1、概述
　　生物醫(yī)用材料是材料科學(xué)的一個(gè)重要分支，是用于診斷、治療或替代人體組織、器官或增進(jìn)其功能、具有高技術(shù)含量和高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的新型載體材料，是材料科學(xué)技術(shù)中一個(gè)正在發(fā)展的新領(lǐng)域。生物醫(yī)用材料對(duì)于探索人類生命奧秘、保障人類健康長壽做出更大貢獻(xiàn)。
　　近10多年以來，生物醫(yī)用材料及制品的市場(chǎng)增長率一直保持在20％-25％左右，預(yù)計(jì)未來10年-15年內(nèi)，包括生物醫(yī)用材料在內(nèi)的醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)將達(dá)到醫(yī)藥制品市場(chǎng)規(guī)模，成為21世紀(jì)世界經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。
　　在生物醫(yī)用金屬材料中，鈦及其合金憑借優(yōu)良的綜合性能，成為人工關(guān)節(jié)(髖、膝、肩、踝、肘、腕、指關(guān)節(jié)等)、骨創(chuàng)傷產(chǎn)品(髓內(nèi)釘、鋼板、螺釘?shù)?、脊柱矯形內(nèi)固定系統(tǒng)、牙種植體、牙托、牙矯形絲、人工心臟瓣膜、介入性心血管支架等醫(yī)用內(nèi)植物產(chǎn)品的首選材料。目前，還沒有比鈦合金更好的金屬材料用于臨床。發(fā)達(dá)國家和世界知名體內(nèi)植入物產(chǎn)品供應(yīng)商都非常重視鈦合金的研發(fā)工作，推出了一系列新的醫(yī)用鈦合金材料，包括具有生物活性的鈦合金仿生材料，在醫(yī)用鈦合金材料的表面處理方面也做了很多專利性的設(shè)計(jì)與開發(fā)，賦予醫(yī)用鈦合金材料更好的生物活性以滿足人體的生理需要，從而達(dá)到使患者早日康復(fù)的目的。
　　世界人口近65億，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，傷殘者接近4億，肢體傷殘者6000萬，牙病患者20億，目前生物材料器件植入者僅有3500萬人，每年關(guān)節(jié)置換量約150萬例，與實(shí)際需要置換者的數(shù)量相差甚遠(yuǎn)。因此，生物醫(yī)用材料市場(chǎng)需求潛力巨大。而作為生物醫(yī)用金屬材料的首選，鈦及其合金需求也將大增，因此加大醫(yī)用鈦合金材料的研發(fā)力度勢(shì)在必行[1]。
　　2、生物醫(yī)用鈦及其合金材料的發(fā)展歷程、最新進(jìn)展及市場(chǎng)狀況
　　生物醫(yī)用鈦及其合金材料的發(fā)展與應(yīng)用經(jīng)歷了4個(gè)標(biāo)志性階段。
　　2.1 應(yīng)用初期
　　50年代初，首先在英國和美國，商業(yè)純鈦被用來制造接骨板、螺釘、髓內(nèi)釘和髖關(guān)節(jié)。由于接骨板在手術(shù)中需要塑形，以便貼敷斷骨的生理解剖形狀，所以直到現(xiàn)在，經(jīng)過特殊加工處理的商業(yè)純鈦(IS05832-2)仍被用來制造接骨板及配套螺釘，如AO骨內(nèi)固定植入物產(chǎn)品指定制造商瑞士馬特仕公司(Mathys Medical Ltd.，Switzerland)生產(chǎn)的全系列AO鋼板及螺釘，這是高強(qiáng)度鈦合金所不能替代的。經(jīng)臨床發(fā)現(xiàn)，使用商業(yè)純鈦制造髓內(nèi)釘及髖關(guān)節(jié)存在著明顯的強(qiáng)度、剛度不足的問題。為避免內(nèi)固定植入物的斷裂失效，提高植入物的強(qiáng)度，在英、美、俄、日等國，出現(xiàn)了采用高強(qiáng)度Ti-6A1-4V(IS05832-2)合金替代純鈦材料。
