钛合金在口腔中的应用

钛合金在口腔中的应用

严彩花张静莹（通讯作者）

严彩花张静莹（通讯作者）

（大连大学医学院辽宁大连116622）

【摘要】钛合金质量轻、密度低，具有抗电化学腐蚀、良好的生物相容性、低弹性模量和高强度等优异性能，广泛应用于口腔医学领域。在生物医用金属材料中，钛及其合金凭借优良的综合性能，成为人工关节、骨创伤产品、脊柱矫形内固定系统、牙种植体、牙托、牙矫形丝等医用内植物产品的首选材料。

【关键词】钛合金种植体生物相容性口腔生物材料临床应用

【中图分类号】R783.1【文献标识码】A【文章编号】2095-1752（2013）25-0132-02

钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属,钛及钛合金具有密度小、比强度高、抗腐蚀性能好、耐热性高、蠕变性能好等优良的综合性能，被誉为继钢铁、铝材之后处于发展中的“第三金属”和“战略金属”。在生物医用金属材料中，钛及其合金凭借优良的综合性能，成为人工关节、骨创伤产品、脊柱矫形内固定系统、牙种植体、牙托、牙矫形丝等医用内植物产品的首选材料。医用钛及其合金的发展经历了三个时代:第一个时代是α型,以纯钛和Ti-6Al-4V为代表;第二个时代是α+β型,以Ti-5Al-2.5Fe和Ti-6Al-7Nb为代表;第三个时代是生物相容性更好、弹性模量更低的β型钛合金时代。钛及其合金作为生物材料具备典型优点的同时也存在一些的弊端，如：第一代纯钛的强度较低，耐磨性较差；第二代Ti-6Al-7Nb存在与周围组织结合不佳以及合金中的Al元素有潜在毒性的缺点。目前钛合金在口腔中的应用主要分为以下方面：

1.种植体材料

钛及钛合金因具有良好的机械力学性能和生物相容性被广泛用作牙科种植体。种植体颈部由表面光滑的钛及钛合金制成,以利于纤维组织包绕，形成良好的上皮袖口区，防止菌斑积聚。种植体体部的多孔结构，增大了种植体的表面积，为骨组织的附着生长提供了条件，利于种植体的固位。实验制备的ZnHA/TiO2生物涂层的细胞实验结果表明[1]，成骨细胞与ZnHA/TiO2涂层有较好的附着，细胞在材料表面的增殖能力增强，较好的细胞附着在一定程度上抑制了细菌在种植体表面的附着。

近年来，种植体表面处理技术发展迅速，处理方法包括X射线喷射、机械研磨、等离子溅射、喷砂或酸蚀等。钛表面高温离子氮化处理，使纯钛及钛合金硬度分别提高七倍和两倍，氮化后钛材的年腐蚀率仅为非氮化的三分之一，并对周围组织无毒性。生物组织对表面渗氮处理钛材反应轻微且无毒性。钛及钛合金表面形成的氧化膜能被口腔中最为普遍应用的龋齿预防剂、预防性抛光和氟化物破坏引起钛腐蚀。这种腐蚀产物可引起组织细胞的变性坏死、非特异性炎症、过敏反应甚至导致肿瘤的形成。合金材料发生腐蚀后，影响修复体的颜色和强度，引起细胞毒性、过敏等不良生物反应。

2.义齿支架

近十年来，随着科学技术的发展，钛及钛合金作为口腔新型修复材料具有更广阔的前景。目前制作义齿支架使用的金属主要有Au、Ni-Cr、Co-Cr、不锈钢等合金，金合金生物相容性好，但价格昂贵，颜色不理想，其他合金含有Ni、Co、Cr等有害元素。钛作为一种新型口腔修复材料，与人体骨骼上皮组织、结缔组织都具有良好的亲和性，力学性能也可与其它各型牙用合金媲美，且密度小，义齿体感舒适。Ti-6Al-4V合金具有超塑性，便于制作义齿基托。研究表明用纯钛制作上颌腭托，具备较好的对抗折性能和生物相容性。钛在义齿修复术中逐渐成为一种越来越受重视的材料，成为用于可摘和固定义齿合金的一种经济和生物相容性好的替代品的趋势。

3.固定材料

3.1颌骨骨折固定

颌骨骨折若采用颌间结扎、不锈钢丝或不锈钢板内固定、牙弓夹板弹力牵引复位等传统方法治疗，虽能恢复咬合关系，但存在创伤大、不易操作、手术时间长、术后疤痕、影响美观等许多缺点。而钛板与骨组织能形成稳定的生物相容性，对人体无害、不致炎、不致敏、不造成坚硬钢板所致的应力屏障作用，有利于骨折的愈合，可永久保留体内。采用钛板内固定可提供骨断端三维方向的稳定性，保持局部血供，能有效达到解剖学复位，且可治疗各型骨折，术后不需或仅需较短时间的颌间固定，患者术后早期即可开始口腔功能训练，减少颞下颌关节病的发生，能使患者保持良好的口腔卫生，促进骨愈合，有利于面部各部位的功能协调。

