我們?cè)趯W(xué)習(xí)金屬材料時(shí)會(huì)認(rèn)識(shí)到鈦，它有很多的優(yōu)秀性能，如熔點(diǎn)高、密度小、可塑性好、易于加工、機(jī)械性能好等。尤其是鈦和鈦合金的抗腐蝕性能非常好，遠(yuǎn)優(yōu)于不銹鋼，即使把它們放在海水中數(shù)年，取出時(shí)仍光亮如初。但是，你知道嗎，鈦合金還有一個(gè)特殊的性能，它與人體具有很好的相容性，因此可以用來(lái)制造人造骨等。

那么，鈦以及它的相容性是怎么被發(fā)現(xiàn)的呢？

鈦的發(fā)現(xiàn)及命名

1791年，英國(guó)業(yè)余礦物學(xué)家格雷戈?duì)栐谟⒏裉m西部康沃爾的一條小溪旁找到了一些黑沙（其實(shí)是鈦鐵礦），這些黑沙會(huì)被磁鐵吸引。經(jīng)過分析，他發(fā)現(xiàn)黑沙里面有氧化鐵及一種他無(wú)法辨識(shí)的白色金屬氧化物。他意識(shí)到這里面一定含有一種未被發(fā)現(xiàn)的金屬，于是在英國(guó)康沃爾郡皇家地質(zhì)學(xué)會(huì)及德國(guó)的《化學(xué)年刊》發(fā)表了這一發(fā)現(xiàn)。

1795年，德國(guó)化學(xué)家克拉普羅特在分析匈牙利產(chǎn)的紅色金紅石時(shí)，也發(fā)現(xiàn)了這種氧化物。他主張采取為鈾命名的方法，用希臘神話中泰坦神族“Titanic”的名字，給這種新元素起名叫“Titanium”，中文按其譯音定名為“鈦”。當(dāng)他聽聞格雷戈?duì)栞^早前的發(fā)現(xiàn)之后，他取得了一些黑沙的樣本，并證實(shí)它含鈦。

格雷戈?duì)柡涂死樟_特所發(fā)現(xiàn)的鈦是粉末狀的二氧化鈦，而不是金屬鈦。因?yàn)殁伒难趸飿O其穩(wěn)定，而且金屬鈦能與氧、氮、氫、碳等直接激烈地化合，所以單質(zhì)鈦很難制取。直到1910年，美國(guó)化學(xué)家亨特才第一次用鈉還原氯化鈦，制得純度達(dá)99.9%的金屬鈦。

制作假肢的最大困難

自古以來(lái)，醫(yī)生就會(huì)用木頭做成假肢代替人身上缺失的肢體。工業(yè)革命以后，金屬假肢逐漸普及。最理想的假肢是讓金屬或木頭和身體融合在一起，但沒人做得到。這些嘗試都遭到了人體免疫系統(tǒng)的抵抗，金、鋅、鎂以及鍍鉻的豬尿脬，通通不行。

作為一個(gè)血液研究者，瑞典醫(yī)生皮爾·英格瓦·布賴恩馬克知道其中的原因。一般而言，血細(xì)胞會(huì)成群結(jié)隊(duì)地包圍外來(lái)物質(zhì)，用光滑纖維質(zhì)的膠原蛋白將它緊緊包裹起來(lái)。但細(xì)胞不夠聰明，無(wú)法鑒別哪種外來(lái)物質(zhì)是有害的，所以幾個(gè)月后，植入的不管是什么東西，總會(huì)被膠原蛋白包裹起來(lái)，很容易滑移或者摳下來(lái)。這也是人體的一種防御機(jī)制，就是將外來(lái)物質(zhì)密封起來(lái)防止泄露。

不過，布賴恩馬克發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇怪的現(xiàn)象——出于某種原因，鈦似乎“迷惑”了血細(xì)胞，它完全不會(huì)引發(fā)免疫反應(yīng)，甚至還能騙到身體里的成骨細(xì)胞，這些細(xì)胞會(huì)貼到鈦上，好像這個(gè)22號(hào)元素真是身體里的骨頭一樣。因此，鈦能夠完全融入身體。

鈦的相容性是如何發(fā)現(xiàn)的

布賴恩馬克是怎么發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象的呢？

1952年，布賴恩馬克開始研究骨髓如何產(chǎn)生新的血細(xì)胞。他希望能夠直接進(jìn)行觀察，于是在兔子的股骨上鑿了幾個(gè)洞，然后把一層蛋殼一樣薄的鈦片覆在上面。這種薄片在強(qiáng)光下是透明的，所以可以作為觀察窗。觀察結(jié)果十分令人滿意，布賴恩馬克決定把昂貴的鈦片拆下來(lái)用于別的實(shí)驗(yàn)，可讓他上火的是，鈦片怎么都撬不動(dòng)。他只得放棄了這些鈦片，還有可憐的兔子。