　　2.2 發(fā)展階段
　　Ti-6A1-4V合金本身也在發(fā)展，出現(xiàn)了具有高斷裂韌性、低裂紋擴(kuò)展速率、低間隙元素型Ti-6A1-4VELI高損傷容限鈦合金，直到目前占80％以上鈦合金植入物產(chǎn)品仍在使用這種合金。
　　雖然Ti-6A1-4V合金具有優(yōu)異的性能，但由于V元素可引起惡性組織反應(yīng)，可能對(duì)人體產(chǎn)生毒副作用，因而促使材料學(xué)家研究新的不含V的鈦合金材料。自80年代，德國和瑞士的生物材料學(xué)家先后研制出Ti-5A1-2.5Fe和Ti-6A1-7Nb合金。這2種合金中，Ti-6A1-7Nb(IS05832?11)合金的臨床應(yīng)用更為成功01985年瑞Sulzer醫(yī)療技術(shù)公司首先采用鍛造Ti-6A1-7Nb-Protasu1100材料制造髖關(guān)節(jié)柄，并取得準(zhǔn)產(chǎn)注冊(cè)[2]，用于臨床，市場(chǎng)反映良好，目前此類產(chǎn)品已被引入中國。瑞士Mathys公司也采用Ti-6AI-7Nb合金制造非擴(kuò)髓帶鎖髓內(nèi)釘系統(tǒng)(包括脛骨、肱骨、股骨)及用于治療股骨頸骨骨折的中空螺釘?shù)取?br /> 　　2.3 提高階段
　　20世紀(jì)90年代以采，在鈦合金植入物材料方面，不斷有關(guān)于AⅡ?qū)θ梭w存在潛在危害的報(bào)告，認(rèn)為A1會(huì)引起骨質(zhì)疏松和精神紊亂等病癥，所以生物材料學(xué)家開始探索與研究不含V、A1的新型生物用鈦合金。其中研制成功并已被臨床允許采用的合金有Ti-13Nb-13Zr合金(ASTM F1713-1996)、Ti。12Mo-6Zr-2Fe合金(ASTM F1813-1997)。
　　Ti-13Nb-13Zr合金是90年代初由美國科學(xué)家研發(fā)的低彈性模量、高強(qiáng)度、高韌性、高疲勞強(qiáng)度及良好生物相容性等綜合性能良好的生物鈦合金。與Ti-6A1-4V相比，其彈性模量低30％，平面斷裂韌性高20％(65MPa.m1／2)；彎曲及剪切模量低30％-40％，在同種人體模擬體液中腐蝕率低40％。經(jīng)冷、熱加工后，在保持高強(qiáng)度的情況下，模量可下降至50MPa，更接近于人體皮質(zhì)骨[3]。目前，這種材料被國際知名牙科材料制造商用來制造牙種植體。
　　Ti-12Mo-6Zr-2Fe合金也是近年來被國際知名金屬內(nèi)植物制造商推崇的一種生物醫(yī)用鈦合金。這種合金具有較低的彈性模量、高強(qiáng)度、較高的斷裂韌性(90MPa.m1/2)，較好的耐磨性和優(yōu)異的耐腐蝕性等，是一種綜合性能良好的亞穩(wěn)定p型生物醫(yī)用鈦合金。與Ti-6A1-4V相比，其彈性模量低25％，材料的柔軟性更好，斷裂韌性高約80％(90：52)，還具有優(yōu)異的機(jī)械性能：抗拉強(qiáng)度比Ti-6A1-4V高20％，抗疲勞強(qiáng)度高47％。全球最大的骨科專業(yè)集團(tuán)公司之一??STRYKER集團(tuán)公司的下屬公司Stryker Howmedica OSTEONICS(史賽克關(guān)節(jié)分公司)采用Ti-12Mo-6Zr-2Fe合金(TMZFR BETA)制造Howmedica Partnership系統(tǒng)(髖關(guān)節(jié)假體系統(tǒng))中的MeridianTMZF股骨柄，此系統(tǒng)在質(zhì)量、功能和臨床效果方面已達(dá)到骨科臨床要求的最高標(biāo)準(zhǔn)??頂尖級(jí)。Stryker SPINE(史賽克脊柱分公司)還采用TiMoZrFe合金制造頸椎前路鋼板系統(tǒng)(REFLEX Anterior Cervical Hate)。以上2種產(chǎn)品已引進(jìn)中國市場(chǎng)。
