1、材料科學(xué)工程學(xué)院材料學(xué)科前沿文獻(xiàn)綜述主題：鈦鎳記憶合金在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用學(xué)生名稱：張?chǎng)卫麑W(xué)位：專業(yè)：金屬材料工程評(píng)委：2012年4月鈦鎳記憶合金在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用摘要：目前，鎳鈦形狀記憶合金的研究論文數(shù)處于馬氏體相變研究領(lǐng)域的前列，其材料的應(yīng)用已經(jīng)涉及電子、機(jī)械、醫(yī)療、能源、航天、日常生活等領(lǐng)域，并顯示出很強(qiáng)的發(fā)展趨勢(shì)。 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)鈦合金臨床普及的提高。關(guān)鍵詞：鈦鎳形狀記憶合金基本性質(zhì)醫(yī)學(xué)應(yīng)用前言鈦鎳形狀記憶合金作為感知和驅(qū)動(dòng)一體化的新功能材料，是智能材料結(jié)構(gòu)的重要成員1，具有重要的理論和應(yīng)用研究?jī)r(jià)值。 鈦鎳形狀記憶合金是一種強(qiáng)度高、耐腐蝕、生物相容性好、無(wú)毒、有醫(yī)學(xué)應(yīng)用前景的功能性材料，低

2、溫相變形后，僅加20 300的溫度就能恢復(fù)母相記憶的形狀，伸縮率在20%以上，疲勞壽命達(dá)到107次，衰減特性比普通彈簧高107次因此，廣泛應(yīng)用于口腔科和骨科等多種醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。 近年來(lái)，鈦鎳記憶合金在治療各種骨折中具有不可替代的重要作用。 介紹鈦鎳形狀記憶合金的基本特性和在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用。1 .鈦鎳記憶合金的生物相容性生物相容性是形狀記憶合金能否用于人體的最重要因素2。 生物相容性好的材料在生物體內(nèi)不會(huì)發(fā)生過(guò)敏反應(yīng)，任何離子都不會(huì)釋放到生物血液中，在生物體內(nèi)不會(huì)發(fā)生有害反應(yīng)，長(zhǎng)期存在。 生物相容性和材料表面特性與生物的炎癥和過(guò)敏反應(yīng)密切相關(guān)。 許多因素如患者的健康狀態(tài)、年齡、免疫狀態(tài)和材料特性(表面

3、粗糙度、氣孔率、元素毒性)等影響人體的炎癥和過(guò)敏反應(yīng)。 為了評(píng)價(jià)鎳鈦形狀記憶合金的生物相容性，防止應(yīng)用后對(duì)生物造成危害，許多研究對(duì)形狀記憶合金的各元素進(jìn)行了分析測(cè)試。鎳是生命必要的微量元素，但毒性很強(qiáng)。 研究表明，與鎳的長(zhǎng)期接觸可引起貧血、慢性鼻炎、鼻竇炎、鼻咽癌和肺癌等，或接觸引起接觸性皮炎。 鈦及其化合物具有良好的生物相容性和力學(xué)特性，常用于牙科和骨科內(nèi)植物。 鈦的氧化反應(yīng)生成無(wú)毒的Ti O 2，包在材料周圍。 該氧化層能有效地防止鈦合金的侵蝕，對(duì)人體無(wú)害。 侵蝕分析實(shí)驗(yàn)證實(shí)，鎳鈦合金容易因生理鹽水而發(fā)生侵蝕變化，但耐腐蝕性高于不銹鋼3。 總體上，鎳鈦形狀記憶合金具有良好的生物相容性。2鈦

4、鎳記憶合金在骨科醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用1981年9月，形狀記憶合金的第一種骨科內(nèi)固定器材加壓騎手釘被應(yīng)用于髕骨骨折的治療4。 隨后，由一系列形狀記憶合金制成的骨科內(nèi)固定物應(yīng)用于臨床。2.1鈦鎳形狀記憶合金套合骨板治療四肢管狀粉碎骨折近十年來(lái)，TiNiSMA抱合骨板廣泛應(yīng)用于臨床，不僅具有耐磨、耐腐蝕、耐疲勞等特點(diǎn)，還具有良好的生物相容性和低生物脫變性、良好的抗彎曲和抗扭作用。 雖然抗彎性能和抗扭能力與接骨板相似，但鎮(zhèn)流負(fù)荷下的應(yīng)力阻斷作用明顯低于接骨板，是普通不銹鋼接骨板的四分之一，可以減少應(yīng)力阻斷引起的骨廢棄性萎縮和再骨折。 從力學(xué)性能來(lái)看，其抗扭轉(zhuǎn)能力明顯強(qiáng)于髓內(nèi)針，有效防止旋轉(zhuǎn)位移，不破壞髓內(nèi)血供

