医用钛及钛合金作为一类重要的生物医用金属材料，自20世纪中叶以来，已广泛应用于骨科、牙科、心血管介入等多个医疗领域。其独特的物理、化学和生物学特性，使其在众多生物材料中脱颖而出，但同时也存在一些固有的局限性。
一、主要优点
- 优异的生物相容性：钛表面能自然形成一层致密、稳定的氧化钛（TiO₂）钝化膜，这层膜化学性质稳定，惰性强，能有效阻止金属离子的进一步释放，极大降低了人体组织的排异反应和过敏风险。其与人体组织的亲和力高，允许骨细胞在其表面直接附着生长（即骨整合），这是其作为植入体的核心优势之一。
- 卓越的力学性能：钛合金具有高的比强度（强度与密度之比）。其密度（约4.5 g/cm³）远低于不锈钢和钴基合金，更接近人体骨骼（1.8-2.1 g/cm³），能有效减轻植入体重量，降低应力遮挡效应。通过调整合金成分（如添加Al、V、Nb、Zr等）和加工工艺，可以获得与人体皮质骨弹性模量更为匹配的钛合金（如Ti-6Al-4V ELI，模量约110 GPa；新型β型钛合金可低至30-60 GPa），从而减少因模量不匹配导致的骨吸收和植入体松动。
- 出众的耐腐蚀性：在人体复杂的生理环境（含有Cl⁻离子、蛋白质等）中，钛及钛合金表现出极佳的耐腐蚀性能，其抗点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀开裂的能力远优于不锈钢，确保了植入体在体内的长期稳定性与安全性。
- 良好的加工与成型性：虽然钛合金加工有一定难度，但现代技术已能将其精密加工成各种复杂的形状，如人工关节、牙种植体、骨板螺钉、心脏支架等。其无磁性，不影响核磁共振（MRI）等影像学检查。
二、主要缺点与挑战
- 耐磨性相对较差：纯钛及部分钛合金的表面硬度较低，耐磨性不足。在作为关节摩擦副（如髋关节头臼）时，容易因磨损产生磨屑，可能引发周围的炎症反应和骨溶解，导致植入体远期失效。这是限制其直接用于承载关节面的一大因素。
- 加工成本高昂：钛合金的熔炼、锻造、机加工都需要在真空或惰性气体保护下进行，工艺复杂，对设备要求高。其原材料成本及加工成本均显著高于不锈钢等传统医用金属，是影响其更广泛应用的经济因素。
- 可能存在潜在生物毒性元素释放风险：目前最常用的Ti-6Al-4V合金中含有铝（Al）和钒（V）。长期研究中，有观点认为钒离子具有一定细胞毒性，铝离子则可能与神经系统疾病相关。尽管在钝化膜保护下释放量极微，且临床应用多年总体安全，但为追求绝对安全，开发无钒、无铝的新型生物相容性更佳的钛合金（如Ti-6Al-7Nb, Ti-5Al-2.5Fe, 以及Ti-Nb-Zr-Ta等β型合金）已成为趋势。
- 与骨组织绝对的力学适配仍有差距：即使低模量的β型钛合金，其弹性模量（30-60 GPa）仍高于皮质骨（10-30 GPa），完全的力学匹配尚未实现，应力遮挡问题仍需通过结构设计（如多孔结构）来进一步优化。
三、结论与展望
钛及钛合金凭借其综合性能优势，已成为硬组织修复与替换领域的支柱材料。其缺点正通过材料学创新不断被克服：例如，通过表面改性技术（如氮化、氧化、涂层）大幅提升其耐磨性与生物活性；通过开发新型低模量、无毒性元素的合金体系来提升长期生物安全性；通过增材制造（3D打印）技术制备具有仿生多孔结构的个性化植入体，以优化骨整合和力学匹配。
随着生物材料学、制造技术和临床需求的深度融合，钛及钛合金在医用领域的应用将更加精准、高效和安全，继续为人类健康提供关键的材料支撑。