3.2根管内固定

牙周病导致前牙松动、移位，影响患者咀嚼、发音及美容，以往对这类患牙采用拔除后义齿修复或用不锈钢结扎丝固定，不易保持口腔清洁，影响美观，患者难以接受。彭式温等采用钛钉行至牙髓腔骨内固定松动前牙获得较好效果，有效率达80.80%。该法能有效减少牙齿松动度，达到永久固定的目的。正畸方法矫正移位的前牙，在牙齿复位后较易复发，需戴保持器维持治疗效果，并且还受到骨吸收量、牙齿松动度、牙列缺损等因素的影响。钛合金钉植入体内后，在种植体周围有新生血管，并具有诱导新骨形成的作用。

4.烤瓷冠

从20世纪70年代烤瓷修复技术在中国普及以来，非贵金属镍-铬合金烤瓷修复一直占据绝对比例，随着经济发展，钛合金和贵金属烤瓷修复开始越来越多的应用于临床[2]。钛作为烤瓷冠的基底合金，可以避免其他合金基底冠带来的过敏和不良反应。钛属于顺磁性物质，在很强的磁场中也不会被磁化，进行核磁共振检查时，钛瓷修复体也不会对磁场产生干扰。钛合金烤瓷冠修复后基牙牙龈指数和龈缘染色情况观察，认为钛合金为现阶段非贵金属烤瓷修复的最好选择。

黄河长等[3]研究报道，钛合金烤瓷冠牙龈的出血指数低于镍铬合金烤瓷冠，有利于维护牙龈健康。钛合金的表面在常温下即可形成完整的氧化膜，有效防止腐蚀。钛合金析出的钛离子，量很微小，不会对周围产生毒性作用[4]，几乎不产生龈缘着色。

5.TiNi形状记忆合金

TiNi形状记忆合金具有超弹性，用它制作的卡环经久耐用。过去支架通常以316L不锈钢制成，但这种支架的纵向柔韧性不令人满意，而TiNi合金支架具有偏置式力学效应和形状记忆效应，制成的血管支架，不仅与316L不锈钢有相当的强度，而且具有良好的冷加工成形性、更适合人体要求的纵向柔顺性。

1972年Andreasen等将TiNi丝应用于口腔医学矫正临床，具有超弹性和柔韧性好的特点。TiNi丝具有宽的弹性范围和去除负荷后持有恒定应力的特性，不需经常调整，能更有效地进行牙齿矫正，国内外都在广泛应用。这种超弹性TiNi丝，不仅矫正力柔和、作型稳定、口感好、痛感小、方法简单、效果显著的优点。自1978年以来，我国对TiNi形状记忆合金及其制品进行了耐蚀性、生物试验，结果表明TiNi合金具有较好的耐腐蚀性和生物相容性。我国已有TiNi合金制作的人工关节、正畸丝、根管挫等广泛应用于临床。同时，TiNi形状记忆合金在骨科临床应用最为广泛,应用的产品有加压骑缝钉、内固定器、髓内钉等。TiNi形状记忆合金的研究主要体现在以下几方面:冷变形、热机械处理和时效处理对富Ni富Ti的TiNi合金相变和物理性能的影响;添加合金元素对TiNi合金相变和物理性能的影响;表面处理提高TiNi合金的耐蚀性和生物相容性。在TiNi系合金中,一些合金元素如Au、Pd、Pt和Zr、Hf等作为替换元素,取代了Ni元素,从而进一步提高了该合金的应用温度范围,扩大了应用领域。

6.展望

目前钛合金的研究开发方向是降低合金弹性模量、提高合金对人体的安全性、开发综合性能更优异的新型钛合金,以及对钛合金进行表面改性,提高耐磨性和耐腐蚀性能。随着材料及其加工技术的发展，钛合金在将来的一段时间里必将是最引人注目的金属植入物之一，经过十多年的努力,目前已能成功地通过精密铸造、超塑性成形、放电加工来制作牙科钛修复体,并能对其进行有效的磨光。钛修复体表面烤瓷、烤塑、以及CAD/CAM加工牙科钛修复体的研究也在积极进行中，牙科专用钛合金的开发研究也取得了不少成果。由于我国钛资源最为丰富,因此,应用前景更为广阔。为了确保生物医学材料的可靠性,材料开发研究单位、人体植入物制造单位及医疗单位应加强合作,建立三位一体的质量管理系统,加快我国生物医学材料的国产化进程,使生物医学钛合金制品在我国得到迅速推广和应用，造福于人民。

参考文献

[1]张静莹，齐民，杨大颐，艾红军.ZnHA/TiO2复合涂层的制备及生物相容性.2011,47:429-434.

[2]SiadatH,AlikhasiM,MirfazaelianA,etal.Scanningelectronmicroscopeevaluationofverticalandhorizontaldiscrepancyincastcopingsforsingle-toothimplant-supportedprostheses.ImplantDent.2008;17(3):299-308.

[3]黄河长,马莉,张澄海,等,钛合金与镍－铬合金底层冠烤瓷冠边缘对牙龈健康的影响[J].中山大学学报（医学科学版）,2004,25（3S）:308－309.

[4]YinZF,WuL,YangHG,SuYH.Recentprogressinbiomedicalapplicationsoftitaniumdioxide.PhysChemChemPhys.2013Apr14;15(14):4844-58.