生体用チタン合金材料は、生体医工学、特に外科用インプラントや整形外科用器具の製造と製造に使用される機能性構造材料の一種を指します [1]。チタン合金加工材料の製造と準備には、冶金、圧力加工、複合材料、化学工業の分野が含まれます。世界ではハイテク製品として認められています。-チタンおよびチタン合金は、航空宇宙、航空、国防、軍事産業の分野から民生消費の分野に徐々に参入してきました[2]。医療および健康産業におけるインプラントや医療機器など。スポーツレジャー業界においては、チタンゴルフクラブ、チタンメガネフレーム、チタン時計、チタン自転車等のチタン加工材料の需要が高まっております。バイオテクノロジーの活発な発展と大きな進歩により、生体用金属材料およびその製品産業は世界経済の柱産業に発展するでしょう[3]。中でも、チタンとその合金の需要は、軽量、低弾性率、非毒性、非磁性、耐食性、高強度、良好な靭性などの優れた総合特性により、近年急速かつ着実に増加しています[4]。同時に、チタン合金が形成外科などの分野に参入し始めると、新たな潜在的な市場需要が現れ、チタン合金市場は今後さらに急速に成長すると考えられます。
医療用チタン合金の研究進捗
1.1 医療用チタン合金の分類
チタン合金は、タイプ、+タイプ、およびタイプ3チタン合金に分類できます。
1.2 医療用チタン合金の開発動向
文献調査[8-14]を通じて、国内外の関連研究者は、医療用チタン合金の開発が3つの画期的な段階を経たことに同意していることがわかりました。第 1 段階は純チタンと Ti-6Al-4V 合金で代表されます。第 2 段階は、ti-5a1-2.5fe および ti-6a1-7nb + 型合金で代表される新しい段階です。第3段階は主に、より優れた生体適合性とより低い弾性率の開発と開発、つまりチタン合金段階です。理想的な生体医療用チタン合金材料 [15] は、次の条件を満たさなければなりません: 良好な生体適合性、低弾性率、低密度、良好な耐食性能、非毒性、高降伏強度、長い疲労寿命、室温での大きな可塑性、成形が容易、鋳造が容易など。 現在、インプラント材料に広く使用されている重要な合金は、Ti-6A1-4V および ti-6a1-4veli です。 [16-19] V 元素は悪性組織反応を引き起こし、人体に毒性や副作用を引き起こす可能性があり、Al は骨粗鬆症、精神障害、その他の疾患を引き起こす可能性があることが報告されています。この問題を解決するために、生体材料学者は、V と Al を含まない新しい生体医療用チタン合金材料の探索と研究に取り組んでいます。その前に、どのような合金元素が添加に適しており、毒性がなく、生体適合性の原理に沿っているものを見つける必要があります。いくつかの研究[20-23]では、モリブデン、ニオブ、タンタル、ジルコニウムなどの無毒な元素が含まれていることが判明しました。チタン合金には安定した元素が多く含まれており、+タイプIチタン合金と比較して、弾性率が低く（E= 55〜80gpa）、せん断特性と靭性が優れており、人体への移植により適しています。
2 チタン合金の応用
2.1 チタン合金の医学的根拠
チタンおよびチタン合金を人間のインプラントとして使用する利点は次のとおりです。(1) 密度 (20 度)=4.5g/cm3、軽量。人体に埋め込むことで人体の負担を軽減します。医療機器として：医療従事者の作業負担を軽減します。 （２）純チタンは弾性率が低く、108500mpaあります。人体に埋め込まれます。人体の自然な骨に近いため、骨の結合が促進され、インプラントに対する骨の応力遮蔽効果が軽減されます。 (3) 非磁性であり、電磁場や雷雨の影響を受けないため、使用後の人体の安全に役立ちます。 (4) 無毒です。インプラントなので人体への副作用はありません。 （５）耐食性（生体不活性金属材料）、人体血液の浸漬環境下での耐食性に優れ、人体の血液や細胞組織との適合性が良好で、人体汚染やインプラントとしてのアレルギー反応がないことは、チタンおよびチタン合金の応用の基本条件である。 (6) 強度が高く、靱性が良好です。骨や関節の損傷は、外傷、腫瘍、その他の要因によって引き起こされます。安定した骨足場を確立するには、アーク プレート、ネジ、人工骨、関節を使用する必要があります。これらのインプラントは人体内に長期間留置される必要があり、人体の曲げ、ねじり、押し出し、筋肉の収縮などの影響を受けます。インプラントには高い強度と靱性が求められます。
