钛及钛(tai)合(he)金(jin)材料，且(qie)标准(zhun)的更新(xin)速(su)度(du)较快(kuai)。美(mei)国(guo)ASTM 标准(zhun)除(chu)材料基础属性(xing)外，还(hai)对尺寸(cun)公(gong)差、表面污(wu)染层(ceng)和(he)无损检测做(zuo)了规(gui)定。 自(zi)2011年(nian)后，ASTM F系(xi)列钛(tai)标准更(geng)新中陆续加入(ru)了美国宇航(hang)材料(liao)的(de)相(xiang)应要(yao)求，如 AMS 2380“优质钛(tai)合金的(de)认可(ke)及(ji)控(kong)制(zhi)”和(he)AMS 2631“钛及(ji)钛合(he)金棒材及锻坯(pi)的(de)超(chao)声(sheng)波(bo)检验(yan)”。美国(guo)ASTM F系(xi)列的变化(hua)体现(xian)了外(wai)科(ke)植(zhi)入(ru)物(wu)用(yong)钛(tai)材在(zai)质量(liang)体(ti)系上的高要求(qiu)不低于(yu)宇航(hang)用钛(tai)材。

中国GB或GB/T标准(zhun)主要(yao)通(tong)过采用(yong)美国(guo)ASTM及国(guo)际ISO先(xian)进标准制(zhi)定，因(yin)此(ci)标准整(zheng)体上(shang)与国(guo)外(wai)先进标(biao)准有一定的(de)滞后(hou)性(xing)，性能(neng)指(zhi)标(biao)虽与(yu)国(guo)外(wai)先进(jin)标(biao)准(zhun)无差距，但缺(que)少完善(shan)的(de)质(zhi)量保证(zheng)体系及配套工艺(yi)。同时ASTM与ISO在力学性能(neng)检测方(fang)法(fa)上体(ti)系(xi)有差异(yi)， 因(yin)此在(zai)合并采(cai)用美(mei)国(guo)ASTM及(ji)国际ISO标(biao)准(zhun)时(shi),国(guo)内标准(zhun)规(gui)定(ding)的塑性(xing)指(zhi)标与(yu)国(guo)外先进标(biao)准(zhun)有可能并不(bu)一(yi)致(zhi) 。

3、存(cun)在(zai)问题(ti)

随(sui)着临床(chuang)医(yi)学(xue)的(de)进(jin)步(bu)，外(wai)科植入(ru)物用钛(tai)急剧攀(pan)升，国(guo)内很多医疗生产厂家已将(jiang)钛(tai)合(he)金材(cai)料(liao)植入物(wu)作为产品开(kai)发的(de)重(zhong)点(dian)，但(dan)还存(cun)在很多问题。

①材(cai)料研究仍以(yi)仿(fang)制(zhi)或(huo)改进(jin)国外材料(liao)为(wei)主， 缺少真正(zheng)的自(zi)主创新产品； 国内临床研究缺(que)乏(fa)统计(ji)学(xue)意义(yi)， 不被(bei)国(guo)际认(ren)可研究(jiu)成果转化慢(man) 。

②国内外(wai)科植入物(wu)材(cai)料(liao)标(biao)准(zhun)以(yi)等同翻(fan)译或修改(gai)采(cai)用(yong)ASTM及(ji)ISO标(biao)准制定(ding)， 但(dan)并无(wu)制(zhi)定(ding)与之相配套(tao)的(de)专用生(sheng)产工(gong)艺、质(zhi)量控制检(jian)验程序(xu)及(ji)相(xiang)关法规。 现国内(nei)除个(ge)别有军工(gong)体系及(ji)美国(guo)宇航(hang)体(ti)系认(ren)证的(de)企(qi)业能(neng)得(de)到国(guo)外(wai)高(gao)端(duan)医(yi)疗(liao)机(ji)构认(ren)可外,绝(jue)大多(duo)数企(qi)业(ye)进入(ru)不(bu)了国外市场问。

③外科(ke)植入物(wu)产品生(sheng)产(chan)厂(chang)家(jia)对(dui)钛合金材(cai)料牌号(hao)、性能(neng)缺乏(fa)科(ke)学认识，盲(mang)目认为符(fu)合标(biao)准的(de)就(jiu)行,不(bu)了解上(shang)游(you)材(cai)料(liao)生产(chan)厂(chang)家是(shi)否有相(xiang)应(ying)生产(chan)资(zi)质，材(cai)料(liao)追(zhui)溯性不(bu)强；导(dao)致(zhi)出现(xian)由(you)于产品材(cai)料原(yuan)因而造成(cheng)多例植入(ru)物在(zai)体内(nei)发生断(duan)裂(lie)失效 ， 引(yin)起(qi)医疗(liao)纠纷的事件(jian) 。

④对外科(ke)植入物(wu)用钛合金材料的(de)研究(jiu)力度不够。钛合金植(zhi)入物(wu)材料的(de)加(jia)工工艺(yi)、表面(mian)处理水(shui)平(ping)等(deng)都(dou)与(yu)世界(jie)先(xian)进(jin)水平(ping)有很(hen)大(da)差距(ju)。

4、展(zhan)望

作为外科植入(ru)物使(shi)用的主(zhu)要金属(shu)材料之一，钛及(ji)钛合(he)金已(yi)经(jing)得到(dao)了广(guang)泛认可(ke)。随着我国医疗改(gai)革的深(shen)入(ru)，外科植入物(wu)用(yong)钛(tai)合(he)金材(cai)料的使用(yong)也会逐年增加(jia)，因此(ci)急需在(zai)以(yi)下几(ji)方(fang)面(mian)取(qu)得(de)进展。

①改进现(xian)有(you)外科(ke)植入物用钛(tai)及(ji)钛合(he)金材(cai)料(liao)的不足(zu) ， 利(li)用(yong)非晶(jing)化、表(biao)面(mian)纳米(mi)化和(he)微晶(jing)化(hua)以及表面改(gai)性(xing)和活(huo)化(hua)技术(shu)，提(ti)高(gao)其(qi)生物(wu)相(xiang)容(rong)性、化(hua)学稳定性 、耐(nai)磨(mo)性(xing) ，使(shi)其综(zong)合力(li)学(xue)性(xing)能大幅提高(gao)，促进其(qi)在(zai)骨(gu)科植(zhi)入(ru)物(wu)或(huo)牙科(ke)修复(fu)物(wu)产(chan)品(pin)方(fang)面(mian)的临床应(ying)用。

②开(kai)发(fa)低弹(dan)性(xing)模(mo)量，高耐(nai)磨性能(neng) 、抗(kang)腐蚀性(xing)能(neng)及高断裂韧性，低裂纹扩展速(su)率(lv)、 高损伤容限 ， 并具(ju)有(you)优(you)良(liang)生物(wu)相容(rong)性的(de)外(wai)科植入物(wu)用钛及钛(tai)合金(jin)材料。

③提(ti)高(gao)我国(guo)外(wai)科(ke)植(zhi)入(ru)物用钛(tai)及钛(tai)合金加工材的质(zhi)量水(shui)平(ping)， 材料的(de)质量控(kong)制(zhi)标(biao)准(zhun)要(yao)与(yu)国(guo)际接(jie)轨(gui),并(bing)加强(qiang)材(cai)料(liao)的(de)标准化(hua)创(chuang)新工(gong)作。

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