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「钽涂层专栏第三期」钽金属的生物学特性和理化性质

发布时间:2022-06-01 11:25 浏览量:13204


钽(Tantalum)作为一种医用金属在过去的十多年间已经广泛应用于临床医学的各个领域,尤其是骨科,且效果显著。钽作为一种人体植入的临床应用材料,在应用之前需要被大量检测,反复研究以确保安全性和有效性。而钽完美地通过了这些检验,取得了令人振奋的优秀结果,成为了骨科临床应用材料的新方向。


下面为大家介绍钽在多次试验中表现的独特之处。


01、理化性质



钽(Tantalum),位列元素周期表73号,是一种外观灰色高亮、质地坚硬(硬度6.5)的稀有金属。钽的化学性质极为稳定,常温下不与任何酸碱溶液反应,且熔点极高(2996°C),密度适中(16.654g/cm³)。


钽富有延展性,可以制成细丝或者薄片。热膨胀系数也很小,每升高一摄氏度膨胀率仅有6.6%。


此外,钽金属韧性很强,比生活中常见的铜还要优异。


实验论证


1.室温(25℃)至150℃高温,时间:无限时

钽在浓硫酸、盐酸、浓硝酸、王水(硝基盐酸)、碱溶液、氯气、溴水、无机盐分别浸泡:无反应。

2.175℃高温浓硫酸浸泡,时间:一年

反应极小,表层腐蚀厚度为0.0004毫米。

3.200℃高温硫酸浸泡,时间:一年

反应极小,表层仅损伤0.006毫米。

4.250℃高温硫酸浸泡,时间:一年

腐蚀速度有所增加,但反应仍极小,被腐蚀的厚度为0.116毫米。

5.300℃高温硫酸浸泡,时间:一年

腐蚀速度加快,但反应仍极小,表面被腐蚀厚度为1.368毫米。

6.130℃高温发烟硫酸(含15%SO3)浸泡,时间:一年

有反应,表面被腐蚀的厚度为15.6毫米。

7.250℃高温85%浓磷酸浸泡,时间:1年

有反应,表面被腐蚀20毫米。



02、生物学特性




正常人体内本身就含有微量钽。不溶性的钽盐无论是口服还是注射人体均不吸收,可溶性的钽盐经肠胃吸收量极小。钽进入生物体后会激活生物体的AM(吞噬细胞)进行清除,由于钽不具有细胞毒性,清除过程并不会造成任何毒害作用。


钽涂层同样具有杀菌和引导骨整合、骨长入的作用,尤其是在多孔钽中,细胞在材料表面黏附、生长,后期表现出良好的增殖和分化能力。


实验论证


1.在针对因事故摄入大量放射性钽尘的人的研究中(30μCi的182钽不溶性微粒,150μCi的183钽不溶性微粒),93%的放射性物质在七天内由大便排出,24小时内的尿液未检出,健康无影响。

2.从生物体提取的AM接触钽尘1小时后全部存活,无细胞变性,而对比试验的矽尘在一个小时内使AM出现严重胞浆变性及死亡。

3. 将骨髓间充质干细胞接种培养在多孔钽材料表面,细胞自动黏附,形态自然,细胞外基质分泌正常,比同类型多孔钛材料表面有更快的新骨形成速度。

4. 多孔钽材料植入动物体内中发现材料周围组织(如肌肉、胶原纤维等)可长入材料孔隙内部。

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总   结


钽金属具有骨科临床应用的绝佳理化性质和生物学特性,且在多个实验中都得到了令人鼓舞的成功。钽作为骨科生物材料的卓越活性虽然得到了实验室研究和临床实践的双重验证,但钽是如何做到这点的,成骨的根本机制是什么却很少有讨论。


参考文献:

1. Sill, C. W., Voelz, G. L., Olson, D. G., & Anderson, J. I. (1969). Two studies of acute internal exposure to man involving cerium and tantalum radioisotopes. Health physics, 16(3), 325–332. https://doi.org/10.1097/00004032-196903000-00008

2. Juncai, W.,Yue, W.,(2011)钽金属在骨科的应用.生物医学工程学杂志,28(02)

3. Shabalin, Igor L..Ultra-High Temperature Materials I:springer,2014:387-446

4. 石晓岫,吴先哲,马幸双,刘洋,何鹏,罗彦凤,(2019)钽材的医学应用及生物相容性机制,功能材料,50(12)

5.张秀杰,医用多孔钽材料肌肉内植入免疫及组织形态学实验研究(2012)

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