據(jù)了解，今年第四代3D打印機將引進(jìn)國內(nèi)一些醫(yī)院，它能打出鈦合金物件，有望直接用作骨科材料植入人體。而在前不久，白求恩國際和平醫(yī)院神經(jīng)外科有一名罕見腫瘤患者，因為腦殼受到腫瘤細(xì)胞包裹侵蝕，3/4的腦殼都被更換為鈦合金的“人工腦殼”。
　　提到鈦，有人說它是一種礦巖，有人想到網(wǎng)絡(luò)熱詞“鈦合金眼”，有人猜它可以用做工業(yè)材料，當(dāng)然也有人問：鈦是什么？盡管鈦的一些性能并沒有被公眾所熟知，但這并不能阻止它有一番大作為。這不，最近它又被3D打印技術(shù)制成“人工腦殼”用來代替人的顱骨。
　　消息一出，人們議論紛紛： 鈦緣何能做“人工腦殼”？用鈦制品做醫(yī)用材料靠譜嗎？與其它材料相比有啥不一樣？在推廣中遇到哪些瓶頸？除此之外鈦還有什么用途？就這些疑問，中科院金屬研究所研究員徐東生為讀者答疑釋惑。

　　鈦為什么能植入人體？ 無毒、耐腐蝕、彈性好、強度高
　　將一種物質(zhì)植入人體可不像說的這般輕松。徐東生說：“將物質(zhì)植入人體需要幾個條件，首先要求這種物質(zhì)必須無毒，與人體無不良反應(yīng)；其次是一般不能腐蝕；再次是如果作為骨替代物需要強度高、耐疲勞、同時和彈性模量要與人骨接近。”
　　將鈦合金用于人工骨制移植，在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用的越來越廣泛。是什么原因讓鈦從眾多備選材料中脫穎而出？徐東生說：“從前用的骨替代用金屬如不銹鋼等，其彈性模量大多很高，與骨之間彈性模量不匹配，使得載荷不能由植體很好地傳遞到相鄰骨組織，出現(xiàn)‘應(yīng)力屏蔽’現(xiàn)象，從而導(dǎo)致種植體周圍發(fā)生骨吸收，導(dǎo)致局部骨質(zhì)疏松，最終引起種植體松動或附近的骨斷裂。”
　　“鈦是少有的幾個對人體無害的元素金屬之一。就目前看，鈦可能是放在人體里最好的骨替代材料”徐東生說，“尤其是一些新發(fā)明的低模量鈦合金，彈性模量和人骨非常接近，這樣就不會產(chǎn)生應(yīng)力屏蔽，給人體帶來一些諸如骨質(zhì)疏松這樣的問題，也不需要像其他骨制品幾年就得更換一次。這類合金與人體力學(xué)相容性非常好，會隨著自身骨頭的變形而變形。而其他像是鐵、鎳等合金骨制品則會隨著時間的推移，導(dǎo)致一些諸如過敏、發(fā)炎、生銹等問題。有些金屬雖然與人體沒有反應(yīng)，如金、鎳等，但是強度及彈性等方面遠(yuǎn)不及鈦。”

　　將鈦植入人體有何風(fēng)險？ 生物相容性是關(guān)鍵
　　鈦制品植入人體風(fēng)險究竟有多大？這是老百姓關(guān)心的熱點。徐東生說：“很多人擔(dān)心骨質(zhì)移植會不會造成病變的發(fā)生。實際上在我們所的研究初期就已考慮到這點。確實有些材料移植到體內(nèi)會加速細(xì)胞增長，甚至導(dǎo)致癌癥。十幾年前我們就開始與他人合作進(jìn)行生物相容性研究，通過一些實驗觀察細(xì)胞如何在鈦移植體上生長、蛋白質(zhì)會不會沉積。經(jīng)過無數(shù)次的試驗觀察和臨床經(jīng)驗證明，這種鈦合金的生物相容性很好。”
　　據(jù)國外研究表明，某些鈦合金植入體內(nèi)后，合金中的V等離子會擴散到其周圍的軟組織中，引起發(fā)炎等癥狀。這項研究是否說明鈦制品骨質(zhì)移植存在一些無法避免的漏洞？
　　有關(guān)資料顯示，正常人的體液中含有水、葡萄糖、蛋白質(zhì)以及類脂肪等物質(zhì)，正常狀態(tài)下pH值為7.4，這些特性就決定了人體環(huán)境具有一定的腐蝕性。而生物體環(huán)境的復(fù)雜性決定了種植體組織之間反應(yīng)的復(fù)雜性。徐東生說：“我們的鈦合金去除了對人體有害的V等元素，采用Nb， Zr， Sn等無毒元素，同時鈦具有很大的惰性，相較于不銹鋼及其他合金，鈦的抗腐蝕性能是非常出色的，當(dāng)前它仍是已知最適合制造種植體的材料。當(dāng)然，關(guān)于鈦的醫(yī)用材料還有很多問題有待進(jìn)一步探索，包括它的設(shè)計方法、制備工藝、性能測試等問題。”

　　3D打印鈦合金骨骼難在哪兒？ 造價高，臨床有待驗證，技術(shù)亟待完美
　　相比傳統(tǒng)方式，3D打印在實體制造中省去了冗長而昂貴的模具制造過程，這一顯著優(yōu)勢使得它被各行業(yè)爭相投入運用。在醫(yī)用方面，骨骼3D打印已不再是神話。徐東生說：“骨骼3D打印簡單來說，首先需要對需復(fù)制的骨骼或者對身體上的對稱骨骼進(jìn)行3D成像，然后輸入3D打印機層層疊加，直至形成3D的實體。這意味著骨骼的3D打印技術(shù)成功地解決了根據(jù)個體需求進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計這一難題。”但將鈦合金骨骼3D打印技術(shù)要想被廣泛運用，估計還得等上一段時間。
　　在人們的印象中，只要和鈦扯上關(guān)系，似乎就注定價值不菲。那么，這是不是造成推廣運用難的原因？對此徐東生表示，造價高確實是一個問題，但這并不是唯一的原因。“需要用大量的科學(xué)研究和臨床試驗來證明這項技術(shù)的安全可靠，也是一個關(guān)鍵因素。”
　　徐東生強調(diào)說：“就目前來看，用鈦原料打印出來的部件并不是非常完美，一般都會帶有一些缺陷——表面上比較粗糙，內(nèi)部會有一些微孔等，對外觀或強度上會造成一定的影響。實際上，想要合金疲勞性能好同時又具有低模量是非常困難的。因為合金的彈性模量比較低的話，它的強度常常也會下降。通過什么辦法設(shè)計出既具有高強度又具有低彈性模量的鈦合金是制作良好種植體的關(guān)鍵，這是我們所多年來的努力方向。”

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