可植入人體的生物合金

金屬合金不僅是用來制造各種機器設(shè)備和式樣繁多的生活用具的重要材料，而且已邁入醫(yī)院的大門，成為修復(fù)人體的重要材料之一。

　　一位正值青春年華的工人，因患髖關(guān)節(jié)粘連而彎腰勾背，不能正常工作，精神上異常痛苦。后來，經(jīng)手術(shù)更換鈷合金人工關(guān)節(jié)后，便能站立起來，恢復(fù)了工作。由于車禍，一位老司機膝蓋受傷，換上了鈦合金人工關(guān)節(jié)，很快便能行走自如，甚至能登樓梯、騎車……這些真實事例都說明生物合金的本領(lǐng)確實不凡。

　　用金屬和其他材料修復(fù)人體的嘗試，可以追溯到數(shù)百年前。16世紀(jì)時，人們曾用金片來修補兔唇。19世紀(jì)時，采用木片插入法治療腭關(guān)節(jié)強直。1890年，國外一位外科醫(yī)生使用象牙制造的人工關(guān)節(jié)，并用螺釘、輕石粉和樹脂制成的骨粘接劑來固定。我國古代醫(yī)書上也曾有“柳木接骨”的記載。可以看出，這些修復(fù)用的材料基本上都是天然材料。

　　在人體內(nèi)，充滿著各種酸堿度的體液，它們都有一定的腐蝕性，而且各種器官還經(jīng)常處于相對運動之中。因此，要求植入人體內(nèi)的金屬材料具有高強度、低密度，以及好的生物相容性(即不被人體組織排斥)。另外，還要求考慮生產(chǎn)成本和加工性。從這些條件來看，目前適合作為植入人體的合金材料有鈦合金、鎳合金、鈷合金和鐵基合金不銹鋼等，它們都有各自的拿手本領(lǐng)，將為人類的健康作出貢獻(xiàn)。

各顯其能的生物合金

　　作為生物合金的鈦合金，包括純鈦和鈦鋁釩合金。這種鈦鋁釩合金的機械性能較好，除了鈷合金外，它是耐腐蝕性和生物相容性最好的合金材料。

　　鈦合金的最大優(yōu)點是它的密度較低，主要是因為它里面含有密度小的鋁和釩。這樣，鈦合金就與人體骨骼相接近，植入人體后的舒適性比其他合金高。此外，它的彈性模量為不銹鋼和鈷合金的一半，比較接近自然骨，因而可減少接合面上的附加應(yīng)力，延長了使用壽命。

　　鎳合金中含有鈷、鉬等多種合金元素，具有優(yōu)異的耐腐蝕性和耐磨性，但目前尚未廣泛用它制作人工關(guān)節(jié)等。

　　鈷合金中含有較多的鉻、鉬，所以又稱為鉆鉻鉬合金。它的耐腐蝕性比不銹鋼強40倍，而且耐磨性也非常優(yōu)越，可在人體內(nèi)使用二三十年也不產(chǎn)生磨損。這類合金主要用來制作人體受力最大的髖關(guān)節(jié)。

　　不銹鋼中含有鉻、鎳、鉬等元素，因而重量較輕，成本較低，耐腐蝕性強，與人體組織有很好的相容性。通常多用它來制作連接螺釘、骨釘和外固定器等。

　　近年來，人們將鎳鈦形狀記憶合金歸入了生物合金家族。這類合金具有能自動恢復(fù)變形以前原狀的本領(lǐng)，人們利用它的這一特點制成壓縮板植入體內(nèi)，在體溫作用下能自動對頸  部骨折和脊柱損傷進(jìn)行固定。

　　通常，對生物合金的基本要求是，具有生物相容性、強度和一定的重量。其中生物相容性最重要，它要求合金能被人體接受而且不產(chǎn)生腐蝕和其他副作用。許多合金材料雖然能滿足生物相容性和強度的要求，但重量問題仍未解決。因此，人們常將生物合金與高分子醫(yī)用材料和生物陶瓷搭配并用。

人體之內(nèi)逞英豪

　　生物合金在人體修復(fù)中大顯身手，已經(jīng)取得了可喜的成果，其中以牙齒使用合金的歷史最久，采用的種類也較多。通常在牙齒修復(fù)中使用的生物合金包括金合金、銀合金、不銹鋼、鎳鉻合金、鈷鉻合金和銀錫汞合金等，用它們可制作義齒、齒冠和齒橋等。近年來，鈦合金也常作為牙科用合金。

