摘 要 從專利技術分析角度去了解醫用鈦合金領域的現狀及專利布局，深入地認清世界范圍內該領域發展現狀，從中尋找我國在該領域的差距和優勢，對國內醫用鈦合金生產企業提供技術升級的參考和風險措施的應對，提高我國醫用鈦合金產業的國際競爭力，從需求大國邁向技術強國具有極其重要的參考作用。

　　關鍵詞 醫用鈦合金；生物活性；專利分析

　　近幾年來，鈦合金以其良好的生物相容性、與骨組織相近的彈性模量及在生物環境下優良的抗腐蝕性，在臨床得到了廣泛的應用。然而，醫用鈦合金與骨的結合是一種機械鎖合，植入人體后將長期與組織、細胞或血液直接接觸，它們之間的相互作用將產生各種不同的反應，使各自的功能和性質受到影響，有可能在生物體內發生毒性、炎癥、血栓等反應。因此，材料的生物活性優劣是醫用鈦合金材料研究設計中首先考慮的重要問題。

　　從專利申請數量來看，申請量總體呈現起伏式遞增趨勢，2000年之前的申請量較少，2000年到2011年申請量較2000年前有了較大的增長，這與近十年來生物材料及制品的市場增長率一直保持在30%左右是相吻合的。2008-2009年金融危機帶來的經濟蕭條并未導致各企業對知識產權重視度的下降，相反申請量的增加證明了各實業集團對知識產權重視程度的提高。由圖2可看出，排名前四的申請人所屬國家依次為美國、日本、中國、瑞典。美國的申請人量較其它三個國家有較大的差距，可見美國對該領域具有極大的重視程度。中國申請人數量與位于第二位的日本相差很小，說明醫用鈦合金生物活性研究在中國已經受到比較廣泛的重視，進入發展通道。

　　2.提高生物活性的鈦合金表面改性

　　2.1鈦合金表面形貌的改變

　　表面形貌改變的方法通常有機械方法和化學蝕刻法。機械方法即采用噴砂、液體射流、離子束轟擊等方式對材料表面進行粗糙、多孔化處理。US5236459A公開使用高壓液體射流從植入物表面除去一部分金屬，從而形成具有“錨定區”的植入物表面的方法，其中“錨定區”的直徑可在0.5mm～1.5mm之間變化，該“錨定區”為骨組織提供了良好生長的環境。化學蝕刻法即將植入體合金在一定條件下與通常為酸的蝕刻溶液接觸移除部分從而得到粗糙表面的技術。EP10159872A公開將Ti6Al4V合金與質子濃度至少0.8N、氯離子濃度至少1N的蝕刻溶液接觸一定時間，溶液溫度20至100℃，由此可形成多個獨立地具有約200nm～10μm的直徑的表面特征。

　　2.2表面涂層技術

　　表面涂層的方法有很多，主要包括等離子噴涂，激光熔覆、電泳沉積法，離子束濺射法、微弧氧化法等。目前研究較多的表面涂層種類是，羥基磷灰石涂層、二氧化鈦涂層、磷酸鈣涂層、鈦酸鹽涂層。

　　羥基磷灰石分子式為Ca10（PO4）6（OH）2。其與人體骨中骨磷灰石的晶體結構相似，含有人體組織所必需的鈣和磷元素，且不含有其他有害元素，植入體內后，在體液的作用下，鈣和磷會游離出材料表面，被機體組織吸收，并能與人體骨骼組織形成化學鍵結合，長出新的組織。US2003099762 A1公開一種植入物涂層，包括：位于植入物上的第一層，具有第一熱膨脹系數，包括一種選自氧化物、氮化物、硼化物、碳化物和兩種或多種物質混合物的材料；和位于第一層上的第二層，具有第二熱膨脹系數，包括一種結晶度大于約90%的磷灰石和一種在體液中是惰性的粘合劑；其中該第一和第二熱膨脹系數之差小于或等于約1×10-6/℃。磷灰石選自羥磷灰石，氟磷灰石，羥氟磷灰石，和兩種或多種磷灰石的組合。第一層起到第二層和金屬基片之間反應障的作用，第二層為植入物表面上骨的加速生長提供生物活性。EP2316499A1公開在具有粗糙表面的待植入物區域，通過熱噴涂方法使該粗糙區域具有包含羥基磷灰石的陶瓷涂層；銀的殺生物離子吸收在該陶瓷涂層中，并在植入后逐漸浸出到體液中。羥基磷灰石提高了骨頭重新長入到該植入物中的能力，同時該銀離子抑制了感染。

