杨宏勇

摘 要：镍钛形状记忆合金（NiTi-SMA）作为一种理想的固定材料在现代医学骨科中得到了很好地应用，而且其发展也是切实符合现代生物学固定的思想。在镍钛形状记忆合金中蕴含着50%左右的镍。加强对其各方面性能的深入研究，从而对于其更好的应用于现代医学领域具有重要意义。基于此，文章对医用钛基合金的表面改性以及生物相容性等问题进行了探讨，希望对后期相关工作提供一定的帮助。

关键词：医用钛基合金；表面改性；生物相容性；NiTi-SMA

引言

在现阶段医学领域，镍钛记忆合金凭借其质量轻、高强度、高回弹性以及良好的耐疲劳和耐腐蚀等性能，使其逐渐成为了最具发展潜力的一种金属生物材料，而且在骨科中应用日益普遍，但到目前为止，还没有一套科学方法和证据足以证明其在长期的植入机体中能够保持良好的生物相容性。现阶段，我们在应用天鹅型记忆接骨器的大量实践应用的基础之上，归纳并总结了合金组织的相容性及表面改性等特性，从而为相关医用材料的后期开发提供了必要的依据。

1 医用钛基合金的生物相容性和细胞毒性研究

生物材料成功植入后，对机体的影响是一个非常复杂的过程，主要反映的是血液反应、组织反应和免疫反应的反应，而所发生的这些生物反应有对于评定其生物相容性具有重要的意义。一般情况下，在对钛基合金生物相容性进行评价时，主要指标内容涵盖了以下几个方面[1]：（1）机体血管的分布密度；（2）机体炎症细胞的种类和数量；（3）所植入的材料周遭组织的生化分析和组化分析；（4）是否形成了包囊膜；（5）对远离植入组织的生化分析；（6）是都存在脂肪变性；（7）对所植入的金属物外观结构变化的观察。

钛镍合金一般含有近50%的镍，如果它被植入人体，其生物相容性和如何，镍元素在人体内的长期存在会产生许多问题，如细胞毒性等，这也需要在长期的临床实践和试验研究中不断解决的。

随着技术的发展，钛镍合金的生物相容性研究得到了明显的改善，主要体现在以下几点：（1）在体外实验中多采用成纤维细胞或成骨细胞或内皮细胞等；（2）取不锈钢或其他金属材料同钛镍合金作

对比试验；（3）适当的增加了体内试验数量；（4）在试验过程中综合应用了多项分析方法；经过长期大量的试验研究表明，钛镍合金作为一种植入材料植入人体后同其他材料相比具有明显的安全优势[2]，究其原因如下所述：

（1）机体组织之所以会出现一种良好的组织反应，其根本原因就是在于在钛镍合金表面有一层由氧化钛组成的钝化膜，其中含有了极少量的镍元素。

（2）在钛镍合金中的镍元素都是以化合态形式存在，即使在人体会出现解离现象，但其数量却是微少的。

（3）在机体外部所观察到的细胞毒性现象其主要原因也是由于镍的大量聚集所致，而在机体内部由于不会出现这种现象，所以细胞毒性也就不会发生。

现阶段，许多学者对于钛镍合金的生物相容性以及表面改性都进行了大量的试验研究，而且得到的结论却明显的一致：太镍合金植入机体后能够很好地被机体细胞所接受，而且合金表现所出现的腐蚀极少[3]。

2 NiTi-SMA的表面改性及细胞毒性

对于NiTi-SMA的加工制造以及表面处理等方面，国内学者进行了大量的研究工作[4]，在目前，也存在很多的处理方法应用于NiTi-SMA的表面处理过程。然而，表面处理方法的优劣将会直接影响其生物相容性，具体哪一种表面处理方法最为有效以及如何有效地改善合金表面特性等存在的等等问题也是目前NiTi-SMA应用领域所迫切需要解决的问题。

NiTi-SMA由于其表面氧化膜的存在，使其具有了良好的耐腐蚀性和生物相容性等特性；合金氧化膜的存在，能够促使NiTi-SMA在生理环境下保持来相对惰性状态；而对其表面的处理方法所常见的有热处理和电子抛光以及机械抛光等多项手段，同时在对合金界面以及表面的分析过程中也会涉及到电子显微镜以及X光衍射和X-RAY点光子分光光谱的应用[5]。

经大量的实验研究表明，NiTi-SMA所体现出的良好的生物相容性和腐蚀性等特性其主要还是源于在其表面均匀分布的氧化膜层，在该膜层中含有了极少的镍元素。

除上述所介绍的几种常见的表面处理方法之外，下面介绍几种其他表面处理方法：

等离子注入和喷涂羟基磷灰石方法，化学处理方法与传统方法相比，具有工艺简单，可在复杂形状的表面形成一层修饰膜；其中作为表面改性的一项重要处理手段——等离子处理法，在其应用过程中也需要对材料界面通过AES和扫描电子显微镜的辅助进行相应的分析研究。在应用等离子处理方法进行表面处理过程中，影响最大的就是钛镍比例，它能够有效引发钛、镍元素的富集和偏聚等现象，其中钛元素能够有效地增强材料表面活性，对于钛镍合金同机体高分子膜的结合提供了极大地帮助；在之列等离子体进行表面处理过程中，在样品的表面将沉积大量的电极成分，由于氯元素对人体具有一定的危害性，因此，从安全角度考虑，直流等离子处理装置一般不采用铝电极材料，因此，在表面处理过程中建议采用射频等离子体处理方法。

另外一种方法就是对合金表面进行涂层处理[6]，常用的就是聚合四氟乙炔高离子喷涂法，该方法的实施能够有效地提高钛镍合金的抗腐蚀能力，并极大的降低了镍离子的释放，进而促使其合金细胞毒性得到了明显的降低。

3 问题及展望

在钛合金生物材料的不断发展过程中，其材料的改进以及表面性能的优化等方面还存在着很多的问题需要解决。

通过一定的表面处理方法能够有效地降低钛镍合金中镍元素的释放，其中应用效果最好的一项方法就是涂层处理法。

经大量实验分析发现，NiTi-SMA具有了良好的生物相容性以及独特的形状记忆效应，经表面处理后的NiTi-SMA表面会形成一层轻质均匀而且致密分布的钝化膜，与金属表面进行紧密的结合，并通过涂膜技术的应用，能够促使NiTi-SMA细胞相容性以及抗腐蚀性等性能的明显改善。相信随着技术的不断进步和发展，现阶段所存在一系列难题都将会迎刃而解，同时，随着新型合金材料的不断改良和开发，NiTi-SMA也必将迎来一更为广阔的应用前景。

参考文献

[1]田博.医用钛基合金的表面改性及生物相容性研究[D].贵州大学，2007.

[2]冉均学.钛基生物医用材料表面改性及模拟体液培养[D].河北工业大学，2003.

[3]李晋波.医用钛表面改性及其抗菌性和生物活性研究[D].湖南大学，2012.

[4]孔丽丽.医用钛表面的电化学构筑及生物性能的优化[D].厦门大学，2009.

[5]崔琰，李岩，罗坤，等.生物医用钛基无镍记忆合金研究进展[J].稀有金属材料与工程，2010，9：1682-1686.

[6]宁聪琴，周玉.医用钛合金的发展及研究现状[J].材料科学与工艺，2002，1：100-106.