金屬材料是最早用于臨床醫學(xué)的生物醫用材料，目前用于外科植入物和矯形器械的金屬材料主要包括不銹鋼、鈷基合金和鈦合金三大系列，它們占整個(gè)生物材料產(chǎn)品市場(chǎng)份額的 40% 左右。其中，鈦合金已廣泛應用于人體硬組織（包括人體軀干中所有的骨骼和牙齒）的缺損、創(chuàng )傷和疾病等修復、矯形及替代等治療。20 世紀中葉以來(lái)，以鈦合金為主的醫用金屬材料開(kāi)始在人體硬組織的外科植入及人體軟組織（包括心腦血管、外周血管及非血管如肝臟、膽道、尿道等）的介入治療方面顯示出獨特而神奇的療效，而鈦合金人工關(guān)節、牙種植體、血管內支架和心臟瓣膜等具有中國醫療器械用鈦合金材料研發(fā)、生產(chǎn)與應用、及典型代表性的醫療器械產(chǎn)品的問(wèn)世，對醫學(xué)的發(fā)展具有劃時(shí)代的意義和革命性貢獻，使得臨床治療從初級的簡(jiǎn)單“修復、矯形”治療上升到更高層次的組織與器官的“替代式”治療，極大改善和提高了人們的生活質(zhì)量，克服了以往重大疾病只能單純依靠藥物治療的不足。

1、鈦合金材料在我國的發(fā)展歷史

上世紀七十年代初，我國開(kāi)始采用了國產(chǎn)鈦及鈦合金制品，在北京多家醫院，先后采用鈦及鈦合金人造骨頭與關(guān)節用于臨床治療應用和研究，制造的髖關(guān)節、肘關(guān)節、下頜骨等用于臨床治療病人。同時(shí)，一些醫院與公司的模擬人體體液的浸泡實(shí)驗，電化學(xué)陽(yáng)極化實(shí)驗和腐蝕動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)的測定，證明了鈦及鈦合金人造骨頭與關(guān)節用于人體具有優(yōu)異的耐腐蝕性，生物學(xué)反應也很小，是一種理想的人體植入物，對植入人體骨頭與關(guān)節進(jìn)行力學(xué)性能也經(jīng)過(guò)測定，認為鈦及鈦合金的強度滿(mǎn)足了人體植入物的要求。

上世紀八十年代中期以后，我國鈦材用于制造人體植入物的數量增加，其中鈦形狀記憶合金的開(kāi)發(fā)與應用達到國際先進(jìn)水平。到了九十年代中期，國產(chǎn)鈦及鈦合金加工材，在矯形外科、神經(jīng)外科、心血管系統、口腔頜面外科、人體外培養機等方面廣泛應用。近５年，國內一大批企業(yè)成為鈦及不銹鋼等人體植入物生產(chǎn)企業(yè)。采用鈦及鈦合金制造的股骨頭、髖關(guān)節、肱骨、顱骨、膝關(guān)節、肘關(guān)節、肩關(guān)節、掌指關(guān)節、頜骨以及心辨膜、腎辨膜、血管擴張器、夾板、假體、緊固螺釘等上百種金屬件移植到人體中，取得了良好的效果，被醫學(xué)界給予了很高的評價(jià)。

2、生物醫用鈦合金材料的分類(lèi)及特點(diǎn)

生物醫用鈦合金材料是專(zhuān)指用于生物醫學(xué)工程的一類(lèi)功能結構材料，主要用于外科植入物和矯形器械等產(chǎn)品的生產(chǎn)和制造。按照外科植入物和矯形器械專(zhuān)業(yè)標準，鈦合金材料可歸入“外科植入物用材料”中“金屬材料”一類(lèi)，而鈦合金材料在非有源外科植入物、有源外科植入物和矯形器械三大類(lèi)醫療器械中，可充當心血管、骨與關(guān)節、骨接合、脊柱、矯形器械、心臟起搏器與除顫器、耳蝸植入物、神經(jīng)刺激器和其他植入產(chǎn)品的原材料。生物醫用鈦合金按材料顯微組織類(lèi)型可分為 α 型鈦合金（如純鈦系列） 、α+β型鈦合金（如 Ti6Al4V 等）和 β 型鈦合金（如Ti12Mo6Zr2Fe 等）以及 TiNi 形狀記憶鈦合金四大類(lèi)，與醫用不銹鋼和鈷基合金相比，它們具有

比重小、比強度高、彈性模量較低、耐腐蝕、易切削加工以及較好的生物相容性等特點(diǎn)。

3、生物醫用鈦合金材料的研究開(kāi)發(fā)現狀

生物醫用鈦及其合金的發(fā)展可分為三個(gè)時(shí)代：第一個(gè)時(shí)代以純鈦和Ti6A14V為代表，第二個(gè)時(shí)代是以T巧A12．5Fe和Ti6A17Nb為代表的新型d+B型合金，第三個(gè)時(shí)代則是一個(gè)開(kāi)發(fā)與研制更好生物相容性和更低彈性模量鈦合金的時(shí)代，其中以對B型鈦合金的研究最為廣泛

3.1.1以純鈦和Ti6A14V為代表的第一代生物鈦合金工業(yè)純鈦是最早被應用于這一領(lǐng)域的鈦合金。目前使用純鈦植入件的臨床經(jīng)驗比較成熟，但商用純鈦并不能提供醫用負重材料所需要的綜合力學(xué)性能，如純鈦的強度較低，耐磨性較差等，限制了它的應用。雖然冷加工可以增加純鈦的強度，但是也無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際需要。因此，人們開(kāi)始考慮使用鈦合金。Ti6A14V由于其優(yōu)異的生物相容性和良好的綜合力學(xué)性能成為第一種被引入生物材料領(lǐng)域的鈦合金，而且至今也是生物醫療器械產(chǎn)品中用量最大的鈦合金。

