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生物医用钛合金材料生物及力学相容性的初步研究 1.这个问题的已知信息：目前，关于医疗钛合金的生物和力学强度的缺乏系统的研究和理解。 2文章增加的新信息:初步分析了生物医用钛合金材料的生物及力学相容性的概念、内涵,并探讨了合金成分、显微组织及相变控制和材料表面状态优化等因素对钛合金材料生物及力学相容性的影响规律。 0 生物医用钛合金材料 生物医用钛合金材料是用于诊断、治疗或替代人体组织、器官或增进其功能,具有高技术含量和高经济价值的新型医用载体材料,是材料科学技术中一个正在发展的新领域,并已成为人工关节、骨创伤产品、人工牙种植体等硬组织替代或修复医疗器械产品的优选材料。金属材料是人类生物医学发展史上最早用于创伤修复和矫形治疗的传统材料。从20世纪30年代开始,Co Cr合金、不锈钢曾先后被用于医学领域并成为目前传统的医用金属材料。20世纪40年代,英、美等国最先尝试纯钛的医学研究并证实了其临床可行性;20世纪70年代后期,以航空应用为背景的Ti6A14V钛合金被应用到医学领域;20世纪80年代末期,新型Ti6Al7Nb和Ti5Al2.5Fe改良成功;20世纪90年代开始,以美国为主开始研究Ti13Nb13Zr、Ti12Mo6Zr2Fe(TMZF)等新型β型钛合金并成为全球生物医用钛合金材料的研究热点和主攻方向。 医用钛合金的发展史和临床应用反馈结果充分表明:生物医用钛合金材料的研究重点和难点仍然是生物相容性、力学相容性和体内安全性问题。生物机体是一个复杂的环境,植入体内的材料长期处于物理、化学、生物、电、机械等因素的复杂环境影响之中,不仅受到组织不停运动的动态作用,也处于代谢的反应之中。任何植入物不应使人体组织中的细胞、血液及各种器官之间发生化学变化,以及过敏和炎症反应,或出现人体对植入物产生异物排斥反应等。与此同时,作为外科植入件还要求植入的医用材料在长期生理环境中具有良好的力学相容性,即具有足够的强度、韧性和适当的弹性模量,以及高度的稳定性(耐蚀、耐磨)和持久的耐用性(疲劳和断裂)等。生物医用钛合金材料是一个综合交叉领域,相关研究广泛涉及材料、物理、化学、生物、医学及先进电子显微影像与生化分析等多学科,主要研究方向包括医用钛合金材料的合金设计与评价体系,材料的加工-组织-性能关系与人体软、硬组织的相容性匹配,材料的表面改性(生物相容性、生物功能性、生物活性、耐磨性、耐蚀性等)及其表面(界面)与人体组织的相互作用规律等。其中,生物医用钛合金材料的生物相容性及力学相容性研究至关重要,这是确保钛合金材料在体内长期安全稳定服役并发挥治疗效果的关键。钛及钛合金之所以发展成为目前全球外科植入物和矫形器械等产品生产和制造的主体医用金属材料,除了它具有优于Co Cr合金、不锈钢的生物相容性外,还具有较低的弹性模量、良好的强韧性匹配,以及长期的持久稳定性等优点,这使得钛合金材料植入人体后与人体骨骼硬组织的生理与力学环境更容易和谐相容。因此研究开发钛合金等医用金属材料,首先应该了解和掌握其生物及力学相容性的特点,这也是确保钛合金医疗器械在体内长期服役安全性的关键。 1 数据和方法 1.1 医用钛合金生物力学 以网络数据库为主,查询Pubmed、Elsiver、Springerlink、Highwire、CNKI及维普等数据库1995至2012年关于医用钛合金生物力学方面的文献,检索关键词为“biomedical titanium,biomechanics;医用钛合金,生物力学”。 1.2 包括和排除标准 纳入标准:文章内容与医用钛合金的生物力学研究及临床应用有关;应是具有原创性,论点论据可靠的实验文章和综述文章。 排除标准:重复性研究。 1.3 纳入研究文献情况 共检索到256篇文献,其中中文文献166篇,英文文献90篇,排除与研究目的相关性差及内容陈旧、重复的文献230篇,纳入26篇符合标准的文献进行综述。 1.4 新型医用钛合金的临床应用 符合纳入标准的26篇文献中,文献[1-11]综述了新型医用钛合金的发展和临床应用表现,文献[12-18]探讨了医用钛合金的生物力学调控方法,文献[19-26]探讨了医用钛合金的生物力学行为及其微观机制。 2 结果 2.1 新型医用钛合金材料 生物相容性是指材料与生物体之间相互作用后产生的各种生物、物理、化学等反应或耐受能力,即材料植入人体后与人体的相容程度,也就是说是否会对人体组织造成毒害作用。因为任何医疗器械与人体接触、介入或植入体内后都存在一定的潜在风险性。天然或合成的生物材料无论是与人体组织接触或取代、修复病变组织,还是采用模拟人体器官功能的人工装置暂时或永久替代已基本丧失功能的病变器官,它们除少数作为诊断和康复用途外,其中大部分是以治疗疾病为目的。由于它们间接或直接与人体组织和血液相接触,而人工