5、給和骨內(nèi)膜，有助于促進(jìn)骨愈合和減少固定后的骨質(zhì)疏松癥。 不管實(shí)驗(yàn)和臨床觀察，骨折部固定在懷里后形成了很多外骨痂，骨折部還在微動(dòng)，骨折的愈合方式是典型的二期愈合，該二期愈合在時(shí)間和質(zhì)量上均不比第一期愈合差5。2.2髕骨器髕骨骨折是比較常見的關(guān)節(jié)內(nèi)骨折。 膝蓋骨器取厚度為1.5 2mm的鈦合金板材，連接1根或2根膝蓋骨底功能爪枝，腰和膝蓋骨尖功能爪枝。 髕骨器的功能爪枝和腰部比與髕骨相對(duì)應(yīng)的解剖弧小一些，形成功能弧差髕骨底功能爪枝的端部為直角鉤狀，嵌入髕骨底部骨的固定鉤髕骨尖功能爪枝的端部為弧狀鉤，鉤在非關(guān)節(jié)面的髕骨尖下緣的固定鉤本器的形狀恢復(fù)溫度為2833。 本器從59個(gè)方向?qū)x骨中心近關(guān)節(jié)面部

6、持續(xù)地、以縱向?yàn)橹鲗?duì)骨斷端施加聚合加壓力(2328kg )，同時(shí)該力能對(duì)抗大腿四頭肌的強(qiáng)拉伸應(yīng)力，從臨床結(jié)果來(lái)看，使用本器很簡(jiǎn)單，可以節(jié)省時(shí)間，在局部麻醉下完成手術(shù)并普及一般病例本器適用于任何類型的髕骨骨折，特別是對(duì)重度粉碎性骨折都能達(dá)到內(nèi)固定的要求，無(wú)需采用部分或全髕骨切除術(shù)。2.3脊柱矯正棒短期內(nèi)，該椎體釘可在脊柱側(cè)彎手術(shù)矯正中應(yīng)用形狀記憶合金棒，利用體溫可使矯正棒始終保持一定的矯正力，手術(shù)一次就成功。 應(yīng)用形狀記憶合金棒矯正的最大特征是，可以將形狀記憶合金棒固定在每個(gè)椎板棘突上，使力分散，力溫和，不易發(fā)生骨折，術(shù)后不需要石膏固定，加溫后，利用形狀記憶合金棒的恢復(fù)力將脊柱側(cè)彎矯正為一定的曲

7、率，通過(guò)脊柱殘留曲率的限制，形狀記憶合金棒恢復(fù)到原來(lái)的直線形狀3鈦鎳記憶合金在其他醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用3.1矯正絲通常，齒列矯正線等多由不銹鋼或Co-Cr合金線制作，但這些材料的反彈力小，因此為了對(duì)齒施加適當(dāng)?shù)某C正力，必須預(yù)先彎曲成一定的形狀，在位移量大的情況下，為了實(shí)現(xiàn)目的，需要數(shù)次的形狀調(diào)整，花費(fèi)時(shí)間和時(shí)間將鈦鎳形狀記憶合金應(yīng)用于口腔正畸是正畸材料學(xué)的重大進(jìn)展。 鈦合金絲具有與不銹鋼不同的兩種特性，一種是形狀記憶特性。 也就是說(shuō)，在形狀記憶處理后，當(dāng)達(dá)到形狀轉(zhuǎn)變溫度范圍時(shí)，就會(huì)恢復(fù)到原來(lái)制作時(shí)記憶的形狀.第二個(gè)是超彈性特性. 施加一定的外力形成一定的形狀，去除外力后恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。 使用鈦合金的