　　2.4 創(chuàng)新階段
　　沒有創(chuàng)新，就沒有進(jìn)步。近年來，在醫(yī)用鈦合金方面有很多創(chuàng)新成果。
　　(1) Ni-Ti形狀記憶合金(NTSMA)的開發(fā)與應(yīng)用
　　80年代初期，Ni-Ti狀記憶合金成功田干骨科臨床，引起骨科專家和臨床醫(yī)生的關(guān)注，并稱之為“神奇金屬”。這種功能材料具有奇特的形狀記憶效應(yīng)、超彈性、耐疲勞、耐磨損、耐腐蝕、生物相容性好。它是由56％(質(zhì)量百分比)的Ni和44％(質(zhì)量百分比)的鈦組成。用于骨科臨床的NTSMA的變形溫度為0℃-5℃，回復(fù)溫度為37℃左右。用NTSMA材料固定骨折后，在體溫或熱鹽水濕敷下升溫而產(chǎn)生形狀回復(fù)，但骨骼對(duì)材料回復(fù)產(chǎn)生了限制，這樣在骨折斷端產(chǎn)生一種動(dòng)態(tài)、持續(xù)性質(zhì)的加壓力或鉗夾力而達(dá)到固定骨折的作用。我國NTSMA材料的基礎(chǔ)研究比國外晚，但在臨床應(yīng)用研究方面處于國際領(lǐng)先地位。2000年，在骨科內(nèi)植入物方面，蘭州西脈記憶合金股份有限公司，取得國家藥品監(jiān)督管理局的產(chǎn)品準(zhǔn)產(chǎn)注冊(cè)，促進(jìn)了NTSMA骨科內(nèi)植物的臨床應(yīng)用。目前，我國已有3家企業(yè)注冊(cè)生產(chǎn)NTSMA骨內(nèi)固定裝置，主要有騎縫釘、聚髕器、環(huán)抱鋼板、Ni-Ti弓形記憶加壓接骨器、髓內(nèi)釘?shù)犬a(chǎn)品[4]。
　　NTSMA還被用在介入性治療上。介入性治療是近10年發(fā)展快速的一種先進(jìn)非手術(shù)診療臨床技術(shù)。這種技術(shù)通常是在X射線圖像監(jiān)視下，利用穿刺插管技術(shù)，將特制的導(dǎo)線、導(dǎo)管、球囊或支撐支架沿血管或體內(nèi)其它管腔輸送到體內(nèi)病變處就地治療，具有創(chuàng)傷輕、痛苦小、風(fēng)險(xiǎn)小、省時(shí)、可靠、康復(fù)快等特點(diǎn)。介入性治療材料包括支架材料和輸送系統(tǒng)材料，其中支架材料首選NTSMAo近幾年我國介入性治療發(fā)展迅猛，年增長率保持在20％-30％，2002年接受介入治療的患者已接近15萬例。目前，介入治療所需材料主要依靠進(jìn)口，已取得FDA認(rèn)證進(jìn)入中國市場(chǎng)的企業(yè)有20多家。其產(chǎn)品質(zhì)量、性能都優(yōu)于國內(nèi)產(chǎn)品，售后服務(wù)到位，但價(jià)格昂貴，約1.2萬元／件-1.6萬元／件。主要供貨商有美國JOHNSON&JOHNSON COMPANY CORDIS CO.，、美國MEDTRO NIG，INC、加拿大NUMED CANADA INC等；我國也有一些公司生產(chǎn)，如北京四泰新技術(shù)開發(fā)公司、北京鑫泉公司、北京龍舟飛渡記憶合金應(yīng)用研究所等。
　　此外，NTSMA還被用在牙科正畸治療上，北京有色金屬研究總院稀貴所(現(xiàn)北京有研億金股份有限公司)生產(chǎn)的NTSMA牙弓絲，不僅在國內(nèi)銷售、應(yīng)用，而且出口海外。
　　(2) 多孔Ni-Ti(PNT)合金生物活性材料制造頸、腰椎間融合器(Cage)
