作为再生医疗用材料的金属多孔体或高分子之间的复合,也是近年研究的热门。1995年左右,美国的Implex社就以对聚氨酯多孔体进行热处理进行石墨化作为骨架,蒸镀金属钽制备金属-高分子多孔体。[6]其特点是通过类似海绵骨构造的高分子主链结构,达到与骨骼相同程度的压缩强度,同时由于金属钽的覆盖达到较高的生物亲和性。它的骨骼架构与常规的人工关节表面修饰用孔构造相比,虽然开口径较大,但具有较高的骨组织侵入,形成能力,给多孔体构造最适化研究带来了巨大的冲击。该材料已经完成了在人工关节表面修饰方面实用化。
同时,大阪大学的莲花型钛合金,无镍不锈钢;岩手大学的无镍Co-Cr合金多孔体和纯钛-超高分子量聚乙烯复合体;名古屋工业大学的纯钛-聚乳酸复合体;也正在开发中。[7]不论哪种,都是通过多孔化或复合化,将现有的医疗用金属材料的杨氏模量降低至和骨骼相同程度。另外,通过孔内的骨形成来促进骨再生也是目标之一。常规的陶瓷骨補填材料由于力学性能较差,不能用在有荷重负担的部位的骨组织再生,那些部位必须要通过金属材料来保持负重。而整形外科用长期注入的材料的话,则是即便残存在体内也不会造成较大的影响。
以上是对近年医疗用金属材料的研究动向可大致分为表面修饰,生物吸收性材料,多孔质材料以及新适用部位及其机能和表面耐久性,信赖性能的简单介绍。今后的发展趋势应该会是通过将现有的材料多孔化,表面强化进行生物界面制御研究以及作为生物吸收金属材料的镁合金的开发与适用的研究。传统的生物吸收性材料由于仅限于高分子和陶瓷材料,适用范围非常有限,若金属制生物吸收性材料实现的话,骨骼,血管等,负重较大的部位也能用上吸收性材料。我们期待能更进一步在再生医疗分野将其适用扩大,如开展在成长期前的小孩子专用的治疗方法等,提供更加先进的医疗服务。
为促进生物吸收材料的适用与普及,该材料的分解性及安全性评判方案的确立,标准化至关重要。现今,对于生物分解性高分子材料,NEDO已经着手评判方案的开发,标准化工程也在进行中。这对于生物吸收金属材料也同样必不可少。
1。3 钛及其合金在医疗器械的应用
在现有的产业化的生物材料中,钛合金无疑是最广为人知。钛基系材料是和不锈钢及Co-Cr合金一样主要的金属系生物材料,因为其轻量,无磁性,优秀的机械性能,耐蚀性和生物相容性在医学界大幅使用。如今,作为生物材料的工业纯钛,CP-钛,及其钛合金约有十种被登记在ASTM和JIS。纯钛在1155K有A相(HCP)——B相(BCC)转变。钛合金相转变温度根据所添加的元素不同会有大幅差异。根据晶体结构和微观组织差异大致分为α型,β型,α+β型。近β型由β型和边界附近的α+β型组成。文献综述
具有α型结构的CP-钛是根据氧或铁含量不同来分类的。JIS只有1种,ELI分1-2-3-4种,分别铁含量或氧含量逐级递升,强度逐渐增大,延展性和成型性变差。钛是活性金属,CP-钛1种ELI(extra low interstitial)在氧浓度1000 mass ppm以下时低氧化比较困难,冶炼及溶解过程中的高消费不可避免。[8]另一方面,钛的活性特点被认为与其能够在体内迅速重新形成钝化膜,并且即使在体内溶解出钛离子也能很快被氧化的良好的生物相容性密切相关。
钛合金有着优良的生物相容性,在整形外科,循环器外科,骨科,内科,齿科等方面,主要用于需要长期植入且对力学强度及延展性有一定要求的部分。大部分使用的是CP-钛或Ti-6Al-4V合金。钛合金和Co-Cr合金是主要的整形外科用素材。整形外科由于对材料强度有较高要求,事实上还是钛合金比CP-钛使用的更加频繁。而在齿科方面的钛制人工牙根方面,CP-钛与Ti-6Al-4V为7:3,CP-钛更加常用,且大多采用比较高强度的Grade 2, Grade 3, Grade 4品种。齿科用网孔等需要一定柔性的场合也是采用的CP-钛。