隨著鈦合金的開發(fā)研制、鈦材品種的增多及價格的降低,鈦在民用工業(yè)中的應(yīng)用成倍增加。CFDA將醫(yī)療器械按照其安全性由高至低分為三個等級,并分別由三級政府實行監(jiān)督管理,鈦及鈦合金材料的植入物屬于第三類醫(yī)療器械,并為高值耗材類。細分市場占比超過5%的子行業(yè)包括體外診斷,心臟,影像診斷,骨科,眼科,整形六大細分領(lǐng)域。其中體外診斷、骨科和心臟介入是國內(nèi)增速最快的高值耗材。
生物醫(yī)用鈦及其合金材料的應(yīng)用經(jīng)歷了3個標志性階段:應(yīng)用初期50年代初,首先在英國和美國,商業(yè)純鈦被用來制造接骨板、螺釘、髓內(nèi)釘和髖關(guān)節(jié)。瑞士Mathys公司也采用Ti-6A1-7Nb合金制造非擴髓帶鎖髓內(nèi)釘系統(tǒng)(包括脛骨、肱骨、股骨)及用于治療股骨頸骨骨折的中空螺釘?shù)?。多?/span>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ACTIPORE伽制造頸、腰椎間融合器用于骨科脊柱損傷的治療。新型β鈦合金可兼顧骨科,齒科和血管介入等多種用途的先進材料骨科醫(yī)療器械行業(yè)占比世界醫(yī)療器械市場份額的9%,且仍處于快速增長中。
骨科醫(yī)療器械市場的主要劃分為四個領(lǐng)域創(chuàng)傷、關(guān)節(jié)、脊柱和其他。其中創(chuàng)傷類是當前唯一沒有被外企占據(jù)主要市場份額的細分領(lǐng)域,主要原因是該領(lǐng)域產(chǎn)品技術(shù)含量較低,易仿制,手術(shù)難度較小,眾多二三級醫(yī)院都可實行,外企無法全面覆蓋。創(chuàng)傷類產(chǎn)品能夠分為內(nèi)固定和外固定器械,內(nèi)固定創(chuàng)傷類產(chǎn)品包括髓內(nèi)釘、接骨板和螺釘?shù)龋?/span>2012年國內(nèi)骨科市場中創(chuàng)傷占比34%,關(guān)節(jié)28%,脊柱20%,其他18%。大關(guān)節(jié)屬于高端醫(yī)療器械,技術(shù)壁壘較高,當前主流醫(yī)院對骨科材料的選用上都是以進口為主,在技術(shù)、設(shè)計、研發(fā)、材料、表面處理工藝等方面,國產(chǎn)與進口產(chǎn)品還存有差別。
人工關(guān)節(jié)主要分為人工膝、髖、肘、肩、指、趾關(guān)節(jié)等,其中最主要的關(guān)節(jié)置換包括髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié),合計超過世界關(guān)節(jié)置換市場的95%。脊柱植入器械包括胸腰椎釘板系統(tǒng),頸椎釘板系統(tǒng)和融合器系統(tǒng)等,其中椎間融合器系統(tǒng)主要用于椎間盤更換的治療,也是最重要的細分領(lǐng)域,約占整個脊柱植入市場的一半。
生物醫(yī)用材料是指和生物系統(tǒng)相作用,用以診斷、治療修復(fù)或替代機體中的組織、器官或增進其功能的材料??煞譃獒t(yī)用金屬材料、醫(yī)用高分子材料、醫(yī)用陶瓷材料等,其中醫(yī)用金屬材料占有很大的比重,特別是骨科產(chǎn)品、心腦血管產(chǎn)品。
尤其是鈦合金具有的高強度、低密度、無毒性以及良好的生物相容性和耐腐蝕性等特性已被用于醫(yī)學領(lǐng)域中,成為人工關(guān)節(jié)、骨創(chuàng)傷、脊柱矯形內(nèi)固定系統(tǒng)、牙種植體、人工心臟瓣膜、介入性心血管支架、手術(shù)器械等醫(yī)用產(chǎn)品的首選材料。