　　加拿大BIORTHEX公司研制出采用多孔Ni-Ti合金專利材料ACTIPORETM制造頸、腰椎間融合器用于骨科脊柱損傷的治療。這種材料具有65％左右的空隙率，平均微孔尺寸215μm-230μm，具有生物活性，促進(jìn)新生骨通過微孔與支架快速生長，內(nèi)部相互連接多方向的微孔產(chǎn)生毛細(xì)管滲透作用，促使血液、基本營養(yǎng)和骨髓進(jìn)入椎體間融合器。這種金屬植入材料彈性模量與松質(zhì)骨接近，從而避免了應(yīng)力遮擋效應(yīng)，促進(jìn)骨重建并對(duì)骨細(xì)胞的生長提供了良好的環(huán)境支持，骨生長細(xì)胞和營養(yǎng)滲透到相互連接的微孔加速了骨整合。這種椎間融合器的最大特點(diǎn)是不用植骨(其它材料椎間融合器需要進(jìn)行骨移植，使用自身髂骨)，植3.1年后，骨重建在融合器內(nèi)部完成并與周圍骨密度相匹配。經(jīng)動(dòng)物試驗(yàn)，PNT合金具有良好的生物相容性[5,6]。2000年，該產(chǎn)品取得CE認(rèn)證，并在歐洲及部分亞洲市場(chǎng)開始銷售。目前，正加緊進(jìn)行更為嚴(yán)格的臨床驗(yàn)證，從而申請(qǐng)美國FDA認(rèn)證。該產(chǎn)品也有望近期引入中國市場(chǎng)。
　　(3) 多孔鈦合金制造人工髖關(guān)節(jié)假體
　　生物固定型(非骨水泥)人工關(guān)節(jié)是當(dāng)前骨科領(lǐng)域?qū)＜?、臨床醫(yī)生推崇的人工關(guān)節(jié)假體。它要求髖關(guān)節(jié)柄材料或表面具有生物活性，能誘導(dǎo)骨細(xì)胞生長，使關(guān)節(jié)柄與股骨髓腔界面產(chǎn)生骨整合，從而避免采用骨水泥固定帶來的弊端，即長期使用后產(chǎn)生松動(dòng)、下沉和脫位。因此，關(guān)節(jié)柄的部分階段采用多孔鈦合金材料將賦予假體生物活性，有助于柄與髓腔的骨性生理結(jié)合。90年代末期，德國和日本的科學(xué)家成功利用定向凝固技術(shù)，以氫、氧、氮?dú)鉃榘l(fā)泡氣體制備出定向凝固多孔金屬材料(即泡沫金屬)。德國克魯勃醫(yī)療技術(shù)公司(Krupp，gb Implantat-Technologie GmbH)采用此項(xiàng)技術(shù)生產(chǎn)出多孔鈦合金股骨柄假體。
　　(4) 多孔鈦合金涂層技術(shù)用于人工關(guān)節(jié)假體制造
　　制造生物固定型人工關(guān)節(jié)的另一種方法是在鈦合金關(guān)節(jié)柄表面產(chǎn)生多孔?？蓪⑽⑿♀佒榱?微球粉末)燒結(jié)或采用等離子噴涂方法，將微粒燒結(jié)(一般為雙層或三層)或等離子噴涂在關(guān)節(jié)柄的部分表面，使其表面具有多孔性，減少了植入物與骨彈性模量的差別，有利于骨細(xì)胞的生長和營養(yǎng)的遞送，從而獲得生理骨整合。如美國Exactech AcuMatchtm-A系列髖關(guān)節(jié)柄部近端采用直徑為0.28mm的鈦珠，三維立體排列。燒結(jié)后，三排珠尺寸相加為0.84mm，孔隙平均尺寸為152μm，平均空隙率為35％，這表明在柄部燒結(jié)鈦珠表面有35％的骨長入空間。
　　生物固定型關(guān)節(jié)假體(髖、膝關(guān)節(jié))多數(shù)是采用多孔噴(鈦微球粉)涂表面，如美國Zimmer公司、Exactech公司，臺(tái)灣聯(lián)合公司等。除采用鈦合金珠粒(微球)等離子噴涂外，最近幾年，美國Encore Medical Corporation發(fā)明了3DMatrixTM多孔噴涂技術(shù)。這種技術(shù)不是采用球形微粒，而是采用一種隨機(jī)的三維異形微粒，微粒尺寸180μm-850μm，噴涂后表面孔徑尺寸250μm-450μm，空隙率可達(dá)61％。臨床研究表明：100μm-500μm的孔徑尺寸最適合骨生長。這種先進(jìn)的多孔噴涂技術(shù)，使假體柄表面具有更好的生物活性，提供了更好的骨生長界面。
　　(5) 羥基磷灰石(HA)涂層技術(shù)用于鈦合金人工關(guān)節(jié)制造
