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钽金属在医学领域的研究进展

发布时间:2021-01-12 11:59   来源:未知    作者:admin

钽材料特性

钽金属(Tantalum,Ta),具有优异的抗腐蚀性能,并具有高熔点、大强度、耐磨损的特点,被广泛应用于飞机、火箭等耐热材料以及需要高强度零部件的工业领域。此外,金属钽有良好的物理力学特性、较好的生物相容性能,成为了继钛金属之后又一种新型生物材料,被广泛应用在口腔种植体植入、股骨头坏死治疗、冠状动脉支架植入、人工髋臼假体植入、外科手术缝合线制作等医学相关领域。 

钽具有良好的生物相容性,与体液无反应、对机体组织无刺激。钽具有较高表面润湿性,植入机体后,生物组织在其表面易生长,并与自然骨有较高的结合性能,故称为“亲生物金属”。

 

2钽在临床应用中的研究进展

2.1钽金属在骨科中的应用

 关节植入物一般分为骨水泥固定型和生物固定型两种,生物固定型关节假体因其手术操作相对简单,固定效果不会随时间而减弱等优点,受到许多患者和医生的欢迎。钽金属关节植入物是生物固定型假体的一种,钽金属又称骨小梁金属,它通过良好的摩擦配合和初始植入物稳定性提供了骨-假体界面的高摩擦力。另外,其高度的多孔性和支撑结构提供了广泛的骨长入空间,保证了假体的长期固定性。

多孔钽金属材料(骨小梁金属)具有独特的物理、机械以及组织长入的特性,在许多骨科领域都有应用。

其宏观结构由网状玻璃碳支架构成,钽金属在支架表面通过化学气相沉积/渗透(CVD/CVI)的方式覆盖。    

沉积金属表面具有良好的微/纳米质地,它是钽(BBC)从气态通过气相沉积/渗透过程形成的自然产物。评估结果显示骨小梁金属具有优越的多孔特性,可以提供骨科植入物所需的生理强度,和类似松质骨的弹性模量。

2.2钽在口腔医学中的应用

 钽金属已作为种植体材料被应用于缺失牙患者的修复治疗中。钽金属骨小梁种植体具备杰出的机械力学性能、生物学性能、具有与骨组织相当的弹性模量、较高摩擦系数,能为种植体提供良好的骨结合和初期稳定性。

除此之外,其具有的与骨组织相当的弹性模量(介于松质骨和密质骨之间)使得种植体在长期的口内功能负载中将牙合力分散至周围骨质中,避免了应力集中。

有实验表明,在牙合力负载过程中,传统种植体可以吸收负载能量的30%,而钽金属骨小梁种植体可吸收50%-75%,而较高的摩擦系数使其在种植体植入过程中具有良好的初期稳定性,从而提高种植牙的结合率,特别是骨质量较差的种植患者。

3钽材料应用新方向——钽涂层

钽金属优异的耐腐蚀性,将其涂覆在某些医用金属材料表面,以阻止有毒元素的释放,提高金属材料的生物相容性,同时钽涂层也提高了材料在人体中的可视性。

钽涂层可提高钛金属的骨整合性能,增进细胞的粘附能力,促进细胞的生长。

     钽涂层更高的表面能和更好的润湿性改善了细胞与植入材料之间的相互作用。

     除了金属材料外,钽还可以涂覆在一些非金属材料表面,如碳笼表面涂覆钽用于脊柱融合术,钽涂层提高了碳笼的强度、韧性以适合脊柱承力及更好地满足手术过程的要求。

随着近年来人们对钽材料研究的不断深入,已有多项临床试验结果证明医用钽与钛金属相结合而制成的新型牙种植体弥补了其他金属材料在生物相容性、生物活性及种植体-骨性结合等方面所存在的不足。

骨小梁金属牙科种植体沿用了目前业内认可度较高的金属钛,突破性地将其与钽涂层相结合,从而一改此前产品在生物相容性差、生物活性不高、骨传导性较低等方面的不足,为新型人工种植体的临床应用提供了一种较其他产品更为理想的选择。钽涂层能满足理想的骨移植材料三要素,即骨传导、骨诱导和骨生成作用,使其在临床种植中的应用将会越来越广泛。

 

结语

钽金属的临床应用取得了不错的短期临床疗效,展现其在载药方面的巨大潜力。对于钽相关材料的作用机制以及开发制备简便、成本低廉及性能优异的钽涂层制品植入材料将成为该领域的研究热点。

 这就需要在材料学,生物医学和制造业等多方面共同努力下,全面研究,共同努力。随着制备工艺以及临床技术的日趋完善成熟,相信越来越多的金属钽及钽涂层制品生物材料将会在临床医学中得到更加广泛的应用,为患者谋福。

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