　　二氧化鈦涂層具有化學性質穩定、耐腐蝕和血液相容性好等特點。CN102100926A公開以經表面活性劑改性的單分散聚苯乙烯球為模板，無機鈦鹽水溶液為前驅液，制成處理溶液；以純鈦或者鈦合金作為基體，將純鈦或者鈦合金浸沒于處理溶液中，保持處理溶液溫度在60℃～120℃、24h～50h，其中至少0.25h～2h同時以紫外光照射并且所述的基體在60℃～100℃的處理溶液中浸泡；將浸泡后的基體取出，浸入能溶解聚苯乙烯的有機溶劑中浸泡去除聚苯乙烯后，再在去離子水中浸泡晶化，完成薄膜的沉積。該發明以單分散聚苯乙烯球為模板，廉價無機鈦鹽為原料，在低溫下通過水解-溶膠法制備了自組裝納米晶二氧化鈦微膠囊生物薄膜，薄膜該良好的生物活性。

　　對于磷酸鈣涂層， CN101927034A公開了一種涂覆有摻鍶聚磷酸鈣涂層的骨修復用植入體及其制備方法，包括：將150-300目之間的摻鍶聚磷酸鈣粉料用等離子噴涂設備吹噴掠過等離子焰噴涂在鈦金屬基體表面形成涂層，鈦金屬基體表面充分涂覆后，自然冷卻即為植入體材料初級產品；植入體材料初級產品清洗干燥后，于700℃～800℃下保溫退火，充分退火后緩慢冷卻，即為制備的植入體產品。本發明公開的植入體具有更好的生物活性，有促成骨細胞生長和促血管化功能，能夠改善植入體和組織間的界面相容性，促進骨性結合。可用作骨修復材料和口腔牙種植體，并易于商業化推廣。

　　對于鈦酸鹽涂層， CN1709521A 公開在鈦或鈦合金表面原位自生鈦酸鉀晶須生物活性涂層的方法，該方法采用Ti-Mo等鈦合金為基體材料，經表面清理后用氫氟酸腐蝕，最后用由硝酸和鹽酸按公知比例配制的混合酸鈍化除雜，待用；將固體粉狀K2CO3與TiO2按摩爾比為1：2～1：6混合均勻后，采用丙酮將混合粉包覆在經預處理后的鈦合金基體表面，然后放于干燥箱中干燥，最后放入箱式電阻爐中隨爐升溫到800℃～1200℃煅燒，保溫0.8h～2h后降溫到200～600℃時取出剝去包覆層，即在鈦合金基體的表面原位自生一層鈦酸鉀晶須生物活性涂層。

　　隨著醫用鈦合金應用的不斷深入，一些新的表面改性方法也不斷涌現。包括氟磷灰石涂層、六鈦酸鉀涂層、大分子蛋白質涂層等。上述涂層技術分別根據醫用鈦合金的物理化學性質、生化效應等特性開發設計，并在實踐中取得了一定的效果。相關專利可參考EP1740128A1、WO2008074175A2等。

　　3 結論

　　通過以上專利性分析可以看到，表面改性技術在提高醫用鈦合金生物活性方面有著廣泛的應用，其改性方法及改性涂層種類呈多元化發展趨勢。隨著經濟全球化進程加快，專利在社會發展中所起的作用日益凸現出來，人們對專利的重視度也日益增長，中國在該領域的研究方面也取得了長足進步，無論是申請量還是研究技術分布方面都呈現較快發展勢頭，但我們仍要看到與該領域傳統強國的差距，進一步深化研究，增強專利保護意識，促進醫用合金技術的發展，為保障人類身體健康做出更大的貢獻。

　　參考文獻

　　[1]劉華，崔春翔，申玉田.生物醫用鈦合金的表面改性[J].河北工業大學學報，2003.32（5）：17-22.

　　[2]郭軍松.納米生物活性陶瓷材料的制備以及電泳沉積生物陶瓷涂層的研究[M].鄭州：鄭州大學.2003：7-8.