8、超彈性功能時(shí)，即使施加10%的變形也不會(huì)發(fā)生塑性變形，即使發(fā)生大的變形，矯正力的增加也很小。 因此，不會(huì)對(duì)牙齒造成損傷，能夠保持適當(dāng)?shù)某C正力。 美國(guó)利用形狀記憶合金的超彈性，將鈦合金絲唇弓用于矯正床，國(guó)內(nèi)也有研究和臨床應(yīng)用，比較了取得較好效果的鈦鎳形狀記憶合金和不銹鋼絲矯正器。這些優(yōu)點(diǎn)包括：(1)縮短療程：將矯正齒扭轉(zhuǎn)擁擠等療程縮短50 60%(2)復(fù)診次數(shù)減少：鈦鎳絲彈性好，具有記憶特性，所以不需要經(jīng)常調(diào)整矯正器，將復(fù)診間隔時(shí)間延長(zhǎng)1 2倍(3)鈦鎳絲力量柔軟持續(xù)，牙齒在生理范圍內(nèi)移動(dòng)最快，能達(dá)到矯正目的，對(duì)牙周組織無(wú)不良影響，也不舒適。3.2人工心臟應(yīng)用形狀記憶合金可以制作人工心臟驅(qū)動(dòng)裝置

9、，空氣驅(qū)動(dòng)方式的人工心臟多采用隔膜型和膠囊型泵。 為了開發(fā)能移植到體內(nèi)的小型裝置，最好利用在控制和性能方面優(yōu)秀的推式血液泵。 通過(guò)壓板的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，高分子薄膜運(yùn)動(dòng)，吸入血液排出。 該血泵用形狀記憶合金彈簧代替空氣驅(qū)動(dòng)器來(lái)控制形狀記憶合金彈簧的溫度變化，從而使彈簧收縮和伸展，使壓板往復(fù)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到輸送血液的目的，為全埋入型人工心臟的發(fā)展增加了新的驅(qū)動(dòng)源。3.3凝血過(guò)濾器為了防止血液凝固塊進(jìn)入肺形成栓塞，設(shè)計(jì)了形狀記憶合金凝固過(guò)濾器。 首先，把形狀記憶合金的記憶處理成過(guò)濾器狀態(tài)，冷卻后，把過(guò)濾器拉成直線，通過(guò)導(dǎo)管插入上臂靜脈內(nèi)。 體溫下，伸展的形狀記憶合金線恢復(fù)上臂靜脈內(nèi)記憶的網(wǎng)狀形狀，達(dá)到了阻止血液

10、凝固塊進(jìn)入心臟和肺部，防止肺栓塞的目的。 使用血液凝固過(guò)濾器容易形成血栓的患者可以避免使用抗凝固劑，即使出現(xiàn)血液凝固，因?yàn)楸混o脈阻止，所以不需要進(jìn)行大手術(shù)，只要局部麻醉，從靜脈凝固過(guò)濾器中取出血液凝固塊就可以了?？偨Y(jié)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新材料的應(yīng)用將越來(lái)越普及。 隨著我國(guó)科技的迅速發(fā)展，人們對(duì)健康的重視度逐漸加深，鈦鎳記憶合金的醫(yī)學(xué)應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，其開發(fā)和應(yīng)用也將成為今后研究的焦點(diǎn)。 當(dāng)然，鈦鎳記憶合金昂貴，記憶效果不可逆等許多缺點(diǎn)也應(yīng)該在未來(lái)克服。 醫(yī)學(xué)畢竟是嚴(yán)格的，我們要做的是精進(jìn)，不斷完善其在醫(yī)學(xué)中的作用。參考文獻(xiàn)：1、Wever D J、V eldhui zen A G、devriesjetal.electrolichemenchicalandsurfacharacterizationofanickel-titanium alloy.biomaterials 200 19 (7-9)761- 7692、羅東、林艷梅、陳建東.鎳鈦記憶合金內(nèi)固定治療不同種類骨折的臨床效果.實(shí)用醫(yī)藥雜志，2005，11:975-9763、溫孝明、蔣宜偉、宋敏、張華.形狀記憶合金內(nèi)固定