3.1.2以Ti6A17Nb和TiSAl2．5Fe為代表的第二代新型Q+B型合金由于Ti6M4V中含有潛在毒性元素V，80年代中期兩種新型“q+B”型醫用鈦合金TiSAl2．5Fe和Ti6A17Nb在歐洲得到了發(fā)展∞，7 J。

Ti6A17Nb在力學(xué)性能方面與公認的“全能”Ti6A14V合金相當，是一種安全且有發(fā)展潛力的人工生物醫用植入體材料，1989年由瑞士成功開(kāi)發(fā)。對于這種安全且有發(fā)展潛力的生物醫用鈦合金各國專(zhuān)家學(xué)者在不同方面展開(kāi)了深入研究。

4、我國醫療器械用鈦合金材料的生產(chǎn)現狀

我國 1992 年首次發(fā)布了第一個(gè)《外科植入物用鈦及鈦合金加工材》國家標準 GB/T13810-1992,這標志著(zhù)我國開(kāi)始了專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)針對醫療器械應用的鈦合金原材料。但 20 年后的今天，該國家標準雖經(jīng)兩次改版，我國目前只能生產(chǎn)純鈦（中國牌號 TA1~TA4，美國對應牌號 Gr1~ Gr4） 、Ti6Al4V（中國牌號 TC4，美國對應牌號 Gr5 或 Ti64） 、Ti6Al7Nb（中國牌號 TC20）三大類(lèi)鈦合金材料，尚沒(méi)有一個(gè) β 型鈦合金納入國家標準， 如表 1 所示。截至目前，純鈦和 Ti6Al4V 鈦合金仍是國際上產(chǎn)銷(xiāo)量最大、應用最廣的外科植入物用傳統主體材料，其銷(xiāo)售額約占全球整個(gè)生物醫用鈦合金市場(chǎng)的 80% 以上。我國目前生產(chǎn)的外科植入物用鈦及鈦合金加工材的品種涉及板材（厚度0.8~25mm） 、棒材和絲材（直徑 1~90mm） ，供應狀態(tài)可為冷軋、熱加工及退火狀態(tài)。我國新國標GB/T13810-2007 中規定的鈦合金加工材在化學(xué)成分、力學(xué)性能和顯微組織等指標等同采用美國ASTM F136-02a 要求，但同時(shí)還增加了顯微組織評級、斷面收縮率和板、棒材超聲檢驗等附加的技術(shù)要求。雖然我國國標明確規定 Ti6Al4V 鈦合金顯微組織評級類(lèi)型應符合 A1~A9 的 a+b 雙相組織，但國產(chǎn)鈦材供貨時(shí)多數為粗晶的 A3~A5 級組織，且質(zhì)量穩定性差 ； 而美國進(jìn)口鈦材顯微組織可達到細晶化的 A1~A3 組織，其中直徑 15mm以下的小規格棒材可達到 A1 級（等軸化的 a、b相晶粒尺寸小于 10μm） ，因而具有優(yōu)良的強韌性、耐蝕性和機械切削性能，這造成我國人工關(guān)節、牙種植體、脊柱內固定系統等高端醫療器械產(chǎn)品加工仍需大量進(jìn)口國外優(yōu)質(zhì)的 Ti6Al4V 鈦合金材料，而國產(chǎn)醫用鈦材主要滿(mǎn)足國內中低端醫療器械產(chǎn)品如接骨板和接骨螺釘等使用。2008 年我國海綿鈦和鈦材產(chǎn)量已分別位居世界首位和第二位，鈦材消耗量已占全球第二位，成為繼俄羅斯、美國、日本之后的鈦工業(yè)大國，其中美、俄鈦材消耗主要針對國防軍用，而中、日主要針對工業(yè)民用，如圖 1 所示。目前我國從事各類(lèi)鈦材生產(chǎn)的國有和民營(yíng)企業(yè)已超過(guò) 500 家，主要集中在陜西、長(cháng)三角、珠三角及東北等地區地，其中能夠批量專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)醫用鈦材的骨干企業(yè)主要包括西北有色金屬研究院（集團）所屬的西部超導材料科技有限公司、西安賽特金屬材料開(kāi)發(fā)有限公司、西部金屬材料股份有限公司，寶雞有色金屬加工廠(chǎng)及其所屬的寶雞鈦業(yè)股份有限公司，以及大連盛輝鈦業(yè)有限公司、寶雞鑫諾新金屬材料有限公司、寶雞英耐特醫用鈦有限公司、寶雞隆慶金屬材料制品廠(chǎng)、寶雞力興鈦業(yè)（集團）有限公司等 10 余家。2010 年我國針對生物醫藥及器械領(lǐng)域生產(chǎn)銷(xiāo)售的醫用純鈦及 TC4 鈦合金材料已達到 1084 噸， 其中出口約占 20%。我國每年生產(chǎn)醫用 Ti6Al7Nb 鈦合金材料上百?lài)?，但幾乎全部出口國外，國內尚無(wú)實(shí)際應用。

5、結語(yǔ)

盡管現代意義上的生物醫學(xué)材料起源于20世紀40年代，其學(xué)科也僅形成于20世紀80年代，但生物醫用材料涉及億萬(wàn)人的健康，是保障人類(lèi)健康的必需品。生物醫用材料的應用不僅挽救了數以千萬(wàn)計人的生命，使疾病得以早期發(fā)現和有效治疙并顯著(zhù)降低了重大疾病的死亡率，同時(shí)，它對于改善人們的健康狀況和提高生活質(zhì)量，具有重要的民用價(jià)值和社會(huì )意義。