2.2 チタン合金の医療・整形外科分野
チタン合金の開発、チタンの種類の増加、価格の低下に伴う市場状況により、民生産業におけるチタンの用途は倍増しました。 CFDA は医療機器をその安全性に応じて高から低の 3 つのレベルに分け、3 つのレベルの政府がそれぞれを監督、管理しています。-チタンおよびチタン合金材料で作られたインプラントは、医療機器の第 3 カテゴリーに属し、高価な消耗品です。-市場セグメントが 5% 以上を占める下位産業には、体外診断、心臓、画像診断、整形外科、眼科、形成外科などが含まれます。中でも、体外診断、整形外科、心臓インターベンションは、中国で最も急速に-成長している高額な消耗品-です。生体医療用チタンとその合金材料の応用は 3 つの画期的な段階を経ました [27]。1950 年代初頭には、英国と米国で骨プレート、ネジ、髄内釘、股関節の製造に商用純チタンが初めて使用されました。スイスのMathys社も、ti-6a1-7nb合金を使用して、リーマー加工されていない連動髄内釘システム（脛骨、上腕骨、大腿骨を含む）と大腿骨頸部骨折の治療用の中空ネジを製造しています。多孔質 Ni Ti (pnt) 合金の生体活性材料を製造する頸椎および腰部椎体間固定ケージ (ケージ) カナダの biorthex 社は、整形外科脊椎損傷の治療用に、多孔質 Ni Ti 合金の特許取得済み素材 actipore GA で作られた頸椎および腰部椎体間固定ケージを開発しました。新型チタン合金は、整形外科、歯科、血管インターベンションで使用できる先進的な素材です。整形外科用医療機器業界は世界の医療機器市場シェアの 9% を占め、依然として急速に成長しています。整形外科用医療機器市場は主に外傷、関節、脊椎、その他の4つの分野に分かれています。その中で、外傷分野は、外国企業が占有していない唯一の細分化された分野である。その主な理由は、この分野の製品は技術的な内容が低く、コピーが容易で、操作の難易度も低いためです。多くの二次、三次病院で実施可能ですが、外資系企業では十分にカバーできません。外傷製品は、内部固定装置と外部固定装置に分類できます。内固定外傷製品には、髄内釘、骨プレート、およびネジが含まれます。 2012 年の国内整形外科市場では、外傷が 34%、関節が 28%、脊椎が 20%、その他が 18% を占めていました。大型関節は技術的な障壁が高いハイエンド医療機器です。現在、主流の病院は主に整形外科材料を輸入しています。国内製品と輸入製品の間には、技術、設計、研究開発、材料、表面処理プロセスなどの点で依然として差があります。人工関節は主に人工膝関節、股関節、肘、肩、指、足の関節に分けられますが、その中で最も重要な関節置換術は股関節と膝関節であり、世界の関節置換市場の95％以上を占めています。脊椎インプラント装置には、胸腰スクリュープレートシステム、頸椎スクリュープレートシステム、および固定ケージシステムが含まれます。椎間板固定ケージシステムは主に椎間板置換術の治療に使用されます。また、脊椎インプラント市場全体の約半分を占める最も重要なセグメントでもあります。
3 結論
チタン合金の優れた性能により、医療分野をリードしています。バイオテクノロジーの進歩と医療応用の大きな需要により、チタン合金の材料設計と製造技術は急速に発展しました。現在、主に生産されている医療用チタン合金は+型チタン合金です。製造プロセスに関しては、現在 TC4 (tc4eli) の生産が主要な市場シェアを占めています。 T- タイプのチタン合金は、生体適合性と機械的適合性において一定の利点があるため、新しい医療用チタン合金の研究対象となっており、医療用インプラントの分野で最も可能性のある技術となっています。将来的には、チタン合金の製造技術は、低弾性率、高強度、良好な生体適合性、機械的適合性の方向に向かって発展するはずです。開発傾向から、タイプチタン合金は将来の開発方向および医療用チタン合金市場の主流になるでしょう。