　　采用等離子噴涂技術(shù)，將關(guān)節(jié)假體柄的一部分噴涂羥基磷灰石(HA)涂層，也是制造生物型人工關(guān)節(jié)的方法之一。從結(jié)構(gòu)上講，人體骨本身就是成骨纖維與羥基磷灰石構(gòu)成的天然復(fù)合材料。羥基磷灰石(Ca5(0H)(P04)3)含有能與人體組織發(fā)生鍵合的羥基，其化學(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)與構(gòu)成人體組織的羥基磷灰石佩晶極為相似，植入人體硬組織后與骨的鍵合很好，并能誘導(dǎo)骨組織長入微孔，且組織反應(yīng)輕微。植入數(shù)月后，在緊密配合的界面一般能達(dá)到骨性結(jié)合，已成為生物活性陶瓷中的首選涂層材料。
　　HA涂層與鈦合金基體的結(jié)合強(qiáng)度是影響鈦合金種植體臨床使用效果的關(guān)鍵，只要涂層與基體間存在宏觀界面，兩者間的結(jié)合強(qiáng)度就不能令人滿意。一般要求涂層與鈦合金基體的結(jié)合強(qiáng)度不得低于40MPa，涂層厚度在150μm-200μm。涂層太厚，結(jié)合強(qiáng)度下降，涂層容易碎裂，因此，整個(gè)等離子噴涂工藝是由機(jī)器人操作的，以確保涂層厚度的均勻一致性。涂層包含微孔和較大的孔，并具有多孔性與隨機(jī)性，微孔的孔徑尺寸為3μm-5μm，較大孔的孔徑尺寸為50μm-100μm。孔徑的大小可在掃描電鏡下進(jìn)行檢測(cè)，與此同時(shí)HA必須保持連續(xù)的純度(一般99.9％以上)和穩(wěn)定的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。
　　國內(nèi)外大多數(shù)關(guān)節(jié)產(chǎn)品制造商，均有采用這一技術(shù)制造的生物型鈦合金人工假體柄。
　　(6) Al2O3陶瓷涂層技術(shù)用于鈦合金人工關(guān)節(jié)制造
　　采用等離子噴涂技術(shù)將純度99.8％的α?Al2O3微粉噴涂在髖關(guān)節(jié)假體柄(柄體材料Ti6A14V)上，然后將其在液態(tài)C02中冷卻，在其界面形成γ-Al2O3，同時(shí)要求基體與A1203的結(jié)晶強(qiáng)度應(yīng)不得小于20MPa，這也是制造生物型(非骨水泥)人工關(guān)節(jié)的方法之一。Al2O3陶瓷材料還被用來制造髖關(guān)節(jié)球頭及髖關(guān)節(jié)臼的內(nèi)襯。經(jīng)過對(duì)使用上述材料制造的假體的死者做尸體解剖所觀察到的以及其它方面的臨床檢測(cè)表明：A1203陶瓷材料的碎屑不會(huì)引起關(guān)節(jié)囊內(nèi)滑膜組織的炎癥反應(yīng)，也未見到滑膜增生和壞死現(xiàn)象。這種假體最適合年齡較小和手術(shù)后活動(dòng)量較大的患者。由此可見，Al2O3陶瓷材料與人體組織生物相容性極好。Al2O3陶瓷材料還具有材料物理穩(wěn)定性高、不發(fā)生生物性降解、材料表面具有極好親水性、能有效形成水分子膜以減少摩擦力、硬度及疲。勞強(qiáng)度高、抵抗磨損能力比CoCrMo合金高30倍-40倍。意大利LIMA骨科器材公司、法國SERF醫(yī)療技術(shù)公司的關(guān)節(jié)產(chǎn)品，均采用這種制造方法與工藝。我國北京航空材料研究院百慕航材公司的關(guān)節(jié)產(chǎn)品，也采用了這種工藝。
　　(7) 羥基磷灰石(HA)一玻璃一鈦復(fù)合材料用于人工關(guān)節(jié)制造
