謝遠(yuǎn)光

（天津市口腔醫(yī)院修復(fù)二科，天津 300041）

鈦合金在口腔修復(fù)支架中的研究進展

謝遠(yuǎn)光

（天津市口腔醫(yī)院修復(fù)二科，天津 300041）

如何選擇一種生物學(xué)特性以及機械特性均良好的口腔修復(fù)支架材料一直以來都是是醫(yī)學(xué)界的難題。近年來人們研究發(fā)現(xiàn)通過添加鋯、鈮、錫等元素，改變合金的處理工藝可以有效的降低鈦合金對人體的不良反應(yīng)，同時不改變其機械強度。

鈦合金；口腔修復(fù)支架；研究進展

口腔修復(fù)支架由于長期受到咀嚼等動作所產(chǎn)生的各種力量所影響，因此其必須具備穩(wěn)定的力學(xué)以及生物學(xué)性能，才能保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。隨著材料科學(xué)的不斷發(fā)展，近年來人們發(fā)現(xiàn)鈦合金在口腔修復(fù)支架中具有很好的應(yīng)用前景，其和口腔組織之間具有很好的生物相容性，同時在強度、機械性能以及耐腐蝕等其他材料所不具有的優(yōu)點[1]。然而鈦合金在口腔環(huán)境中鈦合金材料會分解出一些對人體有害的金屬離子，導(dǎo)致此種材料在臨床應(yīng)用方面存在一定的局限性[2]。目前人們通過添加不同種類的元素、材料后期加工處理等方式來改善其鈦合金在口腔中的穩(wěn)定性，來滿足其在口腔修復(fù)支架中的應(yīng)用，下面將從以下4個方面來綜述鈦合金在口腔修復(fù)支架中的研究進展。

1 口腔修復(fù)支架性能

日常生活中口腔常用來談話、咀嚼，因此口腔修復(fù)支架采用的材料必須具有高彈性、高強度等性能，用以保證支架不變形，避免使用過程中出現(xiàn)磨損。大量調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)口腔修復(fù)支架材料的拉伸強度不能＜600 MPa，而屈服強度要＞415 MPa這樣才能確保支架在口腔中的固定不變形[3]。此外，長期存在于口腔中的支架材料與人體必須具有很好生物相容性、耐腐蝕且不能對機體產(chǎn)生不良反應(yīng)[4]。過去人們常采用鈷鉻合金、鎳鎘合金等材料作為口腔修復(fù)支架的原料，然而此類合金材料對患者的口腔黏膜細(xì)胞具有一定的傷害。近年來，林培杰[5]等通過體外口腔黏膜細(xì)胞實驗發(fā)現(xiàn)，鈦合金和純鈦材料浸泡液培養(yǎng)的口腔黏膜細(xì)胞存活率要明顯高于鈷鉻合金、鎳鎘合金等材料，說明鈦合金和純鈦材料對口腔產(chǎn)生不良反應(yīng)要顯著低于傳統(tǒng)鎳鎘合金、鈷鉻合金。Marino[6]等通過對鈦合金修復(fù)支架實施酸堿熱處理后浸泡試，發(fā)現(xiàn)其表面出現(xiàn)粗糙的微孔結(jié)構(gòu)；其表面出現(xiàn)較多的鈣磷的沉積，說明鈦合金材料具有較高的表面性能以及生物組織融合性。

2 鈦合金修復(fù)支架的缺點

目前，臨床上所采用的純鈦以及鈦合金修復(fù)支架仍然存在一定的問題，其中純鈦修復(fù)支架彈性模量為100 GPa、抗拉強度僅為390 MPa，此外鈦的熔點1680 ℃、熱傳導(dǎo)效率低，高溫下容易和空氣中的碳、氫、氧以及二氧化硅基等包埋材料發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生的反應(yīng)層導(dǎo)致鑄造困難[7]。而鈦合金修復(fù)支架主要由Ti-6Al-4V組成，其合金為α+β相結(jié)構(gòu)，可承受890 MPa的強度，滿足支架修復(fù)支架的性能需求，然而其在口腔中的長期使用會分解出微量的釩離子以及鋁離子，其中釩離子可引起周圍神經(jīng)組織的病變，而鋁離子對細(xì)胞具有很強的毒性，容易導(dǎo)致患者骨軟化癥以及老年癡呆出現(xiàn)，對人體具有潛在威脅[8]。

