Ni-Ti形狀記憶合金是一種智能型生物醫用材料，80年代初期Ni-Ti狀記憶合金成功田干骨科臨床，引起骨科專家和臨床醫生的關注，并稱之為“神奇金屬”。這種功能材料具有奇特的形狀記憶效應、超彈性、耐疲勞、耐磨損、耐腐蝕、生物相容性好。它是由56％(質量百分比)的Ni和44％(質量百分比)的鈦組成。
一、Ni-Ti弓形記憶加壓接骨器、髓內釘等產品
用于骨科臨床的NTSMA的變形溫度為0℃-5℃，回復溫度為37℃左右。用NTSMA材料固定骨折后，在體溫或熱鹽水濕敷下升溫而產生形狀回復，但骨骼對材料回復產生了限制，這樣在骨折斷端產生一種動態、持續性質的加壓力或鉗夾力而達到固定骨折的作用。我國NTSMA材料的基礎研究比國外晚，但在臨床應用研究方面處于優先地位。2000年，在骨科內植入物方面，取得國家藥品監督管理局的產品準產注冊，促進了NTSMA骨科內植物的臨床應用。目前，我國已有3家企業注冊生產NTSMA骨內固定裝置，主要有騎縫釘、聚髕器、環抱鋼板、Ni-Ti弓形記憶加壓接骨器、髓內釘等產品。
二、多孔Ni-Ti(PNT)合金生物活性材料制造頸、腰椎間融合器(Cage)
加拿大BIORTHEX公司研制出采用多孔Ni-Ti合金專利材料ACTIPORETM制造頸、腰椎間融合器用于骨科脊柱損傷的治療。這種材料具有65％左右的空隙率，平均微孔尺寸215μm-230μm，具有生物活性，促進新生骨通過微孔與支架快速生長，內部相互連接多方向的微孔產生毛細管滲透作用，促使血液、基本營養和骨髓進入椎體間融合器。這種金屬植入材料彈性模量與松質骨接近，從而避免了應力遮擋效應，促進骨重建并對骨細胞的生長提供了良好的環境支持，骨生長細胞和營養滲透到相互連接的微孔加速了骨整合。這種椎間融合器的大特點是不用植骨(其它材料椎間融合器需要進行骨移植，使用自身髂骨)，植3.1年后，骨重建在融合器內部完成并與周圍骨密度相匹配。經動物試驗，PNT合金具有良好的生物相容性[5,6]。2000年，該產品取得CE認證，并在歐洲及部分亞洲市場開始銷售。目前正加緊進行更為嚴格的臨床驗證，從而申請美國FDA認證。該產品也有望近期引入中國市場。
三、多孔鈦合金制造人工髖關節假體
生物固定型(非骨水泥)人工關節是當前骨科領域專家、臨床醫生推崇的人工關節假體。它要求髖關節柄材料或表面具有生物活性，能誘導骨細胞生長，使關節柄與股骨髓腔界面產生骨整合，從而避免采用骨水泥固定帶來的弊端，即長期使用后產生松動、下沉和脫位。因此，關節柄的部分階段采用多孔鈦合金材料將賦予假體生物活性，有助于柄與髓腔的骨性生理結合。90年代末期，德國和日本的科學家成功利用定向凝固技術，以氫、氧、氮氣為發泡氣體制備出定向凝固多孔金屬材料(即泡沫金屬)。
四、多孔鈦合金涂層技術用于人工關節假體制造
制造生物固定型人工關節的另一種方法是在鈦合金關節柄表面產生多孔。可將微小鈦珠粒(微球粉末)燒結或采用等離子噴涂方法，將微粒燒結(一般為雙層或三層)或等離子噴涂在關節柄的部分表面，使其表面具有多孔性，減少了植入物與骨彈性模量的差別，有利于骨細胞的生長和營養的遞送，從而獲得生理骨整合。如美國ExactechAcuMatchtm-A系列髖關節柄部近端采用直徑為0.28mm的鈦珠，三維立體排列。燒結后，三排珠尺寸相加為0.84mm，孔隙平均尺寸為152μm，平均空隙率為35％，這表明在柄部燒結鈦珠表面有35％的骨長入空間。
生物固定型關節假體(髖、膝關節)多數是采用多孔噴(鈦微球粉)涂表面，如美國Zimmer公司、Exactech公司，臺灣聯合公司等。除采用鈦合金珠粒(微球)等離子噴涂外，近幾年，美國EncoreMedicalCorporation發明了3DMatrixTM多孔噴涂技術。這種技術不是采用球形微粒，而是采用一種隨機的三維異形微粒，微粒尺寸180μm-850μm，噴涂后表面孔徑尺寸250μm-450μm，空隙率可達61％。臨床研究表明：100μm-500μm的孔徑尺寸適合骨生長。這種先進的多孔噴涂技術，使假體柄表面具有更好的生物活性，提供了更好的骨生長界面。
五、羥基磷灰石(HA)涂層技術用于鈦合金人工關節制造
采用等離子噴涂技術，將關節假體柄的一部分噴涂羥基磷灰石(HA)涂層，也是制造生物型人工關節的方法之一。從結構上講，人體骨本身就是成骨纖維與羥基磷灰石構成的天然復合材料。羥基磷灰石(Ca5(0H)(P04)3)含有能與人體組織發生鍵合的羥基，其化學成分、晶體結構與構成人體組織的羥基磷灰石佩晶極為相似，植入人體硬組織后與骨的鍵合很好，并能誘導骨組織長入微孔，且組織反應輕微。植入數月后，在緊密配合的界面一般能達到骨性結合，已成為生物活性陶瓷中的選涂層材料。
HA涂層與鈦合金基體的結合強度是影響鈦合金種植體臨床使用效果的關鍵，只要涂層與基體間存在宏觀界面，兩者間的結合強度就不能令人滿意。一般要求涂層與鈦合金基體的結合強度不得低于40MPa，涂層厚度在150μm-200μm。涂層太厚，結合強度下降，涂層容易碎裂，因此，整個等離子噴涂工藝是由機器人操作的，以確保涂層厚度的均勻一致性。涂層包含微孔和較大的孔，并具有多孔性與隨機性，微孔的孔徑尺寸為3μm-5μm，較大孔的孔徑尺寸為50μm-100μm。孔徑的大小可在掃描電鏡下進行檢測，與此同時HA必須保持連續的純度(一般99.9％以上)和穩定的結晶結構。
總結：目前盡管很多植入物生產廠已將鈦合金材料植入物作為產品開發的重點，醫療用鈦數量在急劇攀升(相對自身而言)。
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標簽：Ni-Ti 形狀記憶合金