　　90年代末期，日本材料科學(xué)家丸野重雄等研制出用于制造人工關(guān)節(jié)的新型生物醫(yī)用鈦合金復(fù)合材料。這種材料是以Ti-6A1-4V合金為基體，選擇與基體材料結(jié)合性良好、具有穩(wěn)定生化性能與安全性能、與HA基本不發(fā)生反應(yīng)，并與HA粉末粘結(jié)性能優(yōu)良的玻璃粉末(氧化鋁硼硅酸系玻璃，即Al2O3-B2O5-SiO2，體積百分比約為85%，其余為玻璃修飾氧化物Na2O、K2O、Li2O、ZrO2及TiO2，玻璃粉末平均直徑為17μm)，并將高純度HA粉末與之混合涂覆在鈦合金基體表面燒結(jié)而成含HA的玻璃鈦復(fù)合材料。該材料研究的另一個(gè)關(guān)鍵是燒結(jié)復(fù)合層的熱膨脹系數(shù)要低于鈦合金基體，只有這樣復(fù)合層與鈦合金基體的接觸界面因熱擴(kuò)散反應(yīng)，才能生成致密、穩(wěn)定、且與基體材料結(jié)合緊密的復(fù)合層。
　　采用HA-G-Ti復(fù)合材料制成的人工髖關(guān)節(jié)假體柄經(jīng)初步臨床驗(yàn)證，證明是一種耐用性強(qiáng)、初期固定優(yōu)良的廉價(jià)人工髖關(guān)節(jié)假體。復(fù)合層HA-G厚度可任意調(diào)節(jié)，生物相容性優(yōu)良，HA-G復(fù)合層與基體結(jié)合性良好，尚未發(fā)現(xiàn)剝離、層裂。長期臨床效果有待于進(jìn)一步觀察，因此這種材料也是一種極有市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿Φ纳镝t(yī)用鈦合金材料[7]。
　　(8) 鈦及其合金表面陽極氧化著色處理用于骨科器材、整形外科及牙科。
　　對(duì)鈦及其合金表面進(jìn)行陽極氧化著色處理，就其功能性而言，在表面鍍覆氧化膜提高了鈦合金基體在人體環(huán)境下的耐磨性、耐腐蝕性和循環(huán)疲勞抗力。另外，表面的氧化膜也很大程度上解決了金屬離子溶出問題，降低了細(xì)胞毒性，大大提高了植入體的生物相容性。對(duì)于其美觀性，隨著鈦合金植入體種類、規(guī)格的逐漸增多，也給臨床識(shí)別帶來了麻煩。表面氧化膜的發(fā)色作為鈦合金的特有屬性，可以用于識(shí)別手術(shù)中不同規(guī)格、類別的植入件，方便手術(shù)操作。另外，由于鈦的生物相容性耐腐蝕性好，質(zhì)量輕，戴用舒適，鈦?zhàn)鳛榱x齒(種植牙)和整形外科修復(fù)體在臨床的應(yīng)用逐漸增多。人們對(duì)義齒的修復(fù)，已不僅強(qiáng)調(diào)咀嚼、發(fā)音和使用壽命等功能的恢復(fù)，對(duì)義齒美觀的要求日益提高，義齒的色彩美能給人以視覺美感享受[8]。而在整形外科修復(fù)方面，這種優(yōu)勢(shì)就更加明顯了。
　　鈦表面氧化后顯示不同顏色的原因是由于金屬鈦表面形成的氧化膜的主要成分是氧化鈦，由這種成分構(gòu)成的薄膜狀物質(zhì)是透明的，能強(qiáng)烈反射和折射光線。將鈦在含氧氣氛中加熱，或?qū)︹亴?shí)施陽極氧化等處理時(shí)，鈦表面就鍍上一層厚幾百A的氧化鈦膜。如果光照射到鍍覆了氧化膜的鈦上，氧化膜表面的反射光線就會(huì)與通過透明氧化膜金屬界面上反射的光線間發(fā)生干涉，從而顯出各種美麗的干涉色[9]。隨著氧化膜厚度的不同，鈦表面能夠顯現(xiàn)出黃色、綠色、金色和粉紅色等各種不同顏色。
　　鈦的氧化著色主要有陽極氧化法、大氣氧化法、化學(xué)處理法。此外還有等離子滲氮、氮離子注入、物理化學(xué)氣相沉積等方法。
　　與鈦的其他2種氧化著色法相比，陽極氧化法工藝簡單、表面著色的色調(diào)豐富，而且色調(diào)容易控制等，所以該氧化法是一種最具發(fā)展前景的氧化著色技術(shù)。
　　骨內(nèi)固定植入物及器械通常采用陽極氧化法做表面著色處理，其顏色有：金黃色、古銅色、寶石藍(lán)、亮棕色、玫瑰紅及雅綠色等。
