钛合金在口腔医学中的应用与发展

李楠吴文慧通讯作者吴倩

【摘要】钛及钛合金材料因其优良的综合性能在口腔医用材料中占有越来越重要的地位。本文综述了生物医用钛及钛合金材料发展的各历史阶段，重点分析了近年来医用钛合金材料发展的新趋势，并评述了钛合金在口腔医学临床中的实际应用。

【关键词】钛合金；口腔医学；表面改性；3D打印

引言

钛合金是一种拥有高比强度、耐腐蚀、耐高低温性、生物相容性好、无磁性等优点的金属材料，从20世纪60年代以来就一直受到全世界各国政府和科研机构的高度重视。经过短短半个多世纪的研究和发展，钛合金已经广泛用作于制作正畸弓丝、冠桥、义齿支架以及接骨板、种植钉等植入体，并体现出更为广阔的发展空间和应用前景。

钛合金的发展沿革

钛，是一种银白色的过渡金属，一方面，由于其活泼的特性，在常温下就能与氧气化合生成一层极薄致密的氧化膜，这层氧化膜惰性高，常温下不与硝酸，稀硫酸甚至王水反应，以此确保了钛的生物相容性；另一方面，钛的密度低，强度高，弹性模量低，比其他金属更接近骨组织，并且易于加工，使钛具有较理想的生物力学相容性。因此在口腔材料中应用钛合金一直备受青睐。

在上世纪60年代，Branemark使用纯钛制作了人工牙齿并应用后，纯钛及钛合金作为人体医用材料取得了飞速发展[1]。生物医用钛合金在医学领域前后经历了三次发展：第一代的医用钛合金是以α型的纯钛、α+β型的Ti-6Al-4V合金为代表；研究应用中发现，此类合金中含有的V元素容易聚集在器官上，影响细胞和组织的生长，具有生物毒性[2]，而且此类合金的耐蚀性相对较差；第二代是以添加了无毒性合金元素Nb、Fe的无钒α+β型钛合金为代表，较为典型的Ti-6Al-7Nb合金；有研究表明此类医用钛合金依然有慢性毒副元素-Al，并且这类钛合金的弹性模量较高（接近于100-120GPa），约为人体致密骨（4-30GPa）4-10倍；第三代则是以弹性模量更低且无毒的新型医用β钛合金为主，例如Ti-13Nb-13Zr合金[3]。

近年来，表面改性技术发展迅速，其中包括物理方法：等离子喷涂法、激光涂覆法、气相沉积法等；化学方法：电化学阳极氧化法、碱热处理、溶胶凝胶法、模板法等。在钛合金表面等离子喷涂活性涂层或是用阳极氧化法制备多孔结构[4]，来提高其生物活性、降低毒性已被多人关注研究，还可在其表面喷涂抗菌涂层来适应口腔复杂的多种细菌共生的内环境[5]。

由于钛合金铸造工艺困难复杂，生产成本高，新兴起的3D打印技术为口腔用钛合金的加工提供了一种新的思路，3D打印激光快速成型技术具有诸多优点，如生产周期短、制造精度高、工艺简单便捷等，有效弥补了传统铸造工艺的不足[6]。

钛合金在口腔的应用

正畸弓丝

应用于正畸临床的弓丝种类繁多，包括金合金丝、不锈钢丝、钴铬镍合金丝、β钛丝、镍钛合金弓丝等，其中镍钛合金弓丝自问世以来因其柔和的矫治力、良好的回弹性、持续释放轻力，利于牙齿生理性快速移动并降低了骨透明样变、牙根吸收的风险[7]，受到广大正畸医生的喜爱，目前临床常用的有超弹镍钛合金弓丝和热激活镍钛合金弓丝。

冠桥与义齿支架

目前用于冠桥与义齿支架的材料主要有全瓷、烤瓷、金属材料，常见的金属材料有镍铬合金、钴铬合金、金合金及钛合金，由于钛合金的价格低廉、舒适度高、无毒性、耐磨损、MRI无磁性干扰等特点被大多数的患者所追捧。

种植体

种植的成功与失败主要取决于是否实现了骨结合，这一概念是由Branemark教授首先提出，所谓骨结合是指在光镜下埋植在活骨的种植体与骨组织直接接触，其间不存在骨以外，如结缔组织等组织。这就要求种植材料既要满足基本的生物相容性要求，也应具有良好的生物力学性能，而钛合金正凭借这两个特点成为当下不可替代的种植材料。

结束语

随着社会的飞速发展和生活水平的提高以及人口老龄化的到来，人们对于口腔保健越来越重视，所以口腔领域用钛合金正畸弓丝、冠桥及义齿支架、种植体等的需求量将快速增长，由于我国对于新型钛合金的研发、钛合金的表面处理及铸造工艺一直在不断地研究探索，所以钛合金在口腔领域的应用前景非常值得期待。

参考文献：

[1].BranemarkPI，AdellR，BreineU，etal.Intra-OsseousAnchorageofDentalProsthesesI.ExperimentalStudies[J].ScandJPLastReconstrSurg，1969，3（2）：81-100.

[2].于杰.朱明康.闻明.张俊敏.新型医用钛合金材料的研究进展[J].昆明理工大学学报（自然科学版）.2017，42（03），16-22.

[3].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，2002，10（1）：100-106.

[4].田俊玲.钛合金种植体表面生物活性陶瓷涂层研究[D].北京：北京工业大学.2006.

[5].赵长虹.医用钛合金表面抗菌涂层的制备及其抑菌性能研究[D].重庆：重庆大学.2009.

[6].陈光霞.可摘除局部义齿支架激光快速成型技术与设备研究[D].武汉：华中科技大学.2009.

[7].VoudourisJC，SchismenosC，LackovicK，etal.Self-ligationesthet-icbracketswithlowfrictionalresistance[J].AngleOrthodontist.2010，80（1）：188-194.