钛合金材料在口腔医学的应用与TC4钛合金的优势

最后更新 :2021.10.20

对于口腔缺失牙齿的修复,以往多采用钴铬合金所做的支架,但效果并不十分理想。目前,钛合金具有良好的生物性能和机械性能,是临床上最具有吸引力的医用金属材料之一,在口腔医学中显示出良好的应用前景。

1、口腔修复支架基本性能要求

口腔修复支架所用材料要求不仅要具有高强度、高弹性模量及良好的延伸性,同时还要求材料无毒及具有良好的加工性能,以便于能够使支架获得足够的固位效果,保证支架在使用过程中能够保持长期的坚固和不变形,同时还要保证支架固定后不妨碍义齿的成型与加工。由于口腔修复支架的各个部位功能不同,因此要求支架材料同时还要有良好的焊接性能。

2、钛合金在口腔修复支架中的应用

传统的口腔修复支架由于极易发生磨损,且具有一定的生物毒性,目前已经为新型的钛合金材料所取得。钛金属是近年来被广泛关注的一种新型口腔支架材料,其密度较低,能够有效地减轻口腔治疗负重,进而提高了患者的生命质量。钛金属的机械性能良好,在用于口腔修复支架时,不易断裂,便于日常的口腔护理。同时在钛中加人其他金属元素后,其机械性能更好。但由于钛合金支架长期置于口腔之中,唾液可对其造成腐蚀作用,因此对于钛合金支架表面涂层的研发也成了钛合金支架材料的重要研究内容。 目前常用的保护钛合金支架的方法有加镀涂层、合金中添加其他金属元素、改变钛合金机械特性等方法,用以保护钛合金不易发生磨损和腐蚀。近年来,有研究发现,以介孔二氧化钛作为钛合金涂层,能够有效地减少钛合金的腐蚀效果,由于介孔二氧化钛具有良好的抗菌性能,使其受到广泛关注。

医用钛丝

3、钛合金材料特性

1) 镍钛合金

目前,我国临床中所使用的镍钛合金包括普通型、拟弹型及温控型3 类 ,而不同的镍钛合金的内部原子排列及力学特性也各不相同。普通型镍钛合金为冷加工制成合金,在 常温及口腔温度中均能保持良好的稳定性,因此用于口腔修复支架时,不易发生变形,但同时也缺乏了超弹性和记忆功能。而拟弹型镍钛合金则能够在恒定的温度时,在相变后恢 复到原始形态,同时其释放力与加载力呈反比。温控型镍钛合金又被称为体温影响镍钛合金丝,具有良好的超弹性和形态记忆功能,在受到外力作用发生变形后,只需要对材料稍 加 热 (口腔温度),即可恢复到原来的形态。

2)Ti-6Al-4V 合金

目前,临床上使用的钛合金支架主要为Ti-6Al-4V合金(TC4钛合金),由于纯钛的密度低、流铸性较差,而化学活性较高,因此限制了其在临床上的应用。而 Ti-6Al -4V 合金是α+β相结构,具有良好的力学作用,金属强度可达890 MPa, 可满足口腔修复支架所需要的力学性能要求。

4、支架用钛合金的研究现状

相对于其他金属材料,钛及钛合金在口腔修复中的应用起步较晚。但随着科学技术的发展,近年来,国内口腔修复用钛和钛合金的种类增多,如 Ti-6Al-7Nb、Ti-6Al-4V 及TiNi金等。虽然这些钛合金在口腔修复应用过程中性能优异,但是均会在临床应用过程中释放出微量的铝、钒、镍等离子,可对人体造成潜在的威胁。

随着科学技术的发展,越来越多的新型钛合金材料被开发利用,其中以钛锆合金最为引人关注。钛锆合金通过将锆元素添加人钛中来提高钛的强度,既确保了合金的延展性, 又保证了合金的高强度化和可冷加工性。钛锆合金在用于医学领域时,由于锆元素是一种对机体无毒副作用的生命族元素 ,进而钛锆合金在机体内不会释放出含有毒性的金属元素。

在钛中添加锆元素,其对于钛的铸造流动性不会造成影响,同时还能强化钛的力学性能,改善钛合金的焊接性能,使得钛锆合金有效地弥补了钛及钛合金在口腔修复支架 应用中的不足。林培杰通过对22例应用钛锆合金作为口腔修复支架的患者进行观察分析,发现22例中仅有1 例出现牙龈红肿、充血的情况,细胞增值率为98.8 % , 毒性分级

为1级 ,表明应用钛锆合金作为口腔修复支架时对于细胞无明显的抑制作用,不会对细胞生长造成影响。

钛及钛合金应用于口腔修复支架具有广阔的前景,其以优异的生物学、机械学性能和价格优势,越来越受到医学界的关注;但在未来的推广和应用过程中,仍有着较多的问题 需要解决,如支架腐蚀、金属毒性等问题,还需要展开更加深人的研究,以满足口腔修复材料的要求。

[参考文献]

[ 1 ] 吕晓玉.浅析钛合金铸造支架在口腔修复治疗中的应用价值 [J] .当代医药论丛,2016, 14 (17): 70 - 71.

[ 2 ] 罗丽娟,余森,于振涛,等 .3 D 打印钛及钛合金医疗器械的优势 及 临 床 应 用 现 状 [ J ] . 生物骨科材料与临床研究,2015,12 (6) : 72 -75.

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