鈦為什麼生物相容性好?

老李雜看


補充兩點:1、鈦的彈性模量與其他金屬相比,與人體骨骼的模量更接近,並且滿足強度要求。

2、鈦雖然生物相容性好,但不適宜用鈦合金,如TC4合金,合金元素AI,V會對人體產生毒性,一般用純鈦會更好。



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鈦在20世紀50年代,首次被引入外科手術。它現在是假體、內固定、體內裝置和儀器的首選金屬。鈦被用於從頭到腳的生物醫學植入物。鈦可以用在神經外科、骨傳導助聽器、假眼植入物、脊柱融合籠,起搏器、腳趾移植、肩部/肘部/臀部/膝蓋替換以及更多方面。



鈦經常用於人體的主要原因是鈦的生物相容性以及經過表面改性的生物活性表面。影響生物相容性的表面特徵有表面特性空間位阻、結合位點和疏水性(潤溼)。這些特徵被優化以產生理想的細胞反應。一些醫用植入物以及手術器械的部分都塗有氮化鈦。 鈦由於其抗體液腐蝕、生物惰性、骨結合能力和高疲勞極限,被認為是最好的生物相容性金屬。



鈦耐受身體惡劣環境的能力是在氧氣存在下自然形成保護性氧化膜的結果。氧化膜粘附牢固,不溶,化學性質不可滲透,防止金屬與周圍環境發生反應。 有人認為鈦的骨癒合能力源於其表面氧化物的高介電常數,它不會使蛋白質變性。鈦與骨骼物理結合的能力使其優於其他需要使用粘合劑保持附著的材料。鈦植入物的壽命更長,與替代物相比,需要更大的力來打破將它們連接到身體上的結合。


生物材料的表面特性在決定細胞對材料的反應(細胞粘附和增殖)方面起著重要作用。鈦的微結構和高表面能使其能夠誘導血管生成,這有助於骨癒合過程。 根據鈦的氧化狀態,鈦可以具有許多不同的標準電極電位。固體鈦有一個標準電極電勢標準電極電位較高的材料更容易還原,成為更好的氧化劑。固體鈦更喜歡氧化,使其成為更好的還原劑。

鈦自然鈍化,形成一層氧化膜,氧化膜隨著暴露於身體環境的時間而變得不均勻和極化。隨著時間的推移,這導致羥基、脂蛋白和糖脂的吸附增加。這些化合物的吸附改變了材料與人體的相互作用,並能改善生物相容性。在鈦合金例如鈦鋯和鈦鈮中,由於腐蝕而釋放的鋯和鈮離子不會釋放到患者體內,而是被添加到鈍化層中。鈍化層中的合金元素增加了一定程度的生物相容性和耐腐蝕性,這取決於腐蝕前主體金屬的原始合金成分。



通過增加潤溼性,植入物可以通過允許細胞更容易地結合到植入物表面來減少骨癒合所需的時間。鈦的潤溼可以通過優化工藝參數如溫度、時間和壓力來改變。具有主要由二氧化鈦組成的穩定氧化物層的鈦導致植入物與生理流體接觸的潤溼性改善。


軍機處留級大學士


目前金屬鈦在很多方面都有著非常廣泛的應用,因為在同等的強度之下,金屬鈦的重量只有鋼鐵的一半,其質量輕且硬度高的特點,所以金屬鈦非常適合用於航天。

目前鈦的產量還可以用來衡量一個國家的軍事水平。並且將金屬鈦扔進海水中浸泡很長時間,鈦也不會有任何的問題,這是因為鈦和氧有著很強的親和力,所以在接觸到氧氣的時候,會在表面形成一層緻密的氧化膜從而阻止反應的繼續進行。

由於鈦在自然界中存在分散並難於提取,所以被認為是稀有金屬,不過其相對豐富,在所有元素中位居第十位。

因為金屬鈦為親生物金屬,所以其生物相容性非常好。生物相容性就是指生物材料在機體特定部位產生各種複雜的生物、物理、化學的反應,比如某些材料或者藥物與人體接觸或者植入體內能夠“兼容”而不會對人體造成傷害。

正是因為鈦的“親生物”性,於是在人體內,鈦能抵抗分泌物的腐蝕且無毒,對於任何的殺菌方法都適應。

因此鈦被廣泛應用於制醫療器械,製造人體髖關節、膝關節、肩關節、脅關節、頭蓋骨等等。可以說鈦是醫用材料科學的一個重要分支,我們可以用鈦治療或替代人體組織、器官或增進其功能、所以鈦也是具有高技術含量和高經濟價值的新型載體材料,當新的肌肉纖維環包在這些“鈦骨”上時,這些鈦骨就就會維繫人體的正常活動。

鈦在生物醫用材料市場潛在需求巨大,因此加大醫用鈦材的研發力度勢在必行。


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