钛及钛合金在口腔技术中的应用

发表时间:2017/8/31   来源:《中国医学人文》2017年第6期   作者:李红权
[导读] 由于其优越性太多,比重小,和人骨的比重比较接近,强度大,耐腐蚀性强,是一种比较理想及其安全的医学上所用材料。

湖北省咸丰县人民医院 湖北 恩施 445600
  摘要:社会的进步,人们健康意识的不断增强,钛及其钛合金材料以其优越的性能,高的强度、轻的比重、强的耐腐蚀性和好的焊接性,使之在工业领域应用很多,尤其是它与人体有很多相融合之处,使得在口腔领域上的应用更为广泛。
  关键词:钛及钛合金;口腔技术;机械力学性能
  随着现代化的快速发展,医疗领域材料的应用要求越来越严格,由于钛及钛合金材料与人体有许多可融合之处,所以外科手术骨头坏死,牙科治疗用的种植体、烤瓷牙以及许多治疗器械的材料的要求,医疗对于钛及钛合金的应用越来越多。由于其优越性太多,比重小,和人骨的比重比较接近,强度大,耐腐蚀性强,是一种比较理想及其安全的医学上所用材料。
  1.钛的性能特点
  (1) 纯钛是银灰色金属,比重小,密度为4.5g/cm3,为金合金(19.3g/cm3)的1/4,钴铬合金(8.5g/cm3)的1/2。因此,可摘局部义齿的纯钛支架比钴铬合金支架轻,重量仅为后者的1/2。
  (2) 钛的机械性能优良。钝钛的硬度适中,介于牙本质和牙釉质的硬度之间。延展性良好。1997年,美国学者Bridgeman JT等用钴铬合金、纯钛和钛合金(Ti-6Al-4V)制作可摘局部义齿的卡环,模拟临床使用3年,证明钛和钛合金制作的卡环可置于基牙观测线以下0.75 mm,并且卡环固位力的降低、变形及折断均明显低于钴铬合金卡环,认为钛和钛合金更适合用于可摘局部义齿支架[1]。
  (3) 钛具有具有良好的耐腐蚀性。钛与氧有极强的亲和性,钛材切面在空气中暴露1ms,表面即可形成10mm厚度的氧化膜(TiO2),被破坏后可以在几纳秒内恢复。钛表面的TiO2具有强耐腐蚀性及良好的防渗透性,对钛有保护作用,可以抵御电化学侵蚀。
  (4) 优良的生物相容性是钛广泛应用于医学领域的重要原因之一。钛的生物相容性缘于它的强耐腐蚀性,与金、铂等金属不同,后者是因电化学惰性而具有耐腐蚀性。而钛是由于表面的氧化膜,该层氧化膜与母体金属结合紧密而牢固,使钛不会被口腔唾液环境侵蚀。同时,纯钛的细胞毒性显著低于钴、铬、镍等金属,不会引起局部或全身的不良反应。因此,纯钛修复体与口腔组织无反应,戴用适合性好,无过敏症状,无金属味道,无颜色变化。钛植入骨内还能与骨组织形成骨整合。
  (5) 钛的热传导率为16.3~18w/m℃,低于金合金、钴铬合金和镍铬合金,为金合金的1/17。因此,纯钛修复体有保护牙髓组织免受冷热刺激的优点。
  (6) 钛对X射线呈半阻射性。X线片可以显示钛冠内牙体组织的病变,便于临床疾病的诊断和治疗,这是其他牙科合金所不具备的优点。同时可以对钛铸件进行X射线无损探伤检查,尤其是检查有无内部气孔,有助于对钛修复体的质量控制。
  (7) 钛的铸造性能差。纯钛的熔点高达1677℃,是牙科铸造金属材料中熔点最高的一个。钛在高温下化学性质活泼,极易与氧、氮、氢等物质发生剧烈反应,形成稳定化合物,破坏了钛的机械性能。