醫(yī)用鈦合金的優(yōu)勢
①生物相容性:與人體發(fā)生最小的生物學反應(yīng),無毒無磁,作為人體植入物,對人體無毒副作用。
②力學性能:高強度、低彈性模量,既滿足力學要求,又與人體自然骨彈性模量相近,可減少應(yīng)力屏蔽效應(yīng),更有利于人骨的生長愈合。
③耐腐蝕性能:鈦合金為生物惰性材料,在人體生理環(huán)境下有很好的抗腐蝕性能,對人體生理環(huán)境不產(chǎn)生污染。
④質(zhì)輕:一般鈦合金的密度僅為不銹鋼的57%,植入人體后大幅度減輕人體的負荷量。
醫(yī)用鈦合金發(fā)展歷程
由于鈦與人體骨骼接近,對人體組織具有良好的生物相容性、無毒副作用,具有其他材料無法比擬的優(yōu)勢,所以醫(yī)用鈦合金在醫(yī)療領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
金屬材料作為生物醫(yī)用功能材料是材料科學的一個重要分支,用于人體植入物的歷史已有400余年。
生物醫(yī)用鈦合金經(jīng)歷了純鈦與Ti-6Al-4V鈦合金、改良鈦合金、低模量β鈦合金三個歷程。1950-1980年:純鈦首次用于生物醫(yī)藥領(lǐng)域,證實了良好的生物相容性。Ti6Al4V廣泛用于外科修復(fù)或替換材料。1980-1990年:證實V、Al是對生物體有毒副作用的元素,開發(fā)出以Nb、Fe替代V的第二代改良新型醫(yī)用鈦合金。1990年-至今:90年代初期開發(fā)第一個具有更好生物相容性和更低彈性模量的β鈦合金Ti13Nb13Zr,從此開啟了具有優(yōu)異性能的生物醫(yī)用β鈦合金的開發(fā)和使用。
鈦及其鈦合金在醫(yī)學領(lǐng)域的應(yīng)用
近年來,鈦及其合金以整形外科、牙科及各種醫(yī)療器械為中心,在醫(yī)學領(lǐng)域得到空前的快速發(fā)展。
1、人體矯形
鈦合金彈性模量比不銹鋼更接近于人體骨骼,因此鈦合金肘關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)等被廣泛用于人體矯形手術(shù)中。每年世界上大約有1億病人由于臂關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)炎癥而進行替換治療。鈦制膝蓋板比用不銹鋼膝蓋板輕許多,且腐蝕問題得到了改善。目前,鈦制假肢正在逐漸取代鋼制假肢。
2.牙科
從鈦合金植入人體那一刻起,牙齒種植用金屬材料就發(fā)生了一系列的改變。鈦與人體骨骼上皮組織、結(jié)締組織都具有良好的親和性,力學性能也可與其它各種類型牙科用合金相媲美,且密度小,制成的義齒體感舒適,不僅如此,鈦義齒通過表面處理,還可滿足加淑齒美觀的要求。
3、面部治療
當人體面部組織遭到嚴重破壞時,局部組織修復(fù)需要用外科植入件進行。鈦合金具有良好生物相容性和所需強度,是人體面部組織修復(fù)的理想材料。純鈦網(wǎng)作為骨頭托架已用于骨頭再造手術(shù)。
4、手術(shù)器械
鈦醫(yī)療器械具有良好的抗腐蝕能力,反復(fù)的清洗、消毒表面質(zhì)量不受影響;無磁性,能夠排除對微小、敏感植入器械的破壞威脅;質(zhì)輕,用來替代不銹鋼重量大為減輕,使醫(yī)生操作過程中更加靈活,降低醫(yī)生的疲勞程度。因此,目前已用來制作手術(shù)刀片、止血鉗、剪刀、電動骨鉆、鑷子等等。
醫(yī)用鈦及鈦合金材料的優(yōu)勢已經(jīng)被醫(yī)學界認可,也被越來越多的患者接受,考慮到戰(zhàn)爭的因素、運動創(chuàng)傷的因素和人民生活水平提高的因素等,首選鈦及鈦合金作為人體植入物的增長空間很大,勢必成為鈦應(yīng)用發(fā)展中新的經(jīng)濟增長點。