　　3、我國生物醫(yī)用鈦及其合金的研發(fā)售市場(chǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問題初步分析
　　3.1 生物醫(yī)用鈦及其合金的研發(fā)、市場(chǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀
　　自80年代中期以來，我國在醫(yī)療植入物方面，對(duì)鎳鈦形狀記憶合金的臨床與應(yīng)用研究屬國際先進(jìn)水平，上海鋼鐵研究總院、天津市冶金材料研究所及北京有色金屬研究總院稀有金屬研究所聯(lián)合當(dāng)?shù)氐尼t(yī)療專家和教授開發(fā)了很多醫(yī)療植入物產(chǎn)品。如：環(huán)抱鋼板、髕骨爪、騎縫釘、髓內(nèi)釘、人工關(guān)節(jié)、牙弓絲等產(chǎn)品。但直到2000年，首例鎳鈦形狀記憶合金產(chǎn)品(來自蘭州西脈記憶合金股份公司)才獲得國家醫(yī)藥管理局準(zhǔn)產(chǎn)注冊(cè)。
　　我國雖然鈦儲(chǔ)量豐富，但在醫(yī)用鈦方面卻相對(duì)滯后，無論在科研、設(shè)備、技術(shù)、工藝，還是在應(yīng)用方面都無法與歐、美國家相比。1998年，天津市醫(yī)療器械工業(yè)公司骨科器械二廠首家取得國家醫(yī)藥管理局頒發(fā)的“鈦質(zhì)接骨板”、“鈦質(zhì)接骨螺釘”的試產(chǎn)注冊(cè)，成為國內(nèi)第一家鈦植入物生產(chǎn)企業(yè)。該企業(yè)當(dāng)年取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。在以后幾年，鈦植入物像雨后春筍般被國內(nèi)醫(yī)療器械生產(chǎn)企業(yè)所生產(chǎn)。目前國內(nèi)應(yīng)用較好的企業(yè)有常州武進(jìn)醫(yī)療器械三廠、常州康輝醫(yī)療器械有限公司等。但在具體使用過程中也發(fā)生了很多問題，如植入物疲勞折斷、手術(shù)中塑形困難等，甚至發(fā)生了很多醫(yī)療糾紛，這當(dāng)然與材料的選擇有很大關(guān)系。
　　1992年，我國制定了外科植入物用鈦及其合金加工材標(biāo)準(zhǔn)(GBl3810-1992)，但合金種類很少。1997年，如上標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂，即GB/T13810?1997。但在實(shí)際使用中，外科植入物生產(chǎn)廠家并沒有完全搞清這種材料的性能，材料生產(chǎn)廠也沒有專用于外科植入物材料的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，如國外外科植入物生產(chǎn)商通常采用的Ti-6Al-4VELI高損傷容限合金標(biāo)準(zhǔn)，目前國內(nèi)還沒有推廣與應(yīng)用。
　　在生物醫(yī)用鈦及其合金研制方面，北京有色金屬研究總院的王桂生教授、寶雞有色金屬加工廠的魏壽庸教授、西北有色金屬研究院生物材料研究中心的李佐臣教授等做了很多有益工作和探索。
　　在Ti-6Al-7Nb合金的研制方面，從1996年開始，由國家醫(yī)藥管理局立項(xiàng)，經(jīng)北京有色金屬研究總院、寶雞有色金屬加工廠及其協(xié)作單位共同努力，先后完成實(shí)驗(yàn)室研究及工業(yè)化試制。材料的化學(xué)成分、力學(xué)性能完全符合IS05832?11規(guī)定，金相組織相當(dāng)于ETYC2(European Titanium Products Technical Committee)標(biāo)準(zhǔn)中的A4級(jí)，符合ISO5832?11對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的要求。該材料除小批試投外，1999年，寶雞有色金屬加工廠還向美國出口成品棒材十余t，創(chuàng)匯數(shù)十萬美金[10]。該材料2001年通過專家鑒定，此項(xiàng)目同時(shí)獲得2001年度中國有色金屬工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