因此,钛的铸造、焊接等热加工操作需要在真空或惰性气体环境下进行,且真空度要高于0.133×10- 3kPa,惰性气体常用氩气,其纯度要高于99.99%。
  2.种植体材料
  近年来,种植体表面处理技术发展迅速,处理方法包括X射线喷射、机械研磨、等离子溅射、喷砂或酸蚀等。钛表面高温离子氮化处理,使纯钛及钛合金硬度分别提高七倍和两倍,氮化后钛材的年腐蚀率仅为非氮化的三分之一,并对周围组织无毒性。生物组织对表面渗氮处理钛材反应轻微且无毒性。钛及钛合金表面形成的氧化膜能被口腔中最为普遍应用的龋齿预防剂、预防性抛光和氟化物破坏引起钛腐蚀。这种腐蚀产物可引起组织细胞的变性坏死、非特异性炎症、过敏反应甚至导致肿瘤的形成。合金材料发生腐蚀后,影响修复体的颜色和强度,引起细胞毒性、过敏等不良生物反应[2]。
  3.义齿支架
  近十年来,随着科学技术的发展,钛及钛合金作为口腔新型修复材料具有更广阔的前景。目前制作义齿支架使用的金属主要有Au、Ni-Cr、Co-Cr、不锈钢等合金,金合金生物相容性好,但价格昂贵,颜色不理想,其他合金含有Ni、Co、Cr等有害元素。钛作为一种新型口腔修复材料,与人体骨骼上皮组织、结缔组织都具有良好的亲和性,力学性能也可与其它各型牙用合金媲美,且密度小,义齿体感舒适。Ti-6Al-4V合金具有超塑性,便于制作义齿基托。研究表明用纯钛制作上颌腭托,具备较好的对抗折性能和生物相容性。钛在义齿修复术中逐渐成为一种越来越受重视的材料,成为用于可摘和固定义齿合金的一种经济和生物相容性好的替代品的趋势[3]。
  4.固定材料
  颌骨骨折若采用颌间结扎、不锈钢丝或不锈钢板内固定、牙弓夹板弹力牵引复位等传统方法治疗,虽能恢复咬合关系,但存在创伤大、不易操作、手术时间长、术后疤痕、影响美观等许多缺点。而钛板与骨组织能形成稳定的生物相容性,对人体无害、不致炎、不致敏、不造成坚硬钢板所致的应力屏障作用,有利于骨折的愈合,可永久保留体内。采用钛板内固定可提供骨断端三维方向的稳定性,保持局部血供,能有效达到解剖学复位,且可治疗各型骨折,术后不需或仅需较短时间的颌间固定,患者术后早期即可开始口腔功能训练,减少颞下颌关节病的发生,能使患者保持良好的口腔卫生,促进骨愈合,有利于面部各部位的功能协调。
  5.烤瓷冠
  从20世纪70年代烤瓷修复技术在中国普及以来,非贵金属镍-铬合金烤瓷修复一直占据绝对比例,随着经济发展,钛合金和贵金属烤瓷修复开始越来越多的应用于临床。钛作为烤瓷冠的基底合金,可以避免其他合金基底冠带来的过敏和不良反应。钛属于顺磁性物质,在很强的磁场中也不会被磁化,进行核磁共振检查时,钛瓷修复体也不会对磁场产生干扰。钛合金烤瓷冠修复后基牙牙龈指数和龈缘染色情况观察,认为钛合金为现阶段非贵金属烤瓷修复的最好选择。
  综上所述,了解钛及钛合金的性能后,我们发现其优越性是很大的,对其只要掌握了它的加工,选择了合适的刀具及其冷却液后,也就没有什么能防障它的应用了,不难看出,钛及钛合金不但在口腔领域上,而且在工业上的应用极为重要,它作为一种现代化的金属,性能优越无比。
  参考文献:
  [1]韩建业.口腔用钛及钛合金材料的研究现状[J].钛工业进展.2016,17(2):200-202.
  [2]张国亭,孙国良.口腔修复用钛及钛合金在老年咬合接触的应用比较[J].航空航天医学杂志.2017,23(8):32-33.
  [3]吕晓宇.浅析钛合金铸造支架在口腔修复治疗中的应用价值[J].当代医药论丛.2016,12(11):25-26.

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