3 新型鈦合金材料研究

由于Ti-6Al-4V中含有釩離子以及鋁離子等對人體有毒的元素，人們開始研究其他類型的鈦合金材料以降低其對人體的不良反應(yīng)。目前已經(jīng)研究出Ti-6Al-7Nb、Ti-10Zr-Mo以及Ti-24Nb-10Zr-7.6Sn等新型鈦合金材料。其中劉霜[9]等通過比較Ti-6Al-4V和Ti-6Al-7Nb鈦合金材料的綜合性能，發(fā)現(xiàn)后者雖然拉伸強度稍低，而延伸率提高了超過40%。此外Ti-6Al-7Nb材料具有更高的耐腐蝕性、耐磨性，同時降低了鑄造過程中出現(xiàn)氣孔數(shù)目。然而Ti-6Al-7Nb材料含有鋁元素，其長期在口腔中會分解出Al3+，其對細(xì)胞具有很強的毒性，容易導(dǎo)致患者出現(xiàn)老年癡呆，威脅患者身體健康。最近趙永康[10]等發(fā)現(xiàn)了一種新型鈦合金材料Ti-24Nb-10Zr-7.9Sn，經(jīng)過力學(xué)性能以及顯微結(jié)構(gòu)與分析發(fā)現(xiàn)，此種合金材料具有口腔修復(fù)支架所需要的拉伸強度＞600 MPa，然而屈服強度卻＜415 MPa，因此在支架的使用中需提高支架厚度，這樣導(dǎo)致患者舒適度降低。此外最新研究發(fā)現(xiàn)Ti-10Zr-Mo作為一種新型鈦合金材料，其硬度、強度等要高于純鈦材料，同時具有較高加工性能、符合口腔修復(fù)支架所需的力學(xué)性能需求。然而目前采用Ti-10Zr-Mo作為口腔修復(fù)支架在臨床上的應(yīng)用還需進一步研究，才能確定其鑄造性能以及是否會對患者出現(xiàn)不良反應(yīng)等[11]。

4 鈦合金材料綜合性能提升方式

4.1 添加合金元素的種類對綜合性能影響：不同的合金元素對鈦合金晶粒結(jié)構(gòu)以及其綜合性能關(guān)系密切，而添加不同種類的元素具有特定的相。其中目前常用的鋁、釩、鉬、鉻、硅、鐵和鋯加入鈦合金當(dāng)中會形成α+β型鈦合金，這種結(jié)構(gòu)的鈦合金與β鈦合金相比具有更高的強度以及彈性模量，可以滿足口腔修復(fù)支架所需的力學(xué)性能需求。而鋁、釩等元素長期與口腔接觸會引起一定程度的細(xì)胞毒性，因此，如何利用某些對人體無毒性的元素來代替這類有毒的元素，同時不改變鈦合金的綜合性能一直是人們研究的重點[12]。目前研究發(fā)現(xiàn)鋯、鈮、錫等元素不僅具有很好的生物相容性，同時添加這類元素的鈦合金可以增加口腔修復(fù)材料的耐腐蝕性能。如加入鉭元素可以提高鈦合金滑移的臨界應(yīng)力，顯著增加其對形狀記憶以及超彈性行為；加入鋯元素和鉬元素的鈦合金相比其他鈦合金具有更高的硬度、彈性模量以及拉伸強度；加入鈮元素可以穩(wěn)定鈦合金的β相，從而提高其延伸率以及應(yīng)變回復(fù)率[13]。此外，加入鋯元素后可以降低鈦合金的熔點，降低鑄造不全和氣孔的發(fā)生率；加入少量硫后，鈦合金鍛造過程中產(chǎn)生的硫化物顆?？梢匝鼐Ы绯练e，讓金屬更容易發(fā)生晶粒間斷裂；加入碳、硼、氧等，可以在合金中形成間隙固溶體，這些條件均可提高合金材料的加工性能[14]。

4.2 添加合金元素的量對綜合性能影響：研究發(fā)現(xiàn)在Ti-Zr合金中，當(dāng)合金中鋯質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到10%的時候，其模量最高；在Ti-10Mo-nNb合金中，當(dāng)鈮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到3%的時候，其強度最大，之后強度隨著鈮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而下降，塑性應(yīng)變恰好相反；在Ti-22Nb-Ta合金中，當(dāng)鉭質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到4%的時候，其屈服強度最小，之后屈服強度隨鉭含量提高而提高[15]。

4.3 合金處理工藝對綜合性能影響：研究發(fā)現(xiàn)通過熱處理形成第2相可以讓合金產(chǎn)生固溶強化以及彌散強化，從而阻礙位錯的移動，具有強化合金的效果；而冷加工處理可以提高合金的位錯密度、強度，降低位錯的可移動性。此外晶粒大小也會對合金的延伸率、強度、耐腐蝕性以及可加工性產(chǎn)生影響，其中小的晶體顆?？梢蕴岣吆辖鸬木鶆蛞恢滦裕釥柼岣咂淇蓲伖庑砸约袄浼庸姸萚16]。

5 總 結(jié)

綜上所述，鈦合金相對于其他種類材料具有更好的生物學(xué)特性以及機械特性，特別是在口腔修復(fù)支架使用中不易出現(xiàn)磨損。然而某些合金元素會對人體產(chǎn)生一定的不良反應(yīng)，因此如何降低鈦合金對人體的不良反應(yīng)，同時不改變其機械強度是科學(xué)界的研究重點。

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