国内研究现状及问题
我国从20世纪70年代开始医用钛合金材料的研究和应用,经过前期对Ti-6Al-4V 、Ti-6Al-7Nb、Ti-5Al-2.5Fe医用钛合金的仿制研究,早在1999年西北有色金属研究院在国内研制出个具有我国自主知识产权近α型新型医用钛合金TAMZ(Ti-2.5Al-2.5Mo-2.5Zr),综合性能与Ti-6Al-7Nb相当。
在2005年,西北有色院又研制出两种新型高强低模量近β型医用钛合金TiZrMoNb(TLE)和Ti Zr Sn Mo Nb (TLM)。中科院金属所也开发出新型低模量近β型钛合金Ti -24Nb-4Zr-7.6Sn(Ti 2448)。另外,北京有色院、哈工大、东北大学、天津大学等单位也在开展新型β型钛合金的应用及相关基础研究。
基于我国国情,拥有约13亿人口和6000万残疾人的大国,而且我国正步入老龄化社会,为此要提供大量优质的生物医用材料及器件以供临床诊治的需要。而我国在医用种植体方面的研究起步较晚,目前人工关节近一半需要进口,而牙科种植体以及一些高端植入物更是90%以上使用进口产品,价格十分昂贵,普通工薪阶层的百姓难以承受。因此,开发没有毒性、低弹性模量且价格低廉的新型植入用钛合金是一个值得研究的课题。
中国钛工业于1954年起步,经过试验研究、工业化生产的定点布局、应用推广和不断的技术进步逐步发展起来。特别是21世纪以来,在国家需求的拉动下,在改革开放政策的推动下,中国钛工业更是突飞猛进。2011年是我国“十二五”规划的首年,在这一年里,我国海绵钛和钛加工材的产量继续惯性增长。根据中国有色金属工业协会钛锆铪分会统计,国内14家海绵钛生产企业2011年总产量为64952t,同比增加了12.4%。根据30家企业的统计,2011年中国共生产钛加工材50962t,同比增长33.0%。
生物医用钛合金分类及性能
生物医用钛合金按材料显微组织类型可分为α型、α+β型和β型钛合金三类。目前临床广泛使用的材料仍以纯钛和Ti-6Al-4V合金为主,但β型钛合金由于更低的弹性模量和更好的生物相容性已成为该领域的研究热点,是最有应用前景的生物医用钛合金。
可以看出, 第二代生物医用钛合金弹性模量明显比一代低 ,合金设计时Nb含量有增加的趋势且都是β型钛合金, Ti-35Nb-7Zr-5Ta 和Ti-29Nb-13Ta-7.1Zr合金具有低的弹性模量55MPa, 与人体骨的弹性模量最接近。因此开发较低弹性模量的生物医用β型钛合金已成为该领域的研究热点。目前国内外研究最为广泛的生物医用超弹性β钛合金是Ti-Nb系超弹性β钛合。