　　在人體內(nèi)廣泛使用合金材料植入件開始于20世紀(jì)60年代。1962年，一個叫查爾萊的人使用了世界上第一個現(xiàn)代人工髖關(guān)節(jié)獲得成功。這種人工關(guān)節(jié)的股骨用不銹鋼制成，髖臼采用的是高密度聚乙烯，并用丙烯酸骨水泥粘合。此后，人體修復(fù)醫(yī)學(xué)便在世界范圍迅速發(fā)展起來，也為生物合金提供了施展才能的用武之地。

　　到目前為止，人們已設(shè)計和制造出近1000種人工關(guān)節(jié)，包括肩、肘、腕、指、脊柱、髖、膝、踝和腳趾關(guān)節(jié)等。在英、美等一些科學(xué)發(fā)達(dá)國家，每年人工關(guān)節(jié)植入達(dá)2萬例以上。在我國，植入人工關(guān)節(jié)每年也達(dá)1000例以上，而且還在斷增加。

　　植入人體的人工關(guān)節(jié)，作為人體部件將永久保留在人體內(nèi)，所以對它的要求很高。另外，生物合金還用來制作以固定骨折為目的的螺釘、銷釘、夾板、外固定器等，在使用后有的還要用手術(shù)重新拔出，因而是短期性部件。

　　鈦合金適合于制造大型人工關(guān)節(jié)，如全肩、全肘、全髖、全膝關(guān)節(jié)等。其中最大的人工關(guān)節(jié)全長達(dá)300毫米以上，重量為0.5千克。有的還將髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)連在一起設(shè)計制作，幾乎整條腿部的骨骼和關(guān)節(jié)都使用鈦合金作材料。通常，鈦合金人工關(guān)節(jié)的端部大都制成尖柄形，以便插入人體殘骨腔中用骨水泥與自然骨粘合。現(xiàn)在，又進(jìn)一步研制成帶鈦絲網(wǎng)和鈦纖維墊的人工關(guān)節(jié)，可以使殘骨組織直接長入網(wǎng)孔中，從而增加了接合的牢固性。

　　用鈦合金制作人工關(guān)節(jié)植入人體后，也曾出現(xiàn)過一些副作用。有些研究人員用動物作實驗時發(fā)現(xiàn)，人工關(guān)節(jié)植入后經(jīng)過一段時間，在植入試片的周圍組織中有鈦離子析出。在人體進(jìn)行第二次手術(shù)時，也發(fā)現(xiàn)鈦骨會使周圍組織出現(xiàn)變黑現(xiàn)象。為防止這種情況出現(xiàn)，目前采用的措施是，提高鈦及鈦合金的冶煉純度，嚴(yán)格限制進(jìn)入合金中的氮、氫和氧的含量。在鈦合金人工關(guān)節(jié)鑄成后，用強酸浸蝕掉表面一層吸氧層。對于重要的鈦合金鑄件，還要在高純度的氬氣保護(hù)下，以900℃的高溫和102兆帕的壓力進(jìn)行熱等靜壓處理，使內(nèi)部松孔致密。這樣，釷合金的強度和韌性都得到提高，再也不會出現(xiàn)磨掉碎屑使周圍組織發(fā)黑的現(xiàn)象。

　　人體關(guān)節(jié)的運動，是由韌帶、腱和肌肉來完成的。國外一些科研人員利用植入人體內(nèi)的傳感器、無線電發(fā)射機和接收機，并采用電子計算機輔助設(shè)計等方法，測出人體膝關(guān)節(jié)承受的動力為體重的3—5倍，而髖關(guān)節(jié)承受的動力為體重的5—7倍，最高可達(dá)8倍。因此，強度高、韌性好的鈷合金和鈦合金，多分別用來制作人工髖關(guān)節(jié)、人工膝關(guān)節(jié)和其他人工關(guān)節(jié)。

　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生物合金在人體修復(fù)中的應(yīng)用將會越來越多，而且本領(lǐng)越來越強，成為醫(yī)生和患者都喜歡使用的優(yōu)質(zhì)人工骨材料。