　　目前，該材料已準(zhǔn)備納入國家標(biāo)準(zhǔn)骨接合用非有源外科植入物通用技術(shù)條件(GBl2417)修訂版中。外科植入物用Ti-6Al-7Nb棒材國家標(biāo)準(zhǔn)也在擬訂中。
　　3.2 存在問題
　　目前盡管很多植入物生產(chǎn)廠已將鈦合金材料植入物作為產(chǎn)品開發(fā)的重點(diǎn)，醫(yī)療用鈦數(shù)量在急劇攀升(相對(duì)自身而言)，但我國醫(yī)療用鈦方面仍存在很多誤區(qū)：植入物生產(chǎn)廠缺乏統(tǒng)一、高質(zhì)量的內(nèi)控用材標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)材料牌號(hào)、性能缺乏科學(xué)認(rèn)識(shí)，盲目認(rèn)為凡是鈦的，就是好的，導(dǎo)致出現(xiàn)由于產(chǎn)品材料原因而造成多例植入物在體內(nèi)發(fā)生斷裂失效，引起醫(yī)療糾紛的事件：
　　由于使用量的原因，材料生產(chǎn)廠考慮成本因素，只強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)效益，忽視了社會(huì)效益。國內(nèi)材料生產(chǎn)廠尚未生產(chǎn)專供醫(yī)療使用的鈦產(chǎn)品，如歐美公司常用的Ti-6A1-4VELI合金，包括型材，如弧型截面板條、小直徑中空厚壁管材，關(guān)節(jié)鍛造厚板等；
　　由于各種原因，我國對(duì)醫(yī)療用鈦合金材料的研究與研制力度不夠。鈦合金植入物產(chǎn)晶的加工、表面處理工藝水平等都與世界先進(jìn)國家相比差距很大；
　　雖然國務(wù)院設(shè)立了全國鈦工業(yè)管理辦公室，但由于醫(yī)療用材的特殊性，我國沒有建立專門負(fù)責(zé)或協(xié)調(diào)醫(yī)療用鈦方面研發(fā)、材料標(biāo)準(zhǔn)、材料質(zhì)量控制、產(chǎn)品加工技術(shù)咨詢、交流的專門分支機(jī)構(gòu)或行業(yè)協(xié)會(huì)，缺乏統(tǒng)一的行業(yè)管理。
　　4、展望
　　(1) 應(yīng)注重研發(fā)低彈性模量，高耐磨性能、抗腐蝕性能及高斷裂韌性，低裂紋擴(kuò)展速率、高損傷容限，并具有優(yōu)良生物相容性的生物醫(yī)用鈦合金材料；
　　(2) 組成合金的配伍元素應(yīng)以注重?zé)o毒元素的添加為前提，如主要添加無毒的“生物”金屬元素，如Nb、Zr、Ta、Sn、Pt等；
　　(3) 應(yīng)努力提高我國生物醫(yī)用鈦及其合金加工材的質(zhì)量水平，生產(chǎn)廠家要注重并滿足醫(yī)療用鈦的市場(chǎng)需求，材料的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)要與國際接軌，并加強(qiáng)材料的標(biāo)準(zhǔn)化工作；
　　(4) 應(yīng)加大材料的開發(fā)與研制力度，走材料研究院所或高等院校、材料生產(chǎn)廠及醫(yī)療研究機(jī)構(gòu)、臨床醫(yī)學(xué)專家聯(lián)合開發(fā)道路，集材料研制、生物相容性試驗(yàn)、臨床醫(yī)學(xué)驗(yàn)證于一體，加速開發(fā)有廣闊應(yīng)用前景的新型生物醫(yī)用鈦合金材料。
　　

作者：何寶明