可是，接下來(lái)的實(shí)驗(yàn)中又發(fā)生了同樣的事情，鈦片總是緊緊地嵌在股骨上，怎么也拿不下來(lái)。于是，布賴恩馬克又認(rèn)真地檢查了一番。這次的發(fā)現(xiàn)比觀察剛長(zhǎng)出的血細(xì)胞有趣多了，他將這種現(xiàn)象稱作“骨整合”。現(xiàn)在，骨整合的定義是在光學(xué)顯微鏡下，植入體與骨組織之間呈現(xiàn)的無(wú)纖維結(jié)締組織界面層的直接接觸。通俗地講，就是相容性。

因?yàn)殁伒哪透g性、穩(wěn)定性高，即使和人體長(zhǎng)期接觸，也不影響其本質(zhì)，所以不會(huì)造成人的過敏。而且，它還是唯一對(duì)人類自主神經(jīng)和味覺沒有任何影響的金屬。因此，鈦又被人們稱為“親生物金屬”。

醫(yī)療界的“超級(jí)英雄”

由于那次意外的發(fā)現(xiàn)，布賴恩馬克的研究小組將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向鈦在人類骨中的運(yùn)用，其中就包括將鈦釘植入頜骨里以替代已經(jīng)脫落的牙齒。經(jīng)過無(wú)數(shù)次的研究和試驗(yàn)，布賴恩馬克于1965年將人類歷史上第一顆純鈦的根形種植牙植入病人戈斯塔·拉森的口內(nèi)。直至拉森先生于2006年去世，這顆種植牙使用了41年之久，始終完好如初。

1981年，鈦種植牙正式開始工業(yè)化生產(chǎn)，并持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展至今，數(shù)十年來(lái)造福全球無(wú)數(shù)的缺牙患者。

生物相容性好這一特點(diǎn)，使鈦與其他金屬相比具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，因此在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域獲得廣泛青睞。醫(yī)用鈦合金作為一種新型合金，同時(shí)也是一種載體材料，被廣泛應(yīng)用于肢體植入、替代性功能材料、牙科、醫(yī)療器械等相關(guān)領(lǐng)域。

1972年，我國(guó)開始采用國(guó)產(chǎn)鈦及鈦合金制品。北京積水潭醫(yī)院等20多家醫(yī)院先后采用鈦及鈦合金人造骨頭與關(guān)節(jié)用于臨床治療應(yīng)用和研究，制造的髖關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、下頜骨等用于臨床治療病人。同時(shí)，華山醫(yī)院與上海冶金研究所的模擬人體體液浸泡實(shí)驗(yàn)、電化學(xué)陽(yáng)極化實(shí)驗(yàn)和腐蝕動(dòng)力學(xué)曲線的測(cè)定，證明了鈦及鈦合金人造骨頭與關(guān)節(jié)用于人體具有優(yōu)異的耐腐蝕性，生物學(xué)反應(yīng)也很小，是一種理想的人體植入物。復(fù)旦大學(xué)生物系人類生理學(xué)研究組與上海市第六人民醫(yī)院進(jìn)行了相關(guān)的力學(xué)性能測(cè)定，認(rèn)為鈦及鈦合金的強(qiáng)度滿足了人體植入物的要求。

20世紀(jì)80年代中期以后，國(guó)產(chǎn)鈦及鈦合金加工材用于制造人體植入物的數(shù)量增加，其中鈦形狀記憶合金的開發(fā)與應(yīng)用達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。到了20世紀(jì)90年代中期，國(guó)產(chǎn)鈦及鈦合金加工材在矯形外科、神經(jīng)外科、口腔頜面外科等方面廣泛應(yīng)用。采用鈦及鈦合金制造的股骨頭、髖關(guān)節(jié)、肱骨、顱骨、肘關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、掌指關(guān)節(jié)、頜骨以及心瓣膜、腎瓣膜、血管擴(kuò)張器、夾板、假體、緊固螺釘?shù)壬习俜N金屬件移植到人體中，取得了良好的效果，被醫(yī)學(xué)界給予了很高的評(píng)價(jià)。

醫(yī)用鈦及鈦合金材料的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)被醫(yī)學(xué)界認(rèn)可，也被越來(lái)越多的患者接受。未來(lái)，鈦及鈦合金作為人體植入物的研究與應(yīng)用還將進(jìn)一步發(fā)展。

（責(zé)任編輯：白玉磊）